Vincent RIOUX, Pr.Laboratoire de Biochimie-Nutrition Humaine
AGROCAMPUS OUESTINRA USC 1378
Séminaire SFEL 24/03/14
Métabolisme des acides gras saturés du lait et acylation des protéines.
Focus sur l’octanoylation de la ghréline.
Acides gras polyinsaturés
Acides gras saturés
62 %
Acide oléique
29 %
3 %
Acides gras conjugués (acide ruménique)
0,5%
% des acides gras totaux
Nature de l’acide gras Lait de vache
4:0 3-46:0 2-38:0 1-210:0 2-4
10:1 <0,4
12:0 3-414:0 9-12
14:1 1-2
16:0 23-32
16:1 2-3
18:0 13
18:1 2918:2 218:3 <120:0 <0,2CLA 0,5
Saturés 54-71Monoinsaturés 31-33
Les AG saturés du lait
Les acides gras saturés: des métabolismes à étudier, des fonctions à découvrir, des besoins à définir
acides gras saturés(C8:0, C14:0, C16:0)
fonction spécifique=acylation des protéinesMyristoylation (C14:0)Palmitoylation (C16:0)Octanoylation (C8:0)
Rioux et al. (2000) J. Nutr. Biochem. 11, 198-207Legrand et al. (2002) Lipids 37, 569-572Rioux et al. (2003) Reprod. Nutr. Dev. 43, 419-430Rioux et al (2007) Animal 1, 820-826Rioux & Legrand (2007) Curr. Opin. Clin. Nutr. Metab. Care 10, 752-758Rioux et al. (2011) Biochim. Biophys. Acta 1811, 1-8
Rioux et al. (2002) J. Nutr. Biochem. 13, 66-74Rioux et al. (2006) Mol. Cell. Biochem. 286, 161-170
Beauchamp et al. (2007) Biochimie 89, 1553-1561Beauchamp et al. (2009) Biochimie 91, 1411-1419
Ezanno et al. (2011) Lipids 47, 117-128Ezanno et al. (2013) Nutr. Clin. Metab. 27, 10-19
Acylation des protéines par des acides gras saturés
Liaison thioester: S-acylation
Palmitate O
CH2 Cysté ine interne
NH
CH
C
NH
CH3
O(CH2)14C
S
Liaison amide : N-myristoylationO
CH3 (CH2)12C
NHCH2
C O
Myristate GlycineN-terminale
NH
Liaison ester: O-acylation
OCH3 (CH2)n C
PalmitateOctanoate
O Sérineinterne
CH2
O
NH
CHCNH
Liaison thioester: S-acylation
Palmitate O
CH2 Cysté ine interne
NH
CH
C
NH
CH3
O(CH2)14C
S
Liaison amide : N-myristoylationO
CH3 (CH2)12C
NHCH2
C O
Myristate GlycineN-terminale
NH
Liaison ester: O-acylation
OCH3 (CH2)n C
PalmitateOctanoate
O Sérineinterne
CH2
O
NH
CHCNH
Acide myristique et myristoylation N-terminale
O
S-CoA
+
Myristoyl-CoA
myristoyl-CoA: protéine N-myristoyltransférase(NMT)
Protéine myristoylée
Association à la membraneLocalisation subcellulaire Interaction protéine-protéine
H
Gly1-AA2-AA3-…N
+ CoA-SH
O
Beauchamp et al. (2009) Med. Sci. 25, 57-63.
Protéine:-en cours de traduction-avec 1 Gly N-terminale (Met initiatrice clivée par méthionyl aminopeptidase)-avec une séquence consensus N-terminale qui reste m ystérieuse
NH2-Gly1-AA2-AA3-AA4-(S/C/T/A/G/N)5-AA6-AA7-AA8…ribosome
Myristoylation et myristoyl-CoA: protéine N-myristo yltransférase (NMT)
Chez la levure, la délétion du gène codant pour la NMT est létale Duronio et al. (1989) Science 243, 796-800
Chez la drosophile, la délétion du gène codant pour la NMT affecte profondément le développement Ntwasa et al. (2001) Exp. Cell Res. 262, 134-144
Chez les mammifères: 2 gènes NMTLes souris Knock-out Nmt1 ne sont pas viables: la p résence de NMT2 seule n’est pas suffisante pour dépasser le stade embryonnaire Yang et al. (2005) J. Biol. Chem. 280:18990-18995
NMT1 est l’enzyme la plus active comparée à NMT2 Giang and Cravatt (1998) J. Biol. Chem. 273, 6595-6598; Rioux et al. (2006) Mol. Cell. Biochem. 286, 161-170
C
[acide myristique] (µM)pmol
myr
isto
ylpe
ptid
e/m
in/µ
g pr
otéi
nes
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
0 25 50 75 100 125 150
NMT1NMT2
C
[acide myristique] (µM)pmol
myr
isto
ylpe
ptid
e/m
in/µ
g pr
otéi
nes
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
0 25 50 75 100 125 150
NMT1NMT2
Importance de la myristoylation et de l’acide myris tique
Myristoylation, Régulation, Signalisation
Trafic membranaire et transductiondes signaux (Protéines Gα, MARKS
eNOS, calcineurine)
Dynamique du cytosquelette cellulaire(tubulines, kératines, vinculine, myosine?)
Balance apoptose/prolifération(BID, PAK2, actine, gelsoline)
Ubiquitination des protéines(E3-ligases, protéasome 26S)
Oncogènes, suppresseurs de tumeurs
(Src, Fus1)
Protéines virales de structureet réplication virale
(Nef, Gag)
Métabolisme intermédiaire(NCb5R, DES)
MyristoylationC14:0
60-70 protéines myristoylées connues et bien décrites, 200 à 300 protéines potentielles selon les prédictions bioinformatiques Maurer-Stroh et al. (2000) J. Mol. Biol. 317, 541-557
Beauchamp et al. (2009) Med. Sci. 25, 57-63.
Un 2nd signal est nécessaire pour l’ancrage à la membrane
D’après Wright et al. (2010) J. Chem. Biol. 3, 19-35
KKSKKP
KKSKK
Région polybasique(protéine MARCKS)
2ème lipidation(protéine Ghétérotrimérique)
Poche hydrophobe(protéine ARF-GTPase)
palmitoylisoprènyl
Les effets de la myristoylation sur l’ancrage membr anaire
Liaison irréversibledu C14:0
Le niveau de myristoylation des protéines est-il dé pendant de la biodisponibilité en acide myristique?
[C14:0-CoA] ~5nM
Alimentation(4-8 g de C14:0/jour chez l’homme)
Biosynthèse de novo ?Quelques 100 aines de µg Hydrolyse à partir des triglycérides de réserve?
C14:0 tissulaire (0,5 à 2%des acides gras totaux)
Libération à partir desphospholipides membranaires (PLA1)?
Ribosomes,lieu de la myristoylation
Origine de l’acide myristique qui myristoyle les pro téines?
Rioux et al. (2003) Reprod. Nutr. Dev. 43, 419-430; Rioux et al. (2000) J. Nutr. Biochem. 11, 198-207; Rioux et al. (2002) J. Nutr. Biochem. 13, 66-74; Rioux et al. (2007) Animal 1, 820-826
Liaison thioester: S-acylation
Palmitate O
CH2 Cysté ine interne
NH
CH
C
NH
CH3
O(CH2)14C
S
Liaison amide : N-myristoylationO
CH3 (CH2)12C
NHCH2
C O
Myristate GlycineN-terminale
NH
Liaison ester: O-acylation
OCH3 (CH2)n C
PalmitateOctanoate
O Sérineinterne
CH2
O
NH
CHCNH
Acide palmitique, palmitoylation et palmitoyltransf érases
Les données actuelles sur les palmitoylacyltransfér ases (PAT) impliquées dans la S-acylation: la famille des prot éines « DHHC »
1ère description de la palmitoylation dans les années 19 80 Schlesinger et al. (1980) J. Biol. Chem. 255,10021-10024
Découvertes des PAT chez la levure entre 1999 et 20 02 Bartels et al. (1999) Mol. Cell. Biol. 19, 6775-6787; Roth et al (2002) J. Cell. Biol. 159, 23-28; Lobo et al. (2002) J. Biol. Chem. 277, 49352-49359.
23-25 protéines « DHHC » chez les mammifères Greaves and Chamberlain (2011) Trends Biochem. Sci. 36, 245-253
Protéines membranaires (4 à 6 domaines transmembrana ires): ER, Golgi, membrane plasmatique
cytosol
eNOS, Fyn, Lck, ABCA1DHHC21
Fyn, BACE1, ABCA1DHHC20
R-Ras, PDE10A2DHHC19
Lck, H-RasDHHC18
Lck, SNAP25, SNAP23, CSP, huntingtin, GluR1/2, GAD65, STREXDHHC17
PSD95, GAP43, SNAP25b, CSP, GABAAγ2, Fyn, BACE1, CD151, CI-MPR, sortillinDHHC15
huntingtin, GAD65DHHC13
ABCA1DHHC12
STREXDHHC9
eNOS, SNAP25, paralemmin-1, GAD65, PSD95, PSD93DHHC8
PSD95, GAP43, SNAP25, SNAP23, Gαs, Gαq, Gαi2, CSP, GABAAγ2, eNOS, STREX,
Fyn, BACE1, NDE1, NDEL1, NCAM140, sortillin, PDE10A2DHHC7
STREXDHHC5
BACE1DHHC4
PSD95, SNAP25, SNAP23, Gαs, Gαq, Gαi2, CSP, GABAAγ2, eNOS, GluR1/2, GAD65,
STREX, Fyn, BACE1, NDE1, NDEL1, NCAM140, CaMKIγ, NR2A/BDHHC3
PSD95, SNAP25, SNAP23, eNOS, Fyn, NDE1, NDEL1, CD151, CKAP4, ABCA1DHHC2
Substrats protéiques connusprotéines DHHC
Certaines protéines DHHC palmitoylent une large gamm e de substrats protéiques, d’autres sont très spécifiques Greaves and Chamberlain (2011) Trends Biochem. Sci. 36, 245-253
Les données actuelles sur les palmitoylacyltransfér ases (PAT) impliquées dans la S-acylation: la famille des prot éines « DHHC »
Les effets de la palmitoylation latérale
Labilité et réversibilité de la liaison thioester ⇒cycle d’acylation-déacylation possible
acyl-CoA protéineprotéine
cytosol
acyl-CoA
membrane
protéine acylée
Duncan and Gilman (1998) J. Biol. Chem. 273, 15830-15837
Origine de l’acide palmitique qui palmitoyle les pro téines?
C16:0
Alimentation(30-40 g de C16:0/jour chez l’homme)
La disponibilité de l’acide palmitique n’est pas lim itante.Difficile de différencier l’origine entre palmitiq ue alimentaire et palmitique endogène.
Acétyl-CoA
Liaison thioester: S-acylation
Palmitate O
CH2 Cysté ine interne
NH
CH
C
NH
CH3
O(CH2)14C
S
Liaison amide : N-myristoylationO
CH3 (CH2)12C
NHCH2
C O
Myristate GlycineN-terminale
NH
Liaison ester: O-acylation
OCH3 (CH2)n C
PalmitateOctanoate
O Sérineinterne
CH2
O
NH
CHCNH
Acide caprylique, octanoylation de la ghréline et g hréline-O-acyltransférase
O-acylation et O-acyltransférases
Liaison ester: O-acylation
OCH3 (CH2)n C
PalmitateOctanoate
O Sérineinterne
CH2
O
NH
CHCNH
Seule protéine octanoylée connue: la ghrélineKojima et al. (1999) Nature 402, 656-660
Seule enzyme caractérisée: la GOAT (Ghrelin O-acylt ransférase)=MBOAT4 (Membrane-bound O-acyltransferase)Yang et al. (2008) Cell 132, 387-396Gutierrez et al. (2008) PNAS 105, 6320-6325
C8:0 caprylique
Mécanisme non-enzymatique? Autocatalytique?Bano et al. (1998) Biochem. J. 330, 723-730
C16:0 palmitique
Octanoylation post-traductionnelle de la ghréline
Cellules de l’estomac
Clivage du peptide signal
précurseur pré-pro-ghréline
ghréline1 117
Octanoylation par laGhréline O-acyltransférase (GOAT)
C8:0
pro-ghréline
ghréline
GSSFLSPEH…
1 94
acide caprylique
Maturation par protéolyse par PC1/3(prohormone convertase)
ghréline
C8:0
1 94pro-ghréline acylée
ghréline
C8:0
1 28
ghréline acylée active
Sécrétion-Migration dans le sangTraversée de la barrière hémato-encéphalique
Signal orexigène au niveau du noyau du tractus soli taireStimulation de l’appétit
D’après Romero et al. (2010) Eur. J. Endocrinol. 163, 1-8.
L’hypothèse de l’effet délétère de l’acide capryliq ue par octanoylation de la ghréline
Estomac (ghrelin cells)Aliment Plasma HypothalamusHypophyse
ghréline octanoylée(10-20%)
ghréline non-octanoylée(80-90%)
C8:0-CoAGOAT
préproghreline
proghréline
récepteur GHSR-1a
effet orexigèneconsommation
obésité?
autres effets(multiples, récepteur inconnu)
Romero et al. (2010) Eur. J. Endocrinol. 163, 1-8; Kirchner et al. (2009) Nat. Med. 15, 741-745; Yang et al. (2008) PNAS 105, 10750-5
C8:0
synthèse?absorption intestinale?autres tissus?
?
Sur les marqueurs lipidiques plasmatiques (cholesté rol et triglycérides chez l’homme)
Pas d’effet ou effet positif Effet négatifHashim et al. (1960) Lancet 1, 1105-1108 McGandy et al. (1970) Am. J. Clin. Nutr. 23, 1288-1298Wardlaw et al. (1995) Am. J. Clin. Nutr. 61, 535-542 Swift et al. (1992) Am. J. Clin. Nutr. 56, 881-886Hegsted et al. (1965) Am. J. Clin. Nutr. 17, 175-181 Cater et al. (1997) Am. J. Clin. Nutr. 65, 41-45Temme et al. (1997) J. Lipid Res. 38, 1746-1754 Tholstrup et al. (2004) Am. J. Clin. Nutr. 79, 564-569
Les effets physiologiques connus des acides gras à c haines moyennes
<10-15% de l’énergie >35% de l’énergie
Sur le risque cardiovasculaire:Pas de risque (Nurse Health Study) Hu et al. (1999) Am. J. Clin. Nutr. 70, 1001-1008
Sur la masse corporelle, la masse grasse, le tour d e taille:Effet favorable comparé aux AG saturés longs chez l’ homme et la femme en surpoidsTsuji et al. (2001) J. Nutr. 131, 2853-2859St-Onge et al. (2003) Obes. Res. 11, 395-402St-Onge and Bosarge (2008) Am. J. Clin. Nutr. 87, 621-626Nagao and Yanagita (2010) Pharmacol. Res. 61, 208-212
Effet favorable comparé à une surcharge identique en AG saturés longs chez le ratGeliebter et al. (1983) J. Anim. Physiol. Anim. Nutr. 98, 1-8Baba et al. (1982) Am. J. Clin. Nutr. 35, 678-682Crozier et al. (1987) Metabolism 36, 807-814
La dose alimentaire de C8:0 a-t-elle un effet :
sur le C8:0 disponible dans l’estomac?
sur le niveau d’octanoylation de la ghréline?
sur l’activité de la GOAT?
sur la consommation alimentaire?
sur la prise de poids?
Acide caprylique alimentaire, octanoylation de la g hréline et consommation
Doctorat de Fanny Lemarié
Etude de l’effet de l’acide caprylique alimentaire sur l’octanoylation de la ghréline,la consommation, la prise de poids chez le rat
6 semaines
semaine 1nourris
semaine 2à jeun
semaine 3nourris
semaine 4à jeun
semaine 5nourris
semaine 6à jeun
rats mâles agésde 3 semaines(n=6 par régimes)
Prélèvement de sang dans la veine caudale
Début des régimesau sevrage
SacrificesPonction cardiaque
3 régimes isocaloriques et isolipidiques(lipides 10% en masse et 21% en énergie)
C16:0 28,5 (6,0%en) 19,7 (4,1%en) 7,6 (1,6%en)
C18:0 3,1 2,9 2,2
AG Saturés 35,6 32,1 31,2
Contrôle Dose 1 Dose 2
C18:2 n-6 13,0 13,1 13,1
C18:3 n-3 3,6 3,5 3,5
C18:1 n-9 48,8 49,2 49,8
% des AG
C8:0 8,0 (1,7%en) 21,0 (4,4%en)0,0 (0,0%en)
Ratio n-6/n-3 3,6 3,7 3,7
tricapryline
tripalmitine
Doctorat de Fanny Lemarié
�La description des rôles physiologiques des acides gras saturés a longtemps étérestreinte à leur responsabilité dans la hausse du ch olestérol plasmatique chez l’homme et l’animal, en cas d’apports en excès dans l’alimenta tion (effets désormais controversés).
�Aux niveaux cellulaires et moléculaires, les effets des acides gras saturés sont encore peu connus. La découverte progressive de nombreuses pro téines acylées, dont la fonction est régulée par l’acylation, donne un nouvel intérêt fo nctionnel à certains acides gras saturés.
�Un inventaire plus précis des protéines acylées et de la régulation de leur fonction par l’acylation est nécessaire.
�Le lien entre ces mécanismes moléculaires et les ap ports alimentaires en acides gras saturés doit être approfondi.
�La synthèse endogène prépondérante de l’acide palmi tique associée à un apport alimentaire important rend sa concentration intrace llulaire non limitante pour les phénomènes d’acylation.
�La faible teneur en acide myristique intracellulair e (associée à une très faible biosynthèse endogène) suggèrent que les apports exogènes en aci de myristique, via l’alimentation, régulent de nombreux mécanismes cellulaires par la myristoylation N-terminale.
�L’hypothèse de l’effet délétère de l’acide capryliq ue par octanoylation de la ghréline ne semble pas valide aux doses alimentaires classiquem ent faibles de cet acide gras.
Les acides gras saturés: des fonctions à découvrir, des besoins à mieux définir
P. LEGRAND
E. BEAUCHAMP
F. LEMARIE
H. EZANNO
F. PEDRONO
B. CHOQUE
J. MARCHIX
D. CATHELINE
N. MONTHEAN
C. DUBY
F. BOISSEL
J. PIOT