The mammalian target of rapamycin complex 1 (mTORC1) is known to regulate lipogenesis through sterol regulatory element binding proteins (SREBPs), master regulators of cholesterol and fatty acid synthesis. Through an incompletely understood mechanism, mTORC1 triggers translocation of SREBPs, an endoplasmic reticulum (ER) resident protein, to the Golgi, where mature SREBP is proteolytically produced to activate transcription of lipogenic genes. Low ER cholesterol is a well-known trigger for SREBPs activation, which includes translocation, maturation, and transcriptional activation. The study investigated whether mTORC1 activates SREBP by limiting cholesterol delivery to the ER. The findings indicate an increase in mTORC1 activity is accompanied by lower ER cholesterol and by SREBP-2 activation, a transcription factor primarily responsible for cholesterol synthesis. A decrease in mTORC1 activity, on another hand, coincides with higher ER cholesterol and lower SERBP-2 activity. I further report that this ER cholesterol is of lysosomal origin, as blocking the exit of cholesterol from lysosomes by U18666A or NPC1 siRNA prevents ER cholesterol from rising and, consequently, SREBP-2 is activated without mTORC1 activation. I identified two membrane trafficking processes, triggered by low mTORC1 activity, supply the lysosomes with cholesterol: autophagy and re-routing of endosomes to lysosomes. Indeed, a dual blockade by Atg5-/- and rab5 kept the ER cholesterol low even when mTORC1 activity was low, and resulted in SREBP-2 activation. Conversely, over-expressing Atg7, which forces autophagy, raises the ER cholesterol and suppresses SREBP-2 activity even when mTORC1 activity is high. Thus, it can be concluded that mTORC1 actively suppresses the formation of autophagosomes and promotes endosomal recycling, both of which prevents cholesterol to reach the lysosomes, thereby reducing cholesterol levels in the ER and activating SREBP-2.

La proprotéine convertase subtilisine/kexine type 9 (PCSK9) favorise la dégradation post-transcriptionnelle du récepteur des lipoprotéines de faible densité (LDLr) dans les hépatocytes et augmente le LDL-cholestérol dans le plasma. Cependant, il n’est pas clair si la PCSK9 joue un rôle dans l’intestin. Dans cette étude, nous caractérisons les variations de la PCSK9 et du LDLr dans les cellules Caco-2/15 différentiées en fonction d’une variété d’effecteurs potentiels. Le cholestérol (100 µM) lié à l’albumine ou présenté en micelles a réduit de façon significative l’expression génique (30%, p<0,05) et l’expression protéique (50%, p<0,05) de la PCSK9. Étonnamment, une diminution similaire dans le LDLr protéique a été enregistrée (45%, p<0,05). Les cellules traitées avec le 25-hydroxycholestérol (50 µM) présentent également des réductions significatives dans l’ARNm (37%, p<0,01) et la protéine (75%, p<0,001) de la PCSK9. Une baisse des expressions génique (30%, p<0,05) et protéique (57%, p<0,01) a également été constatée dans le LDLr. Des diminutions ont aussi été observées pour la HMG CoA réductase et la protéine liant l’élément de réponse aux stérols SREBP-2. Il a été démontré que le SREBP-2 peut activer transcriptionnellement la PCSK9 par le biais de la liaison de SREBP-2 à son élément de réponse aux stérols situé dans la région proximale du promoteur de la PCSK9. Inversement, la déplétion du contenu cellulaire en cholestérol par l’hydroxypropyl-β-cyclodextrine a augmenté l’expression génique de la PCSK9 (20%, p<0,05) et son contenu protéique (540%, p<0,001), en parallèle avec les niveaux protéiques de SREBP-2. L’ajout des acides biliaires taurocholate et déoxycholate dans le milieu apical des cellules intestinales Caco-2/15 a provoqué une baisse d’expression génique (30%, p<0,01) et une hausse d’expression protéique (43%, p<0,01) de la PCSK9 respectivement, probablement via la modulation du FXR (farnesoid X receptor). Ces données combinées semblent donc indiquer que la PCSK9 fonctionne comme un senseur de stérols dans le petit intestin. / Proprotein convertase subtilisin/kexin type 9 (PCSK9) posttranslationally promotes the degradation of the low-density lipoprotein receptor (LDLr) in hepatocytes and increases plasma LDL cholesterol. It is not clear, however, whether PCSK9 plays a role in the small intestine. Here, we characterized the patterns of variations of PCSK9 and LDLr in fully differentiated Caco-2/15 cells as a function of various potential effectors. Cholesterol (100 µM) solubilised in albumin or micelles significantly down-regulated PCSK9 gene (30%, p<0,05) and protein expression (50%, p<0,05), surprisingly in concert with a decrease in LDLr protein levels (45%, p<0,05). 25-hydroxycholesterol (50 µM) treated cells also displayed significant reduction in PCSK9 gene (37 %, p<0,01) and protein (75% p<0,001) expression, while LDLr showed a decrease at the gene (30%, p< 0,05) and protein (57%, p<0,01) levels, respectively. The amounts of PCSK9 mRNA and protein in Caco-2/15 cells were associated to the regulation of HMG-CoA reductase and sterol regulatory element binding protein-2 (SREBP-2) that can transcriptionally activate PCSK9 via sterol-regulatory elements located in its proximal promoter region. On the other hand, depletion of cholesterol content by hydroxypropyl-β-cyclodextrine up-regulated PCSK9 transcripts (20%, p<0,05) and protein mass (540%, p<0,001), in parallel with SREBP-2 protein levels. The addition of bile acids, taurocholate and deoxycholate, to the apical culture medium lowered PCSK9 gene expression (30%, p<0,01) and raised PCSK9 protein expression (43%, p<0,01) respectively, probably via the modulation of farnesoid X receptor. Combined, these data indicate that PCSK9 functions as a sensor of sterol in the small intestine.

La proprotéine convertase subtilisine/kexine type 9 (PCSK9) favorise la dégradation post-transcriptionnelle du récepteur des lipoprotéines de faible densité (LDLr) dans les hépatocytes et augmente le LDL-cholestérol dans le plasma. Cependant, il n’est pas clair si la PCSK9 joue un rôle dans l’intestin. Dans cette étude, nous caractérisons les variations de la PCSK9 et du LDLr dans les cellules Caco-2/15 différentiées en fonction d’une variété d’effecteurs potentiels. Le cholestérol (100 µM) lié à l’albumine ou présenté en micelles a réduit de façon significative l’expression génique (30%, p<0,05) et l’expression protéique (50%, p<0,05) de la PCSK9. Étonnamment, une diminution similaire dans le LDLr protéique a été enregistrée (45%, p<0,05). Les cellules traitées avec le 25-hydroxycholestérol (50 µM) présentent également des réductions significatives dans l’ARNm (37%, p<0,01) et la protéine (75%, p<0,001) de la PCSK9. Une baisse des expressions génique (30%, p<0,05) et protéique (57%, p<0,01) a également été constatée dans le LDLr. Des diminutions ont aussi été observées pour la HMG CoA réductase et la protéine liant l’élément de réponse aux stérols SREBP-2. Il a été démontré que le SREBP-2 peut activer transcriptionnellement la PCSK9 par le biais de la liaison de SREBP-2 à son élément de réponse aux stérols situé dans la région proximale du promoteur de la PCSK9. Inversement, la déplétion du contenu cellulaire en cholestérol par l’hydroxypropyl-β-cyclodextrine a augmenté l’expression génique de la PCSK9 (20%, p<0,05) et son contenu protéique (540%, p<0,001), en parallèle avec les niveaux protéiques de SREBP-2. L’ajout des acides biliaires taurocholate et déoxycholate dans le milieu apical des cellules intestinales Caco-2/15 a provoqué une baisse d’expression génique (30%, p<0,01) et une hausse d’expression protéique (43%, p<0,01) de la PCSK9 respectivement, probablement via la modulation du FXR (farnesoid X receptor). Ces données combinées semblent donc indiquer que la PCSK9 fonctionne comme un senseur de stérols dans le petit intestin. / Proprotein convertase subtilisin/kexin type 9 (PCSK9) posttranslationally promotes the degradation of the low-density lipoprotein receptor (LDLr) in hepatocytes and increases plasma LDL cholesterol. It is not clear, however, whether PCSK9 plays a role in the small intestine. Here, we characterized the patterns of variations of PCSK9 and LDLr in fully differentiated Caco-2/15 cells as a function of various potential effectors. Cholesterol (100 µM) solubilised in albumin or micelles significantly down-regulated PCSK9 gene (30%, p<0,05) and protein expression (50%, p<0,05), surprisingly in concert with a decrease in LDLr protein levels (45%, p<0,05). 25-hydroxycholesterol (50 µM) treated cells also displayed significant reduction in PCSK9 gene (37 %, p<0,01) and protein (75% p<0,001) expression, while LDLr showed a decrease at the gene (30%, p< 0,05) and protein (57%, p<0,01) levels, respectively. The amounts of PCSK9 mRNA and protein in Caco-2/15 cells were associated to the regulation of HMG-CoA reductase and sterol regulatory element binding protein-2 (SREBP-2) that can transcriptionally activate PCSK9 via sterol-regulatory elements located in its proximal promoter region. On the other hand, depletion of cholesterol content by hydroxypropyl-β-cyclodextrine up-regulated PCSK9 transcripts (20%, p<0,05) and protein mass (540%, p<0,001), in parallel with SREBP-2 protein levels. The addition of bile acids, taurocholate and deoxycholate, to the apical culture medium lowered PCSK9 gene expression (30%, p<0,01) and raised PCSK9 protein expression (43%, p<0,01) respectively, probably via the modulation of farnesoid X receptor. Combined, these data indicate that PCSK9 functions as a sensor of sterol in the small intestine.