Les maladies cardiovasculaires (MCV) sont la principale cause de mortalité dans
les pays industrialisés. L'hypercholestérolémie constitue un facteur de risque majeur pour
les MCV. Elle est caractérisée par des niveaux élevés de lipoprotéines de faible densité
(LDL, aussi appelé “mauvais cholestérol”). La présence prolongée de haut niveaux de
LDL dans la circulation augmente le risque de formation de plaques athérosclérotiques,
ce qui peut conduire à l'obstruction des artères et l'infarctus du myocarde. Le LDL est
normalement extrait du sang par sa liaison au récepteur du LDL (LDLR) qui est
responsable de son endocytose dans les hépatocytes. Des études génétiques humaines ont
identifié PCSK9 (proprotein convertase subtilisin/kexin type 9) comme le troisième locus
responsable de l'hypercholestérolémie autosomique dominante après le LDLR et son
ligand l’apolipoprotéine B-100. PCSK9 interagit avec le LDLR et induit sa dégradation,
augmentant ainsi les niveaux plasmatiques de LDL. Les mutations gain de fonction (GF)
de PCSK9 sont associées à des niveaux plasmatiques élevés de LDL et à l'apparition
précoce des MCV, alors que les mutations perte de fonction (PF) de PCSK9 diminuent le
risque de MCV jusqu’à ~ 88% grâce à une réduction du LDL circulant. De ce fait,
PCSK9 constitue une cible pharmacologique importante pour réduire le risque de MCV.
PCSK9 lie le LDLR à la surface cellulaire et/ou dans l'appareil de Golgi des hépatocytes
et provoque sa dégradation dans les lysosomes par un mécanisme encore mal compris. Le
but de cette étude est de déterminer pourquoi certaines mutations humaines de PCSK9
sont incapables de dégrader le LDLR tandis que d'autres augmentent sa dégradation dans
les lysosomes. Plusieurs mutations GF et PF de PCSK9 ont été fusionnées à la protéine
fluorecente mCherry dans le but d'étudier leur mobilité moléculaire dans les cellules
hépatiques vivantes. Nos analyses quantitatives de recouvrement de fluorescence après
photoblanchiment (FRAP) ont montré que les mutations GF (S127R et D129G) avaient
une mobilité protéique plus élevée (> 35% par rapport au WT) dans le réseau trans-
Golgien. En outre, nos analyses quantitatives de recouvrement de fluorescence inverse
après photoblanchiment (iFRAP) ont montré que les mutations PF de PCSK9 (R46L)
avaient une mobilité protéique plus lente (<22% par rapport au WT) et une fraction
mobile beaucoup plus petite (<40% par rapport au WT). Par ailleurs, nos analyses de
microscopie confocale et électronique démontrent pour la toute première fois que PCSK9
est localisée et concentrée dans le TGN des hépatocytes humains via son domaine Cterminal
(CHRD) qui est essentiel à la dégradation du LDLR. De plus, nos analyses sur
des cellules vivantes démontrent pour la première fois que le CHRD n'est pas nécessaire à
l'internalisation de PCSK9. Ces résultats apportent de nouveaux éléments importants sur
le mécanisme d'action de PCSK9 et pourront contribuer ultimement au développement
d'inhibiteurs de la dégradation du LDLR induite par PCSK9. / Coronary heart diseases (CHD) are a leading cause of death in Western societies.
Hypercholesterolemia is a major risk factor for CHD. It is characterized by high levels of
circulating low-density lipoprotein cholesterol (LDL, also called "bad cholesterol"). The
prolonged presence of elevated levels of LDL in the circulation increases the risk of
formation of atherosclerotic plaques, which can lead to obstruction of arteries and
myocardial infarction. LDL is normally cleared from the blood through the binding of its
sole protein constituent apolipoprotein B100 to hepatic LDL receptor (LDLR), which
mediates its endocytosis in the liver. Human genetic studies have identified PCSK9 as the
third gene responsible of autosomal dominant hypercholesterolemia after LDLR and its
ligand apolipoprotein B100. PCSK9 interacts with the LDLR and induces its degradation
thereby causing plasma LDL levels to rise. PCSK9 gain-of-function (GOF) mutations are
associated with elevated plasma LDL levels and premature CHD while PCSK9 loss-offunction
(LOF) mutations reduce the risk of CHD up to ~88% owing to reduction of
circulating LDL. Accordingly, PCSK9 is recognized as a major pharmacological target to
lower the risk of CHD. PCSK9 binds the LDLR at the cell surface and/or in the Golgi
apparatus of hepatocytes and causes its degradation in lysosomes by a mechanism not yet
clearly understood. The goal of this study was to determine why some human PCSK9
mutations fail to induce LDLR degradation while others increase it in lysosomes. Several
PCSK9 LOF and GOF mutations were fused to the fluorescent protein mCherry to study
their molecular mobility in living human liver cells. Our quantitative analysis of
fluorescence recovery after photobleaching (FRAP) showed that PCSK9 GOF mutations
S127R and D129G have a higher protein mobility (>35% compared to WT) at the trans-
Golgi network (TGN). Our quantitative analysis of inverse fluorescence recovery after
photobleaching (iFRAP) showed that PCSK9 LOF mutation R46L presented a much
slower protein mobility (<22% compared to WT) and a much slower mobile fraction
(<40% compared to WT). In addition, our confocal and electron microscopy analyses
demonstrate for the first time that PCSK9 is localized and concentrated at the TGN of
human hepatocytes. Furthermore, our results demonstrate that PCSK9 localization in the
TGN is mediated through its C-terminal cysteine and histidine-rich domain (CHRD),
which is essential for LDLR degradation. Also, our live-cell analyses demonstrate for the
first time that the CHRD is not required for internalization of PCSK9. These results
provide important new information on the mechanism of action of PCSK9 and may
ultimately help in the development of inhibitors of the PCSK9-induced LDLR
degradation.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:umontreal.ca/oai:papyrus.bib.umontreal.ca:1866/11842 |
| Date | 06 1900 |
| Creators | Ait Hamouda, Hocine |
| Contributors | Mayer, Gaétan |
| Source Sets | Université de Montréal |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | Thèse ou Mémoire numérique / Electronic Thesis or Dissertation |
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