L'emplacement est-il tout ?

Le cholestérol est un composant structurel essentiel des membranes cellulaires, où il peut également fonctionner comme régulateur des processus cellulaires.

Les chercheurs savent depuis longtemps que le cholestérol régule la structure et la fonction des protéines intégrales de la membrane plasmique, telles que les canaux ioniques et les récepteurs couplés aux protéines G. Les preuves indiquent également que le cholestérol présent dans le feuillet interne de la membrane plasmique régule la signalisation cellulaire en se liant aux protéines de signalisation. Cependant, il n’existe aucune technique permettant un contrôle spécifique du taux de cholestérol sur un site.

Dans une étude récente dans leJournal de recherche sur les lipides , Wonhwa Cho et son équipe de l'Université de l'Illinois à Chicago ont développé une technique permettant de contrôler précisément le taux de cholestérol. Cho pense que la nouvelle méthode bénéficiera à la recherche biomédicale qui pourra contribuer à améliorer le traitement des maladies associées au cholestérol.

"Il y a de nombreuses années, nous avons découvert et publié que le cholestérol présent dans le feuillet interne de la membrane plasmique pouvait activer des processus cellulaires conduisant à une prolifération cellulaire", a déclaré Cho. « D’autres ont également signalé des actions localisées du cholestérol dans la cellule. Nous avions donc besoin d’un outil qui puisse nous aider à élucider sans ambiguïté la fonction spécifique du cholestérol.

Bien que les chercheurs puissent utiliser des méthodes standards telles que l’extraction chimique et l’enrichissement du cholestérol par la méthyl-bêta-cyclodextrine et l’inhibition de la biosynthèse du nouveau cholestérol cellulaire par les statines, ces techniques ne permettent pas la déplétion spatio-temporelle du cholestérol et peuvent être toxiques pour les cellules.

La méthode de Cho tire parti d'un système de dimérisation inductible des protéines et des capacités de réduction du cholestérol de la cholestérol oxydase de l'espèce Streptomyces, une enzyme qui catalyse la dégradation du cholestérol en deux étapes. Premièrement, il doit se lier à la membrane ; le cholestérol est ensuite converti en cholest-4-en-3-one, ou cholesténone.

Les chercheurs ont conçu de manière rationnelle un mutant de la cholestérol oxydase, appelé WVR, qui présentait une liaison membranaire compromise sans changement significatif dans la fonction catalytique de la cholestérol oxydase. L'équipe de Cho a utilisé le mutant WVR pour concevoir un système qui cible artificiellement la cholestérol oxydase vers la membrane plasmique en tant qu'agent de déplétion du cholestérol inductible dans le temps.

Les chercheurs utilisent souvent la formation de dimères protéiques en réponse à une stimulation externe pour comprendre le rôle des interactions protéine-protéine dans les fonctions cellulaires. Le système de dimérisation FRB – FKBP utilise la rapamycine, un antibiotique antifongique qui peut simultanément se lier à la protéine de liaison FK506 et au domaine de liaison FKBP – rapamycine de la cible mammifère de la rapamycine, connue respectivement sous le nom de FKBP et FRB, entraînant la formation d'hétérodimères. Les protéines d'intérêt peuvent être fusionnées au FKBP ou au FRB, et la dimérisation peut être induite en ajoutant de la rapamycine ou des analogues tels que le rapalog.

L'équipe de Cho a conjugué la cholestérol oxydase mutante au FKBP. Ils ont ancré le domaine FRB aux membranes à l’aide d’une courte séquence peptidique, Lyn, qui cible les protéines vers la membrane plasmique. Ils ont obtenu un ciblage spécifique à un site de la cholestérol oxydase en ajoutant du rapalog, ce qui a induit la dimérisation du FKBP – FRB et la translocation de la cholestérol oxydase mutante vers la membrane plasmique. L'épuisement spécifique du cholestérol a permis à l'équipe de Cho de déterminer sans ambiguïté les différentes fonctions du cholestérol dans les feuillets cytosoliques de la membrane plasmique et des lysosomes.

"Le cholestérol a été associé à divers cancers, notamment les cancers du sein et colorectal", a déclaré Cho. « Nos nouveaux outils seront très précieux pour élucider le lien mécaniste entre les niveaux de cholestérol cellulaire et le processus cellulaire oncogène. Cela contribuera à son tour au développement de nouveaux médicaments contre le cancer qui modulent les processus cellulaires oncogènes médiés par le cholestérol.

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Aswathy N. Rai est professeur clinicien adjoint et coordinateur de premier cycle au département de biochimie, de biologie moléculaire, d'entomologie et de pathologie végétale de l'Université d'État du Mississippi.