L’hypercholestérolémie familiale se traduit cliniquement par des
concentrations plasmatiques élevées de lipoprotéines de basse
densité (LDL, low density lipoproteins), par des dépôts de
cholestérol dans les tendons et la peau (xanthomes), ainsi que dans
les artères (athérome), provoquant des accidents cardiovasculaires
prématurés. Dans la plupart des cas recensés, c’est un désordre
génétique à transmission autosomique dominante provenant de
mutations dans le gène codant pour le récepteur des LDL qui est à
l’origine de cette maladie [1]. Des mutations du gène codant pour
l’apolipoprotéine B100 (apoB100), notamment dans le domaine
permettant la reconnaissance et la capture par le récepteur des LDL
de l’apoB100, provoquent également un phénotype
d’hypercholestérolémie familiale (familial ligand-defective
apoB100) [1]. Enfin, dans de très rares familles où
l’hypercholestérolémie familiale est à transmission autosomique
récessive, la mutation du gène ARH codant pour une protéine
cytosolique du même nom, impliquée dans le processus
d’incorporation du récepteur des LDL au niveau des puits de
clathrine, permettant l’endocytose des LDL, est responsable du
phénotype [1].
Un troisième locus
Récemment, deux équipes ont identifié un troisième locus dans la
région du chromosome 1p32 impliqué dans l’hypercholestérolémie
familiale à transmission autosomique dominante [2, 3]. À ce jour,
quatre familles ont été identifiées : elles présentent des
mutations (S127R, F216L, D374Y, N157K) sur un nouveau gène, PCSK9
(proprotein convertase subtilisin/kexin type 9) situé dans ce locus
; ni le récepteur des LDL, ni l’apoB100 ne sont mutés [4-6]. PCSK9
est une proprotéine convertase, exprimée notamment dans le foie,
l’épithélium intestinal, le rein et les neurones. PCSK9 serait
impliquée dans la différenciation neuronale et pendant la
régénération hépatique [7].
Le seul substrat connu de PCSK9 étant PCSK9 lui-même, son rôle
physiologique est délicat à déterminer [7]. La première indication
notable est venue de l’observation d’une régulation négative de
PCSK9 par les stérols alimentaires et de la régulation positive de
l’expression hépatique de PCSK9 chez des souris surexprimant
SREBP1a et SREBP2, deux facteurs de transcription activés lors
d’une déplétion intracellulaire en cholestérol [8, 9]. Ces
observations ont été renforcées par la description d’une induction
de l’expression de PCSK9 par les statines qui sont des inhibiteurs
de l’HMG-CoA réductase, étape limitante de la biosynthèse du
cholestérol [10].
PCSK9 inhibe l’expression et l’activité hépatique du
récepteur des LDL
La surexpression de PCSK9 chez la souris (au moyen d’adénovirus
recombinants) induit un doublement de la concentration de
cholestérol circulant, en augmentant exclusivement le cholestérol
des LDL [11]. Ce phénomène est associé à une diminution de
l’expression hépatique du récepteur des LDL. En revanche, la
surexpression de PCSK9, chez des souris dont le gène codant pour le
récepteur des LDL a été invalidé, n’a pas d’effet sur les lipides
plasmatiques. Ces résultats indiquent que PCSK9 inhibe l’expression
du récepteur des LDL, ce qui induit une augmentation des
concentrations plasmatiques de cholestérol LDL [11].
L’utilisation de modèles cellulaires (hépatomes HuH7 en culture) a
permis de mettre en évidence un effet de PCSK9 sur la capture des
LDL : la surexpression (transfection transitoire) ou l’atténuation
(interférence par l’ARN) de PCSK9 provoquent respectivement une
diminution et une augmentation de la capture cellulaire de LDL
fluorescents (Figure 1). Par ailleurs, nous venons de montrer que
la surexpression de PCSK9 chez la souris se traduit par un retard
du catabolisme hépatique des LDL, similaire à ce qui est observé
chez les souris déficientes en récepteur des LDL (G. Lambert,
données non publiées).
Les études de la mutation S127R de PCSK9 ont donné des résultats
similaires à ceux des études de surexpression de PCSK9. En effet,
des fibroblastes immortalisés de patients présentant la mutation
S127R de PCSK9 ont une diminution de l’expression du récepteur des
LDL à leur surface par rapport à celle des fibroblastes témoins
[12]. Chez deux patients ayant une mutation S127R, nous avons
montré que le catabolisme des LDL est retardé de 30 % chez ces
patients par rapport aux témoins [13]. Cela suggère que certaines
mutations se traduisent par un gain de fonction de PCSK9 plutôt que
par une diminution ou une abolition de son activité
normale.
L’ensemble de ces études permet de conclure que PCSK9 joue un rôle
antagoniste majeur sur l’expression et l’activité du récepteur des
LDL in vivo. En revanche, les mécanismes moléculaires qui président
à cette régulation restent à découvrir.
Figure 1. PCSK9 diminue la capture cellulaire des LDL. Capture
de DiI-LDL fluorescents par des hépatomes humains (HuH7) présentant
différentes valeurs d’expression de PCSK9. A. HuH7 surexprimant
PCSK9 par transfection transitoire. B. HuH7 témoins. C. HuH7 dont
l’expression endogène de PCSK9 est atténuée par interférence par
l’ARN.
Un mécanisme d’action encore inconnu
Dans la cellule, PCSK9 n’agit pas directement sur le récepteur
des LDL [12]. Les voies métaboliques impliquant PCSK9 ne sont pas
non plus altérées chez les souris déficientes en ARH, une protéine
qui permet l’endocytose du récepteur des LDL [1]. Cela exclut la
possibilité d’une action de PCSK9 pendant ou après l’étape
d’internalisation du récepteur des LDL [14]. Par ailleurs, l’étude
du mutant S127R suggère que l’action de PCSK9 sur le récepteur des
LDL est un phénomène post-traductionnel tardif (Golgi, endosomes
et/ou lysosomes) - probablement une augmentation de sa dégradation
- conduisant à une diminution de l’expression du récepteur des LDL
à la surface des cellules (Figure 2).
L’observation de l’action catalytique de PCSK9 sur pro-PCSK9
soulève de nouvelles interrogations. En effet, les substitutions
D374Y et S127R se traduisent par une diminution de la conversion
dans le réticulum endoplasmique de pro-PCSK9 en PCSK9 mature. En
revanche, la mutation F216L, la double mutation D374Y+N157K
présentes sur le même allèle, ainsi que deux mutations identifiées
très récemment, R218S et R237W, n’ont pas d’effet sur la maturation
de pro-PCSK9. Or, toutes ces mutations affectent l’expression du
récepteur des LDL et provoquent une hypercholestérolémie familiale.
Enfin, de façon très inattendue, la mutation de la sérine active de
PCSK9 (mutation S386A, non retrouvée chez les patients testés in
vitro) qui se traduit par une absence totale de la forme mature de
PCSK9 - pro-PCSK9 n’étant pas clivé - n’a pas d’effet sur
l’expression du récepteur des LDL.
Ainsi, l’hypothèse la plus vraisemblable est que le clivage de
pro-PCSK9 en PCSK9 est indispensable à son action sur le récepteur
des LDL (le Golgi et/ou les endo/lysosomes seraient les sites
d’action où pourrait s’opérer la régulation par PCSK9 de
l’expression du récepteur des LDL). À partir des données actuelles,
on ne peut cependant pas exclure que PCSK9 ait un autre mécanisme
d’action qui reste à déterminer.
Figure 2. PCSK9 et métabolisme intracellulaire du récepteur des
LDL. Le récepteur des LDL (LDLr) présent à la surface des
hépatocytes en interagissant avec son ligand l’apoB100 capte les
LDL plasmatiques. L’internalisation par endocytose des complexes
LDL/LDLr au niveau de puits de clathrine nécessite l’interaction
avec ARH. Le récepteur des LDL est recyclé et retourne à la
membrane plasmique tandis que le cholestérol ainsi capté s’accumule
dans l’hépatocyte. L’accumulation intracellulaire du cholestérol
inhibe les facteurs de transcription SREBP qui, eux-mêmes, activent
l’expression du gène codant pour le LDLr. L’expression génique de
PCSK9 est également activée par SREBP, favorisant ainsi la synthèse
de pro-PCSK9. Après avoir clivé pro-PCSK9 en protéine mature dans
le réticulum endoplasmique, PCSK9 inhibe de façon indirecte un ou
plusieurs événements post-traductionnels ou la mobilisation du LDLr
vers la membrane plasmique, vraisemblablement au niveau golgien ou
endo/lysosomal.
PCSK9 et production de VLDL
L’étude métabolique de l’apoB100 chez deux patients ayant une
mutation S127R indique qu’à côté de la diminution du catabolisme
hépatique, ces patients ont une production fortement augmentée de
l’apoB100 des VLDL (very low density lipoproteins) (lipoprotéines
de très basse densité, précurseurs des LDL) par rapport à celle de
sujets témoins [13]. Cette observation n’est pas reproduite dans
les modèles animaux ou cellulaires : la surexpression de la forme
sauvage de PCSK9, chez la souris ou en culture cellulaire, ne
provoque pas de modification de la production d’apoB100 et/ou de
VLDL (G. Lambert, données non publiées). De même, la surexpression
de PCSK9 sauvage ou muté (S127R) ne semble pas affecter la
production de VLDL chez la souris déficiente en récepteur des LDL
[14]. D’autres études sont nécessaires pour établir les mécanismes
cellulaires de cette nouvelle action de PCSK9 muté.
Ainsi, PCSK9 est bien un nouveau gène directement impliqué dans
l’hypercholestérolémie familiale. Son action antagoniste sur
l’expression et l’activité du récepteur des LDL est désormais
établie avec certitude. L’étude réalisée par des techniques de
pointe de biologie cellulaire ainsi que la production de souris
dont le gène codant pour PCSK9 a été invalidé devraient permettre
d’appréhender avec précision les mécanismes moléculaires présidés
par PCSK9 et de proposer, éventuellement, une approche
thérapeutique d’inhibition de cette voie métabolique. ¹
Références
1. Rader DJ, Cohen J, Hobbs HH. Monogenic
hypercholesterolemia : New insights in pathogenesis and treatment.
J Clin Invest 2003 ; 111 : 1795-803.
2. Hunt SC, Hopkins PN, Bulka K, et al. Genetic
localization to chromosome 1p32 of the third locus for familial
hypercholesterolemia in a Utah kindred. Arterioscler Thromb Vasc
Biol 2000 ; 20 : 1089-93.
3. Varret M, Rabes JP, Saint-Jore B, et al. Third major
locus for autosomal dominant hypercholesterolemia maps to
1p34.1-p32. Am J Hum Genet 1999 ; 64 : 1378-87.
4. Abifadel M, Varret M, Rabes JP, et al. Mutations in
PCSK9 cause autosomal dominant hypercholesterolemia. Nat Genet 2003
; 34 : 154-6.
5. Timms KM, Wagner S, Samuels ME, et al. A mutation in
PCSK9 causing autosomal-dominant hypercholesterolemia in a Utah
pedigree. Hum Genet 2004 ; 114 : 349-53.
6. Leren TP. Mutations in the PCSK9 gene in Norwegian
subjects with autosomal dominant hypercholesterolemia. Clin Genet
2004 ; 65 : 419-22.
7. Seidah NG, Benjannet S, Wickham L, et al. The
secretory proprotein convertase neural apoptosis-regulated
convertase 1 (NARC-1) : Liver regeneration and neuronal
differentiation. Proc Natl Acad Sci USA 2003 ; 100 : 928-33.
8. Maxwell KN, Soccio RE, Duncan EM, et al. Novel
putative SREBP and LXR target genes identified by microarray
analysis in liver of cholesterol-fed mice. J Lipid Res 2003 ; 44 :
2109-19.
9. Horton JD, Shah NA, Warrington JA, et al. Combined
analysis of oligonucleotide microarray data from transgenic and
knockout mice identifies direct SREBP target genes. Proc Natl Acad
Sci USA 2003 ; 100 : 12027-32
10. Dubuc G, Chamberland A, Wassef H, et al. Statins
upregulate PCSK9, the gene encoding the proprotein convertase
neural apoptosis-regulated convertase-1 implicated in familial
hypercholesterolemia. Arterioscler Thromb Vasc Biol 2004 ; 24 :
1-6.
11. Maxwell KN, Breslow JL. Adenoviral-mediated
expression of Pcsk9 in mice results in a low-density lipoprotein
receptor knockout phenotype. Proc Natl Acad Sci USA 2004 ; 101 :
7100-5.
12. Benjannet S, Rhainds D, Essalmani R, et al.
NARC-1/PCSK9 and its natural mutants : zymogen cleavage and effects
on the LDLR and LDL-cholesterol. J Biol Chem 2004 (sous
presse).
13. Ouguerram K, Chetiveaux M, Zair Y, et al.
Apolipoprotein B100 metabolism in autosomal-dominant
hypercholesterolemia related to mutations in PCSK9. Arterioscler
Thromb Vasc Biol 2004 ; 24 : 1448-53.
14. Park SW, Moon YA, Horton JD. Post-transcriptional
regulation of LDL receptor protein by proprotein convertase
subtilisin/kexin type 9a (PCSK9) in mouse liver. J Biol Chem 2004
(sous presse).
Accès gratuit