Des détails structurels de la liaison apoB100-LDLR émergent

Une étude décrypte la poignée de main moléculaire entre les récepteurs LDL et l’apoB100, mettant ainsi en lumière le métabolisme du cholestérol et son rôle dans les maladies cardiovasculaires.

Étude : Structure de l'apolipoprotéine B100 liée au récepteur des lipoprotéines de basse densité. Crédit d'image : Nemes Laszlo/Shutterstock

Dans une étude récente publiée dans la revue Natureles chercheurs ont élucidé la base structurelle de l'interaction de l'apolipoprotéine B100 (apoB100) avec le récepteur des lipoprotéines de basse densité (LDLR) et ses implications pour la formation de dimères de lipoprotéines de basse densité (LDL) et l'hypercholestérolémie familiale (FH).

Arrière-plan

Les LDL jouent un rôle essentiel dans les maladies cardiovasculaires, la principale cause mondiale de morbidité et de mortalité. Il transporte le cholestérol, la majeure partie de sa clairance étant médiée par les LDLR sur les hépatocytes. Les perturbations de la fonction LDLR ou les mutations de l'apoB100, comme celles observées dans l'HF, conduisent à une accumulation de cholestérol à lipoprotéines de basse densité (LDL-C), déclenchant l'athérosclérose. Les inhibiteurs de la 3-hydroxy-3-méthylglutaryl-coenzyme A réductase (statines), le traitement principal, abaissent le LDL-C en améliorant l'expression du LDLR, mais de nombreuses mutations liées au FH manquent de compréhension mécaniste. La ceinture β de l'apoB100, une structure amphipathique continue qui entoure le noyau lipidique LDL, joue un rôle central dans la liaison du LDLR, mais est difficile à étudier en raison de son repliement dépendant des lipides et de sa grande taille. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour élucider ces mécanismes et améliorer la prévention et le traitement des maladies cardiovasculaires.

À propos de l'étude

La présente étude a utilisé des techniques avancées de microscopie cryoélectronique (cryo-EM) pour élucider les interactions entre l'apoB100, le LDL et le LDLR. Les particules de lipoprotéines de basse densité ont été purifiées à partir du plasma humain, isolées par ultracentrifugation par flottation séquentielle et caractérisées pour une imagerie cryo-EM optimale. Le domaine extracellulaire du LDLR, contenant une mutation ponctuelle unique pour améliorer la stabilité, a été exprimé de manière recombinante dans des cellules 293T (HEK293T) de rein embryonnaire humain. Un échafaudage nanocorps-legobody de haute affinité a également été utilisé pour stabiliser l'apoB100 et faciliter l'alignement des particules pendant l'imagerie.

La collecte de données Cryo-EM impliquait une analyse de particule unique pour déterminer les caractéristiques structurelles du LDL, de l'apoB100 et de leurs complexes avec le LDLR. Les techniques de raffinement itératif ont amélioré la résolution, permettant une modélisation détaillée de la ceinture β de l'apoB100 et de ses doubles interfaces de liaison avec le LDLR. Des expériences de réticulation ont validé ces résultats, garantissant l'intégrité structurelle des modèles.

L'étude a réalisé des reconstructions à haute résolution de complexes apoB100-LDLR à l'aide de ces méthodes, révélant des interfaces de liaison doubles essentielles à la dimérisation des lipoprotéines de basse densité et au cycle LDLR.

Résultats de l'étude

Le LDLR, une protéine transmembranaire de type 1 et membre de la superfamille LDLR, intervient dans la dimérisation des LDL. Son domaine extracellulaire se compose de sept modules LDLR de type A (LA1 – LA7), de trois modules de type facteur de croissance épidermique (EGF), d'un domaine β-hélice et d'une région O-glycosylée. La région extracellulaire LDLR (résidus 22 à 788) a été exprimée de manière recombinante et purifiée pour des études structurelles, tandis que les LDL ont été isolées du plasma humain par ultracentrifugation par flottation. L'étude a confirmé que le LDLR lie le LDL avec une affinité élevée, avec des constantes de dissociation allant de 1,2 à 2,2 nM.

En utilisant le cryo-EM, le LDLR a été observé sous forme de monomère isolé, mais oligomérisé en complexes d'ordre supérieur lorsqu'il est lié au LDL. Ces complexes ont révélé que le LDLR intervient dans la dimérisation des LDL par le biais d'interactions au niveau de deux sites de liaison distincts sur l'apoB100, la principale protéine structurelle des LDL. Un site de liaison implique les modules LDLR LA3 à LA7 et EGF-A engageant une région de ceinture β sur l'apoB100, tandis que l'autre est formé par le domaine β-hélice du LDLR se liant au domaine N-terminal de l'apoB100.

D'autres analyses structurelles du complexe LDL-LDLR ont montré que les particules dimères de LDL sont reliées par deux molécules LDLR dans une configuration 2:2:2 (LDL:LDLR:legobody). Cet arrangement permet une endocytose efficace médiée par les récepteurs. Des améliorations locales des données cryo-EM ont identifié la ceinture β de l'apoB100 comme une structure amphipathique continue enroulée autour du noyau lipidique des LDL. La ceinture β se compose de cinq panneaux reliés par des boucles, avec des régions clés contribuant à la liaison du LDLR. Ces caractéristiques structurelles s'alignent sur les tests fonctionnels et donnent un aperçu de la dynamique du métabolisme des LDL.

Les mutations FH ont été cartographiées sur l'interface de liaison LDLR – apoB100, clarifiant ainsi leur impact sur la clairance des LDL. Des mutations telles que R3059C, K3394N et R3527Q, situées dans la ceinture β de l'apoB100, ont considérablement réduit la liaison et l'absorption des LDL. Ces résultats valident la perturbation mécaniste provoquée par les mutations FH, mettant en évidence la base structurelle de la fonction défectueuse du LDLR. L'étude souligne le rôle essentiel du LDLR dans la dimérisation et l'absorption cellulaire des LDL, offrant ainsi des informations structurelles sur le cycle des récepteurs et la pathogenèse de l'hypercholestérolémie.

Conclusions

En identifiant deux interfaces de liaison distinctes, les résultats ont validé les mécanismes sous-jacents à la dimérisation des LDL, au cycle des récepteurs et à l'impact des mutations FH. Ces connaissances structurelles mettent en évidence la manière dont les perturbations des interactions apoB100-LDLR contribuent aux taux élevés de LDL-C et aux maladies cardiovasculaires. La découverte de ces sites à double liaison fournit un cadre mécanistique pour des thérapies ciblées visant à améliorer la clairance des LDL et à réduire les complications liées à l'hypercholestérolémie.