Le risque cardiovasculaire associé à ABCA1 : vers un modèle moléculaire

Le métabolisme des complexes lipoprotéiques de haute densité (HDL) représente une cible attractive pour le développement d’approches thérapeutiques concernant l’athérosclérose [1]. L’effet cardio-protecteur des HDL résulterait principalement d’une participation active et déterminante des HDL assurant le rétro-transport du cholestérol. Bien que les facteurs environnementaux ne soient pas négligeables, les variations du taux des HDL plasmatiques sont déterminés génétiquement pour au moins 50% [2].

Les recherches sur le rétro-transport du cholestérol et l’identification des partenaires moléculaires impliqués ont permis de mettre en évidence le transporteur ABCA1 (ATP-Binding Cassette) [3]. Le gène codant ABCA1 a été caractérisé comme le gène responsable du syndrome de Tangier [4] [5] [6], maladie rare affectant environ 100 personnes de part le monde [7] et de la déficience familiale en HDL [8], forme hétérozygote du syndrome de Tangier. Les patients Tangier sont caractérisés par l’absence ou très forte réduction des niveaux des HDL circulantes [9], du à l’incapacité des cellules à relarguer le cholestérol membranaire vers les accepteurs apolipoprotéiques, noyau central des HDL en formation [10]. Des travaux épidémiologiques ont confirmé le lien entre le défaut d’efflux de cholestérol, la faible concentration de HDL et l’augmentation de l’athérosclérose chez les patients Tangier [11] [12] [13].

ABCA1 possède donc un rôle fondamental dans la régulation métabolique du cholestérol et devient l’une des cibles principales du développement des nouvelles perspectives thérapeutiques pour la prévention du risque de maladies cardiovasculaires [14].

L’activité d’ABCA1 peut être déclinée selon plusieurs lectures expérimentales, miroir des différents niveaux hiérarchiques du fonctionnement du transporteur : l’activité floppase, symbolisée par l’exposition de résidus phosphatydilsérine à la surface cellulaire ; l’ancrage des apolipoprotéines à la membrane cellulaire ; l’efflux de phospholipides et cholestérol membranaires sur les accepteurs plasmatiques. La perturbation isolée de chacune des étapes est suffisante pour induire une réduction de l’efflux de cholestérol cellulaire ; ce qui se traduit, dans l’organisme entier, par le signe clinique « baisse des HDL circulantes ».

Lors d’une étude systématique sur une large collection de molécules ABCA1 mutantes, une cartographie fonctionnelle du transporteur a été établie et les résidus ou domaines moléculaires associés à l’une ou l’autre lecture fonctionnelle ont été identifiés [15]. La dissociabilité entre les lectures fonctionnelles, étroitement corrélée à la mutation introduite dans ABCA1, suggère une corrélation génotype/phénotype. La rareté du syndrome de Tangier rend peu significative l’analyse d’une corrélation génotype/phénotype au niveau clinique. C’est ainsi qu’afin d’étudier cette corrélation, l’étude des phénotypes cliniques induits par l’expression exclusive des mutants Tangier sur fond ABCA1-/- se révèle être plus informative dans un modèle de souris transgéniques. De plus, contrairement à la situation humaine ou le plus souvent le syndrome de Tangier correspond à l’état hétérozygote composite, le système proposé à l’avantage de permettre une étude non ambiguë des effets systémiques d’une et une seule mutation.

Suite aux résultats obtenus in vitro [15], les variantes d’ABCA1 sélectionnées pour la transgénèse sont ABCA1-GFP et ABCA1MM-GFP (variante dépourvue d’activité ATPase), comme contrôles respectivement positif et négatif. Trois variantes représentent la perte exclusive de l’activité floppase (W590S-GFP), ou de l’ancrage membranaire aux apolipoprotéines (C1477R–GFP), ou encore un gain de fonction qui présente une augmentation de l’ancrage membranaire aux apolipoprotéines (V771M-GFP). La construction CED7-GFP a également été incluse, CED7 étant l’orthologue d’ABCA1 chez C. elegans [16] [17]. Il se comporte in vitro comme une variante dissociative d’ABCA1 et pourrait apporter des informations sur la valeur systémique de la conservation fonctionnelle à travers l’évolution.

Les territoires d’expression du transcrit d’ABCA1 sont préférentiels dans le foie et le placenta au niveau tissulaire et dans la lignée monocytaire-macrophagique au niveau cellulaire. En conséquence, les promoteurs sélectionnés pour contrôler l’expression des transgènes sont i) 7.2 fms issu du gène c-fms qui code le récepteur MCSF-1 [18] [19] et qui garantit une expression au niveau de la lignée myélomonocytaire et du trophoblaste et ii) p-Liv issu du gène ApoE humain, qui a déjà été utilisé avec succès pour l’obtention de souris ABCA transgéniques [20] et qui garantit l’expression au niveau macrophagique et hépatique [21].

La génération d’animaux transgéniques sur fond C57bl6 ABCA1 « wild type » a été obtenue avec succès. Le nombre de copies de transgènes intégrés varie entre 1 et 10, avec une prévalence pour le faible nombre de copies. A ce jour, la stabilisation des fondeurs est en cours, ainsi que la validation de l’expression des transgènes.

A terme, ce travail devrait permettre de mettre en évidence le défaut moléculaire facteur de risque pour le développement précoce de l’athérosclérose. Ceci, couplé à l’analyse génétique du polymorphisme d’ABCA1, donnera les bases pour la mise en place de cribles pronostiques de susceptibilité dans le cas d’hypo-alipoprotéinémies familiales. In fine, l’étude pourrait ouvrir de nouvelles possibilités thérapeutiques ciblant la modulation fonctionnelle des allèles ABCA1 ainsi identifiées.

Publications :

 

[1] Cuchel M, Rader DJ. Genetics of increased HDL cholesterol levels : insights into the relationship between HDL metabolism and atherosclerosis. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2003 ;23(10):1710-2.

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[3] Luciani MF, Denizot F, Savary S, Mattei MG, Chimini G. Cloning of two novel ABC transporters mapping on human chromosome 9. Genomics. 1994 ;21(1):150-9.

[4] Bodzioch M, Orso E, Klucken J, Langmann T, Bottcher A, Diederich W, Drobnik W, Barlage S, Buchler C, Porsch-Ozcurumez M, Kaminski WE, Hahmann HW, Oette K, Rothe G, Aslanidis C, Lackner KJ, Schmitz G. The gene encoding ATP-binding cassette transporter 1 is mutated in Tangier disease. Nat Genet. 1999 ;22(4):347-51.

[5] Lawn RM, Wade DP, Garvin MR, Wang X, Schwartz K, Porter JG, Seilhamer JJ, Vaughan AM, Oram JF. The Tangier disease gene product ABC1 controls the cellular apolipoprotein-mediated lipid removal pathway. J Clin Invest. 1999 ;104(8):R25-31.

[6] Rust S, Rosier M, Funke H, Real J, Amoura Z, Piette JC, Deleuze JF, Brewer HB, Duverger N, Denefle P, Assmann G. Tangier disease is caused by mutations in the gene encoding ATP-binding cassette transporter 1. Nat Genet. 1999 ;22(4):352-5.

[7] Brunham LR, Singaraja RR, Hayden MR. Variations on a gene : rare and common variants in ABCA1 and their impact on HDL cholesterol levels and atherosclerosis. Annu Rev Nutr. 2006 ;26:105-29.

[8] Brooks-Wilson A, Marcil M, Clee SM, Zhang LH, Roomp K, van Dam M, Yu L, Brewer C, Collins JA, Molhuizen HO, Loubser O, Ouelette BF, Fichter K, Ashbourne-Excoffon KJ, Sensen CW, Scherer S, Mott S, Denis M, Martindale D, Frohlich J, Morgan K, Koop B, Pimstone S, Kastelein JJ, Genest J Jr, Hayden MR. Mutations in ABC1 in Tangier disease and familial high-density lipoprotein deficiency. Nat Genet. 1999 ;22(4):336-45.

[9] Singaraja RR, Brunham LR, Visscher H, Kastelein JJ, Hayden MR. Efflux and atherosclerosis : the clinical and biochemical impact of variations in the ABCA1 gene. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2003 ;23(8):1322-32.

[10] Walter M, Gerdes U, Seedorf U, Assmann G. The high density lipoprotein- and apolipoprotein A-I-induced mobilization of cellular cholesterol is impaired in fibroblasts from Tangier disease subjects. Biochem Biophys Res Commun. 1994 ;205(1):850-6.

[11] Clee SM, Kastelein JJ, van Dam M, Marcil M, Roomp K, Zwarts KY, Collins JA, Roelants R, Tamasawa N, Stulc T, Suda T, Ceska R, Boucher B, Rondeau C, DeSouich C, Brooks-Wilson A, Molhuizen HO, Frohlich J, Genest J Jr, Hayden MR. Age and residual cholesterol efflux affect HDL cholesterol levels and coronary artery disease in ABCA1 heterozygotes. J Clin Invest. 2000 ;106(10):1263-70.

[12] Clee SM, Zwinderman AH, Engert JC, Zwarts KY, Molhuizen HO, Roomp K, Jukema JW, van Wijland M, van Dam M, Hudson TJ, Brooks-Wilson A, Genest J Jr, Kastelein JJ, Hayden MR. Common genetic variation in ABCA1 is associated with altered lipoprotein levels and a modified risk for coronary artery disease. Circulation. 2001 ;103(9):1198-205.

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