Les protéines de transfert de lipides (ou PTL ou LTP pour les anglophones) sont un groupe de protéines produites par les animaux, les végétaux et certains microorganismes pathogènes (ex : élicitines sécrétées par Phytophthora et Pythium)).
Comme l'indique leur nom, les protéines de transfert lipidique « embarquent » et « véhiculent » des phospholipides et d'autres groupes d'acides gras, en les transférant d'une membrane à une autre au sein de la cellule vers un point où la molécule transportée peut éventuellement alors traverser la membrane cellulaire.
Ces protéines PTL jouent un rôle majeur et beaucoup plus large chez les végétaux dits supérieurs (Tracheophyta) que chez les animaux. Dans les cellules des végétaux, ce sont des protéines hautement conservées, d'environ 7 à 9 kDa, présentes dans de nombreux tissus Rougé, P., Borges, J. P., Culerrier, R., Brulé, C., Didier, A., & Barre, A. (2009) Les protéines de transfert des lipides : des allergènes importants des fruits. Revue Française d'Allergologie, 49(2), 58-61 |(résumé), y compris dans le grain de pollen, sous sa cuticule protectrice. Chez les plantes on subdivise les PTL en deux grandes sous-familles structurellement liées, selon leurs masses moléculaires LTP1 (9 kDa) et LTP2 (7 kDa). Différentes PTL se lient à un large éventail de ligands, dont des acides gras à longue de chaîne (C 10 à C 18), des dérivés acylés du coenzyme A (CoA), des phospholipides et galactolipides, la prostaglandine B 2, des stérols, des molécules de solvants organiques, et même divers polluants ou médicaments PTL2.
Les PTL dans l'Histoire des sciences La description des premières protéines de transfert de lipides (LTP) a été faite en 1975 par l'équipe de Jean-Claude KaderKader JC (1975) Proteins and the intracellular exchange of lipids. I. Stimulation of phospholipid exchange between mitochondria and microsomal fractions by proteins isolated from potato tuber. Biochim Biophys Acta 380, 31-44. qui montrera in vitro en 1996 que des phospholipides sont ainsi transportés d'une membrane donneuse à une membrane acceptriceKader J (1996) Lipid-transfer proteins in plants. Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol 47, 627-654.
Classification des PTL Chez les végétaux ces petites protéines sont habituellement classées en 2 groupes : Le groupe 1 (ou PTL 1 ou LPT 1) : C'est celui des PTL de poids moléculaires de 10kDa environ ; Elles sont basiques, car leur point isoélectrique se situe entre 9 et 10 (Les acides aminés chargés, très abondants, sont très souvent conservés au sein des LTP 1 (Aspartate, Arginine et Lysine) notent Castro et al. en 2003Castro MS, Gerhardt IR, Orrù S, Pucci P and Bloch CJ (2003). Purification and characterization of a small (7.3 kDa) putative lipid transfer protein from maize seeds. J Chromatogr B Analyt Technol Biomed Life Sci 794, 109-114. . Elles sont faites de 92 acides aminés environ (de 90 à 95). Elles sont caractérisées par la position, très conservée, de 8 résidus cystéine, qui forment 4 ponts disulfure, ce qui entraîne une très bonne stabilisation de la structure tertiaire. Leur structure secondaire se compose de 4 hélices a mais aussi d'une longue région C-terminale (queue) apparemment peu ou pas structurée Lee JY, Min K, Cha H, Shin DH, Hwang KY and Suh SW (1998). Rice non-specific lipid transfer protein: the 1.6 A crystal structure in the unliganded state reveals a small hydrophobic cavity. J Mol Biol 276, 437-448Shin DH, Lee JY, Hwang KY, Kim KK and Suh SW (1995). High-resolution crystal structure of the non-specific lipid-transfer protein from maize seedlings. Structure 3, 189-199. Leur structure tridimensionnelle a été étudiées par diffraction aux rayons-X et par Résonance Magnétique Nucléaire (RMN), montrant un repliement globulaire, stabilisé par les ponts-disulfures. C'est dans ce repliement que les lipides sont transportés. Des LTP 1 ont notamment été trouvées et étudiées sur les parois cellulaires de différentes plantes dont la plante-modèle Arabidopsis thalianaThoma S, Kaneko Y and Somerville C (1993). A non-specific lipid transfer protein from Arabidopsis is a cell wall protein. Plant J 3, 427-436, ou le ricin (Ricinus communisTsuboi S, Osafune T, Tsugeki R, Nishimura M and Yamada M (1992). Nonspecific lipid transfer protein in castor bean cotyledon cells: subcellular localization and a possible role in lipid metabolism. J Biochem (Tokyo) 111, 500-508 ) ;
Le groupe 2 (ou PTL 2 ou LPT 2) : il rassemble des PTL plus courtes (70 acides aminés (7kDa) environ) mais dotées comme dans le groupe 1 d'un pI élevé, d'une activité de transfert de lipides, et de 4 ponts disulfure conservés)Douliez JP, Pato C, Rabesona H, Mollé D and Marion D (2001). Disulfide bond assignment, lipid transfer activity and secondary structure of a 7-kDa plant lipid transfer protein, LTP2. Eur J Biochem 268, 1400-1403. Liu Y, Samuel D, Lin C and Lyu P (2002). Purification and characterization of a novel 7-kDa non-specific lipid transfer protein-2 from rice (Oryza sativa). Biochem Biophys Res Commun 294, 535-540. . Elles ont le même profil de structure secondaire que les LTP 1, mais s'en différencient par le fait qu'elles ne forment que 3 hélices a et qu'elles présentent une région à 2 hélices plus courtes. La région C-terminale ne présente comme chez les PTL 1 aucune structuration particulièreSamuel D, Liu Y, Cheng C and Lyu P (2002). Solution structure of plant nonspecific lipid transfer protein-2 from rice (Oryza sativa). J Biol Chem 277, 35267-35273.
Description des PTL Elle diffère pour chacun des deux groupes : Les PTL 1 disposent dans leur région centrale d'une cavité hydrophobe flexible formant un minuscule tunnel à 2 entrées (une petite et une large). Ce tunnel est hydrophobe parce que constitué de plusieurs résidus à chaînes latérales hydrophobes (notamment alanine, isoleucine, leucine, proline et valine). Deux acides aminés électropositifs (arginine et lysine) sont situés au voisinage de la plus grande entrée, interagissant avec les parties hydrophiles des lipides. La partie hydrophile des acides gras reste exposée au solvant et leur partie hydrophobe est aspirée dans le tunnel. Chez les PTL 2, la cavité hydrophobe n'a pas la forme d'un tunnel, mais d'une cavité de section globalement triangulaire, dont les parois sont des acides aminés hydrophobes : alanine, cystéine, isoleucine, leucine, phénylalanine et valine. Par modélisation moléculaire on voit que cette cavité pourrait être plus flexible que celle en tunnel des LTP 1, ce que confirme l'association de stérols avec des LTP 2 plutôt qu'avec des LTP 1Buhot N, Gomès E, Milat M, Ponchet M, Marion D, Lequeu J, Delrot S, Coutos-Thévenot P and Blein J (2004). Modulation of the biological activity of a tobacco LTP1 by lipid complexation. Mol Biol Cell 15, 5047-5052.
En N-terminal, un peptide signal est présent dans les 2 familles. Dans le groupe 1, sa longueur varie de 21 à 27 acides aminés P 1 Arondel V, Tchang F, Baillet B, Vignols F, Grellet F, Delseny M, Kader JC and Puigdomènech P (1991). Multiple mRNA coding for phospholipid-transfer protein from Zea mays arise from alternative splicing. Gene 99, 133-136. Vignols F, Lund G, Pammi S, Trémousaygue D, Grellet F, Kader JC, Puigdomènech P and Delseny M (1994). Characterization of a rice gene coding for a lipid transfer protein. Gene 142, 265-270, contre 27 à 35 acides aminés dans le groupe 2 García-Garrido JM, Menossi M, Puigdoménech P, Martínez-Izquierdo JA and Delseny M (1998). Characterization of a gene encoding an abscisic acid-inducible type-2 lipid transfer protein from rice. FEBS Lett 428 , 193-199Kalla R, Shimamoto K, Potter R, Nielsen PS, Linnestad C and Olsen OA (1994). The promoter of the barley aleurone-specific gene encoding a putative 7 kDa lipid transfer protein confers aleurone cell-specific expression in transgenic rice. Plant J 6, 849-860. . Quand le peptide signal est excisé, la LTP mature est exportée vers l'apoplaste.
Dans les deux groupes, les protéines PTL présentent une certaine élasticité permettant d'adapter le volume de la cavité à différentes tailles de phospholipides (il n'y a pas de spécificité dans les interactions) ce pourquoi les LTP sont aussi dénommées Protéines de Transfert de Lipides non spécifiques (nsLTP)Han GW, Lee JY, Song HK, Chang C, Min K, Moon J, Shin DH, Kopka ML, Sawaya MR, Yuan HS, Kim TD, Choe J, Lim D, Moon HJ and Suh SW (2001). Structural basis of non-specific lipid binding in maize lipid-transfer protein complexes revealed by high-resolution X-ray crystallography. J Mol Biol 308, 263-278. .
Diversité des PTL Chez les végétaux, elle varie selon les espèces ou essences, mais elle est toujours élevée (ex : 12 PTL connues dans le riz Oryza sativa, 11 trouvées dans le haricot mungo Vigna radiata var. radiateLin K, Liu Y, Hsu SD, Samuel D, Cheng C, Bonvin AMJJ and Lyu P (2005) Characterization and structural analyses of nonspecific lipid transfer protein 1 from mung bean. Biochemistry 44, 5703-5712, 11 LTP 1 et 13 LTP 2 dans le mil Sorghum vulgarePelèse-Siebenbourg F, Caelles C, Kader JC, Delseny M and Puigdomènech P (1994). A pair of genes coding for lipid-transfer proteins in Sorghum vulgare. Gene 148, 305-308. et 11 LTP 1 dans le colza Brassica napus, et chacune de ces protéines peut transporter plusieurs types de molécules lipidiques.
Activité biologique chez les végétaux Chez le végétaux, les protéines de transfert de lipides forment l'une des classes très importantes de défense PRPS, dont beaucoup ont des activités antimicrobiennes et enzymatiques, ou sont des inhibiteurs d'enzymes. Différentes protéines de cette classe peuvent présenter les activités suivantes : antibactérien ; antifongique ; antiviral ; antiprolifératif.
Fonctions des PTL Elles sont probablement encore incomplètement connues. On sait avec certitude depuis les années 1990 que chez les plantes une même protéine PTL peut avoir des fonctions différentes (car dans la cellule, plusieurs gènes codent des LTP). Étudier ce qui déclenche l'expression de chacun de ces gènes, seuls ou combinés entre eux ou à d'autres gènes pourra éclairer les rôles précis de ces protéines mais cela demandera un important travailCarvalho ADO and Gomes VM (2007). Role of plant lipid ransfer proteins in plant cell physiology-a concise review. Peptides 28, 1144-1153.
Le premier rôle à avoir été mis en évidence chez les végétaux est le transport des lipides de la membrane plasmique et des membranes des organelles, lipides qui ont un rôle dans de nombreux processus (catabolisme, transport de molécules, et métabolisme cellulaire). Ainsi le glyoxysome est un organite intracellulaire dont la membrane et faite de 3 types de lipides (phosphatidylcholine, phosphatidylglycérol et de phosphatidyléthanolamine) qu'il ne peut lui-même fabriquer, faute de la machine enzymatique permettant la synthèse de ces lipides. Ces trois lipides sont donc importés à partir du réticulum endoplasmique où ils ont été synthétisés. De même les membranes des chloroplastes et des mitochondries sont faites de lipides importésMoreau P, Bessoule JJ, Mongrand S, Testet E, Vincent P and Cassagne C (1998). Lipid trafficking in plant cells. Prog Lipid Res 37, 371-391. ; ceci implique un système de transport intracellulaire spécifique, dédié aux lipides , en effet la plupart des lipides ne peuvent pas spontanément quitter une cellule ou y entrer en traversant sa membrane car leur hydrophobicité les rend peu solubles dans l'eau. Les PTL permettent ou facilitent le mouvement des lipides entre cellules au travers des membranes en se liant et en les solubilisant. Chaque LTP est généralement spécifique d'un type de substrat, mais peut interagir avec une large variété de lipides , ce qui leur confère des fonctions élargies :
Chez les plantes supérieurs les PTL peuvent ainsi être impliqués dans : le métabolisme, transport et catabolisme des lipides ; la biosynthèse de la cutine ; la biosynthèse de cire protectrice, en surface de la cuticule foliaire ;