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Jul 03, 2023

Ca2+

Nature Communications volume 13, Numéro d'article : 2708 (2022) Citer cet article 3019 Accès 2 Citations 34 Détails d'Altmetric Metrics La cystinurie est une maladie génétique caractérisée par une surexcrétion de

Nature Communications volume 13, Numéro d'article : 2708 (2022) Citer cet article

3019 Accès

2 citations

34 Altmétrique

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La cystinurie est une maladie génétique caractérisée par une excrétion excessive d'acides aminés dibasiques et de cystine, provoquant des calculs rénaux récurrents et une insuffisance rénale. Les mutations de la glycoprotéine régulatrice rBAT et du transporteur d'acides aminés b0,+AT, qui constituent le système b0,+, sont liées respectivement à la cystinurie de type I et de non-type I et présentent des phénotypes distincts en raison de défauts de transport de protéines ou d'une inactivation catalytique. Ici, en utilisant la cryomicroscopie électronique et la biochimie, nous découvrons que Ca2+ intervient dans l'assemblage d'ordre supérieur du système b0,+. Ca2+ stabilise l'interface entre deux molécules rBAT, conduisant à une super-dimérisation de b0, + AT – rBAT, ce qui facilite la maturation des N-glycanes et le trafic des protéines. Un mutant de cystinurie T216M et des mutations du site Ca2+ de rBAT provoquent la perte d'assemblages d'ordre supérieur, entraînant un piégeage des protéines au niveau du RE et une perte de fonction. Ces résultats fournissent la base moléculaire de la biogenèse du système b0,+ et de la cystinurie de type I et servent de guide pour développer de nouvelles stratégies thérapeutiques contre celle-ci. Plus largement, nos résultats révèlent un lien sans précédent entre l’assemblage oligomère des transporteurs et les maladies liées au trafic de protéines.

La cystinurie est une maladie héréditaire dans laquelle une réabsorption défectueuse des acides aminés dans le rein entraîne une excrétion excessive de cystine et d'acides aminés dibasiques dans l'urine1. En raison de la faible solubilité de la cystine, les patients souffrent de calculs rénaux récurrents, qui peuvent atteindre plusieurs centimètres, provoquant des douleurs aiguës et une insuffisance rénale2. De nombreux patients nécessitent ainsi des soins tout au long de leur vie, et des études estiment qu’1 nouveau-né sur 7 000 est touché par la maladie1. Les traitements courants comprennent la thérapie diététique3, la lithotripsie extracorporelle par ondes de choc, la gestion de la dilution de la cystine4 et la chirurgie ouverte, mais jusqu'à présent, aucune avancée n'a été réalisée au-delà de ces mesures symptomatiques en raison d'une compréhension incomplète des mécanismes de la maladie.

La cystinurie est causée par des mutations dans le système b0,+, qui est un échangeur cystine/acide aminé dibasique indépendant du Na+, localisé au niveau des cellules en bordure en brosse des reins et de l'intestin. Le système b0,+ est composé de deux sous-unités, une glycoprotéine transmembranaire unique rBAT5 (également connue sous les noms de D2, NBAT et SLC3A1) et un transporteur à 12 transmembranaires b0,+AT6 (également connu sous le nom de BAT1 et SLC7A9), qui appartiennent au système hétéromère. Famille des transporteurs d’acides aminés (HAT)7. Une étude récente a révélé que rBAT s'associe à un autre membre de SLC7, AGT1 (SLC7A13), qui présente une localisation tubulaire proximale distincte par rapport à b0, + AT8. Bien que l'élucidation structurelle récente du transporteur prototypique de HAT, LAT1 – CD98hc, ait montré comment deux sous-unités forment un assemblage hétérodimérique serré9,10, la faible identité de séquence de rBAT avec CD98hc (28 % dans la région alignée) et l'insertion d'un total de Environ 100 résidus dans les boucles du domaine B et la région C-terminale11 ont empêché une compréhension moléculaire détaillée de b0, + AT – rBAT.

Des études cliniques et biochimiques ont montré que les mutations des deux sous-unités sont liées à différents phénotypes, appelés cystinurie de type I pour le rBAT et non-type I pour b0,+AT1. Alors que la plupart des mutations de type I provoquent un dysfonctionnement du système b0,+12, les mutations non-type I abolissent l'activité de transport elle-même13. De plus, alors que toutes les mutations de type I caractérisées montrent le phénotype de la maladie uniquement chez les homozygotes, certaines mutations non de type I peuvent déclencher la maladie même chez les individus hétérozygotes14, un phénomène qui manque actuellement d'explication claire. Récemment, les structures cryo-EM du b0,+AT-rBAT humain dans un détergent ont révélé son architecture et suggéré un mécanisme d'antiport d'acides aminés et ses dysfonctionnements15,16. Cependant, ces structures n’expliquent pas pourquoi certaines mutations de type I provoquent des défauts de transport des protéines.

Pour mieux comprendre les mécanismes moléculaires de la biogenèse du système b0,+ et de la cystinurie, nous étudions la structure et la fonction du système ovin b0,+. Nous déterminons la structure par cryomicroscopie électronique (cryo-EM) du b0, + AT – rBAT ovin dans des nanodisques lipidiques, qui dévoile le complexe super-dimère (b0, + AT – rBAT) 2 intégré dans une bicouche lipidique incurvée. Nous identifions un site de liaison au Ca2+ dans l'ectodomaine rBAT et démontrons que ce site est essentiel à l'assemblage d'ordre supérieur du système b0,+ dans le RE, ce qui facilite sa maturation et son acheminement vers la membrane plasmique. De plus, nous découvrons que la perte d’assemblage d’ordre supérieur est corrélée à certaines mutations de type I, révélant un lien jusqu’alors inconnu entre l’oligomérisation des protéines et la maladie. Ces résultats mettent en lumière les mécanismes moléculaires de la cystinurie de type I.