Caractérisation biochimique et rôles métaboliques des isoformes 1a et 1b de l'acyl-CoA oxydase 1 (ACOX1) humaine, une enzyme clé de la β-oxydation peroxysomale des acides gras
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Human acyl-CoA oxidase 1 (ACOX1) is the rate-limiting enzyme of peroxisomal fatty acids -oxidation pathway, involved in the degradation of very long chain fatty acids. An alternative splicing of the pre-mRNA transcribed from a single gene, leads to the synthesis of two mature mRNAs which encode two ACOX1 isoforms: ACOX1a and ACOX1b. The occurrence of two ACOX1 isoforms is conserved through evolution in vertebrates. We investigated the biochemical role of the two human ACOX1 isoforms by heterologous expression of the catalytically active ACOX1a and ACOX1b enzymes in Escherichia coli. Both isoforms are able to oxidize saturated and unsaturated fatty acids. However, ACOX1a seems to be more labile and exhibits only 50% specific activity toward palmitoyl-CoA as compared to ACOX1b. In an attempt to approach the in vivo metabolic roles of ACOX1 isoforms, we expressed the human ACOX1 isoforms in ACOX1 null mice by adenofection. ACOX1 null mice develop a severe microvesicular hepatic steatosis. Here we show that human ACOX 1b is highly effective in reversing ACOX1 null phenotype in the mouse and a complete reversal is accomplished by the expression of both isoforms. In addition, results from the transgenic ACOX1 null mice humanized with ACOX1 gene show an efficient expression of stable transgene and restoration of the wild type phenotype. Results presented highlight the important metabolic role of the peroxisomal pathway, particularly ACOX1 isoforms, in the regulation of lipid homeostasis.
Abstract FR:
L’acyl-coenzyme A oxydase 1 humaine (ACOX1) est l’enzyme limitante de la voie classique de la β-oxydation peroxysomale, impliquée dans la dégradation des acides gras à très longue chaîne. Le gène ACOX1 exprime, par un mécanisme d’épissage alternatif, deux isoformes ACOX1a et ACOX1b. Notre travail a d’abord consisté à caractériser biochimiquement les deux isoformes recombinantes humaines de l’ACOX1 exprimées de façon catalytiquement active chez Escherichia coli. Les résultats montrent peu de différence entre les deux isoformes pour les acides gras linéaires saturés ou non-saturés. Cependant, l’ACOX1a semble plus labile et possède une activité palmitoyl-CoA oxydase 50% plus faible que celle de l’ACOX1b. Le rôle métabolique de chacune des isoformes de l’ACOX1 humaine a pu être approché in vivo par la complémentation transitoire de souris ACOX1-/-, par chacune des isoformes de l’ACOX1 humaine. Ces souris montrent un dysfonctionnement de l’oxydation des acides gras au niveau hépatique et développent une stéatose hépatique sévère. Ainsi, nous avons pu montrer que l’isoforme ACOX1b seule rétablie partiellement un phénotype hépatique normal et qu’une restauration totale est obtenue en complémentant par les deux isoformes. Les travaux réalisés sur l’humanisation des souris ACOX1-/- par le transgène de l’ACOX1 humaine ont permis de montrer une expression stable du transgène dans différents tissus et une restauration totale d’un phénotype sauvage. L’ensemble des résultats présentés dans ce travail souligne l’importance métabolique de la voie de beta-oxydation peroxysomale, et le rôle joué par l’ACOX1, par rapport à la voie mitochondriale, dans la régulation de l’homéostasie lipidique.