Communication intercellulaireLes cytokines
Martine Cohen-Solal
Les cytokines
• Facteurs solubles de communication intercellulaire• Sont les médiateurs des grands mécanismes pathologiques:
réactions inflammatoires ou immunitaires, cancers ….
Contrôlent les principaux phénomènes biologiques : Contrôlent les principaux phénomènes biologiques : prolifération, différenciation, apoptose …
Les cytokines permettent le dialogue inter¢ entre différents partenaires
Produites majoritairement après activation cellulaire
Réseau complexe et régulé
� paracrine� autocrine� juxtacrine (contact membranaire)
Les cytokines induisent un signal cellulaire
JAK
MAPK
JNK
AP-1
NF-KB STAT
Les cytokines sont classées en plusieurs familles regroupées en fonction de la structure de leurs récepteurs:
– Interleukines– Interférons (α, β, γγγγ)– Tumor necrosis factor (α – β)– Transforming growth factor
Les cytokines sont des ligands des récepteurs membranaires ou solubles.
1) Liaison du ligand au récepteur
2) Dimérisation :2 ou 3 chaînes distinctes α, β, γ � Chaîne α se lie au ligand
Activation des récepteurs
� Chaîne α se lie au ligand� Chaîne β ou γ :
- ne reconnaît pas le ligand- s’associe à la chaîne α pourtransmettre le signal intra-¢
Les récepteurs n’ont pas d’activité kinase intrinsèque.Le domaine cytoplasmique du récepteur comporte un domaine tyrosine kinase reconnu par la protéine JAK
4 types de JAK : JAK1, JAK2, JAK3, TYK2
Chaque récepteur a une combinaison définie de JAK- Récepteur IFN-γγγγ : JAK1 et JAK2- Récepteur IFN-γγγγ : JAK1 et JAK2- Récepteur IFN-αααα, GM-CSF, erythropoietine: JAK2
Exemple : translocation ou mutation JAK : leucémie, tumeur
Il existe 7 STAT qui ont tous un domaine SH2
SH2
Fixation sur une tyrosine Fixation sur une tyrosine
Les STAT
Protéines du signal recrutées après activation des JAK
Fixation sur une tyrosine du récepteur
Fixation sur une tyrosine phosphorylée d’une autre STAT
Le domaine SH2 des STAT reconnaît une tyrosine spécifique du récepteur
Il y a une combinaison spécifique récepteur - STAT
Plusieurs JAK/STAT peuvent être activées par des cytokines Chaque JAK est associée à plusieurs récepteurs des cytokines
Figure Alberts p. 885
Transduction du signal
JAK
STAT phosphorylée
Ras
MAPK
Réponse ¢
promoteur
différenciationproliférationapoptose
MAP Kinase Cascade de phosphorylation
MAPK
Régulation extra- et intracellulaire de l’action des cytokines
L’action des cytokines est modulée par : • les récepteurs membranaires• les récepteurs solubles • des protéines qui module le signal
1) Mise au repos du système d’activation du récepteur :internalisation ou externalisation du récepteur par phosphorylation
2) Présence de récepteurs solublesqui se lient spécifiquement au ligand et diminuent la liaison ligand-récepteur (affinité plus faible que pour le récepteur)
Récepteurs solubles
Actions des récepteurs solubles :- fonction de protection de dégradation des cytokines ����
augmente la ½ vie cytokines
Les récepteurs solubles résultent :���� du clivage protéolytique de la forme membranaire���� de l’épissage alternatif de l’ARNm des récepteurs (sans partie membranaire)
augmente la ½ vie cytokines- action antagoniste(IL1, IL4, LIF…) : Les RS entrent en compétition avec la forme membranaire du ligand et limite l’action des cytokines- action agoniste(IL6, CNTF) :ligand + récepteur soluble ⇒⇒⇒⇒ complexe qui transmet le signal (exemple: liaison IL6 - gp130 ou gp190)
4) Inhibition de la voie de signalisation intracellulaire
Des protéines contrôlent la transduction du signal : SOCS, PIAS et MAPK phosphatases
JAK JAKP P
3) Mise au repos de l’activation de la voie de transduction:
- inactivation / déphosphorylation des JAK
Transcription des gènes cibles
JAK
RAS
MAP-K
Noyau
JAK
STAT
P
P
P
P
P
MAP-K phosphatases
SOCS
PIAS
L’effet des cytokines est régulé par un réseau qui fait intervenir différentes voies de contrôle :
- diminution des récepteurs membranaires
- diminution des protéines de signalisation
- compétition pour protéines de signalisation communes
- activation de phosphatases
Résumé
- activation de phosphatases
- compétition de facteurs de transcription pour la fixation à un élément de réponse chevauchant
- compétition avec un co-activateur transcriptionnel
� expression sur cellules ou tissus normaux et pathologiques� cultures cellulaires in vitro : stimulation ou inhibition par une cytokine� modèles animaux :
- souris sauvages- génétiquement modifiées : knock-out ou transgénique
Comment étudier le rôle des cytokines ?
Souris knockSouris knock--outout ::
IL1 β : β : β : β : pas de réponse inflammatoire, ni de fièvre
IL6 : infection bactérienne ++, ���� taux d’Ac viral
IL10 : ���� croissance, entérocolite chronique
TGF-β1: décès à 24 jours, ���� inflammation tissulaire
gp 130 : trouble du développement du cœur, décès à 16
jrs
Interleukine 1
Produite par nombreuses ¢ : macrophages, kératinocytes, myoblastes, chondrocytes …Stimule la production d’autres cytokines par des cellules différentes
L’IL -1 est une cytokine de l’inflammation
Il existe 2 formes d’IL 1 : IL 1 α et IL 1 β (25 % d’homologie)Chez l’homme : IL 1 α (f. stockée) et IL 1 β (f. libérée)
Maturation de l’IL-1 par l’ICE (IL-1 converting enzyme)
Précurseur ICE
ICE maturepolymérisation
Précurseur IL-1 β
IL-1 β mature actif
ICE mature
L’ICE a plusieurs fonctions:
1) Maturation de la pro-IL 1 β en IL-1le site de clivage reconnaît 1 site aspartate et 1 résidu tyrosine hydrophobe 2) appartient à la famille des caspases: ICE est la caspase 1famille de protéase qui a une activité caspase impliquée dans l’apoptose (c = protéase à cystéïne ; aspase = clivage d’un acide aspartique) aspartique)
Souris déficientes en ICE :���� développement normal���� ���� apoptose du tissu nerveux (dégénérescence neuronale)���� pas de production d’IL1 β, pas de choc septique
Les deux récepteurs de l’IL-1
Modulation de l’IL -1
Transduction du signal de l’IL 1
IRAK
TRAF 6
JAK
MAPK
JNK
AP1
NF-KB
PeptidesNO, PGE2
L’IL 1 a plusieurs activités tissulaires:
• modulation de la réponse inflammatoireactivation des lymphocytes B et T ���� production d’anticorps
• SNC : fièvre et ���� sommeil• Cardio-vasculaire : ���� adhérence des leucocytes aux vaisseaux
���� rythme cardiaque ���� rythme cardiaque hypotension
• Métaboliques : ���� absorption des lipides���� excrétion du Na���� Σ d’albumine
• Cellulaires :���� prolifération des lymphocytes B et des kératinocytes
Produite par de nombreuses ¢ sous l’effet d’autres cytokines
Interleukine 6 (IL -6)
Les récepteurs de la famille de l’IL-6
� Production ubiquitaire : ¢ hématopoïétiques, muscles, hépatocytes, fibroblastes, neurones, ¢ ovariennes …
� Récepteurs membranaires : 2 types TNFR1 et TNFR2 exprimés par toutes les cellules
Le TNF-αααα
� Les récepteurs solubles :
�Se lient au TNF
� inhibent l’action du TNF à fortes concentrations
� favorisent le stockage local à faibles concentrations
ActivationNF-KB & JNK
Apoptose
Récepteursapparentés
Voie d’activation du TNF
TNFR1 TNFR2
Cytokines, Mitogènes, Rayonnement, autres stimuliA
Membraneplasmique
B
Membranenucléaire
Transcription
C
- métaboliques : cachexie, hypotension artérielle, ∑∑∑∑ de choc septique
- vasculaires : ���� perméabilité des vaisseaux, inhibe l’angiogenèse
- foie : ���� synthèse d’albumine
Rôle du TNF
���� synthèse d’albumine���� synthèse d’autres protéines de l’inflammation
- peau : nécrose, œdème- poumon : œdème, infiltrat ¢- lyse osseuse et cartilagineuse- Polyarthrite rhumatoïde / maladie de Crohn
TNFαααα Récepteur soluble synthétique du TNFαααα(Etanercept)
Inhibition de l’action du TNFAnticorps anti-TNF αααα(Remicade)
Récepteur soluble naturel du TNFαααα
Application : rhumatismes et entérocolopathies inflammatoirespsoriasis