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Stress cellulaires et inflammation
Hang-Korng Ea
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Définition
Stress cellulaire: •toute condition mettant en jeu le fonctionnement normal d’une cellule (avec risque de mort ȼ) •Condition où la cellule se trouve en « danger »
Nécessité d’un « senseur »
Réponse cellulaire
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Stress cellulaire
• Intracellulaire :
Métabolique
Oxydatif (cf.)
Réticulum endoplasmique
Génétique…
• Environnemental: infectieux, oxydatif, particulaire, microcristallin, irritant, ultraviolet, chimique, etc…
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Autophagie
Macro-autophagie (=autophagie) : composés de grande taille (organites, vésicules lipidiques, mitochondries, agrégats protéiques…)
Mécanisme permettant de dégrader des composants cytosoliques et d’utiliser les produits de dégradation pour la synthèse de l’énergie, de nouveaux composés…
Micro-autophagie: composés de petite taille
Autophagie-chaperon: intervention de protéines chaperons pour transporter le substrat
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Autophagie
Protéines Atg (autophagy-related genes) régulent formation des autophagosomes
Activation de l’autophagie: aa, glucose, métabolites, énergie
Aussi: cancers, maladies inflammatoires, immunitaires, dégénératives
Fonctions multiples: production
aa, énergie, renouvellement des
organites, survie et mort ȼ,
longévité…
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Vésicules d’autophagie (mitophagie) Mise en évidence de la protéine LC3-B II
(Atg8)
Autophagie
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Les inducteurs métaboliques de l’autophagie
1. Déplétion énergétique
2. Déplétion acides aminés
3. Carence en fer libre
4. Excès d’ammonium
5. Excès d’acide gras saturé et insaturé
6. Diminution du ratio NADH/NAD+
7. Carence en acétyl-CoA
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Les senseurs métaboliques de l’autophagie
1. AMPK (adenosine monophosphate kinase)
2. mTORC1 (mechanistic target of rapamycin complex 1)
3. EIF2α (Eukaryotic translation initiation factor 2α kinase)
Activée par de l’ATP, calmoduline kinase kinase, MAP3K
Stimule l’autophagie en inhibant mTORC1, en activant ULK1 (Unc 51-like
kinase 1 = homologue humain atg1)
= inhibiteur de l’autophagie (inhibition de ULK1)
Activé par protéines mal-repliées, accumulation de ARNt libre
4. Sirtuine (histone déacétylase)
Activé par NADH/NAD+
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Stress métabolique et autophagie
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Stress protéique/stress du réticulum endoplasmique
• Protéines bien repliées sont exportées, protéines mal-repliées dégradées par le protéasome
• Accumulations de protéines mal-repliées réponse ȼ UPR (Unfolded Protein Response)
• Trois senseurs UPR: PERK (PKR like ER kinase) IRE1α et β (Inositol requiring transmembrane kinase):
possède une activité RNase ATF6 (Activating transcription factor 6)
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GADD34: Growth Arrest and DNA damage inducible 34
XBP:X-box Binding Protein
Stress protéique/stress du réticulum endoplasmique
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Fonctions stress UPR
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aiguë
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Signes cardinaux connus depuis Celsius
• Rougeur
• Chaleur
• Tumeur
• Douleur
Vasodilatation (amines vasoactives-histamine)
Exsudat
Badykinines, PGE2, substance P...
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Lésions tissulaires = signal danger
Microbes Traumatiques
Physiques
Chimiques
Détection
Réaction inflammatoire
Résolution
Réparation
Chronicisation
Perte fonctionnelle
Inducteurs
« Senseurs »
Médiateurs
Effecteurs
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Réaction inflammatoire
Réponse locale
Signes cardinaux
Réponse systémique Facteurs solubles
Fièvre Cachexie Production protéines inflammatoires hépatiques
1. Initiation : phase vasculaire Activation des senseurs 2. Amplification : phase cellulaire Effecteurs secondaires 3. Résolution-réparation/chronicisation
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Agresseurs « inducteurs »
• Exogènes : microbiens, physiques, chimiques, traumatiques
• Endogènes: « alarmines », produits de dégradation cellulaire et tissulaires, ADN altérés, cristaux…
Dysfonction immunitaire Maladies auto-inflammatoires Cancer Maladie dégénérative
Exples inflammation plaie cutanée, goutte et cristaux, PR, arthrite infectieuse
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Détecteurs « senseurs »
Cellules résidentes: macrophages, mastocytes, fibroblastes
Récepteurs de surface aux motifs pathogènes (PPR)
• Signaux dangers exogènes
• Signaux dangers endogènes
Récepteurs TLRs
Récepteurs intracellulaires NLR
Famille TLR Voies signalisation
NFKB
« Plateforme » NLRP3/ASC/Cas1 Activation de l’IL-1b
Exple « cryopyrinopathies »
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Récepteurs Toll (TLR)
• Plusieurs membres (11) (homo ou hétérodimère)
• Glycoprotéines transmembranaires
• Nombreux ligands microbiens (PAMP et protéines
endogènes)
• Voies de signalisation intracellulaires complexes
• Interaction avec voie intracellulaire IL-1R
Reconnaissance du « signal danger »
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Toll-like receptors (TLR)
Takeda et Akira, Sem Immunol 2004
Reconnaissance du « signal danger »
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Takeda et Akira, Sem Immunol 2004
Reconnaissance du « signal danger »
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NF-κB
• Expression ubiquitaire, en particulier lie le promoteur du gène codant pour la chaîne légère kappa dans les cellules B
• Voie de signalisation intracellulaire majeure dans l’organisme vivant : voies canonique et non-canonique
• Sa délétion chez l’animal est létale
• Peut être activé par de nombreux stimuli : PAMPs, DAMPs, cytokines inflammatoires, radicaux libres (ROS), ultraviolet, etc…
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NF-κB
• 5 membres : RelA ou p65, Rel ou c-Rel, RelB, p50 et p52
• Séquestré dans le cytoplasme sous forme inactive par inhibiteurs de NF-κB (IκB) :IκB, IκBβ, IκB et IκBε
• Activé par complexe de kinases : IκB kinase (IKK) contenant 2 sous-unités catalytiques (IKK et IKK) et une sous-unité régulatrice NEMO
• Facteur de transcription
• Dimères formés à partir de 5 protéines
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Voie d’activation canonique de NF-κB
Pasparakis 2009 Nat Rev Immunol
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• Impliquée dans les pathologies inflammatoires, les pathologies cancéreuses, l’athérosclérose ou encore le diabète.
• Régule le développement, la communication intercellulaire, la réponse immunitaire innée et adaptative, la réponse inflammatoire, etc…
NF-κB
• Régule de nombreux gènes : IL-1, IL-6, IL-12, IL-18, TNF, iNOS, COX, etc…
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Activation de l’IL-1β
Deux signaux: Signal 1: Production de la pro-IL-1β Signal 2: Activation de l’inflammasome Activation de la caspase-1 Maturation de la pro-IL-1β
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Récepteurs NLRs
Reconnaissance du « signal danger »
Dom
ain
e L
RR
Chez l’homme 22 membres, classés en 4 sous familles selon le motif N-terminal
CARD: caspase-recruitment domaine
PYD: Pyrin recruitment domaine Zhong 2013 Front Immunol
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McDermott 2008 Trends Mol Med
Inflammasome NLRP 3
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Schroder 2010 Science
Activateurs de NLRP3
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Hoffman 2000 Am J Hum Genet
Autosomique dominante
Fièvre, urticaire, arthralgies, myalgies, céphalées, frissons après exposition au froid
Mutation de NLRP3 codant la protéine cryopyrine
Entité clinique : CAPS syndrome
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McDermot 2010 TRENDS Mol Med
Maladies liées à l’inflammasome
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Lésions tissulaires = signal danger
Microbes Traumatiques
Physiques
Chimiques
Détection
Réaction inflammatoire
Résolution
Réparation
Chronicisation
Perte fonctionnelle
Inducteurs
« Senseurs »
Médiateurs
Effecteurs
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Médiateurs
Cellulaires : cellules résidentes et leucocytes circulants, cellules endothéliales, plaquettes
Facteurs solubles : nombreux
Cytokines pro/anti-inflammatoires : IL-1b, TNFa, IL-10, TGFb…
Facteurs de coagulations
Système du complément
Amines vasoactives
Facteurs lipidiques…
Système contact
exemples: AA, COX, LOX, PG, LT
= cibles thérapeutiques
= cibles thérapeutiques
(histamine, sérotonine…) = cibles thérapeutiques
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Réaction inflammatoire
1. Initiation 2. Amplification 3. Résolution/chronicisation
Amines vasoactives
Gradient chimiokines
Diapédèse et arrivé des leucocytes circulants
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Activation de la cellule inflammatoire
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Résolution de l’inflammation
Facteurs cellulaires : Arrêt de l’influx Apoptose des PNN Switch M¢- Mphage
Arrêt de l’agression
Facteurs solubles : Cytokines : TGF, IL-10, IFN…
ROS, RNI
Médiateurs lipidiques : lipoxines, résolvines, protectines
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Nathan 2010 Cell
Inflammation : régulation multigénique
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McDermott, Cell 1997
• Fièvre périodique autosomique dominante
Fièvre, arthrite, atteinte cutanée, sérite, conjonctivite
Mutations du récepteur TNFR1: dégradation diminuée
• Nouvelle entité clinique : TRAPS syndrome
patients Témoins
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Lawrence Nat Rev 2002
Phagocytose et résolution
TGF-, IL-10
TNF, IL-1, IL-8
TNF, IL-1, IL-8
TGF-, IL-10
Apoptose Nécrose
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Proc Natl Acad Sci 1984
Nat Immunology 2001
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Proc Natl Acad Sci 1984
Nat Immunology 2001
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Nat Immunol 2008
BALF: broncho-alveolar lavage fluid
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Nat Immunol 2008
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Serhan 2008 Nat Rev Immunol
Comment agissent les lipoxines et les résolvines
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de l’influx des PNN
Lipoxines, Résolvines, Protectines Switch
Médiateurs lipidiques et résolution de l’inflammation
Soehnlein 2010 Nat Rev Immunol
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Anti-TNFα, anti-IL-1β, anti-IL6R…
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Réaction inflammatoire
Résolution
Adaptée
Chronicisation
Pathologiques
Exemples de maladies inflammatoires chroniques
• Maladies infectieuses: tuberculose, bilharziose, VIH, VHC, VHB
• Maladies auto-inflammatoires: CAPS syndrome, TRAPS
• Maladies auto-immunes: lupus, polyarthrite rhumatoïde, thyroïdite, diabète
• Maladies tumorales
• Maladies cardiovasculaires: athérosclérose
• Maladies neurologiques: Alzheimer, sclérose en plaque, Parkinson
• Maladies rhumatologiques: goutte, chondrocalcinose, arthrose