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