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Notch/Delta-like : la communication wi-fi* des cellules vasculaires Delphine Ciais, Jean-Jacques FeigeInserm-CEA-Université Grenoble Alpes, Laboratoire biologie du cancer et de l’infection, UMR-S 1036, Institut de recherches en technologies et sciences pour le vivant, Grenoble, France <jean-jacques.feige@cea.fr>

*on peut dire aussi « paracrine »

Présentation de la voie de signalisation

Dans le monde du vivant, les cellules quicomposent les organismes des plus simples(unicellulaires) aux plus complexes (mammi-fères), sont comparables à nos téléphonesportables en ce sens qu’elles sont capablesd’émettre et d’intégrer une multitude designaux provenant du milieu environnant(hormones, facteurs de croissances diffusi-bles, médiateurs chimiques, neurotrans-metteurs, composants de la matrice extra-cellulaire…). Chez les organismespluricellulaires, un système plus élaboréde communication, semblable aux connec-tions wi-fi de nos téléphones actuels, estutilisé pour communiquer entre cellulesvoisines. La voie de signalisation Notch/Dllreprésente un élément majeur de commu-nication wi-fi des cellules vasculaires commenous allons le voir dans cette courte revue.Chez les mammifères, il existe 4 récep-teurs de type Notch (Notch1-4) et 5 ligandstransmembranaires (Delta-like ou Dll1, 3,4, et Jagged1 et 2). Les récepteurs Notchsont des protéines hétéro-dimériques cons-tituées d’un domaine extracellulaire glyco-sylé associé de manière non covalente àune protéine transmembranaire (figure 1).La liaison d’une protéine de la famille Dll/Jagd’une cellule émettrice à un récepteur Notchd’une cellule avoisinante (cellule récep-trice) induit deux clivages successifs durécepteur Notch par des γ-sécrétases intra-cellulaires et la libération de son domainecytoplasmique dénommé NICD (NotchIntraCellular Domain) (figure 1). Le domaineNICD est alors transloqué dans le noyaucellulaire où il s’associe avec le « DNA-binding transcription factor » CSL et le co-activateur MAML (mastermind-like) pourformer un complexe transcriptionnel capa-ble d’induire l’expression des gènes ciblesde la voie Notch. Parmi les gènes cibles,on peut noter l’importance des facteurs de

transcription de la famille Hey/Hes quirégulent et contrôlent la différenciation etla migration cellulaire.Cette interaction en trans (i.e. entre ligandset récepteurs de 2 cellules différentes) estactivatrice de la voie de signalisation maisil semble qu’il existe également des inter-actions en cis (ligand et récepteur de lamême cellule), potentiellement inhibitri-ces. Par ailleurs, la modification post-traduc-tionnelle de Notch par des glycosyltransfé-rases de la famille Fringe peut moduler lasélectivité de l’interaction du récepteuravec son ligand et favoriser l’activation par

les ligands de type Delta-like plutôt quepar ceux de type Jagged.Les détails moléculaires de ces mécanis-mes d’activation et de modulation de lavoie de signalisation Notch sont accessi-bles dans des revues spécialisées [1, 2].

Activation de la voie Notch et système vasculaire

La démonstration de l’importance de lavoie Notch dans l’angiogenèse est venuede l’analyse phénotypique des souris inva-lidées génétiquement pour certains des

Cellule émettrice Cellule réceptrice%

DII1DII4

NOTCH1-4

γ-secrétase

Transcription

Noyau

Jagged1Jagged2

NICD

CoR

CSL

CSL

NICD

Figure 1. Activation de la voie de signalisation dépendante des récepteurs Notch. La signalisation via les récepteurs Notch est une signalisation intercellulaire. Les ligands(Delta-like 1 ; Delta-like 4, Jagged1 et Jagged2) de la cellule émettrice peuvent engager uneinteraction avec un récepteur (Notch1,2,3,4) présent sur la cellule réceptrice. Cette interac-tion induit le clivage de la partie intracellulaire du récepteur Notch (NICD) qui est alorstransloquée dans le noyau et s’associe avec des co-activateurs (MAML/CSL) pour formerun complexe moléculaire capable d’induire la transcription des gènes cibles.

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acteurs de cette voie. L’inactivation homo-zygote de Notch1 dans les cellules endo-théliales induit la mort embryonnaire dessouriceaux du fait de défauts vasculaires etd’angiogenèse [3]. Ces défauts sont ampli-fiés dans le cas d’une double invalidationNotch1/Notch4, ce qui suggère une certaineredondance dans la fonction de ces deuxrécepteurs au cours du développementvasculaire [4]. L’invalidation de Notch3induit, quant à elle, des défauts d’angioge-nèse ainsi qu’une forte altération du recou-vrement vasculaire par les cellules murales[5]. En fait, l’importance et la spécificitédes couples ligands/récepteurs dans ledéveloppement vasculaire et l’angioge-nèse tient probablement à leurs profils d’ex-pression. Alors que l’expression du récep-teur Notch1 est ubiquitaire, l’expressionde Notch4 est principalement restreinteaux cellules endothéliales et celle de Notch3aux cellules de muscle lisse. Pour ce quiest des ligands, Dll1, Dll4 et Jag1 sont expri-més dans les cellules endothéliales. L’ana-lyse des souris invalidées pour Dll4 indi-que que ce gène est particulièrementimportant ; en effet, comme pour le VEGF-A, l’inactivation d’un seul allèle (sourishétérozygote) peut, selon le fonds généti-que des souris, induire une létalité embryon-naire due à des anomalies de l’angioge-nèse développementale [6].

Rôle dans l’artériogenèse(figure 2A)

Ces souris hétérozygotes, dont l’expres-sion de Dll4 est atténuée dans les cellulesendothéliales, présentent des malforma-tions artério-veineuses et une perte desmarqueurs artériels (EphrinB2), ce qui souli-gne le rôle de Dll4 dans la différenciationartérielle [7]. Plus tardivement, on a montréque Dll1 semble nécessaire au maintiende l’identité artérielle [8]. De plus, l’arté-riogenèse conséquente à une ischémie dumembre inférieur est totalement déficientechez les souris adultes hétérozygotes pourle gène Dll1 [3].

Rôle dans la différenciation et la maturation des cellulesde muscles lisses (figure 2B)

L’invalidation de Jag1 dans les cellulesendothéliales induit un défaut de recou-vrement des vaisseaux par les cellules demuscles lisses, similaire à celui identifiélors de l’invalidation de Notch3 [9, 10].Cela suggère une communication entrecellules endothéliales et cellules muralesvia l’interaction Jag1/Notch3, requise pourun recouvrement vasculaire correct. Il aété montré in vitro que l’activation de

Notch3 par le ligand Jag1 exprimé par lescellules endothéliales induit la différencia-tion des cellules murales en cellules demuscle lisse et augmente l’expression deNotch3 dans les cellules musculaires, cons-tituant ainsi une boucle auto-régulatriced’amplification de ce processus [11]. Cesdonnées ont été confirmées par une analysede l’angiogenèse postnatale dans la rétinede souris, qui montre que l’absence deNotch3 limite fortement le recouvrementvasculaire par les cellules de muscle lisseet les péricytes [5].

Rôle dans l’initiation dubourgeonnement lors del’angiogenèse (figure 2C)

Durant le processus d’angiogenèse, il existeune spécialisation des cellules endothélia-les qui conduit à deux états de différencia-tion distincts : les ‘tip cells’ ont de fortescapacités migratoires et sont localisées à lapointe du bourgeon néovasculaire alorsque les ‘stalk cells’ prolifèrent à l’arrièredes tip cells et assurent progressivement laformation du tube vasculaire. C’est la signa-lisation dépendante de Notch, et en parti-culier le ligand Dll4, qui est à la base decette différenciation tip cell versus stalkcell. L’analyse de la vascularisation post-natale de la rétine de souriceaux pourlesquels la signalisation Dll4 est atténuéemontre une forte induction du nombre detip cells ainsi qu’une augmentation du bran-chement vasculaire [12, 13]. En fait, l’ad-ministration d’un inhibiteur des γ-sécréta-

ses, qui bloque l’activation de la voie Notch,induit également la multiplication du phéno-type tip cell parmi les cellules endothélia-les, ce qui indique clairement que l’activa-tion de Notch en réponse à Dll4 réprimel’acquisition de ce phénotype et, de ce fait,le branchement et le bourgeonnement vascu-laire.De plus, il a été montré que l’expressionde Dll4 est stimulée par le VEGF et quel’activation de Notch dans les cellules endo-théliales diminue l’expression du récep-teur du VEGF [14]. L’ensemble des donnéesde la littérature a donc permis d’établir unmodèle selon lequel la présence d’ungradient diffusible de VEGF induit l’expres-sion de Dll4 dans la cellule endothéliale laplus proche percevant la première ce signal.Le ligand Dll4 peut alors activer la voie designalisation Notch dans les cellules avoi-sinantes, ce qui conduit à une baisse del’expression du récepteur du VEGF et limitela réponse de ces cellules au stimulus angio-gène (figure 2C). L’expression de Dll4 parles tip cells permet ainsi d’inhiber l’acqui-sition du phénotype tip cell par les autrescellules qui gardent leur phénotype destalk cells et restreint ainsi la multiplicationdes bourgeonnements endothéliaux [13].Ce processus peut être modulé par un autreligand de la famille Notch. Lors de la vascu-larisation de la rétine de souris, l’inactiva-tion de Jag1 dans les cellules endothélialesinduit la formation d’un réseau vasculairede plus faible densité contenant moins detip cells. Jag1 pourrait donc agir commeun antagoniste de Dll4 sur l’activation de

Figure 2. Rôle de la voie Notch dans l’angiogenèse et la maintenance de l’arbre vasculaire.Schéma des principales étapes de l’angiogenèse nécessitant l’intervention de la signalisa-tion dépendante des récepteurs Notch.

Les voies de signalisation

Artériogenèse

Cellule endothélialeDll1, Dll4

Cellule murale Notch3

Recrutement/Maturation

Cellule endothéliale

Jagged1

Cellule murale Notch3

Bourgeonnementnéo-vasculaire

Tip cellDll4

Stalk cellNotch1, Jagged1

Anastomose

Tip cellDll4

MacrophageNotch1

Cellule

murale Péricyte

Tip cell

Macrophage

A B C D

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Les voies de signalisation

Notch via une interaction en cis avec sonrécepteur Notch dans les stalk cells. Cetteinteraction a pour effet de maintenir lescellules endothéliales dans un état activé,capable de répondre aux stimuli angiogè-nes et ainsi de multiplier le nombre de tipcells. En outre, cette interaction en cis peutêtre modulée par la glycosylation du récep-teur de Notch qui favorise l’interaction durécepteur avec le ligand Dll [15].

Rôle dans l’anastomose des bourgeons vasculaires(figure 2D)

Lors de l’anastomose de deux bourgeonsvasculaires, il a été montré que les macro-phages environnants pouvaient favoriser lerapprochement entre les deux vaisseauxnaissants. L’inhibition de Notch1 dans lesmacrophages semble réduire l’anastomose,suggérant que l’interaction entre le récep-teur Notch1 des macrophages et les ligandsDll4 exprimés par les tip cells faciliterait leraccordement et l’anastomose des vais-seaux [16].

Interférence avec les autres voies de signalisation

L’une des particularités de la voie de signa-lisation Notch/Delta-like est que la partieclivée intracellulaire du récepteur Notch(NICD) ne peut en aucun cas se lier seuleavec l’ADN ; son activité transcription-nelle nécessite donc son association avecun co-activateur/co-répresseur. Il a étémontré que la surexpression de NICD peutinduire son interaction avec de multiplescofacteurs transcriptionnels de différentesvoies de signalisation telles que celles duTGFb, des BMPs, de NFkB ou de HIF1a etmoduler l’expression de leurs gènes cibles[17, 18].De plus, il existe une véritable connexionentre la signalisation Notch et plusieursautres voies de signalisation qui régulentl’angiogenèse. Le VEGF ou l’hypoxie indui-sent l’expression de Dll4 qui en retourréprime l’expression du récepteur du VEGF,limitant ainsi la réponse des cellules endo-théliales et le bourgeonnement vasculaire.BMP9, un facteur important de l’angioge-nèse appartenant à la famille du TGFb,régule l’expression de Dll4 et de Jag1 etl’activation de son récepteur potentialisel’effet de la signalisation Notch [19, 20].L’ensemble de ces résultats montre que lasignalisation Notch participe à la coordi-nation des différentes voies de signalisa-tion nécessaires au processus d’angioge-nèse.

Aspects thérapeutiques

Signalisation Notch et maladiesgénétiques

Plusieurs pathologies humaines caractéri-sées par des malformations vasculaires oudes défauts d’angiogenèse résultent dudysfonctionnement de la signalisation Notch.Dans le cas du CADASIL (cerebral autoso-mal dominant arteriopathy with subcorti-cal infaction and leukoencephalopathy),ce sont des mutations du récepteur Notch3qui induisent des accidents vasculairescérébraux et une démence vasculaire, alorsque pour le syndrome d’Alagille, associantmalformations hépatiques et cardiopathiecongénitale, ce sont des mutations de Jag1qui ont été identifiés [21, 22]. Il n’existepas à ce jour de thérapies permettant demoduler la signalisation Notch pour letraitement de ces deux pathologies.

Signalisation Notch et angiogenèsetumorale

La signalisation dépendante de Notch estimpliquée dans plusieurs étapes de l’an-giogenèse et a donc été envisagée pourune thérapie anti-tumorale ciblée. Plusieursinhibiteurs de l’activité des γ-sécrétases

(GSI), responsables du clivage du NICDsuivant l’activation du récepteur Notch,ont été développés et induisent une dimi-nution de la croissance tumorale. Cepen-dant, leur utilisation peut engendrer deforts effets toxiques gastro-intestinaux,notamment à cause du rôle des γ-sécréta-ses dans des voies de signalisation autresque Notch [23]. Afin de cibler plus préci-sément la signalisation Notch, une formesoluble du récepteur Notch1 (Notch1 decoy)a été produite. Elle aboutit à un effet anta-goniste sur l’activation de la voie ainsi qu’àun ralentissement de la croissance tumo-rale associée à une diminution de la néo-angiogenèse [24].Il a également été montré que l’expressionde certains facteurs de la voie Notch peutêtre fortement induite dans la vascularisa-tion tumorale ; c’est notamment le cas pourDll4 [25]. Le contrôle de l’expression dece ligand à la fois par le VEGF et l’hypoxie,ainsi que son rôle critique dans l’initiationdu bourgeonnement endothélial, le placentcomme un acteur essentiel de l’angioge-nèse tumorale. Un anticorps neutralisantet une forme soluble de Dll4 ont été déve-loppés. Leur administration induit une dimi-nution de la croissance tumorale. Demanière surprenante, l’inhibition de l’ac-tion de Dll4 augmente la néo-vascularisa-tion tumorale ; cependant le réseau vascu-laire est alors non fonctionnel et peu perfusé,ce qui explique l’inhibition de la crois-sance tumorale observée [26, 27]. Si cetraitement ne semble pas avoir les mêmeseffets toxiques que les GSI, l’administra-tion chronique d’un inhibiteur de l’activitéde Dll4 peut causer une activation patho-logique des cellules endothéliales et l’ap-parition de néoplasies vasculaires [28].Malgré ces limitations, plusieurs essaiscliniques de phase II incluant l’inhibitionde l’activation de la signalisation Notchsont en cours et représentent une voie théra-peutique intéressante pour inhiber l’angio-genèse tumorale.

Conclusion

Les données récentes de la littérature placentclairement la signalisation Notch commeun coordinateur essentiel de la formationet de la maintenance du réseau vasculaire.Les différentes interactions récepteurs/ligandsde cette voie régulent le devenir des cellu-les endothéliales via l’acquisition de phéno-types particuliers ou le recrutement decellules partenaires (cellules murales, macro-phages) nécessaires à l’aboutissement duprocessus d’angiogenèse. Les cellules endo-théliales utilisent en fait cette signalisationcomme un véritable moyen de communi-

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cation à courte distance qui permet l’inté-gration des signaux provenant des cellulesles plus proches à la manière d’un réseauwifi.

Liens d’intérêts : aucun.

Références

1. D’Souza B, et al. Oncogene 2008 ; 27 :5148-67.2. Kopan R, et al. Cell 2009 ; 137 : 216-33.3. Limbourg A, et al. Circ Res 2007 ; 100 :363-71.4. Krebs T, et al. Genes Dev 2000 ; 14 : 1343-52.5. Liu H, et al. Circ Res 2010 ; 107 : 860-70.6. Duarte A, et al. Genes Dev 2004 ; 18 :2474-8.7. Krebs LT, et al. Genes Dev 2004 ; 18 : 2469-73.8. Sorensen I, et al. Blood 2009 ; 113 : 5680-8.9. Domenga V, et al. Genes Dev 2004 ; 18 :2730-5.10. High FA, et al. Proc Natl Acad Sci USA2008 ; 105 : 1955-9.11. Liu H, et al. Circ Res 2009 ; 104 : 466-75.12. Hellstrom M, et al. Nature 2007 ; 445 :776-80.13. Suchting S, et al. Proc Natl Acad Sci USA2007 ; 104 : 3225-30.14. Taylor KL, et al. Microvasc Res 2002 ; 64 :372-83.15. Benedito R, et al. Cell 2009 ; 137 : 1124-35.16. Outtz HH, et al. Blood 2011 ; 118 : 3436-9.17. Kluppel M, et al. Bioessays 2005 ; 27 :115-8.18. Poellinger L, et al. Curr Opin Genet Dev2008 ; 18 : 449-54.19. Larrivee B, et al. Dev Cell 2012 ; 22 : 489-500.20. Ricard N, et al. Blood 2012 ; 119 : 6162-71.21. Joutel A, et al. Nature 1996 ; 383 : 707-10.22. Rehman AO, et al. Trends Cell Biol 2006 ;16 : 293-300.23. Oon CE, et al. Biochem Soc Trans 2011 ;39 : 1612-8.24. Funahashi Y, et al. Cancer Res 2008 ; 68 :4727-35.25. Patel NS, et al. Cancer Res 2005 ; 65 :8690-7.26. Noguera-Troise I, et al. Nature 2006 ;444 : 1032-7.27. Ridgway J, et al. Nature 2006 ; 444 :1083-7.28. Yan M, et al. Nature 2010 ; 463 : E6-7.

Invasion tumorale et angiogenèse : un programme génétiquecontrôlée par HGF-MET Bernard LévyInstitut des vaisseaux et du sang, Hôpital Lariboisière, Paris, France<bernard.levy@inserm.fr>

D’après une conférence de Paolo M. Comoglio (Université de Turin) au 4e congrès de la Société française d’angiogenèse, Monaco, octobre 2012

Pendant le développement embryon-naire, la transformation du disque

germinal, plat, constitué d’une doubleépaisseur cellulaire, en un organismetridimensionnel, dépend de la conver-sion de certaines cellules de phénotypeépithélial vers un phénotype mésenchy-mateux, caractérisé par une mobilité cellu-laire et une morphologie fuselée. Cettetransition cellules épithéliales� cellulesmésenchymateuses est suivie par la migra-tion des cellules dans une séquence biendéfinie pour participer à la morphoge-nèse de nouvelles structures. Le mêmeprocédé peut être réactivé lors de répara-tions tissulaires mais aussi « piraté » etutilisé par des cellules cancéreuses. Lamorphogenèse et le développement desmétastases pourraient utiliser le mêmeprogramme génétique qui « apprend » àune cellule à se détacher, à migrer au-delà de son organe d’origine, à adhérer àune matrice extracellulaire et à échapperà la destruction par les mécanismes dedéfense de l’organe envahi.

Le ligand du récepteur codé par le proto-oncogène MET est un exemple de cedétournement d’une voie de signalisa-tion embryonnaire vers un processusmétastatique. MET est un récepteurmembranaire dont le seul ligand connuest le facteur de croissance hépatocytaireHGF. MET est normalement exprimé parles cellules d’origine épithéliale, alorsque l’expression de HGF est strictementlimitée aux cellules d’origine mésenchy-

mateuse. Après stimulation par HGF, METinduit de nombreuses réponses qui parti-cipent, dans les conditions pathologi-ques, à la croissance et à l’invasion tumo-rale (figure 1). Le facteur de croissance hépatocytaire(HGF), aussi appelé facteur de dispersion(scatter factor), a d’abord été identifiécomme deux facteurs différents : un facteurprovenant des plaquettes impliqué dansle développement physiologique des hépa-tocytes et, indépendamment, un facteurprovenant de fibroblastes capable d’in-duire la dissociation et la mobilité descellules épithéliales. Au début de l’em-bryogenèse, HGF et son récepteur METsont co-exprimés dans l’endoderme etdans le mésoderme. Leur expression estabsolument indispensable au développe-ment du placenta et du foie embryon-naire ainsi qu’à la migration des myoblas-tes des somites vers les membres.

La voie de signalisation MET(figure 2)

HGF est sécrété sous forme d’un précur-seur inerte et transformé en hétéro-dimèrepar une protéase extracellulaire. HGF estlargement distribué dans la matrice extra-cellulaire de la plupart des tissus où il estséquestré, essentiellement sous formeinactive, par des protéoglycanes prochesde l’héparine (heparin-like). Les cellulesd’origine mésenchymateuse sont la prin-cipale source de HGF qui agit de façonparacrine sur les cellules épithéliales

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