Stress cellulaires et inflammation

Hang-Korng Ea

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

Stress cellulaire

• Intracellulaire :

Métabolique

Oxydatif (cf.)

Réticulum endoplasmique

Génétique…

• Environnemental: infectieux, oxydatif, particulaire, microcristallin, irritant, ultraviolet, chimique, etc…

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

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…

Vésicules d’autophagie (mitophagie) Mise en évidence de la protéine LC3-B II

(Atg8)

Autophagie

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

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+

Stress métabolique et autophagie

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)

GADD34: Growth Arrest and DNA damage inducible 34

XBP:X-box Binding Protein

Stress protéique/stress du réticulum endoplasmique

Fonctions stress UPR

aiguë

Signes cardinaux connus depuis Celsius

• Rougeur

• Chaleur

• Tumeur

• Douleur

Vasodilatation (amines vasoactives-histamine)

Exsudat

Badykinines, PGE2, substance P...

Lésions tissulaires = signal danger

Microbes Traumatiques

Physiques

Chimiques

Détection

Réaction inflammatoire

Résolution

Réparation

Chronicisation

Perte fonctionnelle

Inducteurs

« Senseurs »

Médiateurs

Effecteurs

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

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

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 »

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 »

Toll-like receptors (TLR)

Takeda et Akira, Sem Immunol 2004

Reconnaissance du « signal danger »

Takeda et Akira, Sem Immunol 2004

Reconnaissance du « signal danger »

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…

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

Voie d’activation canonique de NF-κB

Pasparakis 2009 Nat Rev Immunol

• 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…

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

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

McDermott 2008 Trends Mol Med

Inflammasome NLRP 3

Schroder 2010 Science

Activateurs de NLRP3

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

McDermot 2010 TRENDS Mol Med

Maladies liées à l’inflammasome

Lésions tissulaires = signal danger

Microbes Traumatiques

Physiques

Chimiques

Détection

Réaction inflammatoire

Résolution

Réparation

Chronicisation

Perte fonctionnelle

Inducteurs

« Senseurs »

Médiateurs

Effecteurs

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

Réaction inflammatoire

1. Initiation 2. Amplification 3. Résolution/chronicisation

Amines vasoactives

Gradient chimiokines

Diapédèse et arrivé des leucocytes circulants

Activation de la cellule inflammatoire

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

Nathan 2010 Cell

Inflammation : régulation multigénique

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

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

Proc Natl Acad Sci 1984

Nat Immunology 2001

Proc Natl Acad Sci 1984

Nat Immunology 2001

Nat Immunol 2008

BALF: broncho-alveolar lavage fluid

Nat Immunol 2008

Serhan 2008 Nat Rev Immunol

Comment agissent les lipoxines et les résolvines

de l’influx des PNN

Lipoxines, Résolvines, Protectines Switch

Médiateurs lipidiques et résolution de l’inflammation

Soehnlein 2010 Nat Rev Immunol

Anti-TNFα, anti-IL-1β, anti-IL6R…

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