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Les mécanismes moléculaires de l'apoptose.

Auteur : Dr. Jean-Ehrland RICCI - INSERM U526. - Nice, France.

Adresse actuelle : La Jolla Institute for Allergy and Immunology, San Diego, California, USA.


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I - MÉCANISMES MOLÉCULAIRES DE L'APOPTOSE : ASPECT GÉNÉRAL

I-5. Les récepteurs de Mort cellulaire


a) Généralités

De nombreux stimuli sont capables d'induire l'apoptose. Toutefois il existe une famille de récepteurs spécialisés dans l'induction de la mort cellulaire programmée : les récepteurs de mort. Une fois stimulés, ces récepteurs induisent l'activation des caspases. Cette voie d'activation est impliquée dans l'élimination des cellules potentiellement dangereuses pour l'organisme et notamment les lymphocytes autoréactifs. Les récepteurs de mort appartiennent à la famille des récepteurs du Facteur Nécrosant des Tumeurs (TNF-R) (Nagata, 1997) (TABLE 4). Les TNF-R peuvent promouvoir, selon le contexte cellulaire, soit la survie, soit la mort soit les deux. Les récepteurs suivant : CD27 (Camerini et al., 1991), CD30 (Durkop et al., 1992), CD40 (Stamenkovic et al., 1989), TNF-RII (Smith et al., 1990), Ox40 (Mallett et al., 1990), 4-1BB (Kwon et Weissman, 1989) et p75 NGFR (Johnson et al., 1986) sont impliqués dans la survie cellulaire. Parmi les membres de la famille impliqués dans la mort cellulaire, il convient de citer CD95 (Fas/APO-1) (Itoh et al., 1991; Oehm et al., 1992), TNF-RI (Loetscher et al., 1990; Schall et al., 1990), DR3 (Chinnaiyan et al., 1996a) /Wsl-1 (Kitson et al., 1996), DR4 (Chaudhary et al., 1997) et DR5 (Chaudhary et al., 1997) et DR6 (Pan et al., 1998a). La mort induite par les membres de la famille du TNF-R conduit à l'activation des caspases et en est dépendante (Enari et al., 1995; Longthorne et Williams, 1997).

Les membres de la famille du TNF-R sont des protéines transmembranaires de type 1 possédant dans leur domaine extracellulaire de une à six régions riches en cystéines, impliquées dans la liaison du ligand (TABLE 4). Les récepteurs de mort possèdent dans leur partie intracellulaire une région conservée d'environ 80 acides aminés appelée domaine de mort cellulaire (DD) (Tartaglia et al., 1993; Chaudhary et al., 1997; Nagata, 1997). Le DD a été conservé au cours de l'évolution. Ainsi un domaine homologue est retrouvé dans le produit du gène Reaper de drosophile. Reaper est impliqué dans la régulation de la mort cellulaire programmée au cours de l'embryogenèse normale chez la drosophile (Golstein et al., 1995).

Le récepteur Fas (CD95/APO-1) est le récepteur de Fas ligand (FasL). Il représente le prototype des récepteurs de mort. Il est exprimé à la surface de nombreux types cellulaires. La stimulation de Fas par son ligand physiologique, ou par un anticorps anti-Fas, va induire son oligomérisation et le recrutement, par l'intermédiaire de son domaine de mort cellulaire, d'un certain nombre de protéines impliquées dans la transduction du signal apoptotique (voir chapitre I-5.c). Il existe à l'état naturel des souris déficientes pour Fas : les souris lpr/lpr (lymphoprolifération). Elles souffrent d'une lymphoadénopathie, d'une splénomégalie et produisent une quantité accrue d'IgM et d'IgG (Nagata et Suda, 1995). Deux types de modifications du gène ont été mises en évidence. La première conduit à l'absence d'expression de Fas, la seconde consiste en une mutation ponctuelle dans le DD de Fas qui remplace l'isoleucine 225 par une asparagine et qui rend le récepteur incapable d'interagir avec la protéine FADD (voir chapitre I-5.c) et donc d'induire la mort. L'apoptose, mediée par Fas et TNF-RI, n'est pas modifiée par la présence d'inhibiteur de la synthèse d'ARN ou de protéine (Itoh et al., 1991; Yonehara et al., 1989). De plus, des cellules énuclées peuvent enclencher un programme de mort cellulaire après stimulation du récepteur Fas (Schulze-Osthoff et al., 1994). Ces résultats suggèrent que les différents protagonistes, nécessaires à l'induction de l'apoptose, sont constitutivement présents et que l'activation du récepteur par son ligand ne fait qu'induire l'association des protéines préexistantes nécessaires à la transmission du signal apoptotique.

Le couple Fas/FasL, au même titre que la paire granzyme B/perforine joue un rôle prépondérant dans la cytotoxicité des lymphocytes T (LTc). Ces deux mécanismes coopèrent pour permettre l'élimination de la cellule cible par un processus d'apoptose (Cohen, 1991; Golstein et al., 1991). Dans le cas du couple granzyme B/perforine, la perforine libérée à l'interface entre le LTc et la cellule cible forme un canal qui permet au granzyme B, une protéase à sérine possédant une spécificité de clivage identique à celle des caspases, de pénétrer dans la cellule cible afin d'activer directement les caspases effectrices et par voie de conséquence, d'induire l'apoptose (Heusel et al., 1994).



b) Les ligands

La famille des ligands du TNF comprend une quinzaine de membres (TNF, FasL, CD30L, TRAIL, Lymphotoxine,...) ((Nagata et Golstein, 1995) et TABLE 5). Ces ligands sont, en grande majorité, des protéines transmembranaires de type II, qui présentent donc leur extrémité C-terminale du côté extracellulaire. Le domaine extracellulaire est composé d'environ 150 acides aminés et possèdent 20 à 25 % d'homologie avec les autres membres de la famille du TNF. Certaines de ces protéines, telle que FasL et TNF, existent également sous forme soluble. La forme soluble est obtenue par protéolyse induite par une famille de métalloprotéases membranaires. S'il semble bien établi, dans le cas de FasL, que la trimérisation des formes membranaires soit responsable de l'oligomérisation et de l'activation du récepteur Fas, le rôle des formes solubles est encore sujet à débat. De nombreuses études ont rapporté que des stress cellulaires pouvaient induire l'expression des ligands de mort, tel que FasL et donc induire l'apoptose (Kasibhatla et al., 1998) (cf. chapitre III-2a).

Il existe des souris possédant un FasL non fonctionnel : les souris gld (generalized lymphoproliferation disease). Chez ces souris, la molécule FasL présente une mutation ponctuelle qui empêche sa liaison à son récepteur (Nagata et Suda, 1995). Le phénotype de ces souris est analogue à celui des souris lpr/lpr (cf. chapitreI-5a).

c) Des récepteurs à l'apoptose

Figure 5
agrandissement

Activation des caspases par les récepteurs de mort.
Je ne décrirais dans ce paragraphe que le mécanisme d'activation du récepteur Fas. Il semble toutefois que, dans l'état des connaissances actuelles, ce mécanisme puisse être étendu aux autres récepteurs de mort. Une fois stimulé par son ligand spécifique, Fas trimérise et recrute une protéine adaptatrice FADD/MORT1 (Chinnaiyan et al., 1995) (Figure 4). FADD présente la particularité de posséder, en plus de son DD, un domaine effecteur de mort cellulaire (DED). Le DED est nécessaire et suffisant pour induire l'apoptose. La transfection d'un module DED, comme Reaper par exemple, suffit à induire l'apoptose de cellules eucaryotes (Chinnaiyan et al., 1996). Dans certaines conditions, TNF-RI recrute également FADD. Ce couplage est cependant indirect et se fait par l'intermédiaire d'une protéine comportant un DD : TRADD (Hsu et al., 1995) (Figure 5). En définitive FADD représente le point de convergence des voies de signalisation induites par Fas ou TNF-RI. Par la suite, FADD peut recruter la caspase 8 (Boldin et al., 1996; Fernandes-Alnemri et al., 1996; Muzio et al., 1996) ou la caspase 10 (Fernandes-Alnemri et al., 1996; Vincenz et Dixit, 1997) par l'intermédiaire de ces DEDs et ainsi initier la cascade apoptotique (Hirata et al., 1998).

L'importance de FADD et son rôle central dans l'apoptose ont été renforcés par l'étude des souris invalidées pour ce gène. Les souris FADD-/- meurent au cours du développement embryonnaire (cf. TABLE 3). Elles présentent des problèmes cardiaques majeurs ainsi qu'une prédisposition aux hémorragies (Yeh et al., 1998). Le phénotype de ces souris est similaire à celui des souris caspase 8-/- (cf. TABLE 3). Les fibroblastes de souris FADD-/- sont insensibles à la surexpression de Fas, TNF-RI ou DR-3 alors que des drogues anticancéreuses ainsi que l'expression des oncogènes c-Myc ou E-1A vont aboutir à leur élimination par apoptose. Certaines études suggèrent qu'il existe une connexion étroite entre prolifération cellulaire et apoptose. Ainsi la signalisation via FADD ne va pas exclusivement aboutir à la mort cellulaire mais aussi, selon les circonstances, à la survie et la prolifération (Smith et al., 1996; Newton et al., 1998; Zhang J. et al., 1998). TRADD pour sa part, se lie au DD de TNF-RI et est capable aussi bien d'induire l'activation de NF-kB, que l'apoptose (Hsu et al., 1995). TRADD active ces différentes voies en recrutant une protéine adaptatrice supplémentaire TRAF2 ou FADD (Hsu et al., 1996). La liaison à TRAF2 aboutit à l'activation de NFkB et de SAPK (Liu Z.G. et al., 1996; Rothe et al., 1995) alors que le recrutement de FADD enclenche l'activation des caspases. TRADD peut aussi interagir avec le DD de RIP (Hsu et al., 1996a), une serine/thréonine kinase qui peut induire selon les circonstances soit l'activation de NF-kB soit l'apoptose (Stanger et al., 1995; Hsu et al., 1996a). RIP est également associé à Fas (Hsu et al., 1996a). RIP interagit avec RAIDD (Duan et Dixit, 1997) /CRADD (Ahmad et al., 1997) qui lui-même lie directement la caspase 2 mais pas avec les caspases 1, 3, 4, 6, 7 ou 9 (Ahmad et al., 1997; Duan et Dixit, 1997) (Figure 5).

En résumé, les complexes moléculaires associés aux récepteurs de mort induisent l'activation des caspases par l'intermédiaire des DDs, DEDs ou CARDs dans des interactions du type FADD / caspase 8 ou 10; TRADD / FADD / caspase 8 ou 10 et TRADD / RIP / RAID / caspase 2 (Figure 5).

Il est à noter que plusieurs autres protéines sont directement associées à Fas ou influencent son activation. FAP-1, par exemple, est une phosphatase qui se lie au récepteur et inhibe l'apoptose selon un mécanisme toujours inconnu à ce jour (Sato et al., 1995). L'expression sélective de FAP-1 dans les cellules T Th2 CD4+ pourrait expliquer la sensibilité moindre des cellules Th2 à l'apoptose induite par Fas (Zhang et al., 1997). D'autres protéines telle que DAXX (Torii et al., 1999), FLASH (Imai et al., 1999) ou Toso (Hitoshi et al., 1998) jouent un rôle dans la régulation de l'apoptose induite par les récepteurs de mort. Toso est un membre de la super famille des immunoglobulines. Il est capable de bloquer spécifiquement l'apoptose induite par les TNF-R, dont Fas notamment, et joue probablement un rôle dans le devenir des cellules T (Hitoshi et al., 1998). Les auteurs suggèrent que Toso puissent hétéromériser avec d'autres protéines de surface et ainsi initier un signal anti-apoptotique. DAXX se lie au domaine cytosolique du récepteur Fas et augmente la sensibilité des cellules à l'effet apoptogène de Fas. Cette augmentation résulte probablement d'une modulation de la transcription de gènes impliqués dans l'activation des caspases et dans l'apoptose induite par Fas (Torii et al., 1999). FLASH fait partie intégrante du complexe moléculaire associé au récepteur Fas (DISC). Les auteurs ont montré qu'il était nécessaire à l'activation de la caspase 8 suite à une stimulation du récepteur (Imai et al., 1999).

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