apoptose.pdf

PIFO-2004-O.Stettler

Mort cellulaire Programmée(Apoptose)

I) Introduction-definitionII) Cytologie de l’apoptoseIII) Mécanismes moléculaires de l’apoptoseIV) Régulation des voies de signalisationV) Pathologies liées à une dérégulation de l’apoptose


I) Introduction-définition

mort cellulaire : rôle physiologique importantchez les organismes pluricellulaires(embryogenèse, métamorphose)

XIXème siècle

1964« mort cellulaire programmée » (développement):

séquences d’étapes contrôlées menant à unedestruction tissulaire transitoire et localisée

1972« apoptose » (Grec: « tomber, laisser tomber »)

terme désignant la mort cellulaire programmée:régulation et maintenance des populations cellulaires dans des conditions physiologiques et pathologiques


a) développementproduction en excès de cellules:l’apoptose permet un remodelagedes organes et tissus

• Caenorhabditis elegans (C.elegans):mort de 131/1090 cellules somatiques

• Formation des membres:séparation des doigts par destructiondu tissu mésenchymateux interdigital

contextes physio-pathologiques de l’apoptoses:

• ablation tissulaire- disparition de la queue au cours

de la métamorphose (Anour)- différenciation des organes

reproducteurs (élimination descanaux de Wolff ou Müller)


• Système nerveux:surproduction des neurones et élimination par mort cellulairepour aboutir à un système nerveux fonctionnel (- 50% des neurones)

motifs d’une surproduction cellulaire ?:

• équilibre nbr cellules nerveuses/ cellules cibleset précision du réseau de connexions neuronal (synaptogenèse)

• compétition entre neurones pour les facteurs de croissanceproduits en petites quantités par les cellules cibles

• réponses sélectives de population de neurones à certains facteursde croissance

• répression du suicide cellulaire par certain facteurs de croissances• si réceptivité au facteur de croissance faible ⇒ mort cellulaire

sélectivité des connexions synaptiques


b) processus physiologiques chez l’adulte

• répression de l’apoptose par l’érythropoïèse⇒ nombre de globule rouge

• homéostasie cellulaire: constance du nombre de celluleex: 100 000 cellules produites/sec par mitoses chez l’homme

= nbr cellules éliminées par apoptose

• 95% de la production journalière de lymphocytes B et Tmort par apoptose (sélection des lymphocytes fonctionnels)

• destruction des cellules: - dommages sévères de l’ ADN- infectées- caractère auto-immun- signal mitogène inapproprié (apoptose/cycle cellulaire)


c) processus pathologiques

dysfonctions du programme apoptotique⇒ pathologies diverses:

• cancer• maladie auto-immune• propagation des infections virales

défaut :

excès :• maladies neurodégénératives• SIDA• ischémie


II) Cytologie de l’apoptose

Apoptose (processus actif):•contraction cellulaire•condensation de la chromatine•fragmentation de l’ADN•fragmentation du noyau•maintient de l’intégrité des organites•bourgeonnements cellulaires et formationde corps apoptotiques

•maintient de l’intégrité mb plasmique•phagocytose des corps apoptotiques•pas de processus inflammatoire


technique « tunnel »:

fragmentsinternucléosomiques

C A mise en évidence de l’apoptose:

contrôle apoptose

marquage au bromure d’ethidium (BET)

terminal deoxynucleotidyl transferase


Nécrose (ex: trauma; processus passif)•gonflement cellulaire•destruction des organites•rupture de la mb plasmique•libération incontrôlée du contenu cytoplasmique•inflammation

autre type de mort cellulaire:

nécrose apoptose


III) Mécanismes moléculaires de l’apoptoseune famille de protéine occupe une place centrale dans le mécanismemoléculaire de l’apoptose: les caspases

signal inducteur = signal apoptotique

procaspases initiatrices(inactives)

caspases initiatrices(actives)auto activation

procaspaces effectrices(inactives)

caspases effectrices(actives)

Protéolyse de substrats (nucléaires, cytoplasmiques)


signal inducteur = signal apoptotique:

• déclenchement de l’apoptose par différents stimuliintra- et extracellulaires:

- mécanismes de réparation de l’ADN défectueux

- molécules cytotoxiques ou irradiation

- défaut de signalisation du cycle cellulaire

- signaux de mort cellulaire (TNF-α, FasL, TRAIL...)


phase latente (qq heures à plusieurs jours)début de phase latente: processus réversible (facteurs de survie)

phase d’exécution de l’apoptose:changements morphologiques ⇒ mort cellulaire


dissection génétique du mécanisme apoptotique:

chez C.elegans:mort cellulaire ⇐ oligomérisation ced-3+ced-4

--

inducteur inhibiteur

(C.elegans) (mammifères...)ced-3 caspasesced-4 Apaf-1 (Apoptotic Protease Activating Factor)

= pièce principale de l’apoptosome


--

(C.elegans) (mammifères...)egl-1 protéines de la famille Bcl-2ced-9 (pro- et anti-apoptotiques)

rôle important dans la médiation et la régulationdes voies de signalisation apoptotiques


les caspases:

(-8, -10)caspases initiatrices(-9, -2)

caspases effectrices(-3, -6, -7)

DED DED grandesous-unité

petitesous-unité

procaspase

caspaseactive

Death Effector Domain

CARD

CAspaseRecruitmentDomain

pro-domaine

pro-domaine


recrutement des caspases initiatrices

via leur pro-domaine

signal extracellulairevia récepteur de mort

signal intracellulaire


voie extracellulaire

• recrutement de procaspase-8 viases DEDs par DISC (Death InducingSignaling Complex)

• DISC = complexe initié par fixation des ligands de la famille TNF-α⇒ trimérisation du récepteur

⇓• association homophile de FADD(Fas Associated Death Domain)avec FAS-R via domaines DD

⇓• association homophile de procaspase 8

et de FADD via domaines DED

⇓agrégation de procaspase-8


• proximité de plusieurs procaspases-8

⇓• activations mutuelles par

autoprotéolyse

⇓active caspase-8

⇓clivage (activation)

de caspases effectricesclivages de substrats


voie intracellulaire

A) voie mitochondriale de l’activation des caspases:

• Procaspases-9 activée par des signaux proapototiques mitochondriaux⇓

• formation de l’apoptosome = complexe protéique cytoplasmiquesous l’influence du cytochrome C relargué par la mitochondrie


voie intracellulaire

B) formation de l’apoptosome et activation:

• Cyt C + dATP ⇒ chgt de conformation de Apaf-1⇒ heptamérisation de Apaf-1

• association homophilique procaspase-9/ Apaf-1 via domaines CARD

• activation de Caspase-9 par dimérisation

• activation protéolytique des caspases effectrices


• voie de signalisation de type I:- récepteur TNFR- adaptateur FADD- complexe DISC- procaspase-8

• voie de signalisation de type II:voie I insuffisante pour déclencher l’apoptose

⇒ amplification par la voie mitochondriale nécessaire


• Bid (famille Bcl-2) clivé par caspase-8

• active le relargage de Cyt C de concertavec Bax et Bak (pro-apoptose, famille Bcl-2)

formation apoptosomeactivation cascade

des caspases


• voie mitochondriale:

- amplifie la voie des récepteurs membranaire

- intègre et propage des signaux de mort cellulaired’origine intracellulaire (altération de l’ADN, stress oxidatif,faibles ressources en métabolites, médicaments)


• altérations de l’ADN:⇒ activation du facteur de transcription p53

⇓stimule la production de molécules pro-apoptotiques[BH3 (ex:Bid), Bax, Bak..]


• mitochondrie:

l’induction de l’apoptose change la perméabilité de la mb interne

⇓gonflement de la mitochondrie (influx H2O)

⇓rupture de la mb externe

⇓libération de facteur pro-apoptotiques

⇓•arrêt de la synthèse d’ATP•NADH, NADPH oxidés• production de ROS(Reactive Oxygène Species)

stress oxidatif(oxidation de lipides, protéines, ADN)

(= Transition de Perméabilité)


Transition de Perméabilité: mécanisme ?

• formation d’un pore de transition de perméabilité (PTP):

mb externe

mb interne

ANT (Adenin Nucleotide Translocator)

VDAC (Voltage Dependant Anion Channel)

(exportation d’ATP contre ADP)

(= porine)

l’association VDAC/ANT génère des sites de contactmb ext/ mb int

ou canaux dans la mb externe: homodiméres Bax ou hétérodimères Bax/VDAC


Conséquences de l’activation de caspases:(substrats des caspases)

• les caspases elles-mêmes (procaspases)• des protéines du cytosquelette (gelsoline, lamin, fodrine, actine)• des protéines de régulation de l’apoptose (Bid, Bcl-2)• des inhibiteurs d’endonucléases (Inhiteur CAD = ICAD)

⇒ libère la CAD: Caspase Activated DNAse• des protéines impliquées dans la régulation du cycle cellulaire (p21, PRb)• des enzymes de réparation de l’ADN


IV) Régulation des voies de signalisation de l’apoptose

• cellules saines fonctionnelles:mécanismes de contrôle et de blocage de l’apoptose

Hypothèse 1: les voies de signalisation de l’apoptose sont dans un étatinactif et s’activent qu’en cas de signal de mort

mais: les composants de l’apoptoses sont encodés par la plus part des cellulessous une forme « prête à l’emploi »

Hypothèse 2: toutes les cellules sont programmées pour l’autodestructionmais survivent par répression de l’apoptose sous l’influencede facteurs de croissance, d’hormones, de nutriments

et en effet: différentes molécules anti-apoptotiques ont été caractérisées(et pro-apoptotiques également)


A) famille Bcl-2•Bcl-2 (oncogène): effet anti-apoptotique (autres oncogènes ⇒ prolifération Caire )(cancers: contrôle prolifération cellulaire et apotose)

•familles des protéines Bcl-2: domaines BH1 à BH4:30 protéines de cette famille chez l’homme avec effets pro- ou anti-apoptotique

•pro-survie (anti-apoptotiques): Bcl-XL, Bcl-w, A1, Mcl-1 (BH1,2,3,4)

•pro-apoptotiques): Bax, Bak, Bok (BH1,2,3) etBid, Bim, Bik, Bad, Bmf, Hrk, Noxa, Puma, Blk, BNIP3, Spike (BH3 « only »)

domaine suffisant pourinduire la mort cellulaire


mode d’action de la famille Bcl-2:

--

• interaction ced-9/caspases inhibition apoptose

egl-1déplacement deced-9 desinhibition de l’apoptose

c.elegans

mammifères

pas d’interactions Bcl-2/Apaf-1


les Bcl-2 antiapoptotiqueschez les mammifères:contrôle du relargagedu cytochrome C, de l’intégrité mitochondriale


• Double knock-out Bax et Bak (pro-apoptotiques):⇒ diminution de l’apoptose pdt le développement⇒ accumulation de cellules surnuméraires (cerveau et cellules immunes)

• celulles Bax -/- Bak -/- : insensibles aux irradiations !!

BaxBak

canaux propres

particicipation auPTP

} perméabilitémb externe Mito


protéines anti-apoptotique famille Bcl-2 bloquent (Bax, Bak,...) via interaction domaine BH3

oligomérisationBax ou Bak

antagonise les effets de Bcl-2


A) famille IAPs

Inhibitor of Apoptosis Proteins (et aussi Bcl-2 et Bcl-XL)

+NF-κB: facteur de transcription (régulateur du système immun)

protéines IAP: domaine BIR inhibition caspases 3, 7, 9domaine RING catalysent leur propre ubiquitinisation

dégradation (protéasome)



V) Pathologies liées à une dérégulation de l’apoptose

• cancer: accumulation de cellules cancéreuses, résistances aux médicaments,

• autoimmunité:impossibilité d’éliminer les lymphocytes autoréactifs

défaut

excès

• neurodégénérescence:maladies d’Alzheimer, Parkinson, Huntington


dysfonctions: mutation de gènes impliqués dans l’initiation, la médiationou l’execution de l’apoptose

surexpression de Bcl-2 dans les processus tumorauxsurvie des cellules cancéreuses

mutation Bax et Baksurvie des cellules cancéreuses

p53: point de contrôle important dans l’apoptose:inactivé dans plus de 50% des cancers humain


stressgénotoxiques

altérations ADN

kinase

supresseurde tumeur

facteur de transcription

dommages ADN réparables: p53 bloque le cycle cellulaire avt phase Sdommages irréparables: p53 induit l’apotose

Documents

apoptose.pdf