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Cytokines pro-inflammatoires, prostaglandineset chondrocyte : mécanismes d’activationintracellulaire

Francis BerenbaumService de rhumatologie et UPRES-A CNRS 7079, université Pierre et Marie Curie, Paris VI, hôpital Saint-Antoine, 182,rue du Faubourg Saint-Antoine, 75012 Paris, France

chondrocyte / cytokines / MPA kinases / NF-jB / prostaglandines / signalisation intracellulaire

chondrocyte / cytokines / intracellular signal / MPA kinases / NF-jB / prostagladins

Le chondrocyte articulaire représente le seul type cellu-laire présent dans la matrice cartilagineuse, tissu nonvascularisé et non innervé. Il s’agit d’une cellule spécia-lisée, hautement différenciée, issue de la lignée mésen-chymateuse et susceptible de se dédifférencier en unecellule fibroblastique. Son rôle physiologique consistepour l’essentiel à maintenir un équilibre entre synthèseet dégradation de la matrice, grâce à la synthèse deprotéoglycanes et de collagène de type II d’une part, etde diverses protéases d’autre part.

Malgré la faible activité métabolique constatée enpériode normale, le chondrocyte est capable de synthè-ses nombreuses et variées si un stress survient, qu’il soitde nature mécanique, inflammatoire, infectieux oumétabolique. Parmi ces synthèses, on retrouve des cyto-kines et des dérivés de l’acide arachidonique (ou icosa-noïdes) qui vont avoir comme rôle de modulerl’activation chondrocytaire, par voie autocrine, para-crine ou directement par voie intracellulaire. De plus,d’autres cellules présentes dans l’articulation, commepar exemple les synoviocytes et les cellules endothélialesdu tissu synovial, vont également participer à la régula-tion chondrocytaire en synthétisant elles aussi des cyto-kines et des icosanoïdes, dans la cavité articulaire. Grâceà leur diffusion passive à travers la matrice cartilagi-neuse, ces médiateurs vont pouvoir atteindre les chon-drocytes. Enfin, les capacités de rétention de cytokines

par la matrice elle-même peuvent entraîner un effet« réservoir » du cartilage provoquant une nouvellesource de médiateurs par relarguage à proximité deschondrocytes lors de la dégradation matricielle.

Ainsi, le chondrocyte en situation pathologique seretrouve soumis à une « soupe » de médiateurs lipidi-ques et protidiques présents dans son environnementpéricellulaire. Ces médiateurs vont entrer en contactavec des récepteurs spécifiques présents à la surface deschondrocytes. La liaison du ligand à son récepteur vaentraîner l’activation de différentes cascades intracellu-laires de phosphorylation. Ces phosphorylations vontprovoquer la liaison de facteurs transcriptionnels surdes promoteurs de gènes comportant des séquences deliaison spécifiques pour ces facteurs, entraînant soit uneactivation soit une répression transcriptionnelle d’unensemble de gènes dits inductibles. De plus, ces phos-phorylations en cascade peuvent moduler les étapespost-transcriptionnelles et traductionnelles de ces gènesselon des séquences mal connues encore aujourd’hui.

CYTOKINES PRO-INFLAMMATOIRESET CHONDROCYTE

Parmi l’ensemble des cytokines pro-inflammatoiresconnues à ce jour, seules quelques-unes semblent jouerun rôle important dans l’activation chondrocytaire. Ils’agit de l’IL-1 surtout, et du TNF-α qui peuvent, à leur

Rev Rhum [Ed Fr] 2000 ; 67 : 677-80Proinflammatory cytokines, prostaglandins, and the chondrocyte: mechanisms of intracellular activation –Joint Bone Spine 2000 ; 67 (in press)© 2000 Éditions scientifiques et médicales Elsevier SAS. Tous droits réservésS1169833000000259/REV

tour, provoquer la synthèse d’IL-6, d’IL-8, de LIF(leukemia inhibitory factor) et d’IL-17. Le chondrocytearticulaire arthrosique surexprime le récepteur à l’IL-1de type I au détriment du type II et surexprime lerécepteur au TNF-α p55TNF-R au détriment dup75TNF-R [1]. La liaison de l’IL-1 sur son récepteurprovoque l’auto-activation du récepteur en recrutantdeux protéines, la protéine accessoire du récepteur del’IL-1 ou IL-1RacP et MyD88, formant ainsi un com-plexe capable d’être phosphorylé par IRAK (IL-1 recep-tor associated kinase), protéine pouvant ensuite interagiravec un autre facteur dénommé TRAF-6 (TNF-receptorassociated protein). La liaison du TNF-α à son récepteurprovoque le recrutement des protéines TRADD (type-Ireceptor-associated death domain protein), FADD,TRAF-2 et RIP (ring finger interacting protein). Lescomplexes multiprotéiques des récepteurs à l’IL-1 et duTNF-α peuvent alors activer TAK-1 [2], une kinasesituée au carrefour des deux grandes voies de signalisa-tion, la voie NF-jB et la voie des MAP kinases [3](figure 1).

NF-jB et chondrocyte

NF-jB est un facteur transcriptionnel existant sous laforme d’un homo- ou d’un hétérodimère d’une famillede cinq protéines dénommées p65, c-Rel, RelB, p50/p105 et p52/p100, le dimère le plus fréquent étantp50-p65 [4]. Il est présent dans le cytosol sous formeinactive, lié à une famille de protéines inhibitricesdénommée I-jB. La liaison de l’IL-1 ou du TNF à sonrécepteur aboutit à l’activation d’une cascade complexequi va provoquer la phosphorylation de I-jB. I-jB peutalors être ubiquitinée1, puis être dégradée dans le pro-téasome. NF-jB est ainsi libéré de I-jB et peut ensuiteêtre transloquée dans le noyau et activer la transcriptionde différents gènes possédant un élément de réponse

1 L’ubiquitine est une petite protéine qui une fois attachée de façoncovalente à sa cible, entraîne la reconnaissance de celle-ci par uneparticule protéolytique 26S appelée le protéasome, particule danslaquelle sont dégradées de nombreuses protéines cytosoliques

Figure 1. Rôle des voies de signalisation NF-jB et MAPK dans l’expression des gènes inductibles. TNF-R : récepteur au TNF-α ; IL-1R :récepteur à l’IL-1 ; FADD : Fas-associated death domain protein ; TRADD : TNF-R-associated death domain protein ; TRAF : TNF-receptorassociated factors ; IRAK : IL-1 receptor associated kinase ; NIK : Nck interacting kinase ; NF-jB : nuclear factor-jB ; IjB : inhibitor of NF-jB ;IKK : I-jB kinase ; AP-1 : activator protein-1 ; C/EBP : CCAAT/enhancer binding proteins ; TAK-1 : TGF-beta-activating kinase ; MAPK :mitogen-activated protein kinase ; MAPKK : MAPK kinase ; MAPKKK : MAPKK kinase ; MMP : matrix metalloproteinase ; COX-2 :cyclooxygénase-2 ; JNK : Jun amino-terminal kinase.

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pour NF-jB. Parmi ces gènes, on retrouve des cytoki-nes, des molécules d’adhésion, des protéines de la phaseaiguë de l’inflammation, I-jB, p50, c-rel, lacyclooxygénase-2 [5]. Dans les chondrocytes, cette voieest nécessaire pour l’expression de MMP-13 [6]. Ellemodule l’apoptose chondrocytaire [7]. On a remarquéégalement que l’induction de la iNOS par l’IL-17 néces-sitait l’activation de cette voie [8, 9]. Enfin, l’inhibitionde l’expression du facteur transcriptionnel impliquédans la différenciation chondrocytaire SOX-9 par l’IL-1passe par l’activation de la voie NF-jB. [10].

MAPK et chondrocyte

Parallèlement à la voie NF-jB, l’IL-1 et le TNF-α sontcapables d’activer une autre voie de signalisation dénom-mée voie des MAPK (mitogen-activated protein kinase).Les MAPK correspondent à une cascade de trois modu-les de protéine–kinases : les MAPK sont phosphoryléespar les MAPK kinases (MKK) qui sont elles-mêmesphosphorylées par les MKK kinases (MKKK). Ondénombre à ce jour 12 MAPKs, sept MKKs et 14MKKKs [11]. De plus, il existe quatre isoformes de lap38 MAPK dénommées αp38 MAPK, �p38 MAPK,δp38 MAPK et γp38 MAPK avec probablement desspécificités de substrat. À priori, les possibilités de com-binaison sont telles que le système paraît extraordinai-rement complexe. En fait, le type d’effecteur sélectionneune combinaison plutôt qu’une autre. Par exemple,l’IL-1 et le TNF-α activent préférentiellement les modu-les p44/42 MAPK (ou ERK1/2), Jun NH2-terminalkinases (ou JNK) et p38 MAPK. Ces trois modules vontaboutir à l’activation et/ou la synthèse de différentsfacteurs transcriptionnels tels que AP-1 ou C/EBP. Ilest démontré que les voies JNK et p38 MAPK sontspécifiquement activées par l’IL-1 dans les chondrocy-tes [12].

Les voies JNK [13] et p38 MAPK [14] interviennentdans l’activation de la cyclooxygénase-2 chondrocytaireet de la MMP-13 [15] alors que l’expression de MMP-1passe par les voies p38 et probablement ERK [15]. Lavoie p38 MAPK joue également un rôle dans l’expres-sion de la iNOS [16].

Récepteurs aux prostaglandines et chondrocyte

Les prostaglandines peuvent provoquer une activationcellulaire par l’intermédiaire de récepteurs présents à lasurface cellulaire, dénommés EP-1 à EP-4, classifica-tion fondée sur des différences de profil pharmacologi-que et de voies de signalisation [17]. Ils appartiennent à

la famille des récepteurs de type protéine G à septdomaines transmembranaires. L’activation de EP-1 aug-mente la concentration en calcium intracellulaire, l’acti-vation de EP-2/EP-4 stimule l’adénylate cyclase,l’activation de EP-3 inhibe l’adénylate cyclase. Le récep-teur de type EP-1 a été mis en évidence à la surface deschondrocytes épiphysaires [18].

Plus récemment, il a été montré que certains média-teurs lipidiques, et en particulier des dérivés de l’acidearachidonique comme le leucotriène B4, la ∆15-prostaglandine J2, la prostaglandine D2 et l’acide ara-chidonique lui-même, pouvaient se lier directement àune famille de facteurs transcriptionnels, appelés PPAR(peroxisome proliferator activator receptor) [19]. Les fac-teurs de transcription PPAR appartiennent à la super-famille des récepteurs nucléaires et existent sous troisisoformes : α,�/δ et γ. Le changement de conforma-tion de ce récepteur provoqué par la liaison du média-teur lipidique augmente l’affinité de ce récepteur(hétérodimérisé avec les récepteurs à l’acide cis-rétinoïques RXR) pour une séquence spécifique appeléePPRE (PPAR-responsive element) présente sur le promo-teur de certains gènes. Les chondrocytes articulairespossèdent les isoformes PPARα et PPARγ [20]. Leseffets réels en terme d’activation transcriptionnellevarient en fonction de l’isoforme de PPAR, du promo-teur et du type cellulaire.

Ainsi les prostaglandines peuvent agir soit par voieauto- ou paracrine par l’intermédiaire de récepteursmembranaires, soit directement par l’intermédiaire derécepteurs intranucléaires, sans nécessiter une synthèseextracellulaire.

CONCLUSION

Il y a moins de 30 ans, les premières cytokines étaientdécouvertes. Puis des dizaines d’autres ont été mises enévidence. On a craint alors que la complexité théoriquedu réseau cytokinique ne permettrait jamais de dégagerune cible plus importante qu’une autre en thérapeuti-que anti-inflammatoire. L’efficacité des traitements anti-TNF-α nous montrent qu’au delà de cette complexité,il était possible de hiérarchiser la place de ces cytokinesen fonction de leur action pro- ou anti-inflammatoire.De la même manière, nous connaissons désormais lesprincipales voies de signalisation impliquées dansl’expression des gènes de protéines pro-inflammatoireset prodégradatives. Une hiérarchisation de ces voies esten cours de réalisation, visant à rechercher des voiescommunes à plusieurs cytokines impliquées dans

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l’induction de l’expression de ces gènes. Actuellement,les voies NF-jB et p38 MAPK semblent être les ciblesles plus intéressantes. La mise en évidence de ces voiesde signalisation comporte des conséquences pratiquestrès prometteuses : elle a permis en effet la réalisation denouveaux médicaments actuellement en expérimenta-tion. Ils ont comme avantage à priori d’être plus effica-ces car une seule molécule devient capable de bloquerl’action intracellulaire de plusieurs cytokines d’un coup,empêchant ainsi d’éventuelles synergies d’action commepar exemple la synergie IL-1/TNF-α. Des études clini-ques actuellement en cours devraient confirmer pro-chainement l’intérêt de ces données théoriques.

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