UE 1 Biologie cellulaire

Pr. Ea

Le 3/12/2012 à 8h30

Ronéotypeuse : Charlotte de Chillaz

Ronéolectrice : Diane Brébant

STRESS CELLULAIRE ET INFLAMMATION

Stress cellulaire et inflammation

Introduction

I) vue globale sur la réaction inflammatoire

A) Généralités

1) Les causes de l’inflammation

2) Régulation multigénique de l’inflammation

3) Initialisation de l’inflammation

4) Les médiateurs de l’inflammation

B) Exemple du TRAPS syndrome

II) Les différents types de danger et leur détection

A) Les récepteurs TOLL (TLRs), reconnaissance extracellulaire

1) Reconnaissance du signal danger

2) Activation cellulaire et/ou humorale

B) Récepteurs intracellulaires

1) Reconnaissance du signal danger

2) Activation cellulaire et/ou humorale

III) Production de médiateurs : exemple de l’IL-1

A) Généralités

B) Les récepteurs a l’IL-1

C) Les voies d’activation de l’IL-1

D) Les activités de IL-1

E) Pathologies

1) administration du rinolacept

2) administration du canakinumab

a) les Western Blot

b) essai clinique

IV) retour à l’état antérieur ou chronicisation

A) Les facteurs cellulaires

B) Les facteurs lipidiques

Introduction

Définition de l’Inflammation : Processus physiologique de défense de l’organisme après une agression tissulaire.

· On reconnaît 4 symptômes classiques :

Rougeur et chaleur : dues à une vasodilatation locale

Tumeur (œdème) : due à l’extravasation locale de sérum puis de leucocytes,

Douleur : due à la production de médiateurs comme kinine, PGE2, neuromédiateurs…

· C’est un phénomène qui se déroule dans les tissus vascularisés, préférentiellement dans le tissu conjonctif.

· C’est une réponse qui vise à : éliminer ou isoler l’agresseur ET réparer le tissu

Exemple : chez les sujets atteints de tuberculose, il y a 90% de guérison. Mais cette guérison peut être complète ou bien apparente : dans ce cas là, le bacille de koch a été isolé pour l ‘empêcher d’être pathogène, mais pas éliminé. La récidive est à craindre.

On distingue :

· L’inflammation aiguë : physiologique, bénéfique

· L’inflammation chronique : délétère. Il y a perte fonctionnelle du tissu qui est remplacé par du tissu fibreux.

Elle est caractérisée par 4 stades :

1. Reconnaissance du «signal danger»

2. Activation cellulaire et/ou humorale

3. Production de médiateurs inflammatoires et anti-inflammatoires

4. Retour à l’état antérieur ou chronicisation

Le stress cellulaire. Il est provoqué par différents stimuli :

· Environnementaux

· Cytokiniques

· Métaboliques (un stress est déclenché lorsqu’il faut palier une carence quelconque par exemple)

· Génétiques

Le stimulus est reconnu par un récepteur qui déclenche une voie de signalisation aboutissant à la mobilisation d’un facteur de transcription spécifique, responsable d’une réponse cellulaire spécifique, pour pouvoir répondre au stress efficacement.

I) Vue globale sur la réaction inflammatoire

1) Généralités

a) Les causes de l’inflammation :

· Exogènes

-physiques : traumatisme (plaie), chaleur, froid, rayonnement (soleil)

-chimiques : acides, bases, corps étrangers

-infectieuses : tous les agents pathogènes : bactéries, virus, champignons, parasites.

· Endogènes

-trophiques : défaut de vascularisation. Exemple de l’infarctus du myocarde : en aval, une nécrose se forme, elle déclenche une réaction inflammatoire.

-conflit immunitaire : les maladies inflammatoires chroniques

b) Régulation multigénique de l’inflammation

La régulation de l’inflammation est très fine : plus de 80 gènes sont impliqués, séparés en différentes classes (exemples : la classe des cytokines et CSF, celle des facteurs de transcription, etc.)

c) Initialisation de l’inflammation :

Détection de l’inflammation par les cellules résidentes du tissu conjonctif (surtout fibroblastes et macrophages) qui produisent différents médiateurs responsables de

-la vasodilatation,

-l’ouverture des gaps de l’endothelium,

-l’adhérence des leucocytes aux parois vasculaire,

-le chimiotactisme attirant les cellules sanguines sur le lieu de l’inflammation,

-l’excitation des terminaisons nerveuses

Ces processus sont aussi provoqués par la lésion bactérienne directement, ainsi que par les facteurs de coagulation et le système du complément.

d) Les médiateurs de l’inflammation

Voici différents types de médiateurs sécrétés lors de l’inflammation :

Ainsi, en fonction de la cellule qui détecte le danger, il y a une production différente de médiateur. Le prof n’a parlé que de l’histamine : elle est présynthétisée et stockée dans certaines cellules sanguines, ce qui permet une mobilisation très rapide de l’histamine. Son relargage permet

-une vasodilatation instantanée,

-une augmentation de la perméabilité cellulaire

-le recrutement par chimiotactisme d’autres cellules et leur stimulation.

-la sécrétion d’autres cytokines créant une boucle d’amplification.

2) Exemple du TRAPS syndrome :

Syndrome périodique dû à une mutation extracellulaire du récepteur au TNF caractérisé par la survenue chronique des symptômes d’une fièvre périodique autosomique dominante :

Fièvre, arthrite, atteinte cutanée, sérite, conjonctivite.

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Ronéo 11

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Ronéo 11

En effectuant le dosage du TNFR en fonction du temps chez des malades et des sujets sains, on observe que la quantité de TNFR est bien plus importante chez les sujets atteints du TRAPS syndrome. Que ce soit en conditions normales (image 1) on en présence d’une stimulation inflammatoire (image 2). On en a conclu que cette mutation extracellulaire empêche la dégradation du TNFR chez les malades et provoque une surexpression de celui-ci ayant pour conséquence une auto-inflammation récurrente.

II) Les différents types de danger et leur détection

· Signaux dangers exogènes :

Ils expriment les Motifs moléculaires associés aux pathogènes (PAMP- pathogen-associated molecular patterns)

· Signaux dangers endogènes :

Alarmines, cristaux d’urate monosodique, adénosine, ADN, ARN, heat shock proteins (= protéine dont la synthèse est déclenchée par la chaleur), IL- 1β, fragments de protéines extracellulaires... Ce sont des molécules qui expriment les DAMP : danger associated molecular patterns

Ces signaux sont reconnus par les PPRs : pattern-recognition receptors. On distingue

1. Récepteurs « de surface »

• Toll-like receptors (TLRs)

• C-type lectin receptors : reconnaissance des hydrocarbonates

2. Récepteurs intracellulaires

• Nucleotide binding and oligomerization domain-like receptors (NLRs)

• Retinoic acid-inducible gene-I–like receptor

• HIN-200 proteins

A) Les récepteurs Toll (TLR), reconnaissance d’un danger extracellulaire

-Il existe plusieurs membres (11) (homo ou hétérodimère).

-Ce sont des Glycoprotéines transmembranaires.

-Ils reconnaissent de nombreux ligands microbiens (PAMP et protéines endogènes).

-Ils déclenchent des voies de signalisation intracellulaires complexes

-Ils interagissent avec la voie intracellulaire d’IL-1R parce que ces deux familles possèdent une même protéine adaptatrice intra cellulaire semblable : MyD88

1) Reconnaissance du signal danger

Les TLRs sont ligands spécifiques. Exemples : Le TLR 4 reconnaît les lipopolysaccharides (LPS) des bactéries, le TLR 5 reconnaît la flagelline de certaines bactéries, TLR 3 de l’ARN double brin microbactérien.

On remarque que

-les TLRs sont responsables de l’activation de nombreuses voies de signalisation dont celle de la NF-κB.

-MyD88 est une molécule adaptatrice impliquée dans les voies de signalisation de la pratiquement tous les TLRs ainsi que dans celles du IL-1R.

2) Activation cellulaire et/ou humorale

La famille de NF-κB (ou famille des RELs)

• Facteur de transcription exprimé par presque toutes les cellules

• Dimères formés à partir de 5 protéines

• 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) : IκBα, IκBβ, IκBγet IκBε

• Activé par complexe de kinases : IκB kinase (IKK) contenant 2 sous-unités catalytiques (IKKαet IKKβ) et une sous-unité régulatrice NEMO

• Expression ubiquitaire, en particulier lie le promoteur du gène codant pour la chaîne légère kappa dans les cellules B

• Peut être activé par de nombreux stimuli : PAMPs, DAMPs, cytokines inflammatoires, radicaux libres (ROS), ultraviolet, etc...

• Voie de signalisation intracellulaire majeure dans l’organisme vivant : voies canonique (principale) et non-canonique

• Sa délétion chez l’animal est létale

Voie canonique de NF-κB

Le récepteur stimulé

-active le complexe IKK

-qui entraine la phosphorylation des inhibiteurs IκB

-ce qui permet leur ubiquitylation et leur dégradation par le protéasome.

-ce qui libère le dimere de NF-κB qui jusqu’ici était inhibé par IκB

-passage du dimère NF-κB dans le noyau

Voie non canonique de NF-κB

Peut être activée par 4 types de récepteurs, sous-groupe de récepteurs de la superfamille des TNFR : BAFFR, CD40, RANK et récepteur au lymphotoxin-β

-active le complexe TRAF: TNF receptor associated factor

-levée de la séquestration de NIK: NF-KB-inducing factor

-phosphorylation de IKK

-ubiquitylation et dégradation de p100

-formation d’un dimère actif de NF-κB

NF-κB

• Régule de nombreux gènes : IL-1, IL-6, IL-12, IL-18, TNF, iNOS, COX, etc...

• Régule le développement embryonnaire, la communication intercellulaire, la réponse immunitaire innée et adaptative, la réponse inflammatoire, etc...

• Impliquée dans les pathologies inflammatoires, les pathologies cancéreuses, l’athérosclérose ou encore le diabète.

B) Récepteurs intracellulaires

1) Reconnaissance du signal danger

Pour étudier la voie intracellulaire de l’activation de l’inflammation on va se baser sur l’étude des récepteurs (=inflammasome) NLRs et plus particulièrement l’étude du NALP3R dont sa mutation est responsable du CAPS syndrome

Les NLRs constituent une famille de récepteurs contenant de nombreux membres (Famille des NALP, NOD…)

Exemple du CAPS syndrome :

syndrome d’auto inflammation au froid

-Autosomique dominante

-Fièvre, éruptions cutanées (urticaire), arthralgies, myalgies, céphalées, frissons après exposition au froid

-Mutation activatrice de NLRP3 codant la protéine cryopyrine (cryo en grec=froid)

D’autres entités cliniques ont été décrites associées à une mutation de la cryopyrine : il y a FCAS, MWS, NOMID qui sont associés au CAPS syndrome ; et PFAPA qui est un syndrome périodique avec de la fièvre.

Ces 4 pathologies sont donc liés à une mutation de la cryopyrine mais en plus des signes de réaction inflammatoire liée au froid, on observe

-pour la MWS des sujets atteints de surdité,

-pour la NOMID, des signes neurologiques et des douleurs articulaires

Ceci prouve que la régulation des protéines est tissu spécifique. Ce qui permet de palier à certains déficits génétiques.

2) Activation cellulaire et/ou humorale

L’inflammasome NALP3 possède 3 domaines :

-LRR : détecte le signal danger (quelque soit sa nature)

-NACHT : permet la polymérisation et donc l’activation du récepteur intracellulaire

-PYD : attire ASC

NALP3 est sous forme inactive dans le cytoplasme car sa forme tertiaire est pliée de telle sorte que toute polymérisation est impossible

Ainsi il y a

· Détection d’un danger par LRR

· Modification de la structure tertiaire du récepteur pour dévoiler NACHT

· Polymérisation du récepteur grâce à NACHT et activation du récepteur

· Recrutement de ASC par PYD. ASC associe CARD à PYD.

· CARD recrute d’autres protéines possédant le domaine CARD : la procaspase 1 par exemple

· Le recrutement massif de la procaspase1 permet son auto-activation en caspase1

· La caspase 1 recrute et active IL-1

· IL-1 provoque une réponse inflammatoire sur les cellules environnantes possédant les récepteurs a l’IL-1 : cette cytokine a une action autocrine, paracrine et à distance.

Détection d’un stress cellulaire par NALP3 => activation de la caspase 1 => activation de l’IL-1 => réponse inflammatoire

patients Témoins

Pasparakis 2009 Nat Rev Immunol

Antigène auto-immunCristaux d’urate ou autres