MORT CELLULAIREMORT CELLULAIRE

CONCEPTS ET VOIES DE MORTCONCEPTS ET VOIES DE MORT NECROSENECROSE APOPTOSEAPOPTOSE AUTOPHAGYAUTOPHAGY

NECROSENECROSE

La nécrose est une mort anormale de la La nécrose est une mort anormale de la cellule (cellule (cf.cf. apoptose) apoptose)

Causes possibles :Causes possibles :– Perte de l’homéostasie cellulairePerte de l’homéostasie cellulaire– Réduction de l’afflux sanguinRéduction de l’afflux sanguin– Trop peu d’oxygène dans le sangTrop peu d’oxygène dans le sang– Toxines, trauma, radiation, T°, etc..Toxines, trauma, radiation, T°, etc..

Conséquences :Conséquences :– Les cellules gonflent, éclatent et relarguent Les cellules gonflent, éclatent et relarguent

leurs contenus dans les espaces interstitielsleurs contenus dans les espaces interstitiels– Importante réaction inflammatoireImportante réaction inflammatoire

MECANISMES MECANISMES MOLECULAIRESMOLECULAIRES L’absence d’oxygène entraine :L’absence d’oxygène entraine :

– Déplétion d’ATPDéplétion d’ATP– Synthèse et dégradation des phospholipidesSynthèse et dégradation des phospholipides– Fuite de calcium de la mitochondrieFuite de calcium de la mitochondrie

ReperfusionReperfusion– Création d’oxygène radicalaire OCréation d’oxygène radicalaire O22

-- , OH , OH--, H, H22OO22--

Molécules très réactive qui attaquent tous les Molécules très réactive qui attaquent tous les constituants cellulairesconstituants cellulaires

Les capacités de détoxication de ces molécules Les capacités de détoxication de ces molécules sont très limités au niveau cellulairesont très limités au niveau cellulaire

Fonctions cellulaires altérées

– Dérégulation de la perméabilité membranaire et donc influence les mécanismes de transport

– Réduction du métabolisme cellulaire– Plus de synthèse protéique– Dommage au lysosomes : fuite

d’enzyme dans le cytoplasme– Destruction des organelles cellulaires

Atteinte cellulaire liée Atteinte cellulaire liée aux ROSaux ROS Anion Superoxyde Formés par les P450 Anion Superoxyde Formés par les P450

et détoxication par les superoxyde et détoxication par les superoxyde dismutasedismutase

Hydrogène peroxyde deétoxication Hydrogène peroxyde deétoxication par : catalase et glutathion peroxydasepar : catalase et glutathion peroxydase

Radical hydroxyl Radical hydroxyl ..OH initie une OH initie une peroxyadtion lipidique et les atteintes peroxyadtion lipidique et les atteintes à l’ADNà l’ADN

Comment les Comment les radiations tuent les radiations tuent les cellulescellules Radiolyse de l’eau HRadiolyse de l’eau H220 donne 0 donne ..H H

et et ..OHOH Dommage aux membranes Dommage aux membranes Dommage à l’ADNDommage à l’ADN Les cellules non proliférative sont Les cellules non proliférative sont

aussi tuées mais les doses aussi tuées mais les doses doivent être plus importantedoivent être plus importante

APOPTOSEAPOPTOSE

Caractéristiques d’une cellule en Caractéristiques d’une cellule en apoptoseapoptose– Condensation cellulaireCondensation cellulaire– Condensation de la chromatineCondensation de la chromatine– Fragmentation de l’ADNFragmentation de l’ADN– « blebbing »de la membrane« blebbing »de la membrane– Exposition sur la membrane externe des Exposition sur la membrane externe des

phosphatidylserinephosphatidylserine– Sécrétion de cytokines qui inhibe Sécrétion de cytokines qui inhibe

l’inflammationl’inflammation Ces caractéristiques sont régulés par Ces caractéristiques sont régulés par

des signauxdes signaux

Apoptose histoireApoptose histoire

1842 : Carl Vogt remarque la 1842 : Carl Vogt remarque la disparition de noyaux dans certains disparition de noyaux dans certains tissustissus

1951 d »crit la mort de certaines 1951 d »crit la mort de certaines cellules dans les tissus embryonnairecellules dans les tissus embryonnaire

1964 Première utilisation du terme 1964 Première utilisation du terme mort programméemort programmée

1972 Kerr Wyllie et Currie utilise le 1972 Kerr Wyllie et Currie utilise le terme d’apoptoseterme d’apoptose

11èreère Mise en évidence Mise en évidence de l’apoptosede l’apoptose Date du milieu Date du milieu

du XIX du XIX èmeème siècle siècle puis remis au puis remis au jour dans les jour dans les années 30 pour années 30 pour vraiment être vraiment être caractérisé en caractérisé en 19721972

AUTOPHAGIEAUTOPHAGIE

Sorte de « self »cannibalismeSorte de « self »cannibalisme Manque de nutrimentManque de nutriment Digestion d’organelle intracellulaireDigestion d’organelle intracellulaire Réarrangement de la membrane Réarrangement de la membrane

séquestration des composants dans séquestration des composants dans des autophagosomes puis fusion des autophagosomes puis fusion avec lysozomes (dégradation avec lysozomes (dégradation enzymatique)enzymatique)

APOPTOSE versus APOPTOSE versus NECROSENECROSE

FRAGMENTATION DE FRAGMENTATION DE L’ADNL’ADN

BLEBBING DES CELLULESBLEBBING DES CELLULES

Pourquoi l’apoptosePourquoi l’apoptose

Nombre de cellules dans l’organisme : Nombre de cellules dans l’organisme : 10101414

Durée de vie d ’une celluleDurée de vie d ’une cellule– très variable selon l ’origine très variable selon l ’origine – vie post-embryonnaire 200 types de cellules vie post-embryonnaire 200 types de cellules

possédant toutes une durée de vie différentepossédant toutes une durée de vie différente Cell. Intestinales Cell. Intestinales 1 semaines1 semaines Erythrocyte Erythrocyte 120 jours120 jours Cell. HépatiquesCell. Hépatiques 1 ½ an1 ½ an Cell. OsseusesCell. Osseuses 25-30 ans25-30 ans Neurones, Cell. Cardiaques, rétine, ne sont jamais Neurones, Cell. Cardiaques, rétine, ne sont jamais

remplacéesremplacées

Différenciation cellulaireDifférenciation cellulaire– implique que toute cellule soit au implique que toute cellule soit au

bon endroit au bon momentbon endroit au bon moment

Toutes cellules en trop doit Toutes cellules en trop doit disparaîtredisparaître

Période et vie cellulairePériode et vie cellulaire– cellule en Gcellule en G00

– importance du réveilimportance du réveil

Importance de Importance de l’apoptosel’apoptose Homéostasie cellulaire, Homéostasie cellulaire,

développement embryonaire, développement embryonaire, synapse système immunitaire …synapse système immunitaire …

Trop d’apoptose : maladie Trop d’apoptose : maladie dégénératives dégénératives

Trop peu d’apoptose Cancer, Trop peu d’apoptose Cancer, maladies autoimmunesmaladies autoimmunes

MECANISMES GENERAUXMECANISMES GENERAUX

Très conservés des espèces les Très conservés des espèces les plus élémentaires aux plus élémentaires aux mammifèresmammifères

Premières études chez Premières études chez Caenorhabditis elegans Caenorhabditis elegans – 2 gènes ced-3 ced-4 «killer gene» 2 gènes ced-3 ced-4 «killer gene» – 1 gènes ced-9 «survival gene»1 gènes ced-9 «survival gene»

CaenorhabditisCaenorhabditis eleganselegans 1090 cellules somatiques1090 cellules somatiques 131 meurent par apoptose131 meurent par apoptose 116 de ces 131 appartiennent au 116 de ces 131 appartiennent au

système nerveux et à l’ectodermesystème nerveux et à l’ectoderme 959 se développent en tissus959 se développent en tissus

Conservation des Conservation des gènesgènes

Voie ApoptotiqueVoie Apoptotique

Différence entre les voies Différence entre les voies récepteur et récepteur et mitochondrialemitochondriale MitochondrialeMitochondriale

– Médié par le stressMédié par le stress– Synthèse de proteïnesSynthèse de proteïnes– 12-24 heures12-24 heures

RécepteurRécepteur– Pas de synthèse de protPas de synthèse de prot– Très rapide qqs heuresTrès rapide qqs heures

Les grandes familles de Les grandes familles de proteines impliquées dans proteines impliquées dans l’apoptose : bcl-2l’apoptose : bcl-2

Homologue de ced-9Homologue de ced-9 famille conservée, séquence famille conservée, séquence

homologuehomologue– BH domains (dimèrization pour activation)BH domains (dimèrization pour activation)

Famille contenant des gènes pro et Famille contenant des gènes pro et anti- apoptotiquesanti- apoptotiques

Homo et hétérodimère (balance entre Homo et hétérodimère (balance entre mort et survie cellulaire)mort et survie cellulaire)

Les grandes familles de proteines Les grandes familles de proteines impliquées dans l’apoptose : Bcl-2impliquées dans l’apoptose : Bcl-2

Association de Association de proteinesproteines

Activation des caspasesActivation des caspases

Les CaspaseLes Caspase

Cystéine protéase (17 membres) sont Cystéine protéase (17 membres) sont synthétisée à l’état de précurseur synthétisée à l’état de précurseur ((QACXG)

Comment les caspases tuent la Comment les caspases tuent la cellulecellule– Destruction de protéines indispensable a Destruction de protéines indispensable a

la vie de la cellulela vie de la cellule Régulation des caspases : activation Régulation des caspases : activation

en cascade, IAP inhibiteur de caspaseen cascade, IAP inhibiteur de caspase

Voie de mort : la voie Voie de mort : la voie mitochondriale et la voie des mitochondriale et la voie des recepteursrecepteurs

Apoptosome

Cell stress: oxidantsFas LTNF

TNFR1 Fas/CD95Mitochondrion

Bax/BcL2

MPTCyt c

Cyt cApaf-1

Caspase-9

Procaspase-9Caspase effectrice(e.g. caspase-3)

APOPTOSIS

Caspase-8

Death domains

Bid / tBidBid / tBid

Le récepteur FasLe récepteur Fas

La voie de mort La voie de mort récepteur dépendant récepteur dépendant Les récepteurs de mort :ils sont placés Les récepteurs de mort :ils sont placés

dans les membranes et détecte les dans les membranes et détecte les signaux extracellulaire et initie signaux extracellulaire et initie rapidement la machinerie apoptotiquerapidement la machinerie apoptotique

Ils appartiennent à la famille des Ils appartiennent à la famille des récepteurs au TNF car il contiennent un récepteurs au TNF car il contiennent un domaine extracellulaire riche en cystéine domaine extracellulaire riche en cystéine et dans le cytoplasme des séquences et dans le cytoplasme des séquences conservés appelés « Death Domain »conservés appelés « Death Domain »

Leurs ligands sont eux aussi très Leurs ligands sont eux aussi très conservésconservés

Récepteur TNRF1Récepteur TNRF1 : active des facteurs de : active des facteurs de transcription (gènes inflammation, transcription (gènes inflammation, immunologie) induit l’apoptose si immunologie) induit l’apoptose si synthèse protéique bloquésynthèse protéique bloqué

Ligand -TNF

Receptor TNFR1

Caspase 8

Effector caspases

Apoptosis

Death domain, DD

TNFR associated deathdomain, TRADD

Fas-associated deathdomain, FADD

Receptor interactingprotein, RIP

TNFR-associatedfactor 2, TRAF2

IKK

NFkB

JNKK

JNK

c-Jun

Mitochondrie et Mitochondrie et apoptoseapoptose La mitochondrie est impliqué La mitochondrie est impliqué

dans l’exécution et joue un rôle dans l’exécution et joue un rôle pivotpivot

3 mécanismes3 mécanismes– Dérégulation de la synthèse d’ATPDérégulation de la synthèse d’ATP– Altération du statut REDOXAltération du statut REDOX– Fuite de facteurs apoptogène qui Fuite de facteurs apoptogène qui

vont activer des caspasesvont activer des caspases

Famille bcl-2Famille bcl-2

Protéines activatrices Protéines activatrices des caspasesdes caspases Cyt c va former l’apoptosomeCyt c va former l’apoptosome Procaspase 3«dans certains tissus Procaspase 3«dans certains tissus

comme comme Apoptosis inducing factor AIFApoptosis inducing factor AIF

Formation de Formation de l’apoptosomel’apoptosome

Activation des caspases Activation des caspases par la mitochondriepar la mitochondrie

Cell death triggers

Oxidants, calcium Bax, ceramide

Channels open, outer membrane intact

Matrix swelling, outer membraneruptures

Cytochrome c

Cytochrome c& other caspaseactivators

Necrosis

ATP, ROS

Inactive Apaf-1

Active Apaf-1

Caspase 9

Caspases activated

Apoptosis

Substrat des caspasesSubstrat des caspases

Inhibitors of Apoptosis Proteins (IAPs)

Consisting of NAIP, XIAP, cIAP1, cIAP2, and survivn

Suppress apoptosis by preventing procaspase activation and inhibiting the activity of mature caspases (caspase-3, -7, and -9) by directly binding to caspases.

Expression of cIAP1/2 is stimulated by NF-κBmediated survival signals. Negative regulators of IAPs:

Smac/DIABLO,XAF1, and OMI/HTRA2

Surveillance du cycle Surveillance du cycle cellulairecellulaire

Atteinte de l’ADNAtteinte de l’ADN

La proteine P53La proteine P53

Dans les cellules normales (non stressé) la p53 Dans les cellules normales (non stressé) la p53 est rapidement dégradé après association avec est rapidement dégradé après association avec son régulateur MDM2. p53 forme un complexe son régulateur MDM2. p53 forme un complexe avec une proteine E3 (ubiquitin ligase) et ainsi avec une proteine E3 (ubiquitin ligase) et ainsi p53 est guidé vers le proteasome. Dans les p53 est guidé vers le proteasome. Dans les cellules normales p53 est un régulateur positif cellules normales p53 est un régulateur positif de la prolifération cellulairede la prolifération cellulaire

Dans les cellules « stressées » p53 arrête la Dans les cellules « stressées » p53 arrête la division par un phénomène apoptotique division par un phénomène apoptotique mitochondrial dépendant (Bax oligomérisation). mitochondrial dépendant (Bax oligomérisation). Dans les cellules cancéreuses p53 est un Dans les cellules cancéreuses p53 est un facteur de transcription (Puma, Noxa, facteur de transcription (Puma, Noxa, p53AIP1,Bax, Apa-1)p53AIP1,Bax, Apa-1)

MDM2 : Mouse Double MDM2 : Mouse Double Minute 2Minute 2 Le gène mdm2 encode pour une Le gène mdm2 encode pour une

protéine (zinc finger) qui inhibe p53 protéine (zinc finger) qui inhibe p53 pendant la phase de croissance dans pendant la phase de croissance dans une cellule normaleune cellule normale– Au niveau du noyau « bind » p53 N-Terminal Au niveau du noyau « bind » p53 N-Terminal

et masque son domaine de transactivation et masque son domaine de transactivation – Au niveau du cytoplasme MDM2 est Au niveau du cytoplasme MDM2 est

responsable de l’ubiquitylisation et donc de responsable de l’ubiquitylisation et donc de la dégradation de p53, la dégradation de p53,

MDM2 est une cible de p53 MDM2 est une cible de p53 MDM2 est une ubiquitin ligase (p53 MDM2 est une ubiquitin ligase (p53

dégradation)dégradation)

Comment p53 est elle Comment p53 est elle activé et stabilisé lors activé et stabilisé lors d’une atteinte à l’ADN d’une atteinte à l’ADN PhosphorylationPhosphorylation Inhibition du transport hors du Inhibition du transport hors du

noyaunoyau

Role of p53 in cell cycle control:“guardian of the genome”

latent p53 active p53

activationaccumulation

h

stress factorsor oncogenic proteins mdm2

cell type level of p53 extent of DNA damage genetic background

cell cycle arrest: repair defective genes

apoptosis: kill harmful deregulated cells

negative feedback loop !!

Si p53 est nécessaire pour Si p53 est nécessaire pour supprimer des cellules supprimer des cellules altérées, que peut on attendre altérées, que peut on attendre alors si p53 est muté ?alors si p53 est muté ? Pas de blocage de la division Pas de blocage de la division

cellulairecellulaire CancerCancer

Apoptose et immunitéApoptose et immunité