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Communication intercellulaire :

les cytokines

Hang Korng Ea

Les cytokines

• Facteurs solubles de communication intercellulaire

• Les cytokines permettent le dialogue entre différents

partenaires cellulaires

• Sont des médiateurs moléculaires des grands mécanismes

physio-pathologiques: réactions inflammatoires ou

immunitaires, cancers ….

Produites majoritairement après activation cellulaire

Contrôlent les principales fonctions cellulaires :

prolifération, différenciation, apoptose …

Les cytokines forment un réseau complexe et étroitement régulé.

paracrine

autocrine

juxtacrine (contact

membranaire)

Leurs effets peuvent être:

I- Généralités

Rôle : Les cytokines induisent un signal cellulaire

JAK MAPK

JNK

AP-1

NF-KB STAT

1- Ligand et affinité du

récepteur

2- Régulation du

récepteur

3- Régulation du signal

4- Réponse cellulaire

I- 1: Les récepteurs des cytokines et leur régulation

Les cytokines sont des ligands des récepteurs membranaires ou solubles.

La structure des récepteurs des cytokines définissent plusieurs familles :

- Interleukines

- Interférons (α, β, )

- Tumor necrosis factor (α - β)

- Transforming growth factor

1) De l’affinité de liaison du ligand au récepteur

2) Dimérisation des chaines des récepteurs membranaires

qui définit les changements de conformation

L’activation des récepteurs dépend :

Les récepteurs sont formés de 2

ou 3 chaînes distinctes α, β, γ

Chaîne α se lie au ligand

Chaîne β ou γ :

- ne reconnaît

pas le ligand

- s’associe à la

chaîne α pour

transmettre le signal intra-¢

1) Modulation du système d’activation du récepteur :

internalisation ou externalisation du récepteur par

phosphorylation

Régulation du récepteur :

L’action des cytokines est modulée par :

• les récepteurs membranaires

• les récepteurs solubles

2) Présence de récepteurs solubles

qui se lient spécifiquement au ligand et diminuent la liaison

ligand-récepteur (affinité plus faible que pour le récepteur)

Récepteurs solubles

Effets des récepteurs solubles :

- fonction de protection de dégradation des cytokines

augmente la ½ vie cytokines

- action antagoniste (IL1, IL4, TNF-α…) :

Les RS entrent en compétition avec la forme membranaire

du ligand et limite l’action des cytokines

- action agoniste (IL6, CNTF (ciliary neurotrophic factor)) :

ligand + récepteur soluble complexe qui transmet le

signal (exemple: liaison IL6 - gp130 ou gp190)

Les récepteurs solubles résultent :

du clivage protéolytique de la forme membranaire

de l’épissage alternatif de l’ARNm des récepteurs (sans

partie membranaire)

I - 2: Régulation de la transduction du signal

Réponse ¢

promoteur

différenciation

prolifération

apoptose

JAK

STAT phosphorylée

MAP Kinase Cascade de

phosphorylation

Ras

MAPK

NF-kB

kB

Il existe 7 STAT qui ont tous un domaine SH2

SH2

Fixation sur une tyrosine

du récepteur

Fixation sur une tyrosine

phosphorylée d’une autre STAT

Le domaine SH2 des STAT reconnaît une tyrosine spécifique

du récepteur

Les STAT (Signal transducers and activators of transcription)

Protéines du signal recrutées après activation des JAK

Il y a une combinaison spécifique récepteur - STAT

Plusieurs JAK/STAT peuvent être activées par des cytokines

Chaque JAK est associée à plusieurs récepteurs des cytokines

Les récepteurs des cytokines n’ont pas d’activité kinase intrinsèque.

Le domaine cytoplasmique du récepteur comporte un domaine

tyrosine kinase reconnu par la protéine JAK

4 types de JAK : JAK1, JAK2, JAK3 et TYK2

Chaque récepteur a une combinaison définie de JAK :

- récepteur IFN- : JAK1 et JAK2

- récepteur IFN-a, GM-CSF, érythropoïétine: JAK2

Exemple : la mutation JAK : leucémie ou tumeur

Souris déficientes en Jak2: mort in utero, pas de

développement des érythrocytes

Inactivation / déphosphorylation des JAK

Inhibition de la voie de signalisation intracellulaire

Transcription des gènes cibles

JAK

RAS

MAP-K

JAK

STAT

P

P

P

P

P

MAP-K phosphatases

SOCS

PIAS

I- 3: Régulation de la voie de transduction :

Des protéines contrôlent la transduction du signal intra-cellulaire :

PIAS: protein inhibitor of activated STAT

SOCS: suppressors of cytokine signaling

L’effet des cytokines est régulé par un réseau qui fait

intervenir différentes voies de contrôle :

- diminution des récepteurs membranaires

- diminution des protéines de signalisation

- compétition pour protéines de signalisation communes

- activation de phosphatases

- compétition de facteurs de transcription pour la fixation à

un élément de réponse chevauchant

- compétition avec un co-activateur transcriptionnel

Résumé

expression sur cellules ou tissus normaux et pathologiques

cultures cellulaires in vitro : stimulation ou inhibition par

une cytokine

modèles animaux :

- souris sauvages

- génétiquement modifiées : knock-out ou transgénique

Souris knock-out :

IL1b : pas de réponse inflammatoire, ni de fièvre

IL6 : infection bactérienne ++, taux d’Ac viral

IL10 : croissance, entérocolite chronique

TGF-β1: décès à 24 jours, inflammation tissulaire

gp 130 : trouble du développement du cœur, décès à 16 jrs

Comment étudier le rôle des cytokines ?

II - Interleukine 1

Produite par nombreuses ¢ : macrophages, kératinocytes, myoblastes, chondrocytes …

Stimule la production d’autres cytokines par des cellules différentes

Famille IL-1

Récepteurs TIR domaine

Signalisation intracellulaire identique

IL-1, IL-18 et IL-33 (IL-1F1-F11)

Précurseurs intracellulaires inactifs

Maturation par caspase-1 via activation de

l’inflammasome

Source d’IL-1

Rock 2010 Ann Rev Immunol

L’IL-1 est une cytokine de l’inflammation

Il existe 2 formes d’IL 1 : IL 1 α et IL 1 β (25 % d’homologie)

Chez l’homme : IL 1 α (f. stockée) et IL 1 β (f. libérée)

polymérisation

Précurseur IL-1 β

IL-1 β mature actif

Maturation de l’IL-1 par l’ICE (IL-1 converting enzyme)

Précurseur ICE

ICE mature

L’ICE a plusieurs fonctions:

1) Maturation de la pro-IL 1 β en IL-1

le site de clivage reconnaît 1 site aspartate et 1 résidu tyrosine

hydrophobe

2) appartient à la famille des caspases: ICE est la caspase 1

famille de protéase qui a une activité caspase impliquée dans

l’apoptose (c = protéase à cystéïne ; aspase = clivage d’un acide

aspartique)

Souris déficientes en ICE :

développement normal

apoptose du tissu nerveux (dégénérescence

neuronale)

pas de production d’IL1 β, pas de choc septique

Activation de l’IL-1b

Stehlik 2009 Arthritis Rheum

IL-1 : récepteurs et modulation

Boraschi 2013 Sem Immunol

Transduction du signal de l’IL 1

IRAK

TRAF 6

MAPK

JNK

AP1

NF-KB

Peptides

NO, PGE2

MyD88

L’IL 1 a plusieurs activités tissulaires:

• modulation de la réponse inflammatoire

activation des lymphocytes B et T production d’anticorps

• SNC : fièvre et sommeil

• Cardio-vasculaire : adhérence des leucocytes aux vaisseaux

rythme cardiaque

hypotension

• Métaboliques : absorption des lipides

excrétion du Na

Σ d’albumine

• Cellulaires :

prolifération des lymphocytes B et des kératinocytes

Activation de l’IL-1β

Deux signaux:

Signal 1:

Production de la pro-IL-1β

Signal 2:

Activation de l’inflammasome

Activation de la caspase-1

Maturation de la pro-IL-1β

L’interleukine 1

A. Est une cytokine anti-inflammatoire

B. Est une cytokine antipyrétique

C. Est inhibée par le TNF

D. Est préformée dans les cellules

E. Est stimulée par l’infection

Quelle est la proposition juste?

A propos de l’IL-1b, quelles sont les affirmations justes

A. Elle est maturée par la caspase-1

B. Elle est stockée dans les vésicules

C. Sa liaison avec l’IL-1RII active la cellule

D. Sa liaison avec l’IL-1RI soluble active la cellule

E. Elle entre en compétition avec IL-1Ra

Comment bloquer IL-1b?

• Anakinra : IL-1Ra recombinant, entre en compétition avec

IL-1b et IL-1a

• Rilonacept: IL-1R soluble

• Canakinumab: anti-IL-1b

Goldbach-Mansky 2008 Arthritis Rheum

5 patients : urticaire Familial au froid avec

mutations du gène CIAS

Goldbach-Mansky 2008 Arthritis Rheum

Hoffman 2008 Arthritis Rheum

Produite par de nombreuses ¢ sous l’effet d’autres cytokines

III - Interleukine 6 (IL-6)

Les récepteurs de la famille de l’IL-6

Les récepteurs de la famille de l’IL-6

CNTF: ciliary neurotrophic factor; CLC: cardiotrophin-like cytokine; CT-1: cardiotrophin 1

LIF: leukemia inhibitory factor; OSM: oncostatin-M

IL-6R exprimé par hépatocytes, PNN, monocytes,

mégakaryocytes, ȼ épithéliales intestinales et T CD4+

gp130 exprimé par toutes les ȼ, ubiquitaire

Signalisation classique

Récepteur

mbranaire Récepteur

soluble

Trans-signalisation

Mécanismes de liaison de l’IL-6 à son récepteur

Membrane

cellulaire

Les effets pléiotrophes de l’IL-6

Activités anti-inflammatoires de l’IL-6

Récepteur mbranaire

Activités inflammatoires de l’IL-6

Récepteur soluble

Activation de STAT3:

• Prolifération des ȼ épithéliales intestinales

• Inhibition de l’apoptose des ȼ épithéliales

• Régénération dépendante de l’IL-6 (foie,

pancréas)

• Réaction de la phase aiguë hépatique

• Défense anti-bactérienne

Activation du système immunitaire

• Recrutement des ȼ mononucléées

• Stimulation des ȼ endothéliales

• Stimulation des ȼ musculaires lisses

• Inhibition de l’apoptose des T

• Inhibition différenciation des Treg

Comment bloquer IL-6

• Tocilizumab : anti-IL-6R (bloque IL-6R membranaire et IL-

6R soluble

• gp130 soluble (en cours d’évaluation)

• Inhibiteurs de JAK: tofacitinib, baricitinib, etc…

Efficacité du tocilizumab au cours de

l’arthrite chronique juvénile

Benedetti 2012 NEJM

Inhibition de JAK dans la polyarthrite rhumatoïde

Lee 2014 NEJM

Production ubiquitaire : ¢ hématopoïétiques, muscles,

hépatocytes, fibroblastes, neurones, ¢ ovariennes …

Récepteurs membranaires : 2 types TNFR1

(ubiquitaire) et TNFR2 (inductible)

Les récepteurs solubles :

Se lient au TNF

inhibent l’action du TNF à fortes concentrations

favorisent le stockage local à faibles concentrations

IV- Le TNF-a

Famille du TNF

Caminero 2012 J Neuroimmunol

Expression constitutive

Ubiquitaire

Expression inductible

ȼ immunitaires et endothéliales

Certaines ȼ neuronales

Famille du TNF

Caminero 2012 J Neuroimmunol

Activation

NF-KB & JNK

Apoptose

Récepteurs

apparentés

Voie d’activation du TNF

TNFR1 TNFR2

Activation de NF-KB

Transcription

NF-κB: complexe protéique inhibé

par IκB dans le cytoplasme

La phosphorylation IκB,

libère le complexe p65/p50

- métaboliques :

cachexie, hypotension artérielle, de choc septique

- vasculaires :

perméabilité des vaisseaux, inhibe l’angiogenèse

- foie :

synthèse d’albumine

synthèse d’autres protéines de l’inflammation

- peau : nécrose, œdème

- poumon : œdème, infiltrat ¢

- lyse osseuse et cartilagineuse

- Polyarthrite rhumatoïde / maladie de Crohn

Rôles du TNF

TNFa Récepteur soluble

synthétique du TNFa

(Etanercept)

Inhibition de l’action du TNF

Récepteur

soluble naturel

du TNFa

Anticorps anti-TNFa

Application : rhumatismes et entérocolopathies inflammatoires

psoriasis

Les anti-TNF

PCB : 107 pts

ADA: 208 pts

SPA axial prédominant,

10 ans d’évolution

Maladie active:

BASDAI 6.3, EVA 6.7

Echec AINS

Anti-TNFa : effet anti-inflammatoire

Braun 2006 Arthritis Rheum

Anti-TNFa : effet anti-inflammatoire

Braun 2006 Arthritis Rheum

V-Les interférons

Familles de cytokines regroupées en trois types

• IFN type I: 17 mbres dont 13 IFN-α, 1 IFN-β, -ε, -κ et –ω

• IFN type II: 1 seul mbre IFN-γ

• IFN type III: 4 mbres IFN-λ1-4

Récepteur IFNLR1 (type III) exprimé uniquement dans ȼ épithéliales

Récepteurs type I et II : expression par nombreuses ȼ

Fonctions des IFN

• Limitent infection virale dans ȼ infectées et ȼ saines

limitrophes

• Stimulent l’immunité innée : activent ȼ présentatrice

d’Ag et ȼ NK

• Stimulent immunité adaptative

Régulations

• Internalisation de IFNAR

• Inhibition de la signalisation par

SOCS

• Ubiquitination

• miRNA

USP18: ubiquitin-specific peptidase