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Communication intercellulaire :
les cytokines
Hang Korng Ea
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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 …
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Les cytokines forment un réseau complexe et étroitement régulé.
paracrine
autocrine
juxtacrine (contact
membranaire)
Leurs effets peuvent être:
I- Généralités
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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
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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
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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 :
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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-¢
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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)
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Récepteurs solubles
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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)
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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
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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
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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
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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
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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
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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 ?
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II - Interleukine 1
Produite par nombreuses ¢ : macrophages, kératinocytes, myoblastes, chondrocytes …
Stimule la production d’autres cytokines par des cellules différentes
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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
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Source d’IL-1
Rock 2010 Ann Rev Immunol
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L’IL-1 est une cytokine de l’inflammation
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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
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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
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Activation de l’IL-1b
Stehlik 2009 Arthritis Rheum
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IL-1 : récepteurs et modulation
Boraschi 2013 Sem Immunol
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Transduction du signal de l’IL 1
IRAK
TRAF 6
MAPK
JNK
AP1
NF-KB
Peptides
NO, PGE2
MyD88
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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
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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
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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?
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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
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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
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Goldbach-Mansky 2008 Arthritis Rheum
5 patients : urticaire Familial au froid avec
mutations du gène CIAS
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Goldbach-Mansky 2008 Arthritis Rheum
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Hoffman 2008 Arthritis Rheum
![Page 34: Communication intercellulaire : les cytokinesl2bichat2018-2019.weebly.com/uploads/1/1/2/5/...A propos de l’IL-1b, quelles sont les affirmations justes A. Elle est maturée par la](https://reader033.vdocuments.us/reader033/viewer/2022042621/5f75b24f215cb16697777a47/html5/thumbnails/34.jpg)
Produite par de nombreuses ¢ sous l’effet d’autres cytokines
III - Interleukine 6 (IL-6)
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Les récepteurs de la famille de l’IL-6
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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
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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
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Mécanismes de liaison de l’IL-6 à son récepteur
Membrane
cellulaire
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Les effets pléiotrophes de l’IL-6
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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
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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…
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Efficacité du tocilizumab au cours de
l’arthrite chronique juvénile
Benedetti 2012 NEJM
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Inhibition de JAK dans la polyarthrite rhumatoïde
Lee 2014 NEJM
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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
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Famille du TNF
Caminero 2012 J Neuroimmunol
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Expression constitutive
Ubiquitaire
Expression inductible
ȼ immunitaires et endothéliales
Certaines ȼ neuronales
Famille du TNF
Caminero 2012 J Neuroimmunol
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Activation
NF-KB & JNK
Apoptose
Récepteurs
apparentés
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Voie d’activation du TNF
TNFR1 TNFR2
![Page 49: Communication intercellulaire : les cytokinesl2bichat2018-2019.weebly.com/uploads/1/1/2/5/...A propos de l’IL-1b, quelles sont les affirmations justes A. Elle est maturée par la](https://reader033.vdocuments.us/reader033/viewer/2022042621/5f75b24f215cb16697777a47/html5/thumbnails/49.jpg)
Activation de NF-KB
Transcription
NF-κB: complexe protéique inhibé
par IκB dans le cytoplasme
La phosphorylation IκB,
libère le complexe p65/p50
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- 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
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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
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Les anti-TNF
![Page 53: Communication intercellulaire : les cytokinesl2bichat2018-2019.weebly.com/uploads/1/1/2/5/...A propos de l’IL-1b, quelles sont les affirmations justes A. Elle est maturée par la](https://reader033.vdocuments.us/reader033/viewer/2022042621/5f75b24f215cb16697777a47/html5/thumbnails/53.jpg)
PCB : 107 pts
ADA: 208 pts
SPA axial prédominant,
10 ans d’évolution
Maladie active:
BASDAI 6.3, EVA 6.7
Echec AINS
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Anti-TNFa : effet anti-inflammatoire
Braun 2006 Arthritis Rheum
![Page 55: Communication intercellulaire : les cytokinesl2bichat2018-2019.weebly.com/uploads/1/1/2/5/...A propos de l’IL-1b, quelles sont les affirmations justes A. Elle est maturée par la](https://reader033.vdocuments.us/reader033/viewer/2022042621/5f75b24f215cb16697777a47/html5/thumbnails/55.jpg)
Anti-TNFa : effet anti-inflammatoire
Braun 2006 Arthritis Rheum
![Page 56: Communication intercellulaire : les cytokinesl2bichat2018-2019.weebly.com/uploads/1/1/2/5/...A propos de l’IL-1b, quelles sont les affirmations justes A. Elle est maturée par la](https://reader033.vdocuments.us/reader033/viewer/2022042621/5f75b24f215cb16697777a47/html5/thumbnails/56.jpg)
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
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Récepteur IFNLR1 (type III) exprimé uniquement dans ȼ épithéliales
Récepteurs type I et II : expression par nombreuses ȼ
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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
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Régulations
• Internalisation de IFNAR
• Inhibition de la signalisation par
SOCS
• Ubiquitination
• miRNA
USP18: ubiquitin-specific peptidase