ASA 1 Les chimiokines et leurs récepteurs spécifiques dans les poumons I. Propriétés générales des chimiokines/récepteurs II. Rôles dans le contexte physiopathologique - Asthme - Cancer ASA 2 RECRUTEMENT DES LEUCOCYTES DANS LES TISSUS membrane basale vaisseau sanguin roulement Adhérence ferme Leucocyte diapédèse endothélium Activé matrice extracellulaire TAN inflammation infection tumeur facteurs chémo-attractants tissu adjacent • • • • f-Met-Leu-Phe, PAF (platelet activating factor) facteur C5 …... • Chimiokines ASA 3 3 LES CHIMIOKINES/CHEMOKINES chemotactic cytokines Protéines sécrétées de faible poids moléculaire (7 à 14 kDa). Plus de 50 molécules identifiées. Fonction initialement décrite : attraction des leucocytes. Structure tridimensionnelle: -trois feuillets plissés b -partie C terminale en hélice a Présence dans la séquence de 4 Cystéines dans des positions très conservées permettant la formation de ponts disulfures. ASA 4 4 LES SOUS FAMILLES DE CHIMIOKINES 1ère classification Famille CXC chimiokine CC chimiokine Structure C XC2 C3 N 1 feuillets C1C2 C3 b1 C chimiokine b2 C3 C2 b1 CX3C chimiokine C4 b2 b1 b2 C3 C1XXXC2 b1 Chromosome b2 b3 C4 b3 C4 C 14q12-21 Hélice a 17q11.2-12 1q23 b3 C4 b3 16 ASA 5 LES CHIMIOKINES Importance des cystéines Formation de ponts disulfures forme globulaire des chimiokines * C4 1 * C X C 2 C 1 3 3 C4 C C 2 C CC chimiokine CXC chimiokine 4 C * C 2 3 C Cystéine X 1 C XX X C 3 XC chimiokine C * Acide aminé quelconque C 4 2 C CX3C chimiokine (domaine chimiokine) * extrémité N terminale ASA 6 1ère LES CHIMIOKINES classification et nomenclature Première classification basée sur des critères structuraux CXC : 17 membres CC : 28 membres XC : 2 membres CX3C : 1 membre CXCL1 à CXCL17 (ELR+, ELR-) CCL1 à CCL28 XCL1, XCL2 CX3CL1 numéro correspondant à l’ordre de dépôt de séquence dans la base de données cytokines cDNA database : http://cytokine.medic.kumamotu.ac.jp/CFC/CK/chemokine.html ASA 7 LES CHIMIOKINES autre classification Classification basée sur des critères fonctionnels chimiokines homéostatiques ou constitutives produites et sécrétées en faible quantité par les organes dans les conditions physiologiques normales chimiokines inflammatoires ou inductibles produites massivement uniquement dans un contexte pathologique (inflammatoire, infectieux ou tumoral) par le tissu lui même ou par les leucocytes infiltrant les tissus ASA 8 Les chimiokines et leurs récepteurs Chimiokines :4 sous-familles C C CC CXC C C C CXCL(1 à 17) Récepteurs : C C C CCL(1 à 28) XCL1,2 CXXXC C CX3CL1 4 sous-familles ext membrane int a a b b CXCR (1 à 7) CCR(1 a b à 10) XCR(1,2) a b CX3CR ASA 9 Les chimiokines et leurs récepteurs CCR3 CCR4 CCR5 CCR2(A,B) CCR7 CCR1 CCR8 CXCR7 une cinquantaine de chimiokines … CXCR3 CCR10 une vingtaine de récepteurs … CCR11 20 récepteurs CXCR2 XCR1(A,B) relation chimiokine-récepteur de type polygamique CXCR1 CCR6 CCR9 DARC CX3CR1 D6 3 récepteurs silencieux ou leurres CCXCKR CXCR4 CXCR5 CXCR6 D’après Balkwill, Nat Rev Cancer (2004), 4, 540-550 ASA 10 Les chimiokines et leurs récepteurs CCL3,5,6,7,8,11,13,15,24,26,27,28 CCL17,22 CCR4 CCR3 CCL2,3,6,7,8,12,13,16,27 CCL,5,6,7,9,10,13,14,15,1,23, CCL3L1 CXCL11,12 CCR5 CCR2 CCL3,4,5,8,14,CCl3L1,CCL4L1 CCL19,21 CCR7 CCR1 CXCR7 récepteurs partagés CXCL1,6,7,8 récepteurs silencieux CCR9 D6 CCL19,21,25 CXCL13 CX3CR1 CCXCKR CCL20 CCR6 récepteurs non partagés DARC CCL2,3,5,7 CCL17,22 XCL1,2 XCR1 CXCR1 CCL2,5 CXCL1,8 CCL19,21,25 CCR11 CXCR2 CXCL1,2,3,5,6,7,8 CCL27,28 CCR10 CXCR3 CXCL9,10,11 CCL1, CCL3L1 CCL4L1 CCR8 CCL25 CX3CL1 CXCR4 CXCR5 CXCR6 CXCL12 CXCL13 CXCL16 D’après Balkwill, Nat Rev Cancer (2004), 4, 540-550 12 11 ASA Les récepteurs des chimiokines Récepteurs à 7 domaines transmembranaires couplés aux protéines G trimériques Récepteurs formés d ’une chaîne polypeptidique de 350 à 360 acides aminés Extrémité N terminale extracellulaire et extrémité C terminale intracellulaire NH2 Ext membrane Int interaction G trimériques COOH ASA 12 14 Modèle d’interaction chimiokines/récepteurs D’après O’Hayre M et al, Biochem. J. (2008) 409, 635-649 ASA 13 Cascades de signalisation induites par les interactions chimiokines/récepteurs , Apoptosis D’après O’Hayre M et al, Biochem. J. (2008) 409, 635649 ASA 14 Les chimiokines et leurs récepteurs … fonctions Chémoattraction: recrutement cellulaire leucocytes: réponse immunitaire Chimiokines constitutives et inductibles cellules tumorales: domiciliation métastatique Chimiokines constitutives Prolifération/Survie/Apoptose Chimiokines constitutives et inductibles ASA 14’ Spécificité cellulaire des chimiokines - Spécificité assez large vis à vis des sous-populations leucocytaires et des cellules normales/cancéreuses - Redondance importante des chimiokines entre elles ASA 15 Les CXC chimiokines et leurs cibles cellulaires Famille ERL+ C X C IL-8 (CXCL8) GRO-a (CXCL1) GRO-b (CXCL2) GRO- (CXCL3) ENA-78 (CXCL5) GCP-2 (CXCL6) NAP-2 (CXCL7) Cellules cibles N, T, Ba, CE, NK, K, Me N, Me, CE, T, Ba N, Ba, CE, T N, Ba, CE, T N, CE N, CE N, Ba, F, CE Motif ERL = glutamate-leucine-arginine ERLchimiokines constitutives M = Monocyte N = Neutrophile L = Lymphocyte Chimiokines PF4 (CXCL4) IP-10 (CXCL10) MIG (CXCL9) SDF-1ab (CXCL12) BCA-1(CXCL13) ITAC (CXCL11) CE = Cellule Endothéliale F = Fibroblaste Ba = Basophile T, F, CE T, NK, M, CE T, EC L,L,CD34+, M CD34+,N, N,, M T, souches B, T T = Lymphocyte T B = Lymphocyte B NK = Natural killer K = Kératinocyte Me = Mélanocyte ASA 16 7 LES CXC CHIMIOKINES CXC ELR + : chimiokines angiogéniques CXCL8: IL-8 (Interleukin-8) CXCL5 : ENA-78 (Epithelial cell-derived neutrophil-activating factor-78) CXCL1: GRO-a (Growth Related Oncogene-a) CXCL2: GRO-b (Growth Related Oncogene-b) CXCL3: GRO- (Growth Related Oncogene-) CXCL6: GCP-2 (Granulocyte chemotactic protein-2) CXCL3: PBP (Platelet basic protein) CXCL3: CTAP-III (Connective tissue activating protein-III) CXCL13: b-TG (b-thromboglobulin) CXCL7: NAP-2 (Neutrophil-activating peptide-2) CXC ELR - : chimiokines angiostatiques CXCL4: PF4 (Platelet factor 4) CXCL10: IP-10 (Interferon-g- inducible protein) CXCL9: MIG (Monokine induced by interferon-g) CXCL12: SDF-1 (Stromal cell-derived factor-1) ASA 17 Les CC chimiokines et leurs cibles cellulaires Chimiokines MCP-1 : CCL2 MCP-2 : CCL7 MCP-3 (CCL8) MCP-4 (CCL13) MCP-5 (CCL2) MIP-1a (CCL3) MIP-1b (CCL4) RANTES (CCL5) Eotaxin 1(CCL11) I-309 (CCL1) HCC-1 (CCL14) MIP-3a (CCL20) MIP-3b (CCL19) TARC (CCL17) TECK (CCL25) 6CKine/SLC (CCL21) MDC (CCL22) DC-CK1/PARC (CCL18) Eotaxine-2 (CCL24) Eotaxine-3 (CCL26) Cellules cibles M, Ba, Tm, NK, CD, CMS M, Ba, E, Tm-n, NK, CD M, Ba, E, Tm, NK, CD M, E, T, Ba M, E, T M, Ba, N, T, souches, NK, CD, B M, T, souches, NK, CD M, Tm, E, Ba, CD, NK E M, T, M M, souches chimiokines L L, M, constitutives L,M M, T M, CD, Ma, CD,thymocytes thymocytes T, souches CD, NK, T CD M, Tm, E, Ba, CD, NK M = Monocyte B = Lymphocyte B CD = Cellule dendritique MA=Macrophage Ba = Basophile NK = Natural killer Tm = T mémoire CMS = Cellule de Muscle Squelettique L = Lymphocytes Tn = T naïf E = Eosinophile ASA 18 Les familles C et CX3C chimiokines Famille XC CX3C Chimiokine Cellules cibles Lymphotactine Thymocyte, Lymphocyte T, NK, Cellule dendritique a b XCL1, XCL2 Fractalkine CX3CL1 Lymphocyte T, NK, Cellule dendritique, Monocyte ASA 19 Chimiokines non conventionnelles: CX3CL1 et CXCL16 Chimiokines conventionnelles = protéines sécrétées de faible poids moléculaire (7 à 14 kDa) Chimiokines non conventionnelles = protéines de haut poids moléculaire une forme membranaire (92-95 kDa) et une forme soluble (90-92 kDa) domaine mucine domaine transmembranaire C C C XX X C C zone de clivage CX3CL1 domaine intracellulaire C X C C domaine chimiokine : 10-12 kDa CXCL16 Les chimiokines et leurs récepteurs spécifiques dans le contexte pathologique - Asthme - Cancer 15 20 ASA Les cellules impliquées dans la réponse immunitaire Le rôle du système immunitaire consiste à : - reconnaître les agents potentiellement dangereux pour l’organisme - mettre en place une réponse adéquate pour assurer la défense de l’organisme Le système immunitaire répond selon deux phases 1: Réponse innée Cellules Natural Killer macrophages/monocytes cellules présentatrices d’Antigènes Granulocytes : (éosinophiles, neutrophiles, monocytes Elimination du pathogène/allergè ne basophiles) 2: Réponse adaptative Lymphocytes B Lymphocytes T (CD4 et CD8) cellules dendritiques Développement mémoire immunologique ASA 21 La réaction allergique Allergène : substance étrangère ‘inoffensive’ personne sensible Réponse immunitaire inappropriée/mal contrôlée allergène aérien Symptômes respiratoires ASA 22 L’asthme et les chimiokines L’asthme est accompagnée d’allergie : asthme allergique - Augmentation du taux IgE circulants - Obstruction des voies respiratoires - Augmentation de la réactivité bronchique - Infiltration importante de leucocytes (éosinophiles, basophiles, TCD4 th2….) radicaux libres oxygénés protéases ,histamine cytokines IL4, IL5, IL13… leukotriènes prostaglandines…... Altération de l’épithélium bronchique Les chimiokines sont les molécules responsables du recrutement massif de leucocytes dans le tissu bronchique du sujet asthmatique ASA 23 LES CHIMIOKINES IMPLIQUEES DANS L’ASTHME chimiokines inductibles Chimiokines majeures: RANTES (CCL5) LES MCPs MCP4 (CCL13) MCP3 (CCL7) LES EOTAXINES éotaxine 1 (CCL11) éotaxine 2 (CCL24) éotaxine 3 (CCL26) Chimiokines mineures: MDC (CCL22) MIP-1a(CCL3) MCP-3 (CCL8) Nouvelle chimiokine : fractalkine (CX3CL1) ASA 24 RANTES (CCL5) Chimiokine la plus abondante dans les fluides des lavages bronchoalvéolaires chez les patients asthmatiques Niveaux comparables de CCL5 après challenge allergène chez les sujets asthmatiques et non asthmatiques Parfaite corrélation entre la concentration de CCL5 et le nombre d’éosinophiles dans les fluides des lavages broncho-alvéolaires Niveau de CCL5 maximal dans les lavages broncho-alvéolaires 4 à 6 heures après le challenge puis retour à un niveau basal après 24 heures ASA 25 LES MCPs: MCP-3 et MCP-4 (CCL8, CCL13) Aussi efficaces que CCL5 pour l’attraction des éosinophiles Propriété d’induction de la sécrétion d’histamine par les basophiles activés (intensification de l’inflammation au niveau des voies respiratoires) Après un challenge allergène, la production est beaucoup plus importante chez les sujets asthmatiques par rapport aux sujets non asthmatiques Niveau maximal dans les lavages broncho-alvéolaires 4 à 6 heures après le challenge allergène puis retour à un niveau basal après 24 heures ASA 26 LES EOTAXINES (CCL11, CCL24, CCL26) CCL11 et CCL24 aussi efficaces que CCL5 en terme de recrutement des éosinophiles, CCL26 moins efficace Niveau des CCL11, CCL24, CCL26 maximal dans les lavages bronchoalvéolaires 4 à 6 heures après le challenge puis retour à un niveau basal après 24 heures CCL11 = marqueur de sévérité - induit le recrutement des basophiles et des lymphocytes T CD4 - stimule la production de radicaux libres oxygénés par les éosinophiles - Agit en synergie avec l’IL5 produite par les T CD4 et les éosinophiles activés pour le recrutement des éosinophiles de la moelle osseuse CCL24 = marqueur de sévérité - Induit la sécrétion d’histamine et de leukotriènes par les basophiles activés ASA 27 La fractalkine (CX3CL1): une nouvelle chimiokine impliquée dans la maladie asthmatique Chez les patients présentant une dermite atopique, le niveau de CX3CL1 membranaire exprimée par les cellules endothéliales est augmenté et la concentration en CX3CL1 soluble dans le sérum est importante Présence de CX3CL1 dans le sérum associée à la sévérité de la maladie Après challenge allergène le niveau de CX3CL1 dans les lavages broncho-alvéolaires est plus important chez les sujets asthmatiques par rapport aux sujets non asthmatiques Récepteurs de CX3CL1 absents sur les éosinophiles et présents sur les lymphocytes T CD4 ASA 29 LES RECEPTEURS DES CHIMIOKINES IMPLIQUES DANS L ’ASTHME Pour les éosinophiles (CCL5) (CCL3) (CCL8) (CCL5) (CCL11) (CCL21, CCL24) (CCL8) (CCL13) Pour les basophiles: implication de CCR3 (CCL8, CCL13, CCL24) Pour les lymphocytes T CD4: implication de CCR4 (ligand CCL22) CX3CR (ligand CX3CL1) ASA 30 Origine de la production des chimiokines impliquées dans l’asthme Fibroblastes pulmonaires Cellules épithéliales pulmonaires Macrophages alvéolaires Cellules endothéliales Plaquettes sanguines Leucocytes recrutés Implication des chimiokines et de leurs récepteurs spécifiques dans les métastases pulmonaires ASA 31 Effets protumoraux des couples chimiokines/récepteurs Domiciliation des métastases vaisseau sanguin tumeur primaire organes secondaires domiciliation récepteurs de chimiokines surexprimés expansion chimiokines chimiokines constitutives récepteurs Les couples (nature et nombre) impliqués dépendent de la tumeur d’origine et de l’organe cible où vont se nicher les métastases Croissance tumorale: contrôle de la prolifération, la survie et l’apoptose des cellules tumorales Couples chimiokines/récepteurs de chimiokines impliqués dans la domiciliation des métastases CXCL12 chimiokine constitutive ext membrane int a b CXCR4 CXCR4 : anormalement exprimé dans la plupart cancers ASA 32 Couples chimiokines/récepteurs de chimiokines impliqués dans la domiciliation des métastases cellules tumorales surexprimant des récepteurs de chimiokines chimiokines sécrétées constitutivement par les tissus Adénocarcinomes mammaires CXCR4 CXCR3, CXCR7 Mélanomes CXCR4 CXCR3,CXCR7 Ostéosarcomes CXCR4 CXCR3,CXCR7 CXCL12 poumons CXCL9 à 11 CXCL12 moelle osseuse Adénocarcinomes prostatiques CXCR4 Rhabdomyosarcomes CXCR4 Adénocarcinomes coliques CXCR4 CXCR3, CXCR7 CXCL9 à 11 CXCL12 CXCL19 à 11 ganglions lymphatiques CXCL12 CXCL19 à11 foie ASA 33 Conclusions Les chimiokines et leurs récepteurs spécifiques représentent de nouvelles cibles thérapeutiques: - Bloqueurs pharmacologiques des récepteurs essai de phase II sur métastases pulmonaires des cancers mammaires avec des bloqueurs de CXCR4 - Anticorps bloquants anti-chimiokines et anti-récepteurs - Récepteurs solubles