les recepteurs solubles de cytokines

UNIVERSITE DE NANTES
FACULTE DE MEDECINE
Mise en Evidence d'une Forme Soluble de la Chaîne
Alpha du Récepteur de l’Interleukine-15 Humaine :
Caractérisation Structurale et Fonctionnelle
THESE DE DOCTORAT
Ecole Doctorale : Chimie-Biologie
Discipline : Sciences de la Vie et de la Santé
Spécialité : Immunologie
Présentée et soutenue par
Erwan MORTIER
Le 21 Octobre 2005, devant le jury ci-dessous
Président :
François LANG Professeur des Universités, Nantes
Rapporteurs :
Bruno AZZARONE Directeur de Recherche, Villejuif
Hervé WATIER Professeur des Universités-PH, Tours
Examinateurs :
Hugues GASCAN Directeur de Recherche, Angers
Ariane PLET Chargée de Recherche, Nantes
Directeur de thèse :
Yannick JACQUES Directeur de Recherche, Nantes
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Table des Matières
TABLE DES MATIÈRES
TABLE DES MATIÈRES__________________________________________________2
LISTE DES ABRÉVIATIONS _____________________________________________6
LISTE DES FIGURES ET TABLEAUX____________________________________10
RESUMÉ _______________________________________________________________11
ABSTRACT_____________________________________________________________12
INTRODUCTION ________________________________________________________13
LES CYTOKINES ET LEURS RECEPTEURS _______________________________14
I. Généralités. ________________________________________________________14
A. Les cytokines. __________________________________________________________ 14
B. Les récepteurs de cytokines.______________________________________________ 16
II. Les cytokines hématopoïétiques. _______________________________________19
A. Caractéristiques des cytokines hématopoïétiques. ____________________________ 19
B. Les récepteurs des cytokines hématopoïétiques. _____________________________ 19
1. Structure des chaînes réceptrices.________________________________________________ 19
2. Les familles de récepteurs hématopoïétiques. ______________________________________ 20
C. La transduction du signal des cytokines hématopoïétiques. ____________________ 22
LE SYSTEME IL-15 _____________________________________________________23
I. L'Interleukine-15. ___________________________________________________23
A. Caractéristiques moléculaires et biochimiques de l’IL-15 humaine. _____________ 23
1. Caractéristiques du gène et des messagers de l'IL-15. ________________________________ 23
2. Caractéristiques protéiques de l'IL-15.____________________________________________ 26
a) Forme soluble. ____________________________________________________________ 26
b) Forme membranaire. _______________________________________________________ 26
B. Sites d’expression de l’IL-15. _____________________________________________ 27
C. Régulation de l’expression de l’IL-15.______________________________________ 28
1. Régulation transcriptionnelle de l’expression de l’IL-15. _____________________________ 28
2. Régulation traductionnelle de l'expression de l'IL-15. ________________________________ 29
3. Régulation post-traductionnelle de l’expression de l’IL-15. ___________________________ 30
II. Les Récepteurs de l'IL-15.___________________________________________31
A. Le récepteur de l'IL-15 commun au récepteur de l'IL-2. ______________________ 32
1. La chaîne γc réceptrice.________________________________________________________ 32
2. La chaîne IL-2/15Rβ (CD122). _________________________________________________ 34
B. La chaîne privée du récepteur de l'IL-15 : l'IL-15Rα. ________________________ 36
1. Identification et clonage de la chaîne IL-15Rα._____________________________________ 36
2. Caractéristiques du gène et des messagers de l'IL-15Rα.______________________________ 36
3. Caractéristiques protéiques de l'IL-15Rα. _________________________________________ 37
4. Sites d'expression de l'IL-15Rα._________________________________________________ 40
5. Régulation de l'expression de l'IL-15Rα.__________________________________________ 40
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Table des Matières
6. La chaîne réceptrice IL-15RX des mastocytes. _____________________________________ 41
C. La transduction du signal IL-15. __________________________________________ 41
1. Signalisation par le récepteur dimérique IL-2Rβ/γc et le récepteur trimérique
IL-15Rα/ IL-2Rβ/γc. _________________________________________________________ 41
a) Les kinases JAK1 et JAK3. __________________________________________________ 41
b) Les facteurs STAT3 et STAT5._______________________________________________ 42
c) Les MAPKs ERK1, JNK et p38 MAPK.________________________________________ 42
d) La PI3-K. ________________________________________________________________ 42
2. Signalisation par l'IL-15Rα.____________________________________________________ 43
3. Signalisation dans les mastocytes. _______________________________________________ 43
4. Signalisation par le récepteur hybride IL-15Rα/IL-2Rβ/βc des cellules TF-1β. ____________ 44
5. Signalisation par le récepteur IL-15Rα des cellules TF-1 et TF-1β. _____________________ 44
III. Les Fonctions Biologiques de l'IL-15. _________________________________46
A. Les fonctions biologiques de l'IL-15 dans le système immunitaire. ______________ 46
1. Les monocytes, macrophages et cellules dendritiques. _______________________________ 46
2. Les lymphocytes T. __________________________________________________________ 47
a) Les lymphocytes T à TCRαβ. ________________________________________________ 47
(1) L'homéostasie des lymphocytes T. __________________________________________ 47
(2) La prolifération de lymphocytes T.__________________________________________ 47
(3) La survie des lymphocytes T. ______________________________________________ 48
(4) La migration des lymphocytes T. ___________________________________________ 48
(5) L'activation des lymphocytes T. ____________________________________________ 48
(6) La sécrétion de cytokines par les lymphocytes T._______________________________ 48
b) Les IELs. ________________________________________________________________ 49
c) Les lymphocytes T à TCRγδ. ________________________________________________ 49
d) Les cellules NK-T._________________________________________________________ 50
3. Les lymphocytes B. __________________________________________________________ 50
4. Les cellules NK._____________________________________________________________ 50
a) Le développement des cellules NK.____________________________________________ 51
b) La migration de cellules NK. ________________________________________________ 51
c) L'activation des cellules NK._________________________________________________ 51
d) La prolifération des cellules NK. _____________________________________________ 51
e) La sécrétion de cytokines par les cellules NK. ___________________________________ 51
5. Les éosinophiles. ____________________________________________________________ 52
6. Les neutrophiles. ____________________________________________________________ 52
7. Les mastocytes. _____________________________________________________________ 52
B. Les fonctions biologiques de l'IL-15 en dehors du système immunitaire. _________ 53
IV. Les fonctions de l'IL-15 dans un contexte pathologique. __________________55
A. Les infections virales. ___________________________________________________ 55
1. Le Virus de l'Immunodéficience Humaine : VIH. ___________________________________ 55
2. Autres virus. ________________________________________________________________ 56
B. Les maladies inflammatoires._____________________________________________ 56
1. La polyarthrite rhumatoïde. ____________________________________________________ 56
2. Les maladies inflammatoires chroniques de l'intestin. ________________________________ 57
3. Les autres pathologies inflammatoires. ___________________________________________ 58
C. Le rejet de greffe. ______________________________________________________ 58
D. Les cancers. ___________________________________________________________ 59
(1) La leucémie lymphocytaire T de l'adulte. _____________________________________ 59
(2) La paraparésie spastique tropicale. __________________________________________ 59
(3) Les lymphomes cutanés T épidermotropes. ___________________________________ 59
(4) La leucémie à grands lymphocytes à grains.___________________________________ 60
(5) Les leucémies lymphocytaires B et les myélomes.______________________________ 60
(6) Les mélanomes. ________________________________________________________ 60
(7) Les autres tumeurs solides. ________________________________________________ 61
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Table des Matières
E. Les infections microbiennes. _____________________________________________ 61
V. L'IL-15 en thérapie.__________________________________________________63
LES RECEPTEURS SOLUBLES DE CYTOKINES ___________________________65
I. Mode de production des récepteurs solubles.______________________________65
A. Mécanismes de génération d'un récepteur soluble. ___________________________ 65
1. Coupure protéolytique ________________________________________________________ 65
2. Transcription des ectodomaines des récepteurs solubles de cytokines. ___________________ 68
a) Synthèse à partir d'un épissage alternatif de l'ARN messager ________________________ 68
b) Transcription de gènes distincts codant pour des protéines solubles liant les cytokines. ___ 69
3. Mécanisme de relargage de récepteurs de cytokine par l'intermédiaire des vésicules
exosome-like. _______________________________________________________________ 69
4. Génération des récepteurs solubles de cytokines par relargage d'ectodomaines lié par une
ancre GPI. _________________________________________________________________ 70
5. Les récepteurs solubles de cytokines issus de virus. _________________________________ 70
B. Régulation de la production du récepteur soluble. ___________________________ 71
1. Activation cellulaire. _________________________________________________________ 71
2. Cytokines.__________________________________________________________________ 72
3. Autres facteurs.______________________________________________________________ 74
II. Fonctions immunorégulatrices des récepteurs solubles de cytokines. ________74
A. Effets antagonistes. _____________________________________________________ 74
(1) L'effet antagoniste est cytokine-spécifique. ___________________________________ 75
(2) L'effet antagoniste est inversement lié à la concentration de cytokine. ______________ 75
(3) L'effet antagoniste est influencé par les affinités de liaison de la cytokine pour ses
récepteurs soluble et membranaire. ______________________________________________ 75
B. Rôle de transporteur ("carrier") et effet agoniste. ___________________________ 78
(1) Accroître la stabilité de la cytokine. _________________________________________ 78
(2) Protection contre la protéolyse._____________________________________________ 78
(3) Transfert de la cytokine de son récepteur soluble vers son récepteur membranaire. ____ 78
(4) Augmentation de la 1/2 vie et diminution de la clairance. ________________________ 79
(5) Sensibilisation. _________________________________________________________ 79
III. Les propriétés des récepteurs solubles et leurs implications dans les pathologies:
cas du sIL-2R
α . _________________________________________________________81
IV. Les formes solubles de complexes cytokine / récepteur. ___________________83
A. Le système IL-6.________________________________________________________ 83
1. α.______________________________________________________________ 83
2. Tanssignalisation. _______________________________________________________ 85
3. l' Hyper-IL-6. _______________________________________________________________ 86
4. Autres complexes cytokine/récepteur de la famille IL-6.______________________________ 88
B. La famille IL-12. _______________________________________________________ 88
1. Caractéristiques. _____________________________________________________________ 88
2. Les effets biologiques de l'IL-12.________________________________________________ 88
3. Structure du récepteur de l'IL-12.________________________________________________ 89
4. L'IL-23 et l'IL-27.____________________________________________________________ 89
V. Les récepteurs solubles de cytokines en thérapie. __________________________92
A. Récepteurs solubles comme agents thérapeutiques. __________________________ 92
1. Avantages. _________________________________________________________________ 92
2. Inconvénients. ______________________________________________________________ 93
B. Utilisation clinique et applications. ________________________________________ 93
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Table des Matières
a) Maladies inflammatoires. ___________________________________________________ 93
b) Asthmes et allergies. _______________________________________________________ 94
c) Régulations immunitaires. ___________________________________________________ 94
d) Facteurs de croissance autocrine pour les cellules tumorales.________________________ 94
C. Observations cliniques. __________________________________________________ 94
RÉSULTATS____________________________________________________________96
AVANT PROPOS _______________________________________________________97
I. Mise en évidence d'une forme soluble de la chaîne alpha du récepteur de l'IL-15.98
A. Résumé._______________________________________________________________ 98
B. Introduction. __________________________________________________________ 99
C. Résultats. _____________________________________________________________ 99
D. Article I. _____________________________________________________________ 103
II. Effet agoniste du IL-15R
α -sushi soluble en présence d'IL-15 sur les cellules
exprimant IL-2R
β et γ
c. __________________________________________________112
A. Résumé.______________________________________________________________ 112
B. Introduction. _________________________________________________________ 113
C. Résultats. ____________________________________________________________ 114
D. Article II. ____________________________________________________________ 118
III. IL-15, sIL-15R
α , complexe IL-15/sIL-15R α et pathologies._______________127
A. Introduction. _________________________________________________________ 127
B. Mise en évidence d’un complexe IL-15/sIL-15Rα dans le surnageant de COS-7 double
transfectées. ______________________________________________________________ 127
1. Méthodes de détection du sIL-15Rα, de l'IL-15 et du complexe. ______________________ 127
2. Détection d’un complexe IL-15/sIL-15Rα dans les surnageants de COS-7 exprimant l’IL-15 et
l'IL-15Rα membranaire. __________________________________________________________ 129
C. Mise en Evidence du sIL-15Rα et d'IL-15 dans les sérums de patients atteints de
Maladie de Crohn. _________________________________________________________ 130
DISCUSSION _________________________________________________________133
CONCLUSION ET PERPECTIVES _______________________________________143
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES _____________________________________146
ANNEXES _____________________________________________________________173
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