Rôle physiologique et signification physiopathologique de

Rôle physiologique et signification
physiopathologique de la protéine Créactive (PCR)
Armelle Ropars
INSERM U961 « Rigidité Artérielle et Fibrose Cardiovasculaire »
Paris, Institut Pasteur, le 15 décembre 2009
Un peu d’histoire…
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1930: Isolée par Tillett et Francis, à partir de sérums de patients
atteints d’une infection par Streptococcus pneumoniae (réactivité
/polysaccharide C contenu dans la paroi des pneumocoques)
1961: I. Kushner, immunofluorescence. PCR présente dans les
lésions d’infarctus du myocarde chez le lapin
1979: Cinétique PCR et infarctus du myocarde chez l’Homme
(Kushner et al)
1982: PCR reste haute après infarctus du myocarde/ mauvais
pronostic. (De Beer et al)
Les années 90:
- 1990: PCR haute dans la maladie coronarienne « active » (Berk
et al)
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- Athérosclérose: maladie inflammatoire
- 1995: Etude de Thompson et al, projet européen
Sur angor stable et instable: Etude de marqueurs => PCR
- 1996, 1997: Etudes de Pietilä, Ueda, Anzai et al.
(PCR) haute/phase aiguë de l’infarctus du myocarde:
corrélation forte entre (PCR) et la suite des événements chez
le patient (survie immédiate et les mois qui suivent)
- 1994, 1997: Etudes de Pepys, Maseri et al.
PCR basale haute, risques coronariens élevés
- 1996, 1997, 1998: Etudes de Kuller, Ridker, Danesh et al.
Marqueur indépendant de risques cardiovasculaires
Les années 2000:
- 2003, 2007: Etudes de Nijmeier, Lagrand et al. Effets
délétères de la PCR corrélés à l’activité du complément
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Consensus:
- Marqueur d’infection, d’inflammation, de dommages tissulaires
- Peut jouer un rôle délétère dans les infarctus du myocarde et dans
les AVC
- Marqueur indépendant de risques cardiovasculaires, d’AVC
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Controverse:
- Marqueur d’athérosclérose
- Agent causal de l’athérosclérose
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En cause:
- Pas de déficit génétique humain connu
- Pas de modèle animal vraiment satisfaisant
- PCR: différentes formes possibles
- Différents récepteurs, différents ligands
Depuis 2004: un certain nombre d’effets attribués à la PCR sont
en fait dus:
- à des immunoglobulines:
présentes dans la préparation de PCR à partir de liquides
biologiques
- à l’azide de sodium:
stabilisateur et conservateur des PCR commerciales
- à des contaminants bactériens:
retrouvés dans les PCR recombinantes
- au stockage de la PCR:
sans Ca2+, dans du plastique => « relaxation » de la PCR
=> Une partie de la littérature s’avère erronée, une
autre partie est à vérifier…
=> Ces 4 facteurs doivent donc être maintenant
être exclus/publications à l’aide de témoins
appropriés
Et il faut rajouter le problème de la structure…
Synthèse, structure et régulation de la protéine C-réactive
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Appartient à la famille des pentraxines tout comme la SAP
(serum amyloid protein) et PTX3.
Fait partie des protéines de la phase aiguë chez l’Homme, chez le
lapin mais pas chez la souris.
Chez l’ Homme
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Gène :
- Situé sur le chromosome 1: 2263 pb dont une très longue
région non traduite: 1.2 kb. 2 exons; 1 intron.
- Polymorphisme: 10 décrits. Entraîne des concentrations basales
de PCR différentes => x6.8 le risque de maladies CV.
- Pas de déficit connu: létal ? Compensable ?
Synthèse, structure et régulation de la protéine C-réactive
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Synthèse:
- Essentiellement par le foie, sous forme pentamérique (118 kDa)
- Autres cellules capables d’en synthétiser: cellules endothéliales,
monocytes/macrophages, cellules musculaires lisses, adipocytes,
neurones, cellules épithéliales pulmonaires, rénales.
Synthèse, structure et régulation de la protéine C-réactive
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Concentration plasmatique:
- Inférieure à 1mg/L, sans variation circadienne
- Augmente rapidement (dès 6h) lors d’une infection, ou/et d’un
dommage tissulaire: jusqu’à 1000 fois entre 24 et 48 h après le
début du stress. Voire 10 000 fois. Ensuite, décroissance
exponentielle.
- 2 carboxylestérases retiennent le pentamère dans le réticulum
endoplasmique =>Temps d’excrétion: 18h. En situation aiguë:
75 min
- ½ vie plasmatique: 19h
Synthèse, structure et régulation de la protéine C-réactive
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Structure:
- Dans le sang:
- 5 monomères de 206 acides aminés (23 kDa) rassemblés
non covalemment autour d’un pore central, chacun liant 2 ions
Ca2+. Molécule plane
- A la surface des cellules:
- Dissociation: pH basique, en absence de Ca2+. Semble
irréversible. Dès 1983 (L. Potempa)
- Peut exister sous forme pentamérique et/ou monomérique
Forme intermédiaire: « PCR relaxée »
- Les cellules apoptotiques, nécrotiques, endothéliales, les
plaquettes seraient capables d’effectuer cette dissociation (2009)
Synthèse, structure et régulation de la protéine C-réactive
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Régulation:
- Positive au niveau du foie: essentiellement par l’IL-6.
- L’IL-1, l’IL-17, le TNFα potentialisent plutôt l’action de l’IL-6
- L’IL-1β étant en plus capable de stimuler la synthèse d’IL-6.
- La leptine agit positivement sur sa synthèse
- L’adiponectine s’y oppose
Ligands et sites accepteurs de la protéine C-réactive
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Ligands:
1°) Polysaccharide C de S. Pneumoniae (1930). Plus précisément:
résidus phosphocholine (Pch) de cette molécule, présents sur,
- Bactéries et champignons
- Cellules nécrotiques et apoptotiques (résidus dans des
lécithines, des sphingomyélines…)
=> Lien avec la phagocytose, le complément, la limitation de
l’inflammation
2°) Interagit avec les facteurs C1q, H (CFH), la protéine C4BP
=> Lien avec le complément (activation et inhibition)
Ligands et sites accepteurs de la protéine C-réactive
3°) Se fixe sur des constituants nucléaires dépourvus de Pch comme
les histones et des particules ribonucléaires (1971)
4°) Se lie aux LDL, VLDL, forcément modifiées ? Par le biais des
résidus phosphocholine uniquement ? (1982, 2002)
5°) Capable de se lier à la leptine (2006)
6°) Capable de se lier à LOX-1 (2009)
Ligands et sites accepteurs de la protéine C-réactive
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Sites accepteurs de la PCR:
- Peut se fixer sur les récepteurs au Fc d’immunoglobulines: FcγRI
(CD64), FcγRIIa(CD32a), FcγRIIb et FcγRIII(CD16)
- Peut s’insérer dans les radeaux lipidiques: si elle est monomérique.
Démontré dans les cellules endothéliales (2007, 2009)
- A-t-elle un récepteur à elle ???
Protéine C-réactive et réponse immunitaire
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Liaison à des molécules du complément:
Rôle activateur:
- Lie C1q : PCR pentamérique seule mais surtout liée à la Pch
(1999) et la forme monomérique (2007)
=> Activation de la voie classique par C1q => Complexe
d’attaque membranaire (1986, 1991, 2007)
=> Impliquée:
- Dans la dégradation antigénique (/infection)
- Dans la dégradation des cellules endommagées (nécrotiques,
apoptotiques)
Protéine C-réactive et réponse immunitaire
Rôle inhibiteur:
- Lie les facteurs H (1998) et C4BP (inhibiteur compétitif de
C1q?, 2006): pas à l’état natif mais seulement à l’état
monomérique en étant elle-même liée ou non à la Pch (2007,
2008)
=> Limitation de l’activation du système complément
=> Limitation des dommages tissulaires pouvant être
occasionnés par le complément
Protéine C-réactive et réponse immunitaire
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Interagit avec les phagocytes:
Rôle d’opsonine:
- Les phagocytes, grâce à leurs récepteurs au Fc
d’immunoglobulines (CD64, CD32 et CD16) s’en servent pour
phagocyter l’antigène contenant Pch donc bactéries, champignons,
cellules apoptotiques ou nécrotiques
- Utilisent aussi CD36 et SR-A pour phagocyter ces mêmes
cellules
=> Impliquée dans la dégradation antigénique (/infection)
=> Impliquée dans les dommages tissulaires: enlever les cellules
pour pouvoir réparer/cicatriser et limiter l’inflammation causée
par ces cellules
Protéine C-réactive et réponse immunitaire
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Plus particulièrement sur les neutrophiles:
La PCR monomérique:
- Induit la synthèse d’IL-8 par les neutrophiles humains (2005)
- Augmente leur adhésion aux cellules endothéliales (2001)
- Retarde leur apoptose (2002)
Protéine C-réactive et réponse immunitaire
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Plus particulièrement sur les monocytes/macrophages:
- Augmente la production d’anions superoxyde (surtout avec
PCRm) et l’activité de la myéloperoxydase
- Augmente l’expression d’IL-1, d’IL-6, de TNFα, et diminue
IL-10
- Augmente Mac-1 (surtout avec PCRm), CD11b
- Augmente CCR2
- Augmente l’expression de M-CSF => prolifération des
monocytes/macrophages
- Augmente le facteur tissulaire (TF) en présence de lymphocytes
Protéine C-réactive et réponse immunitaire
- Permet la capture des LDL modifiés et diminue l’efflux de
cholestérol
- Augmente l’expression de MMP-2 et MMP-9
- Augmente la synthèse de VEGF-A
=> Toutes ces observations sont-elles dues
- A la PCR monomérique ?
- Aux FcγR uniquement ou/et aux radeaux lipidiques ?
En conclusion, la PCR dans la réponse
immunitaire:
- Aide les phagocytes (opsonine) => dégradation antigénique
- Activatrice du complément => dégradation antigénique
contrôlée
- Limite l’inflammation: prise en charge des cellules nécrotiques
ou apoptotiques par les phagocytes
- Participe donc à la réparation/cicatrisation
=> Bon marqueur d’infection, de dommages tissulaires
ou/et d’inflammation mais non spécifique
La protéine C-réactive et son action sur les autres cellules
de l’organisme
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PCR et athérosclérose
- PCR lie LDL (de Beer, 1982)
- Co-localisation PCR, macrophage, complément, LDL oxydés (Vlaicu,
1985; Torzewski, 1998…)
- Les cellules dans la lésion peuvent produire directement de la PCR
(Yasojima, 2001). Amenée aussi par les cellules immunitaires infiltrantes?
- PCR dans ces tissus semble monomérique (2009)
=> Etudes in vivo et in vitro sur les cellules endothéliales, sur les
cellules musculaires lisses, sur les plaquettes
La protéine C-réactive et son action sur les autres cellules
de l’organisme
Expériences in vivo
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Modèles murins
- PCR murine: pas une protéine de la phase aiguë
- Souris transgéniques PCR humaine. N’active pas le complément
murin => modèle controversé (notamment avec ApoE-/-)
- Effet proathérogénique: Paul et al, 2004; avec la PCR native
injectée (Schwedler et al, 2005)
- Effet prothrombotique: Danenberg et al, 2003
- Pas d’effet: Hirschfield et al, 2005; Tennent et al, 2008
-Effet athéroprotecteur: avec la PCRm (Schwedler et al, 2005)
- Dysfonction endothéliale: eNOS, iNOS, diminution de NO.
(Grad et al, 2007; PCR injectée: Schwedler et al, 2007)
La protéine C-réactive et son action sur les autres cellules
de l’organisme
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Modèles chez le rat:
- (PCR) basale: 300 mg/L…Dimère covalent. Pas une protéine
de la phase aiguë. Elle n’active pas le complément.
- La PCR humaine l’active (différent/souris)
- PCRhum et complément: participent aux dommages tissulaires
associés à l’infarctus du myocarde (Griselli et al, 1999)
- PCRhum augmente la taille de la zone infarcie dans un modèle
d’occlusion de l’artère cérébrale (Gill et al, 2004)
- Inhibiteurs de la PCR: réduisent la taille de cette zone. Diminue
la sévérité de l’AVC (Pepys et al, 2006)
La protéine C-réactive et son action sur les autres
cellules de l’organisme
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Modèles chez le lapin:
- Lapins transgéniques pour PCR humaine. Leur PCR active le
complément. La PCR humaine aussi.
Faibles et forts producteurs de PCR humaine: pas plus de
lésions/non transgéniques. (Koike et al, 2009)
Thromboses ? Rupture de plaques ? A suivre…
La protéine C-réactive et son action sur les autres cellules
de l’organisme
Expériences in vitro
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Sur les cellules endothéliales
- Les HUVEC ne synthétisent ni IL-1β, ni IL-6, ni TNFα en
réponse à la PCR et ne synthétisent pas de PCR: différent des
cellules endothéliales d’artères coronaires humaines
- Induction de l’expression de molécules d’adhésion: VCAM-1,
ICAM-1, sélectine E => Augmentation de l’adhésion des
neutrophiles et des monocytes
- Augmentation de PAI-1, d’IL-8 (PCRm), de la production d’anions
superoxyde (02.-)
- Diminution de la tPA
La protéine C-réactive et son action sur les autres cellules
de l’organisme
- Diminution d’eNOS => Diminue la production de NO =>
Diminue la vasorelaxation: reste controversé
Dû à l’azide de sodium ou pas (2005) ?
Dû à des contaminants:
- L’IL-6: dû au LPS
- Le DAF (decay accelerating factor): dû à l’azide de sodium),
- La migration et la prolifération de ces cellules: dû à l’azide de
sodium
« Anciennes données »:
- Augmentation de CD40, CD40L, MMP-1, MMP-10, de
l’endothéline 1 (ET-1), de M-CSF
- Diminution de la prostacycline
La protéine C-réactive et son action sur les autres cellules
de l’organisme
- A vérifier car pb: azide de sodium? LPS? Structure de la PCR?
- Doit-elle être sous forme monomère (PCRm) tout le temps?
Le changement s’effectue à la surface de la cellule (de 6 à 12h)
- Semble exercer ses fonctions beaucoup plus par les radeaux
lipidiques que par les FcγR (2009)
=> PCRm pourrait être impliquée dans les dysfonctions
endothéliales
La protéine C-réactive et son action sur les autres cellules
de l’organisme
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Sur les cellules musculaires lisses vasculaires
- Augmentation de l’expression de MMP-2 des VCML hum (2005)
- Production du facteur tissulaire augmentée (2005). Controversé
mais argument en sa faveur avec des souris transgéniques PCR
(2008)
- Aucun effet sur la vasorelaxation (dû au LPS !)
« Anciennes données »:
Augmentations:
Augment
- des réc AT-1, de la migration et de la prolifération des VCML
de carotides de rat (2003)
- de MCP-1, d’ IL-6, d’ iNOS des VCML aortiques de rat (2003)
- de la production des radicaux oxygénés (2003)
La protéine C-réactive et son action sur les
autres cellules de l’organisme
=> Dû à l’ azide de sodium? Au LPS? Sinon, structure de la PCR?
=> Ces augmentations observées sont-elles aussi dues à la CRP
monomérique ? Aux radeaux lipidiques ?
=> Effet sur les protéases dégradant la matrice
extracellulaire
La protéine C-réactive et son action sur les autres
cellules de l’organisme
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Sur les plaquettes
- Activées: dissocient la PCR native en PCR monomérique en
quelques minutes -> 12h: totalement à leur surface
- Mécanisme Pch dépendant (2009)
- Inhibé par des Ac anti CD32 (FcγRII)
=> Effet prothrombotique de la PCR monomérique
CONCLUSION
Schéma de synthèse
Stress: ischémique, infectieux, physico-chimique…
Inflammation du tissu
Inflammation de l’endothélium
Molécules chimioattractantes excrétées
Cytokines pro-inflammatoires excrétées: IL-1, IL-6, TNFα
Ruptures de vaisseaux
Arrivée des cellules immunitaires et passage à travers l’endothélium
Plaquettes activées
Complément activé
+
PCR: Complément trop activé
Stress terminé
ou/et phagocytose défectueuse
Réparation, cicatrisation,
ou/et problème de structure?
angiogénèse menées à bien
=> Dommages tissulaires
Apoptose des cellules immunitaires
=> Inflammation perdure
Schéma de synthèse
Dommages tissulaires
Inflammation perdure
Dysfonctions endothéliales, des CML
(Dysfonction des cardiomyocytes, neurones…)
Dysfonctionnement des cellules immunitaires
Survie au prix de fibrose, de plaques d’athérome,
de remodelage, d’insuffisance fonctionnelle du
tissu lésé…
A surveiller: PTX3 et SAP notamment…
Mortalité
Structure cristalline de la PCR
A
B
A : structure du pentamère complexé à la phosphocholine (sphères noires
et blanches).
B : structure secondaire d’un monomère de la CRP constitué de deux
feuillets β antiparallèles ainsi que d’une longue hélice α (résidus 168 à 176).
Les deux sites de fixation pour le calcium sont représentés par les sphères
noires.
D
’après:
A: Black, S., I. Kushner, and D. Samols, C-reactive Protein. J Biol Chem. 2004.
279(47): p48487-90.
B: Volanakis, J.E., Human C-reactive protein: expression, structure, and function. Mol
Immunol. 2001. 38(2-3): p189-97.
Structure moléculaire et morphologie de la
protéine C-réactive humaine (PCR)
A : Photographie en microscopie électronique de la forme pentamérique typique.
B : Diagramme de la structure cristalline, montrant les plis de lectine et les 2 atomes de
Ca2+ (sphères) au niveau du site de fixation du ligand de chaque protomère.
C : Modèle dans l’espace de la molécule de CRP avec une molécule de phosphocholine
localisée dans le site de fixation du ligand de chaque protomère.
D’après: Pepys and Hirschfield 2003