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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
une nouvelle famille de cytokines chimiotactiques
 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
Famille
Structure
CXC chimiokine
C1XC2
C3
feuillets
CC chimiokine
C1C2
C3
b1
C chimiokine
b2
C3
C2
b1
CX3C chimiokine
C4
b2
b1
b2
C3
C1XXXC2
b1
Chromosome
b2
b3
C4
b3
C4
14q12-21
Hélice a
17q11.2-12
1q23
b3
C4
b3
16
ASA 5
LES CHIMIOKINES
 Première classification basée sur des critères structuraux
Présence 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
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
classification et nomenclature
 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
 une cinquantaine de chimiokines :4
C
C
C
C
C
CXCL(1 à 17)
C
C
CC
CXC
sous-familles
C
XCL1,2
CCL(1 à 28)
 une vingtaine de récepteurs :
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, 635-649
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 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-1ab (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
Cellules cibles
MCP-1 : CCL2
MCP-2 : CCL7
MCP-3 (CCL8)
MCP-4 (CCL13)
MCP-5 (CCL2)
MIP-1a (CCL3)
MIP-1b (CCL4)
RANTES (CCL5)
Eotaxin (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)
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
L
L,chimiokines
M,
L,M
constitutives
M,
T
M, CD,
Ma,
CD,thymocytes
thymocytes
T, souches
CD, NK, T
CD
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
(92-95 kDa), une forme membranaire 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
Rappels sur la réponse immunitaire
Le système immunitaire répond selon deux phases
1: Réponse innée
Macrophages
Cellules Natural Killer
Granulocytes :
(éosinophiles, neutrophiles,
basophiles)
cellules
présentatrices
d’Antigènes
monocytes
2: Réponse adaptative
Lymphocytes B
Lymphocytes T (CD4 et CD8)
cellules
dendritiques
Elimination du
pathogène
Développement
mémoire
immunologique
ASA 21
La réaction allergique
Allergène : substance étrangère ‘inoffensive’
personne sensible
Réponse immunitaire inappropriée
allergène aérien
Asthme allergique
ASA 22
L’asthme et les chimiokines
L’asthme est accompagnée d’allergies : asthme allergique
- Augmentation du taux IgE circulant
- Obstruction des voies respiratoires
- Augmentation de la réactivité bronchique
- Infiltration importante de leucocytes (éosinophiles, T CD4 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 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)
Nouvelle chimiokine :
la 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

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
fractalkine exprimée par les cellules endothéliales est augmenté et la
concentration en fractalkine soluble dans le sérum est importante
Présence
de fractalkine dans le sérum associée à la sévérité de la
maladie
Après
challenge allergène le niveau de fractalkine dans les lavages
broncho-alvéolaires est plus important chez les sujets asthmatiques par
rapport aux sujets non asthmatiques
Récepteurs de la fractalkine 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
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 impliqués dépendent de la tumeur d’origine et de l’organe
cible où vont se nicher les métastases
 Croissance tumorale : contrôle prolifération/survie et apoptose des
cellules tumorales
ASA 32
Implication des couples chimiokines/récepteurs de
chimiokines 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