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Les interférons : Défense cellulaire Contre l’infection virale PLAN 1.Découverte 2.Description, sources, et fonctions 3.Voies de signalisation 4.Induction virale des interférons 5.Résistance virale aux interférons 6.Utilisation en thérapie 1954 Japon Nagano et Kojima Poxvirus (ADN db) inactivés aux UV inoculés en sous-cutané chez le lapin Ré-injection du même lapin avec poxvirus vivant Inhibition de la croissance virale Activité inhibitrice séparée des particules virales (fractionnement par ultracentrifugation) 1957 Angleterre Isaacs et Lindenmann Effets de virus de l’Influenza (ARNsb (-)) inactivés sur la croissance de virus vivants de l’influenza Interféron « Interférence » PLAN 1.Découverte 2.Description, sources, et fonctions 3.Voies de signalisation 4.Induction virale des interférons 5.Résistance virale aux interférons 6.Utilisation en thérapie Qu’est ce que l’interféron? Une cytokine : facteur soluble de petit poids moléculaire (<30kDA) ayant une action régulatrice et stimulatrice du système immunitaire 3 Classes d’interférons Type I Type II Type III Interféron a 2a www.ncbi.nlm.nih.gov Numéro d’accession 1ITF Trois classes d’interférons Type I a (14 gènes), b, w, t, d, k Gènes sans intron en cluster sur Chr 9 166 aa 80-95% d’homologie Type II g 1 gène sur Chr 12 Type III l 3 gènes en cluster sur Chr 19 Sources Cytokine Cellules productrices Type I IFN a IFN b IFN w IFN t IFN d IFN k Type II IFN g Lymphocytes T Cellules NK Type III IFN l Cellules nucléées Leucocytes Fibroblastes Cellules nucléées Formes de communication Autocrine La cellule qui exprime la cytokine exprime simultanément à sa surface le récepteur Paracrine La cellule cible est dans un environnement proche de la cellule productrice Propriétés des cytokines Pléiotropie Redondance Une même cytokine peut avoir plusieurs types de cibles cellulaires et peut engendrer la même ou des réponses différentes suivant la cible Plusieurs cytokines peuvent avoir le même effet sur une même cible cellulaire Réponse 1 Source 1 Réponse 1 Réponse 2 Cible Source Réponse 3 Cibles Source 2 Effets pléiotropes des interférons Inhibition microbienne Virus à ARN Virus à ADN Pathogènes intracellulaires Induction protéique Protéines d’adhésion Enzymes Chimiokines Antitumorale Souris Homme Immunomodulateur Lymphocytes T Cellules NK Monocytes Vasculaire Inhibition angiogénique Réduction lipoprotéique Ralentissement cycle mitotique Apoptose Différenciation PLAN 1.Découverte 2.Description, sources, et fonctions 3.Récepteurs et voies de signalisation 4.Induction virale des interférons 5.Résistance virale aux interférons 6.Utilisation en thérapie Les récepteurs des cytokines 5 Classes Cystéine conservées C C C WSXWS Type Ig IL-1, MCSF Classe 1 IL-2, IL-3… C Classe 2 IFNRs 200-300 aa TNFRs Récepteurs chimiokines 1 classe d’IFN = 1 unique récepteur TOUS LES INTERFERONS SE LIENT A UN RECEPTEUR MEMBRANAIRE Type I Hétérodimère IFNAR2 lie l’IFN + rôle dans la signalisation IFNAR1 rôle dans la signalisation Type II x2 IFNGR2 lie l’IFN + rôle dans la signalisation x2 IFNGR1 rôle dans la signalisation Type III Hétérodimère IL10R2 + IFNLR1 Principales voies de signalisation IFN C C C C Voie de la PI3K/Akt Voie des MAPKs Voie Jak/STAT Activation des facteurs de transcription et expression des gènes Prolifération, immunomodulation, réponse antivirale Voies de signalisation Jak/STAT IFNAR1 IFNAR2 Spécificité de réponse selon l’IFN Grande Homologie de séquence des interférons Structure des interférons très proche Mêmes récepteurs Mêmes intermédiaires de signalisation Réponses différentes ?????? Exemple des IFN de type I Différents sites de liaisons selon l’IFN Activation de la voie MAPK variable Affinité IFN b > Affinité IFN a IFN b ERK 1/2 IFNAR1 IFNAR2 IFN b P-JNK IFN a p38 MAPK Erythroblastes Stabilité du complexe de signalisation Réponse dépendante du type cellulaire IFN b •IFN •Type cellulaire •Environnement •Priming IFN a X 100 Monocyte DIFFERENCIATION Activation des STATs variable Macrophage Différents homo/hétérodimères de STATs Activation des facteurs de transcription En résumé… 3 classes d’interférons 1 classe d’interféron = 1 récepteur Voies de signalisation activation de facteurs de transcription Inhibition microbienne/Antitumoral/Immunomodulateur PLAN 1.Découverte 2.Description, sources, et fonctions 3.Récepteurs et voies de signalisation 4.Induction pathogène des interférons 5.Résistance virale aux interférons 6.Utilisation en thérapie Systèmes cellulaires de reconnaissance des pathogènes Présence de récepteurs cellulaires membranaires et cytoplasmiques qui reconnaissent le pathogène endosome Déclenchement d’une réponse immune adaptative Inducteurs pathogènes d’interférons de type I Bactérie Virus Lipopolysaccharides (LPS) ARN double brin intracellulaires Composant de la membrane externe des Gram (-) Origines des doubles brins d’ARN viral Virus à ARN db Virus à ARN sb Réovirus (Blue Tongue) Semliki Forest virus Génome lui-même Intermédiaires de réplication ARN db intracellulaires Virus 2 exemplaires du génome Virus à ADN HIV Adénovirus, Polyomavirus… Structure du génome Transcription bidirectionnelle Effet d’une infection virale Type I IFN PROTECTION Diminution de la multiplication virale Réponse immune adaptative Réponse antivirale Mécanismes de détection virale CARD-helicases TLR (Toll-like receptor) dsRNA-TLR3 endosome TRIF TLR7-ssRNA TLR8-ssRNA TLR9-dsDNA MyD88 capteurs adaptateurs helicase RIG-1 MDA-5 CARD MAVS, IPS-1 VISA, CARDIF mitochondria nucleus nucleus Les capteurs membranaires « Toll like receptor » (TLR) TLR Ligand(s) Adaptateurs Localisation TLR 1 triacyl lipoproteins MyD88/MAL cell surface lipoproteins; gram positive peptidoglycan; lipoteichoic acids; fungi; viral TLR 2 glycoproteins MyD88/MAL cell surface TLR 3 double-stranded RNA, poly I:C TRIF cell compartment TLR 4 lipopolysaccharide; viral glycoproteins MyD88/MAL TRIF/TRAM cell surface TLR 5 flagellin MyD88 cell surface TLR 6 diacyl lipoproteins MyD88/MAL cell surface TLR 7 single-stranded RNA MyD88 cell compartment TLR 8 single-stranded RNA MyD88 cell compartment TLR 9 unmethylated CpG DNA MyD88 cell compartment TLR10, TLR11, TLR12, TLR13 moins de données… Production d’IFN via les récepteurs Toll TLR2 / TLR4 NFkB Voies de signalisation des TLR TLR2 / TLR4 NFkB Les « interferon regulatory factors » (IRF) Famille de facteurs de transcription (hélice-tour-hélice) identifiés en étudiant la régulation du gène de l’interféron b. Régulent l’expression des IFNs et des Gènes Stimulés par l’Interféron (ISG). Ils se lient aux promoteurs sur un motif ISRE (Interferon Stimulating Response Element). IRF-1 à IRF-3 IRF-4 à IRF-9 Les « interferon stimulated genes » (ISGs) PKR, ADAR, et OAS PKR : Protein kinase R, ser/thr kinase nucléaire et cytoplasmique Activée par les ARN db Inhibe l’initiation de la traduction en phosphorylant le facteur EIF2a ADAR 1 : Double stranded adenosine deaminase Activée par les ARN db Inhibe la réplication virale en « éditant » les adénosines en inosines OAS : 2’-5’ oligoadenylate synthase (production de 2’-5’ oligoadenylate) Activée par les ARN db Dégradation ARN cellulaires et viraux par activation de la RNAse L Les capteurs cytoplasmiques d’ARN/ADN viraux Intermédiaires entre les ARN viraux et la production d’IFN RIG-I : Retinoic acid inducible gene Virus à ARN MDA-5 : Melanoma Differentiation Antigen 5 Intermédiaires entre les ADN viraux et la production d’IFN DAI (DNA-dependent activator of interferon-regulatory factors) Les capteurs cytoplasmiques RIG-I et MDA-5 IRF-7 IRF-3 Induction biphasique PLAN 1.Découverte 2.Description, sources, et fonctions 3.Récepteurs et voies de signalisation 4.Induction pathogène des interférons 5.Résistance virale aux interférons 6.Utilisation en thérapie Différents modes d’action Poxvirus dsDNA R soluble homologue à IFNR Piège l’IFN Adénovirus dsDNA E1A Inhibe production d’IFN. Bloque la formation du complexe de transcription Paramyxovirus ssRNA(-) Protéine V Inhibe production d’IFN. Séquestre MDA-5 Dégrade STAT VHC ssRNA(+) NS3/4A Inhibe liaison CARDIF / RIG-I Interférence avec l’induction des IFN NS1 (Influenza virus) V (SV5) NS3/4A (VHC) P, G1 (Rage, NY-1) NPro (virus diarrhée) E6 (papillomavirus) vIRFs (HSV-8) NSs (virus diarrhée) M (VSV) Proteases (…) Interférence avec les voies de signalisation de l’IFN VP24 (Ebola virus) PLAN 1.Découverte 2.Description, sources, et fonctions 3.Récepteurs et voies de signalisation 4.Induction pathogène des interférons 5.Résistance virale aux interférons 6.Utilisation en thérapie Utilisation de l’IFN en thérapie IFNs IFN a Effet IFN Antiprolifératif Antiviral IFN b Immunomodulateur Thérapies Cancers (mélanome, …) VHB, VHC, VHD Sclérose en plaques Effets secondaires des traitements à l’IFN Aiguë Chronique Fièvre Frissons Malaise Myalgies Maux de tête Nausées Fatigue Anorexie Perte de poids Neutropénie Elévation des transaminases Dépression Diarrhées, nausées…. Un exemple de thérapie en cours de développement Laboratoire MCMP, UMR 5234 CNRS, Bordeaux 2 Développement de minigénomes stimulant la réponse antivirale dans des cellules infectées par le VHC Le génome du VHC ARN positif C E1 E2 p7 NS2 NS3 NS4A NS4B NS5A 3’UTR 5’UTR Protéines structurales NS5B Protéines non-structurales Complexe de réplication Le traitement contre le VHC Bi-thérapie Interféron a + ribavirine Efficacité variable en fonction du génotype Génotype 1 : Prévalence 73% (Europe, Am. du Nord, Japon) Moins de 50% répondent au traitement Effets secondaires importants Nouveaux traitements (inhibiteurs NS3 ou NS5B…) Apparition de variants résistants aux traitements Stratégie alternative La réplication du génome du VHC 5’UTR RNA (+) codant 3’UTR RNA (-) non codant Minigénomes thérapeutiques RNA(-) IRF, IFN 3UTR 5UTR Hépatocyte sain Hépatocyte infecté IRF Interféron a SURVIE Résultats Pourcentage d'inhibition de la réplication du VHC 100% 80% 60% 40% 20% 0% IFN (+) IRF-1 (+) IFN (-) IRF-1 (-) Résultats comparables entre brins (+) et brins (-) Réplication et traduction des minigénomes non codants Intérêt des minigénomes en thérapie IRF ARN(-) (1) Surproduction d’interféron dans les cellules infectées par le VHC (2) Elimination des effets secondaires dus au traitement classique Regulation of Interferon regulatory factor-3 by the Hepatitis C Virus serine protease Foy et al. Science Vol 300, 2003 Tet on – Tet off : expression conditionnée par la présence ou l’absence de tétracycline Lignée qui co-exprime : -Tet Regulator en fusion avec VP16 -Tet response element + gène d’intêret Tet on : active en présence de tet Tet off : active en absence de tet
