La machinerie apoptotique est composée de deux types d’acteurs : les senseurs et les effecteurs. Les senseurs reçoivent les informations de l'environnement leur indiquant si la cellule doit vivre ou mourir en fonction des conditions environnementales favorables ou défavorables. Pour cela, les senseurs ont des récepteurs fixés sur la membrane. Selon les différents stimulis (tels que IGF-1, IGF-2 et leurs récepteurs, IL3 et son récepteur ; et le
36 ligand Fas et son récepteur Fas, le TNFα et son récepteur), les senseurs vont induire respectivement la prolifération ou l'apoptose activant ainsi les effecteurs de l'apoptose. Les signaux proaptotiques (tels que les facteurs suppresseurs de tumeurs (ex: p53)) déséquilibrent la balance entre les membres de la famille Bcl-2 : les facteurs anti-apoptiques (Bcl-2, Bcl- XL...) et les facteurs pro-apoptotiques (Bim, Bid...). Ces derniers surexprimés sont des effecteurs de l’apoptose. Ils induisent la libération de cytochrome c en grande quantité des mitochondries qui répondent en déclenchant les premières étapes de l'apoptose libérant les signaux pro-apoptotiques. Ainsi, la surexpression des facteurs pro-apoptotiques est favorisée. Les caspases iniatrices 8 et 9 sont activées par les signaux de mort tels que Fas ou le cytochrome c respectivement. Ensuite, ces caspases vont activer les caspases effectrices pour réaliser les différentes étapes de l'apoptose : dégrader les différents organites, le génome. (Kiraz Y. et al., 2016)
1) Protéines effectrices de l’apoptose : les caspases
La famille des caspases est composée de protéases cystéines conservées qui interagissent spécifiquement avec l'acide aspartique de leurs substrats. Les caspases sont essentielles dans le processus apoptotique. Il existe 14 caspases différentes classées en 3 sous catégories (Figure 20):
-les caspases initiatrices 2 ; 8 ; 9 ; 10 -les caspases effectrices 3; 6 ; 7 ; 14
37 Figure 20 : La famille des caspases : Les caspases 1 ; 4 ; 5 ; 11 ; 12 participent aux mécanismes de l’inflammation. Elles sont composées des domaines : CARD (Caspase Recruitment Domain) (90 acides aminés), la grande sous unité catalytique et la petite sous unité catalytique à part la caspase 12 qui peut exister sous deux formes : caspase 12L ou caspase 12S (chez l’humain). Cette dernière ne possède pas la petite sous unité. Les caspases 2 ; 9 ; 8 ; 10 sont les caspases initiatrices de l’apoptose. Elles possèdent toutes la grande et la petite sous unités. Elles se distinguent en N-Terminal par un domaine CARD pour les deux premières et deux domaines DED (Death Effector Domain) (20à 30 acides aminés) pour les deux dernières. Les caspases 3 ; 6 ; 7 sont des caspases effectrices de l’apoptose. Elles sont constituées de la grande et la petite sous unités catalytiques. Les caspases 14 ; 16 ; 13 sont formées de la grande et de la petite sous unités. Un domaine CARD est également présent uniquement dans la structure de la caspase 13 (Shalini S. et al., 2015).
Dans un premier temps, les caspases sont présentes sous forme de proenzymes ou zymogènes avant d'être activées au cours du processus apoptotique. (Kiraz Y. et al., 2016). Des molécules adaptatrices fixées aux récepteurs de mort interagissent grâce à leur domaine CARD avec les caspases initiatrices présentes jusqu'à ce moment-là sous forme de monomères inactifs induisant leur activation et un changement de conformation libérant les sites actifs. Elles s’autoclivent devenant matures et plus stables. (Green DR. et Lambi F., 2015). Une fois activées, les caspases initiatrices clivent les caspases effectrices (6 et 7) présentes sous forme de dimère inactif entre les petites et les grandes sous unités de l'enzyme mature. (Kiraz Y. et al., 2016, Green DR. et Lambi F., 2015). Ce clivage induit un changement des conformations laissant apparaître le domaine d’interaction protéine-protéine
38 et créant deux sites actifs permettant l'interaction avec la protéine mature. Le clivage de la caspase 3 est modulé par les caspases 6 et 7 (Green DR. et Lambi F., 2015).
Les caspases sont essentielles dans le fonctionnement de l'apoptose. Mais elles peuvent aussi participer à différentes fonctions cellulaires telles que la prolifération, la survie ou encore l'inflammation (Kiraz Y. et al., 2016).
a) Caspases 3 ; 6 ; 7
Les caspases effectrices 3 ; 6 ; 7 sont activées par les voies intrinsèque et extrinsèque. (Kiraz Y. et al., 2016). Elles sont produites sous la forme de dimère protéique inactif avec un domaine d'interaction protéique masqué. L'activation des caspases est due à un clivage protéolytique interne entre les petites et les grandes sous unités induisant un changement de conformation donnant une enzyme mature. Le clivage induit un changement de conformation créant deux sites actifs permettant l'interaction avec la protéine mature (Green DR. et Lambi F., 2015).
Figure 21 : L’activation des
caspases executrices : Les caspases
executrices : la caspases 3, la caspase 6 et la caspase 7 sont clivées entre la grande et la petite sous unités entraînant un changement de conformation. Sous leur forme active, les caspases vont réguler l’expression de nombreux gènes (PAK2, ROCKI, gelsolin, iCAD, p75) amenant à l’induction de l’apoptose (Green DR. et Lambi F., 2015).
Une fois activée, les caspases 3 et 7 modulent positivement ou négativement l'expression de plus de 1000 protéines. Par exemple, elles inactivent les protéines jouant un rôle physiologique telle que la sous-unité p75 du complexe I de la chaîne du transport d'électrons sur la membrane mitochondriale perturbant le potentiel membranaire mitochondrial, le transport d'électrons, la production d'ATP. Au contraire, la protéine CAD (Caspase Activated nuclease DNAse) est activée pour couper la chromatine entre les
39 nucléosomes. Quant à son inhibiteur, le CADi, il est inactivé par la caspase 3. Les caspases peuvent également détourner les voies de signalisation pour activer de façon constitutive leurs protéines cibles. De même, l'activité kinase peut être induite de façon constitutive et indépendante de GTPase induisant un réarrangement aberrant du cytosquelette d'actine (Green DR. et Lambi F., 2015).
La caspase 3 est essentielle dans le processus d'apoptose contrairement aux caspases 6 et 7. En effet, la caspase 3 est indispensable pour réaliser le clivage de PARP et la fragmentation de l'ADN. En absence des caspase 3 ou 7, les cellules se tournent vers la nécrose au lieu de l'apoptose (Kiraz Y. et al., 2016).