Caspase et différenciation cellulaire

1.1. Cas des cellules anucléés

L’implication des Caspases dans la différenciation cellulaire a été initialement décrite dans les cellules où la dernière étape de différenciation est associée à une perte du noyau. Tel est le cas pour les érythrocytes, les kératinocytes ainsi que les cellules du cristallin qui perdent leurs noyaux ainsi que d’autres organelles tout en étant métaboliquement actives. Dans ces cellules, les Caspases semblent agir à des étapes précoces à l’énucléation. Dans ces cellules le taux de Caspases actives n’est pas suffisant pour induire l’apoptose mais semble plus lié à un clivage sélectif de protéines cibles impliquées directement dans ce processus d’énucléation (Launey S. et al., 2005). L’implication des Caspases dans ces différents processus de différenciation est résumée en Table 2. Les Caspases, notamment CASP-2, -3, et -9 sont transitoirement activées avant l’étape d’énucléation au cours de la différenciation des érythrocytes. Dans les érythrocytes les Caspases sont activées en amont du processus d’énucléation et agissent indépendamment de leurs rôles apoptotiques, en clivant des protéines impliquées dans l’intégrité nucléaire (Lamine B) et dans la condensation de la chromatine (acinus). Ces implications ont été mise en évidence par un traitement avec l’inhibiteur z-VAD-fmk qui entraîne l’arret de la maturation des progéniteurs erythroïdes in

vitro, avant le processus de condensation de la chromatine et du noyau. Le clivage de ces

protéines participe au changements structuraux nucléaires associé à la maturation des érythroblastes et permet de préparer en partie l’énucléation. Dans ce rôle, les CASP2, 3 et -9 sont activées de manière transitoire, ce qui suggèrent l’existence d’un mécanisme de régulation qui limite l’amplification du signal Caspase (Zermati Y. et al., 2001 ; Kolbus A. et al., 2004 ; Zhao B et al., 2016).

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La différenciation des cellules du cristallin en fibres implique l’intervention d’acteur de la machinerie apoptotique. Dans ce processus, l’énucléation serait CASP-3 dépendante puisque le traitement avec l’inhibiteur z-VAD-fmk bloque le processus d’énucléation dans des modèles in vitro de différenciation. De plus, in vivo, une CASP-3 like est activée à des stades terminaux de la différenciation du cristallin. Finalement dans ce processus, un relargage de cytochrome c et l’activation de la CASP-3 sont détecté sans être associé à de la mort cellulaire. Il pourrait alors être supposé qu’une voie canonique de l’apoptose puisse être activée et simultanément restreinte par des mécanismes faisant intervenir les IAPs (McArthur K. et al., 2018). De plus, une activation de la CSAP-6 a également été mise en évidence dans le cristallin d’embryon de rats au cours de la période ou la structure est éliminée soit 2-3 jours avant l’énucléation. (Ishizaki Y. et al., 1998 ; Zandy A.J. et al., 2005 ; Shalini S. et al., 2015).

Dans le processus de différenciation des kératinocytes les CASP-3 et -14 sont impliquées. En effet, le profil d’expression de CASP-14 est unique parmi les Caspases, puisqu’elle est présente essentiellement au niveau de l’épiderme et dans les corpuscules de Hassal au niveau du thymus. Dans la peau, elle est exprimée seulement dans les couches de différenciation, notamment au niveau de la couche cornée ainsi qu’au niveau des follicules pileux. Bien que toutes les Caspases soient constitutivement exprimées dans l’épiderme, seule CASP-14 est active au cours de la cornification. Au cours du développement, l’expression de CASP-14 est détectable de stade embryonnaire E15.5 et son activation est détectée au stade E17.5 ce qui coïncide avec la formation de la stratum corneum et l’établissement de la barrière de l’épiderme. Par conséquent, cette enzyme semble être impliquée dans la formation de la barrière embryonnaire (Denecker G. et al., 2008 ; Lippens S et al., 2000) Au niveau de l’épiderme elle a également une fonction dans elle a une fonction dans la formation de la barrière de l’épiderme pour la protection contre les UVB et la déshydratation.

La CASP-3 semble également participer à l’engagement des kératinocytes embryonnaires dans la phase terminale de différenciation. En effet, dans ce processus, l’activité CASP-3 est induite par la signalisation de Notch1, un récepteur transmembranaire, avec pour conséquence le clivage et l’activation de la PKCd, un régulateur positif de la différenciation des kératinocytes. Dans les cellules du cristallin la perte du noyau au cours du processus de différenciation requiert l’activation des Caspases et notamment de la CASP-3 ainsi que la libération de cytochrome c, sans mort cellulaire associée. Dans ce processus il a été proposé que la voie mitochondriale soit activée et simultanément restreinte par la compartimentalisation des

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Caspases ou par une hausse de l’expression des IAPs, permettant ainsi de favoriser la différenciation (Okuyama R. et al., 2004 ; Shalini S. et al., 2015).

Table 2. Types cellulaires impliquant les Caspases pour la différenciation. D’après Shalini s. et al., 2015.

1.2. Cas des cellules nucléées

Une activité Caspase semble également requise pour la différenciation de cellules nucléés. L’un des exemples les plus étudié est la différenciation des myoblastes squelettiques. En effet, les souris constitutivement déficientes en CASP-3 qui survivent à la période périnatale sont beaucoup plus petites que les animaux contrôles, avec une réduction de la masse du muscle squelettique. Dans une étude publiée en 2010, les auteurs ont pu démontrer que la CASP-3 clivait CAD pour induire la dégradation de l’ADN requise pour induire la différenciation cellulaire du muscle squelettique. (Launey S. et al., 2005 ; Larsen B.D. et al., 2010).

L’activation des Caspases est aussi présente dans le processus de différenciation des mégacaryocytes en pro-plaquettes. Les plaquettes sont de petites cellules anucléées essentielles à la coagulation du sang et à la cicatrisation des plaies. Elles sont issues des mégacaryocytes, qui sont de larges cellules polyploïdes qui se développent initialement dans la moelle osseuse. Au cours de la maturation des mégacaryocytes leur volume cytoplasmique augmente considérablement. Elles émettent ensuite de grandes protrusions appelées pro-plaquettes dans les capillaires sinusoïdes et c’est à partir de ce processus que les pro-plaquettes sont évacuées dans la circulation jusqu’à ce que tout le cytoplasme des mégacaryocytes soit converti. Une activation localisée et contrôlée par BCL-2 de CASP-3 médiée par le relargage de cytochrome c participe activement à la formation des pro-plaquettes. De plus, les Caspases jouent également un rôle dans l’activation des plaquettes (De Botton S. et al., 2002 ; McArthur K. et al., 2018).

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Une activité Caspases semble également requise pour la différenciation des monocytes en macrophages. En effet, leur activité est nécessaire pour la différenciation des monocytes humains sanguins périphériques induits par le facteur de stimulation M-CSF (Macrophage

colony-stimulating factor). Une fois encore, cette activation des Caspases se fait sans

l’activation de l’apoptose. Cette implication semble toutefois être spécifique puisqu’elle ne concerne pas la différenciation des monocytes en cellules dendritiques induite par les facteurs GM-CSF (Granulocyte-macrophage colony-stimulating factor) et IL-4. Dans cette étude, les auteurs ont montré que l’activation des CASP-3, -9 impliquait le relargage de cytochrome c et que cette activation était retardée par l’ajout de l’inhibiteur p35 ou en surexprimant BCL-2. (Sordet O. et al., 2002)