III.2.1.1- Généralités sur les cavéoles
Comme nous avons pu le voir précédemment, la membrane plasmique des CMLs est caractérisée par la présence de plaques denses au niveau desquelles s’insère l’appareil contractile. A la surface des ces cellules se trouvent aussi des sites d’invaginations vésiculaires. Il existe deux types majeurs de structures vésiculaires : les « coated pits » ou puits recouverts de clathrine, et les « lipid rafts ». Les cavéoles font partie des « lipid rafts » et sont caractérisées par la présence de protéines d’assemblage, les cavéolines82.
Les cavéoles sont des invaginations de la membrane plasmique de 50 à 100 nm de diamètre, abondantes dans les cellules endothéliales, musculaires striées et lisses. Elles existent sous la forme
Figure 10: Structure des cavéoles et de la cavéoline-1. Cavéoline Phospholipide Sphingolipide Cholestérol Sphingolipide Phospholipide Membrane plasmique Cholestérol Domaine d’attachement à la membrane N-terminal N-terminal C-terminal Domaine terminal Domaine d’attachement à la membrane C-terminal Groupe palmitoyl Domaine transmembranaire Domaine d’oligomérisation Dimère de cavéoline-1 Monomère de cavéoline-1 Cavéole CSD (20 acides aminés)
INTRODUCTION
24 de vésicules détachées ou aplaties dans le plan de la membrane plasmique, et peuvent également fusionner entre elles pour former des structures en grappes ou en tubules83.
Les cavéoles sont composées de lipides spécifiques (glycosphingolipides, sphingomyéline, et cholestérol), de glycolipides et de protéines83. Elles contiennent également des lipides de signalisation tels que la phosphatidylsérine, les céramides et le diacylglycérol. Ces invaginations sont décrites comme des réservoirs enrichis en protéines de signalisation via des interactions directes avec des molécules telles que les protéines G, les tyrosines kinases de la famille des Src, et la protéine kinase C (PKC)82,84. Les cavéoles jouent un rôle important dans la compartimentation, la modulation et l'intégration des signaux moléculaires à la surface cellulaire ainsi qu’à l'endocytose, la transcytose, la potocytose et l'homéostasie du cholestérol cellulaire.
III.2.1.2- Les cavéolines a) Généralités
La cavéoline est la protéine membranaire d’assemblage spécifique des cavéoles. Il existe trois isoformes de cavéoline de 18 à 25 kDa, codées par trois gènes distincts85,86:
o cavéoline-1 (Cav-1) cellules endothéliales, fibroblastes, adipocytes, CMLs
o cavéoline-2 (Cav-2) ubiquitaire.
o cavéoline-3 (Cav-3) cellules musculaires (squelettiques, lisses ou striées)87,88.
Liées avec du cholestérol, les cavéolines s’associent ensemble et forment des complexes oligomériques qui déterminent et stabilisent la structure de la cavéole. Cav-1 peut former des complexes homo-oligomériques (Figure 10) mais aussi hétéro-oligomériques en interagissant avec Cav-289. Cav-3 peut elle aussi interagir avec Cav-2 dans les cardiomyocytes de rats90.
Cav-1 tient une place importante dans la formation des cavéoles au niveau du muscle lisse. Des études ont montré que des souris déficientes en Cav-1 présentent une disparition des cavéoles au niveau des CMLs, alors que les cavéoles sont présentes au niveau du muscle strié, ce qui montre alors la nécessité de Cav-1 spécifiquement dans le muscle lisse. De plus, Cav-3 ne parvient pas à compenser la fonction physiologique de Cav-1 au niveau des CMLs91. Contrairement à la déficience en Cav-1, l’absence de Cav-2 ou de Cav-3 n’affecte pas le nombre de cavéoles présentes dans le muscle lisse92. Cav-1 apparaît donc comme la cavéoline intervenant dans la structure des cavéoles du muscle lisse, alors que Cav-2 et -3 interviendraient plutôt dans la modulation de l’expression de Cav-1, de la signalisation cellulaire et du métabolisme.
Tableau 3 : Analyse phénotypique de souris déficientes en cavéoline.
(d’après Razani et al. Pharmacol Rev. ; 2002 83)
INTRODUCTION
25 b) Structure des cavéolines
Les cavéolines sont formées (Figure 10) par83,93 :
o Un domaine d’oligomérisation en hélice α qui sert de séquence d’homo- et d’hétéro-dimérisation, mais aussi à l’interaction avec d’autres protéines.
o Un domaine d’attachement membranaire N-terminal.
o Un domaine transmembranaire.
o Un groupe palmitoyl.
o Un domaine d’attachement membranaire C-terminal.
Les interactions entre les différentes protéines et les cavéolines se font au niveau d’une séquence protéique de 20 acides aminés, le CSD (caveolin scaffolding domain), présent du côté N-terminal proche du domaine transmembranaire des cavéolines94. Le CSD est un site de fixation des sous-unités α des protéines G, des tyrosines kinases de la famille Src, et des isoformes de la PKC95,96. Le site de liaison à la cavéoline de ces protéines de signalisation est situé à l’intérieur de leur domaine catalytique actif, ce qui suggère que la cavéoline peut se comporter comme un inhibiteur de ces kinases96-98.
c) Rôle dans les voies de signalisation
Les cavéoles, grâce à leur structure particulière, ont la capacité de concentrer et de réguler de nombreuses voies de signalisation par la présence de nombreux récepteurs, de diverses protéines de signalisation et de canaux ioniques. Les cavéoles sont ainsi des régulateurs importants de l'activité cellulaire83,99.
Une grande variété de récepteurs couplés aux protéines G, tels que le récepteur à l’angiotensine II de type 1 (AT1), est associée aux cavéoles. Après la liaison avec leur agoniste, ces récepteurs et leurs effecteurs sont soit transportés à l’intérieur (pour les récepteurs à la bradykinine B1 et B2100) ou à l’extérieur des cavéoles (cas du récepteur β2-adrénergique101), soit maintenus dans ces invaginations (cas du récepteur à l’endothéline ET1A102). Les cavéoles ont ainsi un rôle dynamique dans la transduction du signal. Des récepteurs à activité tyrosine kinase ou des protéines kinases telles que les MAP kinases ERK1/2 (extracellular signal-regulated kinase 1/2) sont également localisés dans les cavéoles103. Une surexpression de Cav-1 inhibe les voies médiées par ERK1/2. Dans ce cas, Cav-1 fonctionnerait donc comme un inhibiteur endogène des kinases104. Par la suite, l’utilisation de modèles murins Knock-out pour l’une des trois cavéolines a permis d’évaluer les conséquences physiopathologiques d’une telle déficience, mettant ainsi en évidence de multiples fonctions pour ces protéines membranaires (Tableau 3).
La localisation des cavéoles à proximité d’organelles associées aux flux de Ca2+ intracellulaire, telles que le réticulum sarcoplasmique (RS) et les mitochondries, suggère que les cavéoles ont un rôle dans la régulation du relargage calcique nécessaire à l’activation de l’appareil contractile105,106. Une stimulation du muscle lisse par un agoniste provoque une accumulation de récepteurs transmembranaires couplés à la production d’IP3 dans les cavéoles. Cette production localisée d’IP3 activerait les récepteurs à l’IP3 présents au niveau du RS. Cela entraînerait une libération de Ca2+ et une contraction musculaire, ainsi que la translocation de protéines de signalisation telles que RhoA et PKCα107. Dans des CMLs intactes, l’introduction cytoplasmique d’un peptide correspondant au CSD de Cav-1 est capable d’inhiber cette translocation lors d’une stimulation des récepteurs α-adrénergiques108,109. Ces travaux suggèrent que, dans le muscle lisse, les cavéoles constituent des régions spécialisées de la membrane plasmique jouant un rôle dans le couplage excitation-contraction, via leur implication dans l’intégration de signaux contractiles extracellulaires, et l’activité d’effecteurs intracellulaires tels que RhoA et PKCα. Parallèlement, il a été montré que la stimulation du muscle lisse vasculaire par du KCl entraîne la translocation et l’activation de Rho-kinase au niveau des cavéoles, ce qui induit le processus de sensibilisation au Ca2+ de l’appareil contractile110. Des études récentes ont aussi montré que Cav-1 facilite la mobilisation en Ca2+ intracellulaire et la contraction induite par un agoniste au niveau de CMLs des voies aériennes humaines111,112.