De nombreuses voies de signalisation médient l'interaction des cellules hématopoïétiques avec leur environnement. Les voies de signalisation sont fréquemment activées par l’interaction entre deux protéines qui peuvent être un récepteur et son ligand. Ces ligands peuvent être des molécules transmembranaires, impliquant que l'activation de la voie de signalisation nécessite un contact entre 2 cellules comme pour la voie de signalisation Notch. D'autres sont des molécules solubles comme les cytokines. Les voies de signalisation impliquent généralement une succession d’intermédiaires et conduisent fréquemment à la modulation de l’expression des gènes.
a/ Contact cellule-cellule, exemple de la voie Notch :
La signalisation de la voie Notch nécessite l’interaction entre 2 cellules via un récepteur et son ligand, tous deux transmembranaires. Chez les mammifères il existe 4 récepteurs Notch, NOTCH1 à NOTCH4 et 5 ligands, Jagged1, Jagged2, Delta-like1, Delta-like2, Delta-like4. La partie extracellulaire du récepteur interagit avec son ligand, ce qui va entraîner une succession de modifications et de clivages de la partie intracellulaire de NOTCH permettant la libération du fragment NICD (Notch Intra Cellular Domain). Ce fragment va être transporté dans le noyau et interagir avec un complexe protéique incluant RBPJ et MAML1 pour moduler l’expression de ces gènes cibles (HES1, GATA2…). En absence d’activation de NOTCH, RBPJ interagit avec des co-represseurs comme SMRT, SHARP ou OTT1 pour inhiber leur expression.
La voie Notch a été impliquée dans l’établissement et le maintien des HSC au cours de l’ontogenèse hématopoïétique. Le ligand Jagged1, exprimé par les cellules endothéliales de la moelle osseuse, participe à l’autorenouvellement des HSC adultes à l’état homéostatique
mais aussi à leur capacité régénérative (88), pour revue (89).
La génération des HSC au cours de l’embryogenèse (au stade E10,5 chez la souris) ainsi que leur capacité multipotent est dépendante de la voie de signalisation Notch (90,91).
La voie Notch est aussi impliquée dans l’engagement hématopoïétique vers la lignée
lymphocytaire T Pour revue (92) et mégacaryocytaire (93).
b/ Facteur soluble et récepteur, exemple de la TPO :
Les cytokines sont des protéines produites par différentes cellules, pouvant agir sur plusieurs cellules cibles dont la cellule sécrétrice (action autocrine), localement (action paracrine) ou à distance (effet endocrine). Les cytokines peuvent avoir un effet redondant (exercer la même action biologique), agir en synergie ou encore avoir des effets antagonistes. Elles permettent la communication intercellulaire, sans contact entre les cellules via la fixation à un récepteur.
Des études récentes ont montré qu’une grande variété de cytokines pouvait agir sur les HSC tel SCF, TPO, CXCL12, CXCL4, TGFB, G-CSF…
La TPO est une cytokine largement impliquée dans la mégacaryopoïèse (engagement et prolifération des progéniteurs mégacaryocytaires et influençant leur ploïdie) mais aussi dans le maintien des HSC dans la moelle osseuse (94,95). Elle est synthétisée principalement par le foie et se fixe sur son récepteur MPL présent sur les HSC, les mégacaryocytes et les plaquettes. Le récepteur MPL ne possède pas d’activité kinase intrinsèque mais s'associe avec des tyrosines kinases dont la protéine JAK2. La TPO en se fixant à son récepteur MPL, entraîne sa dimérisation, un changement de conformation et le rapprochement des protéines JAK qui vont s’activer par transphosphorylation et phosphoryler les résidus tyrosines du récepteur. Cela conduit ensuite à l'induction de plusieurs voies de signalisation incluant: JAK/STAT, PI3K/AKT et ERK/MAPK (Figure 12).
Figure 12 : Voie de signalisation de la TPO.
La TPO en se fixant à son récepteur MPL entraîne sa dimérisation, un changement de conformation, le rapprochement des protéines JAK qui vont s’activer par transphosphorylation et phosphoryler les résidus tyrosines du récepteur. Plusieurs voies vont être activées : la voie JAK/STAT, PI3K/AKT et ERK/MAPK. (D’après (96)).
Exemple d’activation : la voie JAK/STAT. Il existe 4 membres de la famille JAK : JAK1 à 3 et TYK2. Ces tyrosines kinases sont associées à la partie cytoplasmique des récepteurs
membranaires sans activité kinase. Les protéines de la famille STAT (STAT1 à 6 dont STAT5a et STA5b) vont s’associer au récepteur phosphorylé et être phosphorylées par les protéines JAK. Leur phosphorylation entraîne leur dimérisation puis leur migration dans le noyau pour réguler l’expression de leurs gènes cibles (97).
La TPO induit l’activation de STAT3, STAT5a et STAT5b (98,99). STAT3 jouerait un rôle dans l’expansion des progéniteurs mégacaryoblastiques (96), tandis que STAT5a et b joueraient un rôle dans la formation des plaquettes, puisque les souris STAT5(a et b)-/- présentent une thrombopénie (100).
c/ Exemple de la voie Sonic Hedgehog
Une autre voie activée par des molécules secrétées est la voie Sonic Hedgehog qui joue un rôle au cours de l’embryogenèse en participant à la mise en place de différents tissus (tube neural, poumons, peau…). Cette voie a aussi été impliquée dans la régulation des cellules hématopoïétiques primitives via les protéines BMP dont BMP4 (101).
Il existe 3 ligands chez les vertébrés : Desert Hedgehog (DHH), Indian Hedgehog (IHH) et Sonic Hedgehog (SHH), et deux récepteurs : PTCH1 et SMOH.
En absence de ligand, PTCH1 réprime l’activité de SMOH. Lorsque que SHH se lie à PTCH1, cela induit l’internalisation du récepteur, la levée de la répression de SMOH et l’activation des facteurs de transcription de la famille GLI. Les facteurs GLI migrent alors dans le noyau pour réguler l’activité des gènes cibles de la voie (gènes HOX, BMP, BCL2, PDGFRA…).
In fine, cette voie participe à la prolifération et à la différenciation cellulaire. Elle est principalement active au cours du développement embryonnaire et réprimée dans les cellules adultes en dehors des progéniteurs immatures. Il a été montré que cette voie
participe au développement leucémique via une activation anormale Pour revue (102).