Dégradation des protéines de jonctions

La dégradation fait intervenir principalement les protéases présentes dans l’organisme et impliquées dans de nombreuses fonctions physiologiques. Elles sont classées en 6 groupes en fonction de leur activité catalytique. Les plus importantes dans la dégradation protéolytique des composants jonctionnels sont les métalloprotéases (MMPs) et le tissue plasminogen activator (tPA) ainsi que l’urokinase-plasminogen activator (uPA) (Rosenberg, G. A. - 2009).

Recyclage Endocytose

Barrière endothéliale

Jonctions

fragiles Perméabilité

Figure 66

E.1.3.1 Métalloprotéinases

E.1.3.1.1 Présentation des métalloprotéases (Rosenberg, G. A. - 2009) Les métalloprotéases (MMPs) sont sécrétées sous une forme latente, activée par de nombreux facteurs physiologiques et pathologiques. Elles induisent la perméabilité vasculaire par l’attaque de la matrice extracellulaire, la membrane basale et aussi les TJs. Au niveau de la BHE on retrouve plus particulièrement les MMP2, MMP3 et MMP9.

Les MMPs partagent une structure commune qui comprend 4 domaines : le propeptide, le catalytique, l’haemopexin-like (HP) et le transmembranaire (TMD) (Figure 67). Le passage de la forme latente à activée se fait par le clivage du domaine propeptide.

Les MMPs sont divisées en 4 sous-groupes :

- les collagénases dégradent le collagène fibrillaire présent dans le cartilage et les os.

- les gélatinases dégradent les molécules de la membrane basale, favorisant l’angiogenèse et la neurogenèse.

- les stromélysines clivent la matrice extracellulaire.

- les MMPs membranaires (MT-MMPs) dégradent la membrane basale mais aussi les jonctions serrées

Le promoteur des MMPs contient des sites de liaison pour les facteurs de transcription AP-1, NFkB, répondant aux cytokines et oncogènes qui induisent la transcription des MMPs. En effet, l’expression et l’activité des MMP2 et 9 sont augmentées en cas de stress oxydatif ou d’inflammation par la présence sur le promoteur de MMP2 de sites de fixation pour les facteurs de transcription AP-1, AP-2, Sp1 et Sp3 .

Domaine de clivage

Domaine

HP _TMD

Peptide signal

Figure 67

Il existe des inhibiteurs naturels des MMPs: TIMP, petites protéines de 20 à28 kD. Quatre TIMPs (Tissue Inhibitor of Metalloproteinases) ont été identifiées, dont TIMP3 qui joue un rôle central dans la croissance cellulaire, la mort cellulaire et la réparation tissulaire (Rosenberg, G. A. -

2009).

E.1.3.1.2 Dégradation des TJs et de la matrice extracellulaire

Les MMPs dégradent à la fois la matrice extracellulaire mais aussi les TJs et Ajs, phénomène indispensable à l’angiogenèse, notamment pour la migration des cellules endothéliales.

Dégradation de la membrane basale

Les MMPs agissent dans un premier temps en clivant les intégrines αv en 2 fragments, ce qui augmente la signalisation des intégrines, donc entraîne l’adhésion cellulaire et la migration des cellules endothéliales.

On observe aussi un clivage du collagène de type IV par la MMP2, permettant la liaison αvβ3 indispensable à l’angiogenèse.

De plus, la dégradation de l’ECM libère de nombreux facteurs angiogéniques séquestrés dans la membrane : VEGF, bFGF et TGF-β, capable d’augmenter la perméabilité en modifiant les protéines des jonctions. Enfin, il a été montré dans le cas d’ischémie cérébrale, une augmentation de l’activité de MMP9 par le VEGF, ce qui amplifie les effets des MMPs. Cependant en présence d’ Ang1, cette activité est significativement réduite, ainsi que la perméabilité de la BHE (Valable, S., et al. - 2005).

Dégradation des protéines des jonctions

La dégradation des protéines impliquées dans l’adhésion cellule-cellule implique la MMP2 et 9. L’expression de ces enzymes est augmentée en cas de stress oxydatif et d’inflammation. Une fois activées, ces MMPs clivent à la fois la VE-cadhérine et les protéines des TJs (occludine et la claudine-5). Parmi les activateurs des MMPs, on trouve le TGF-β, et aussi les RhoGTPase Rac1 et cdc42, qui activent MMP9. Les voies de signalisation PKC et p38MAPkinase sont nécessaires à l’induction de l’activité de MMP9.

Les phosphatases présentes au niveau des TJs régulent l’état de phosphorylation des protéines. Dans certaines conditions, notamment inflammatoires, ces phosphatases sont inhibées, ce qui déclenche l’activation des MMPs.

Le clivage des protéines VE-cadherine, occludine et claudine-5 se fait par protéolyse de leur domaine extracellulaire, augmentant la perméabilité et l’extravasation de cellules sanguines. Actuellement, aucun clivage des autres protéines (ZO-1 ou β-caténine) n’a été démontré. La MMP2, rapidement activée, dégrade l’occludine et la claudine-5. L’inflammation active MMP3 et MMP9 présentes dans les péricytes et la microglie, et potentialisent l’effet de la MMP2 (Dejana,

E., et al. - 2008, Gloor, S. M., et al. - 2001, Rosenberg, G. A. - 2009, Rudini, N., et al. - 2008).

E.1.3.2 Tissue et urokinase plasminogen activators (tPA/uPA)

Le tPA est distribué largement dans le cerveau et contribue à la régulation et la plasticité neuronale par la dégradation de l’ECM qui est une étape nécessaire au remodelage synaptique. Il est aussi impliqué dans la dégradation des caillots sanguins. Il s’agit d’une sérine protéase provenant du sang ou secrété par les neurones. Elle permet le clivage du plasminogène en plasmine, impliquée dans la dégradation de la fibrine, composant de l’ECM. Le tPA provoque des dommages dans la membrane basale, conduisant à la rupture de la BHE et à la formation d’œdèmes. En effet, le tPA active les MMPs, plus spécifiquement la MMP9, dont les effets perméabilisant ont été décrits précédemment. De plus, la plasmine active la sérine protéase PAR- 1 qui induit l’internalisation de la VE-cadherine, via l’augmentation du Ca2+ et l’activation de

PKC (Adibhatla, R. M., et al. - 2008).

L’uPA se lie à son récepteur cytosolique uPAR, présent sur les cellules endothéliales, épithéliales et hématopoïétiques. L’uPA agit sur la perméabilité par 2 voies :

Une protéolyse est activée par la plasmine qui dégrade l’ECM directement ou par l’activation des MMPs.

L’uPA module l’adhésion des cellules en augmentant l’activité des intégrines via les voies src et ERK1/2. Par exemple, l’association de l’uPA avec l’intégrine α3β1 augmente la dissociation des AJs at avec l’intégrine α5β1 la production de MMP9 (Madsen, C. D., et al. - 2008).