La protéine SPARC peut subir une protéolyse ménagée par différentes enzymes matricielles (cathépsines, métalloprotéases) pour libérer plusieurs peptides biologiquement actifs. Les peptides Z-1, Z-2, Z-3 sont issus du clivage de SPARC humaine par la MMP-3 Ils existent également des peptides synthétiques de SPARC (peptides FS-E, FS-K, et murins 1.1 à 4.2). Tous ces peptides peuvent moduler le comportement des cellules au sein du microenvironnement. La partie orange du tableau comprends les peptides mimétiques de régions du domaine AC de SPARC; la partie violette du tableau comprends les peptides mimétiques de régions du domaine FS-like de SPARC; la partie verte du tableau comprends les peptides mimétiques de régions du domaine EC de SPARC; D’après Chlenski et al, 2010.
Région ciblée Effets biologiques
Remodelage MEC Adhésion/étalement migration prolifération
Références
Peptide 1.1 (4-23)
Région AC N-term Ca2+ low affinity
↗Activité MMP-2 ↘ étalement arrêt progression cycle cellulaire Cancer du sein cellules endothéliales cellules endothéliales. fibroblastes
cellules musculaires lisses.
Lane TF, 1990 Gilles C, 1998 Phan E, 2007 Peptide 2.1 (54-73) Module EGF-like Auto-repliement
rupture Adhésions Focale arrêt entrée en phase S cellules endothéliales cellules endothéliales. fibroblastes. Funk SE, 1993 Funk SE, 1991 Murphy-Ullrich JE, 1995 Phan E, 2007 Peptide FS-E (54-75) Module EGF-like Auto-repliement ↘ migration cellules endothéliales. peptide anti-angiogénique validé in vivo (neuroblastome).
Chlenski A, 2004
Peptide Z-1 50-85) Clivage MMP3
Module EGF-like effet bi-phasique sur les cellules endothéliales: ↘densité vasculaire à faible conc°. ↗ densité vasculaire à forte conc°.
Sage EH, 2003
Peptide FS-K (83-106)
Module Kazal-like ↘prolifération cellules endothéliales Chlenski A, 2004 Peptide 2.3 (103-130) Module Kazal-like Motif KGHK
↗Sécrétion composants ECM ↗ prolifération cellules endothéliales fibroblastes. Lane TF, 1994 Phan E, 2007 Peptide 3.2 (154-173) Hélice de liaison au collagène
↗Synthèse MMPs Shankavaram, UT, 1997
Tremble PM, 1993 Phan E, 2007 Peptide 4.2 (254-273) Motif EGF-hand Ca2+ high affinity
↗Sécrétion composants ECM rupture Adhésions Focale ↘migration ↘ prolifération cellules endothéliales cellules endothéliales cellules endothéliales. fibroblastes. bloque action VEGF,bFGF,PDGF
Lane TF, 1994 Phan E, 2007
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Domaine AC. Le domaine amino-terminal de SPARC est riche en résidus acides (acide aspartique et acide glutamique) qui forment une hélice α. Ce domaine peut fixer les ions Ca²⁺ (calcium) avec une faible affinité comparativement au domaine EC (Maurer et al. 1992). Ce domaine est très peu conservé parmi les membres de la famille SPARC.
Domaine FS. C’est le do ai e i ter édiaire de SPA‘C ho ologue à la Follistatine (inhibiteur des e res de la fa ille du TGF . Il o tie t résidus téi es s’e gagea t da s po ts disulfures qui rigidifient sa structure tri-dimensionnelle. Le domaine FS est constitué de deux sous modules protéiques : le module Kazal-like très h dropho e ui est for é d’héli es α et de feuillets β et ui contient un motif KGHK de liaison aux ions Cu2+ (cuivre), et le module EGF-like formé de deux feuillets β et lia t les protéogl a s atri iels.
Domaine EC. Situé au niveau carboxy-terminal de la protéine SPARC, ce domaine est hautement conservé parmi les protéines matricellulaires de la famille SPARC, et en est la caractéristique. Il est constitué de deux motifs EF-hand associés à un domaine de structure globulaire (longue hélice compactée par des ponts disulfures) qui lie le calcium extracellulaire avec une très forte affinité (Hohenester et al. 1996, Maurer et al. 1992).
L’étude de l’effet de différe ts peptides mimétiques de régions spécifiques de SPARC a permis d’ide tifier la fo tio alité de ha u de es trois do ai es. Ces peptides ont été synthétisés (Chlenski et al. 2004, Lane and Sage 1990), ou générés par protéolyse de la protéine SPARC en peptides bioactifs notamment par la MMP-3 (Sage E. H. et al. 2003) (Figure 26).
Par exemple :
- le domaine AC est apa le d’i hi er l’étale e t des ellules e dothéliales vas ulaires (Lane and Sage 1990), de perturber la progression du cycle cellulaire des cellules endothéliales (Phan E. et al. 2007), et de pote tialiser l’a tivité protéol ti ue de la MMP-2 dans les cellules épithéliales mammaires (Gilles et al. 1998).
- le domaine FS, via sont module EGF-like per et d’i hi er la igratio des cellules e dothéliales vas ulaires o pro etta t ai si l’a gioge se, de pertur er les poi ts d’adhésio fo ales des ellules e dothéliales e trai a t leur dé-adhésion à la MEC (Murphy- Ullrich et al. 1995). Via son module Kazal-like, le domaine FS de SPARC module la prolifération des cellules endothéliales (rôle stimulateur du cycle cellulaire des cellules e dothéliales et de l’a gioge se via le otif KGHK de fi atio au uivre (Lane et al. 1994), ou rôle inhibiteur), favorise la sécrétion de composants de la MEC (Chlenski et al. 2004, Lane and Sage 1994, Phan E. et al. 2007), et per et à SPA‘C de se lier au i tégri es β pour activer ILK et la kinase pour promouvoir la survie de cellules épithéliales de la rétine (Weaver et al. 2008).
- le domaine EC, pertur e les poi ts d’adhésio fo ale, di i ue la igratio et la prolifératio des cellules endothéliales, augmente la sécrétion de composants de la MEC, ainsi que celle des MMPs par les fibroblastes et les monocytes (Lane and Sage 1994, Phan E. et al. 2007, Shankavaram et al. 1997, Tremble et al. 1993), et bloque les effets mitogéniques des facteurs de croissances VEGF, bFGF, PDGF sur plusieurs types cellulaires (Kupprion et al. 1998). C’est via ce domaine que la protéine SPARC est capable de se lier au collagène de la MEC (Giudici
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et al. 2008, Hohenester et al. 2008, Maurer et al. 1995) et au récepteur membranaire des cellules endothéliales vasculaires, VCAM-1, (Tichet et al. 2015).
Les effets biologiques de la protéine SPARC sur les cellules en culture (cf. 2.) sont pour la plupart médiés par le domaine EC, considéré donc comme domaine bioactif de la protéine SPARC.
C. SPARC EN CONTEXTE PHYSIOLOGIQUE.
Dans un contexte physiologique, la protéine SPARC est exprimée dans les tissus en remodelage: au cours du développement embryonnaire, dans les tissus adultes dont le remodelage de la MEC est fréquent, tels ue l’os, l’i testi , les ovaires, les testi ules, le der e, les s st es vas ulaire et hématopoïétique, le tissu adipeux, les glandes mammaires (Bradshaw and Sage 2001, Vernon and Sage 1989), ou encore durant la cicatrisation de tissus endommagés (Reed et al. 1993). Dans ces trois différents contextes, SPARC agit comme régulateur du remodelage tissulaire.
1. Invalidation de SPARC chez la souris.
Plusieurs modèles KO de SPARC ont été générés de manière à mieux appréhender in vivo les fonctions de la protéine SPARC. Alors que le KO de SPARC chez le ver C.elegans ou chez la drosophile D. Melanogaster e trai e pré o e e t la ort de l’e r o (Martinek et al. 2008, Schwarzbauer and Spencer 1993), les souris SPARC-/- sont viables (Gilmour et al. 1998). Cependant ces souris présentent un phénotype généralisé de vieillissement des tissus :
La peau. Les souris SPARC-/- présentent un derme aminci suite à un dépôt et à un assemblage i suffisa t du ollag e I trop fi , à l’origi e d’u e oi dre résista e de la peau e ter e de tension (Bradshaw et al. 2003b). Caractéristique des souris SPARC-/-, la queue en « tire-bouchon » résulte d’u e altératio de la fi rilloge se.
L’os et le tissu adipeu . Les souris SPARC-/- souffre t d’ostéopé ie suite à u e di i utio du
o re d’ostéo lastes ellules s thétisa t la o posa te o i érale de l’os, à % o stitué de collagène de type I) (Delany et al. 2000). Normalement, SPARC régule positivement la différenciation des ostéoblastes: SPARC engage les cellules de la moelle osseuse vers la différenciation ostéoblastique au dépend de la différenciation des adipocytes (adipogenèse) (Nie and Sage 2009). E a se e de SPA‘C, la ala e s’i verse vers u e différe iatio des adipocytes. Ainsi, alors que les souris SPARC-/- présentent une perte de masse osseuse, leur poids ne diminue pas car l’a u ulatio de graisse par les adipo tes plus o reu o pe se ette perte en terme de masse (Bradshaw et al. 2003a).
Le cœu . Les souris SPARC-/- prése te t u ris ue plus i porta t d’arr t ardia ue suite à u
infarctus du myocarde : elles prése te t u e diffi ulté de i atrisatio , ave u e zo e d’i far ie à tissu cicatriciel désorganisé, et avec une matrice collagènique immature (Schellings et al. 2009). Les yeux. Des l’âge de si ois, les souris SPA‘C-/- développent des cataractes suite à un dépôt anormal de collagène IV au niveau du cristallin (Yan Q. et al. 2002). De plus, les cellules épithéliales du cristallin de ces souris meurent prématurément car elles ne sont plus protégées du stress (UVs, produ tio d’esp es réa tives à l’o g e, etc.) (Weaver et al. 2008).