3.3.1 La régulation de la production des interférons de type I
La famille des IRFs a été découverte par leur fonction de régulation de l'expression des IFNs de type I. La famille des IFNs de type I comprend principalement la sous-famille des IFNDs ainsi que l’IFN-E. La sous-famille des IFNDs est composée de 13 membres chez l’humain et chez la souris exerçant des activités biologiques similaires. Tous les membres de la famille des IFNs de type I sont reconnus par un même récepteur composé des
sous-unités IFNAR-1 et IFNAR-2 154. De nombreux types cellulaires sont capables de
synthétiser des IFNs. La réponse des mDCs suite à la reconnaissance d'ARNdb par TLR3 lors d'une infection virale ou suite à l'engagement de TLR4 par le LPS bactérien se traduit notamment par la production de ces IFNs de type I. Cette induction est médiée par la voie de signalisation TRIF dépendante activée en aval de ces deux TLRs. Comme décrit précédemment, l'initiation de cette voie de signalisation va mener à l'activation du facteur de transcription IRF3 qui joue un rôle critique dans l'induction précoce et rapide
des interférons de type I 78. Une fois activé par l'action des kinases TBK1 et IKKH, IRF3 va
se fixer sur le site ISRE présent dans les promoteurs de l’IFND et Equi sont alors exprimés par la cellule. Ces derniers, agissant de manière auto- et paracrine via l’engagement de leur récepteur IFNAR et l’activation de la voie JAK/Stat, vont induire d'une part la formation d'homodimères Stat1 qui sont responsables de l'expression d'IRF1 et d'autre part l'association d'IRF9, Stat2 et Stat1 pour former le complexe ISGF3
(IFN-stimulates gene factor 3) 155. Ensemble, ces facteurs vont favoriser l’expression de gènes IFN-inductibles parmi lesquel IRF7. En effet, l'expression de ce facteur dépend directement de la liaison du complexe ISGF3 à son promoteur 156. Une fois activé par phosphorylation, IRF7 va coopérer avec IRF3 pour une induction optimale de la production d'IFNE mais également pour induire l'expression de l'ensemble de la famille des IFNDs 157. Par ce mécanisme, IRF7 met ainsi en place un rétrocontrôle positif (Fig 20). Une contribution d'IRF8 dans la production des IFNs de type I a également été suggérée par différents travaux158,159. Le rôle de ce facteur a récemment été précisé, il participe à la phase amplificatrice de l'expression des gènes de IFNs de type I en se liant directement au site ISRE présent dans les régions promotrices de ces différents gènes. Cette liaison d'IRF8 assure un recrutement prolongé de la RNA polymérase II, enzyme
essentielle du complexe de base qui initie la transcription 160. L'induction d'IFNs de type I
par les mDCs en réponse à l'activation des récepteurs cytosoliques tels que RIG-1, Mda-5
ou encore DAI suit le même mécanisme biphasique impliquant IRF3 et IRF7 161. La
contribution d'IRF8 n'a pas été investiguée suite à l'engagement de ces récepteurs.
Par ailleurs, la production d'IFNE par les mDCs peut être initiée par l'engagement de
TLR9. Dans ces conditions, la production d'IFNE n'implique ni IRF3, ni IRF7. En fait, c'est
IRF1 activé par la voie MyD88 dépendante qui contrôle l'activité transcriptionnelle du
promoteur de l'IFNE 162. Le CpG, via TLR9, est également capable d'induire la production
d'IFN de type I par les pDCs. Dans ce cas, IRF7 gouverne exclusivement l'induction des
IFNs de manière MyD88 dépendante 132. En réponse à l'engagement de TLR7, la
coopération entre IRF7 et IRF5 est nécessaire pour la production optimale d'IFNE 163. L'ensemble de ces données indique que les mécanismes d'induction de la synthèse des IFNs de type I par les IRFs sont dépendants de la stimulation et du type cellulaire.
3.3.2 La régulation de la production de cytokines pro-inflammatoires
A côté du rôle bien connu des IRFs dans la production d'IFNs de type I, deux membres de la famille des IRFs participent à la production de cytokines pro-inflammatoires. IRF5 et IRF8 sont activés par la voie MyD88 dépendante (cf 3.2.1.2.) et la production, par les macrophages ou les DCs, de cytokines pro-inflammatoires telles que le TNF ou l'IL-6 est déficiente en leur absence. L'implication d'IRF5 est confirmée par la résistance des souris IRF5-/- au choc endotoxique induit par l'exposition de ces souris au CpG ou au LPS 141. Les mécanismes précis impliquant ces facteurs restent incompris à l'heure actuelle.
L'hypothèse d'une coopération entre IRF5, NFNB et la voie des MAPKs est envisagée. En
ce qui concerne IRF8, une participation à l'activation de NFNB et des MAPKs semble plus
En effet, lors de la stimulation de cellules IRF8-/-, un défaut d'activation de NFNB et des MAPKs est observé 144,164.
3.3.3 La régulation du développement des cellules du système immunitaire
3.3.3.1 Développement des sous-types de cellules dendritiques gouverné
par les IRFs
Plusieurs membres de la famille des IRFs sont impliqués dans la génération des différentes sous-populations de cellules dendritiques présentes chez la souris (Fig 21).
Le rôle d'IRF4 et IRF8 dans le développement des DCs spléniques a été mis en évidence par l'observation de leur expression sélective dans les différentes sous-populations. En
effet, l'expression d'IRF4 est élevée dans les DCs CD4+ et les DCs DN alors que
l'expression d'IRF8 dans ces cellules est absente et très basse, respectivement. A l'inverse, les DCs CD8D+ et les pDCs expriment de hauts taux d'IRF8 mais pas ou peu d'IRF4. L'étude du développement des DCs dans les souris déficientes pour IRF4, IRF8 ou IRF4 et IRF8 a démontré une corrélation entre l'expression d'un de ces facteurs dans un sous-type cellulaire et sa nécessité pour le développement de ce sous-type cellulaire.
Donc, en l'absence d'IRF4, la génération des DCs CD4+ est largement compromise alors
le nombre de DCs CD8D+ et de pDCs est fortement réduit dans les souris IRF8-/-. Dans la
rate des souris IRF8-/-IRF4-/-, seule quelques DCs DN sont présentes alors que les autres
sous-populations sont complètement absentes. De plus, les cellules dendritiques isolées à partir de la rate de ces souris ne possèdent pas de CMH II et sont incapables d'induire
une activation des lymphocytes T 165. Deux autres IRFs, IRF1 et IRF2, interviennent
également dans la différenciation des cellules dendritiques. L'absence d'IRF1 induit une
légère augmentation du nombre de pDCs alors que les DCs CD8D+ diminuent. Cette
observation indique qu'IRF1 exerce une régulation négative sur le développement des
pDCs mais agit de manière positive sur la différenciation des DCs CD8D+ 166. D'autre part,
IRF2 est impliqué dans le développement des DCs CD4+ étant donné la perte de cette
sous-population en absence d'IRF2 167.
Finalement, IRF2 et IRF8 sont requis pour le différenciation d'une dernière
sous-population de DCs: les cellules de Langherans 158,168.
3.3.3.2 Implication des IRFs dans la différenciation des cellules T
Le rôle décisif des IRFs dans le développement des différents lymphocytes T effecteurs est maintenant décrit par de nombreuses études. Alors que les premières études
indiquaient une influence indirecte des IRFs par leurs effets sur les APCs, il est maintenant évident que plusieurs membres de la famille des IRFs agissent directement sur la différenciation des cellules T.
IRF1 influence l'expression de nombreux gènes mais l'effet global de ce facteur est l'induction des réponses de type Th1 (Fig 22). En son absence, l'induction de réponses de
type Th2 est fortement favorisée et les souris IRF1-/- sont extrêmement vulnérables aux
infections par Listeria monocytogenes et Leishmania major 169,170. IRF1 dirige les
réponses Th1 par de multiples mécanismes, à la fois directs et indirects. Dans un premier temps, IRF1 est nécessaire à la différenciation des cellules NK (cf 3.3.3.4.). Les cellules
NK produisent de l'IFNJ rapidement après une infection qui va induire l'expression d'IRF1
par les APCs mais aussi par les lymphocytes T. Au sein des APCs, IRF1 régule positivement l'expression d'un ensemble de gènes qui initie ou maintient la différenciation des réponses Th1. Les gènes codant pour les sous-unités p35 et p40 de l'IL-12, iNOS (inducible nitric-oxide synthase) mais aussi le gène codant pour la Caspase 1 sont ainsi activés. Les effets directs d'IRF1 passent d'une part par l'inhibition de l'expression du gène codant pour l'IL-4 et d'autre part, par une liaison directe d'IRF1 au
promoteur de l'IL-12RE1 et par conséquent l'induction de l'expression de l'IL-12RE1 à la
surface des lymphocytes Th1 171,172.
IRF2 coopère avec IRF1 pour la génération des cellules NK (cf 3.3.3.4.), l'induction de la production de la sous-unité p40 de l'IL-12 et d'iNOS mais également pour l'inhibition de l'expression de l'IL-4 dans les cellules T 171,173,174. De plus, IRF2 limite la prolifération d'une autre source cellulaire de l'IL-4, les basophiles 175. Ce facteur contribue par conséquent à la différenciation des réponses de type Th1.
Les souris IRF8-/- ne sont pas capables de générer des cellules Th1 indiquant l'implication
de ce facteurs dans le développement de cette réponse. Le rôle d'IRF8 se limite à sa contribution à la production d'IL-12, régulant positivement l'expression des gènes codant pour la p40 et la p35, à son implication dans la génération de DCs CD8D+, source majeure d'IL-12 176.
La génération de réponse de type Th2 est principalement gouvernée par IRF4 (Fig 23)
177. L'action d'IRF4 s'effectue à deux niveaux au sein de la cellule T. L'expression de ce facteur est induite par l'engagement du TCR et suite à la liaison de l'IL-4 à son récepteur. Un fois produit dans le cytoplasme, IRF4 s'associe avec Stat6 et cet hétérodimère induit l'expression de GATA3. Ce facteur de transcription est essentiel à la différenciation des Th2 entre autre par le fait qu'il permet l'ouverture de la chromatine au niveau du promoteur de l'IL-4. IRF4 est également capable de s'associer avec NFAT-2. Ensemble,
ces deux facteurs vont se lier au promoteur de l'IL-4 et induire son expression. En plus de son implication dans la différenciation des réponses Th2, IRF4 participe à la génération de cellules Th17. Dans ce contexte, IRF4 est nécessaire pour une expression optimale de RORJT et d'IL-21 178,179. Dans les lymphocytes T régulateurs, l’expression d’IRF4 est régulée par Foxp3 et ces deux facteurs coopèrent pour l’induction de l’expression de gènes impliqués dans la fonction régulatrice de ces cellules vis-à-vis des
lymphocytes Th2 180.
Le rôle des membres de la famille des IRFs dans la différenciation des cellules T ne se
limite pas aux réponses médiées par les cellules T CD4+. Différents IRFs contribuent tant
à la différenciation des thymocytes en cellules T CD8+ qu'à la fonction cytotoxique, la production de cytokines ou encore la prolifération de ces dernières. IRF1 contrôle à la fois la sélection positive et négative de thymocytes CD8+ 181. Par ailleurs, IRF4 et IRF8 contribuent à l'activité cytotoxique de ces cellules alors qu'IRF2 limite celle-ci 120.
3.3.3.3 Implication des IRFs dans la différenciation des progéniteurs
granulocytaires et monocytaires
Les progéniteurs myéloïdes ont la capacité de se différencier en macrophage ou en granulocyte tel que les neutrophiles et les basophiles (Fig 24). L'étude de progéniteurs déficients pour IRF8 indique que ce facteur dirige la différenciation des progéniteurs
myéloïdes vers la lignée macrophagique et inhibe la différenciation des granulocytes 182.
IRF8 contrôle l'expression de nombreux gènes clés pour la différenciation des macrophages. Les mécanismes par lesquels IRF8 inhibe la différenciation des granulocytes sont peu définis. Une autre fonction d'IRF8 est de limiter la prolifération et
d'induire l'apoptose des cellules myéloïdes 183.
IRF1 est également nécessaire lors de la différenciation des progéniteurs myéloïdes. En effet, en l'absence de ce facteur, un grand nombre de progéniteurs granulocytaires immatures sont présents dans la mœlle osseuse suggérant un défaut de maturation de ces cellules 184.
Le dernier facteur impliqué dans la différenciation des progéniteurs myéloïdes est IRF2 qui limite l'expansion des basophiles 175.
3.3.3.4 IRF1 et IRF2 régulent la différenciation des cellules "natural killer"
IRF1 est essentiel pour la différenciation des cellules NK. Son action passe par l'induction d'IL-15 produite par les cellules stromales. Cette cytokine est indispensable pour la
différenciation de ces cellules mais contrairement à IRF1, ce facteur joue un rôle
directement au niveau des progéniteurs (Fig 25) 186.
3.3.3.5 Rôle d'IRF4 et IRF8 dans la génération de cellules plasmatiques
La différenciation des cellules pré-B en plasmocytes producteurs d'anticorps nécessite le passage par plusieurs cellules intermédiaires. IRF4 et IRF8 interviennent à différents niveaux de ce processus de différenciation (Fig 26). Dans un premier temps, ces deux
facteurs jouent un rôle redondant dans la transition de la cellule pré-B en cellules B IgM+
187. En effet, l'arrêt au stade pré-B n'est uniquement observé qu'en l'absence des deux facteurs et l'introduction de l'un ou l'autre de ces IRFs dans des souris IRF8-/-IRF4
-/-permet de restaurer le processus de maturation. A ce stade, ces IRFs activent l'expression des gènes codant pour les chaînes légères des immunoglobulines conventionnelles et inhibent l'expression des gènes codant pour les chaînes du pré-BCR
188.
Lors d'une stimulation antigénique dépendante des T, les cellules B IgM+ périphériques migrent dans les centres germinatifs (CG) des organes lymphoïdes secondaires où ces cellules vont subir une maturation au niveau de leur affinité mais aussi un changement isotypique. A ce stade, IRF8 est directement impliqué dans la régulation de deux gènes. Le premier, AICDA, code pour une protéine indispensable pour le changement isotypique.
Bcl6 est le second gène régulé par IRF8 et est important pour la formation des CG 189.
Le rôle d'IRF4 dans le processus de maturation des cellules dans les CG est plus complexe. Lors de l'étape finale de différenciation dans les CG, le niveau d'expression d'IRF4 est faible ce qui induit l'expression d'AICDA permettant un changement isotypique complet. Ensuite, le niveau d'expression d'IRF4 augmente et induit l'expression du gène Prdm1 qui inhibe l'expression de AICDA et Bcl6 permettant de terminer la réaction au
sein des CGs et de poursuivre la différenciation en plasmocytes 190.
3.3.4 L'implication des IRFs en physiopathologie
Le rôle critique des IRFs dans la différenciation des cellules Th implique que la présence d'un polymorphisme des IRFs peut être la cause de maladies héréditaires autoimmunes dans le cadre d'une déviation de la réponse vers une réponse de type Th1 ou Th17 ou d'allergie lors d'une déviation vers une réponse de type Th2. Un polymorphisme d'IRF1 a d'ailleurs été associé avec l'allergie bien qu'un faible nombre de patients ait été examiné et qu'il n'y ait pas d'information sur l'impact fonctionnel de ce polymorphisme 191. D'un point de vue thérapeutique, IRF1 ou IRF4 pourraient être des cibles idéales pour une
déviation sélective de la réponse immune étant donné qu'ils activent différents gènes nécessaires au développement de ces réponses.
Le lupus (SLE) est caractérisé par une production d'anticorps dirigés contre la chromatine ou contre des macromolécules contenant des acides nucléiques tel que les snRNPs (small nuclear ribonucleoproteins) 192. L'association de ces anticorps avec leur cible forme des complexes immuns capables d'activer les pDCs à produire des IFNs de types I suite à
l'engagement de TLR7, 8 ou 9 193,194. La production de cytokines pro-inflammatoires par
les mDCs contribue aussi au développement de cette maladie. L'activation d'IRF7 et d'IRF5 par la voie MyD88 dépendante joue un rôle prépondérant dans ce processus pathologique. Un polymorphisme dans le gène codant pour IRF5 est associé au
développement du lupus 195.
Toujours chez l'homme, des mutations affectant la fonction d'IRF6 sont mises en cause dans le syndrome de Van der Woude caractérisé entre autre par des anomalies du
développement facial (fente labiale ou palatine) 196.
L'utilisation de souris déficientes pour le gène codant pour IRF8 a mis en évidence l'implication de ce facteur dans le développement d'un syndrome ressemblant à la leucémie myéloïde chronique (LMC) humaine. En effet, ces souris présentent une hématopoïèse dérégulée caractérisée par une expansion clonale de cellules non
différenciées 197. Par la suite, l'étude de cellules provenant de patients souffrant de LMC a
montré un défaut d'expression d'IRF8 198. De la même manière, les souris IRF2
-/-développent une inflammation progressive de la peau comparable au psoriasis 199. Chez
l'homme, l'association d'IRF2 au développement de cette maladie semble dépendre du type de psoriasis pris en considération 200,201.
Alors que certains membres de la famille des IRFs tels que IRF1, IRF3 et IRF9 jouent un
rôle anti-tumoral 202-204, deux membres sont impliqués dans le développement de cancer.
IRF2 et IRF4 exercent ainsi une fonction oncogénique. IRF2, d'une part, empêche la liaison d'IRF1 à son site de liaison et par conséquent inhibe sa fonction anti-oncogénique
205. D'autre part, IRF2 induit l'expression de gènes impliqués dans l'oncogenèse 206. En ce
qui concerne IRF4, son expression est augmentée dans les cellules T suite à une infection par HTLV-1 (human T cell leukemia virus-1) et cette augmentation est liée à une réduction de l'expression de gènes impliqués dans le contrôle du cycle cellulaire mais aussi dans la réparation de l'ADN 207,208.
4 Les cytokines de la famille de l'interleukine 12
La famille de l’IL-12 appartient à la superfamille des cytokines de type I dont les membres possèdent des motifs structuraux communs. Les ligands sont caractérisés par un motif de boucle avec quatre hélices alors que les récepteurs présentent un domaine hématopoïétine. La famille de l’IL-12 comprend quatre membres: l’IL-12, découverte il y a environs 20 ans, 23 et 27, identifiées il y a quelques années, et finalement l’IL-35 dont les fonctions biologiques viennent d’être mises à jour. Ces cytokines diffèrent quelque peu des autres membres de la famille des cytokines de type I de par leur forme hétérodimérique (Fig 27). En effet, la forme bioactive de l’IL-12 est formée par l’association de deux sous-unités liées de manière covalente par un pont disulfure: la p35, homologue aux cytokines de type I et la p40, structurellement semblable à la
portion extracellulaire de la chaîne D du récepteur de l'IL-6 indiquant que cette cytokine
pourrait avoir évolué à partir d’un membre de la famille de l'IL-6 et de son récepteur. La sous-unité p40 peut également s’associer à la sous-unité p19, homologue à la p35, pour former l’IL-23. L’IL-27 se compose de la sous-unité p28, également apparentée à la p35, liée de manière non covalente à la sous-unité EBI3 (EBV-induced gene 3), homologue à la p40. EBI3 est finalement capable de former un complexe avec la p35 appelé IL-35. L'expression coordonée des sous-unités p35, p19 et p28 avec leur partenaire respectif au sein de la même cellule est indispensable pour leur sécrétion et par conséquent pour leur fonction biologique alors que la p40 et EBI3 peuvent être sécrétés sous forme
d’homodimère ou de monomère 209,210.