Les fonctions cellulaires de Nestin

Bien que la protéine Nestin soit reconnue comme un marqueur de cellules souches, peu d’informations existent sur la fonction cellulaire qu’elle occupe. Des études ont démontré que cette protéine jouerait un rôle dans la protection contre le stress oxydatif, dans la prolifération et la différenciation cellulaire, dans les mécanismes d’angiogenèse et dans la réparation tissulaire. Toutefois, le rôle de la protéine Nestin dans les cellules vasculaires demeure, pour l’instant, mal connu.

1.4.2.5.1 Rôle dans la protection contre le stress oxydatif et la survie cellulaire

La protéine Nestin pourrait jouer un rôle de protection et de survie dans les cellules progénitrices/souches neuronales contre le stress oxydatif. Une étude in vitro a rapporté que suite à une stimulation avec du peroxyde d’hydrogène, la perte de la protéine Nestin précédait l’initiation de l’apoptose dans les précurseurs neuronaux. Cette étude a également révélé que la protéine Nestin est une protéine d'échafaudage dans la signalisation du complexe CDK5. Elle peut médier la survie cellulaire durant un stress oxydatif en régulant l’activité et la localisation du complexe CDK5/p35 dans la cellule. [414]

De plus, l’hyperglycémie est responsable de l’apoptose des podocytes par un mécanisme également dépendant de CDK5. En effet, une étude a démontré qu’une diminution

de CDK5 permet d’augmenter l’expression de Nestin et de réduire l’apoptose des podocytes induits par l’hyperglycémie. Cette étude suggère que la protéine Nestin joue un rôle dans la survie cellulaire en situation hyperglycémique dans les podocytes. [415]

1.4.2.6.2 Rôle dans la régulation de la différenciation cellulaire

La progression du cycle cellulaire menant à la prolifération des cellules est dépendante de l’interaction entre les CDK, les protéines kinases et d’une diversité de protéines régulatrices. [363] Récemment, l’implication des CDK dans les processus de prolifération et de différenciation a été établie. [416] Durant l’embryogenèse, CDK5 est un facteur crucial de signalisation. [417] En effet, une déficience en CDK5 altère la migration neuronale durant le développent cortical [418] et inhibe la myogenèse. [419] [420] Lors de la différenciation des myoblastes, l’activité de CDK5est régulée par la protéine kinase C atypique zêta (ζ). Celle-ci phosphoryle la protéine p35, l’activateur de Cdk5, ainsi que la calpaine. (Voir Figure 16. Rôle régulateur de Nestin dans le cycle cellulaire des myocytes.) Ces évènements régulent conjointement le clivage de p35 en p25, une protéine activatrice. Les facteurs cellulaires p25 et p35 peuvent alors former un complexe actif avec CDK5 qui est impliqué dans la différenciation myogénique. [421] La protéine Nestin sert de protéine d’échafaudage du complexe CDK5/p35/p25 en régulant elle aussi le clivage partiel de p35 en p25. Une quantité suffisante de ce complexe CDK5/p25 s’avère essentielle au processus de différenciation des myoblastes. La CDK5 régule à son tour la réorganisation de Nestin durant la fusion des myoblastes. [414] Il phosphoryle la protéine Nestin sur la thréonine 316 et permet sa réorganisation, [370] créant ainsi une boucle de rétrocontrôle sur la production de p25 et sur la myogenèse. [422]

p35

p35

p25

CDK5

CDK5

Inactive

Active

Expression

de Nestin

Myogénèse

PKC ζ

Calpaine

Figure 16. Rôle régulateur de Nestin dans le cycle cellulaire des myocytes. Nestin permet le clivage de p35 en p25. Le complexe p35/p25/CDK5 est alors activé et la différenciation des myoblastes est amorcée. À son tour, CDK5 régule l’assemblage de Nestin lors de la fusion des myoblastes. (Modifiée de [422] )

La protéine Nestin est un marqueur de cellules souches neuronales et joue également un rôle dans la différenciation et la division des cellules neuronales durant le développement de celles-ci. [395]

1.4.2.6.3 Rôle dans l’angiogenèse

Au cours du développement, les cellules souches de la crête neurale cardiaque migrent et participent à la formation de l'aorte et de l'artère pulmonaire. [8, 423] Il a été rapporté que ces cellules ont un potentiel de différenciation en CE et CML lorsqu’elles sont soumises à certaines conditions. En effet, la protéine Nestin est détectée dans les CE des capillaires (vaisseaux de petits calibres) formés de novo lors de la cicatrisation cardiaque. [397] Les cellules Nestin+ participent également à la vascularisation réparatrice du myocarde qui

survient suite à un infarctus. [407] La transplantation de cellules résidentes, exprimant Nestin+ dans les cœurs normaux et infraciés, a révélé qu’une sous-population de cellules avait la capacité de se différencier en CML et/ou en CE menant à la formation de novo de vaisseaux sanguins. [406, 424] De plus, une sous-population de cellules Nestin+ dérivée de la peau a démontré un potentiel de différenciation en cellules vasculaires et a contribué directement à l’angiogenèse. [425]

Nestin est également exprimée durant la vascularisation d’une tumeur. Nestin a été détectée dans les mélanomes [426],les neuroblastomes [427, 428], les angiosarcomes [428]et les glioblastomes [429].Les niveaux d’expression de la protéine augmentent également avec la sévérité des cancers suggérant que l’expression de Nestin peut être utilisée dans l’établissement d’un diagnostic ainsi qu’un pronostique de cancers. [430].

1.4.2.6.4 Rôle dans régénération tissulaire cardiaque

Notre laboratoire a permis d’établir que la protéine Nestin est exprimée dans les fibroblastes ventriculaires de rats néonataux et que son expression diminue progressivement au cours de la croissance postnatale du cœur. [431] Réprimée pendant le développement du cœur, cette protéine est réexprimée dans une sous-population de myofibroblastes cardiaques suite à un infarctus du myocarde. Cette réexpression peut représenter une réponse adaptative du tissu cardiaque pour augmenter la prolifération des myofibroblastes et accélérer le processus de guérison du tissu. [431] D’autres études de notre laboratoire ont permis de déterminer que les cœurs normaux de rats et de souris contiennent des cellules Nestin+ intercalées parmi les myocytes cardiaques (Nestin-). [396, 397, 406]

Nous avons également isolé les cellules Nestin+ qui croissent in vitro comme des neurosphères suggérant un potentiel neuronal. [406] Leur plasticité n’est pas limitée à la neurogénèse puisqu’une sous-population des cellules des neurosphères est capable de se différencier en un phénotype vasculaire et de mènent à la formation de novo de vaisseaux sanguins durant la cicatrisation cardiaque. [406] Collectivement, ces données obtenus par notre laboratoire et d’autres équipes, suggèrent la présence, dans le cœur, de cellules Nestin+

qui possèdent des caractéristiques d’une population de cellules souches neuronales cardiaques. [397, 406, 424, 432-435] D’ailleurs, une étude précédente de notre laboratoire a permis de confirmer que le cœur contient une population endogène de cellules Nestin+. [397] Ainsi, dans cette étude, un transfert de cellules de moelle osseuse de souris contenant des cellules Nestin GFP+ a été réalisé et a démontré que ce sont les cellules Nestin+ endogènes qui participent à la formation de la cicatrice suite à un infarctus du myocarde. [397] Les cellules Nestin+ injectées peuvent exprimer différents facteurs de croissance impliqués dans la migration, dans la formation de la fibrose et dans l’angiogenèse. Ces effets, observés par notre laboraoire, dans la zone infarciée/péri-infarciée, peuvent directement accroître la réponse fibrotique réparatrice. [407] En effet, une diminution de la taille de la cicatrice ainsi qu’une meilleure vascularisation de la région infarciée/péri infarciée ont été observées suite à l’injection de cellules Nestin+. [407]

La différenciation in vitro de cellules Nestin+ résidente du cœur en un phénotype neuronal (démontré par une synthèse de neurofilament M) est également retrouvée in vivo dans la région infarciée/péri infarciée d’un cœur ayant subi un dommage ischémique. Une innervation de la cicatrice cardiaque par les cellules Nestin+ produisant des Neurofilaments M a également été observée par notre laboratoire. [436]