CXCR4 (CD184) est un récepteur ubiquitaire aux chimiokines (CKR = chemokine receptor) de type C-X-C qui appartient à la famille des récepteurs couplés aux protéines G (GPCR) de classe I contenant 7 domaines transmembranaires (7TM). Dans des conditions
TRAIL! TRAIL! HLADR!
FFN-511! CB!
Figure D1 : Marqueur d’activation des pDC en présence de FFN-511 ou de CB
physiologiques normales, CXCR4 est principalement exprimé sur les cellules hématopoïétiques et les cellules du système immunitaire mais aussi sur une grande variété de tissus comme les tissus lymphatiques, le thymus, le cerveau, la rate, l’estomac et le petit intestin, sur lesquels il a un grand nombre de fonctions (Figure D2). En effet, CXCR4 a un rôle important dans le recrutement des leucocytes vers les sites des pathologies, le maintient des cellules souches hématopoïétiques CD34+ dans leur site d’hébergement « homing » dans la moelle osseuse et dans le développement du système immunitaire, du système nerveux central et du système cardiovasculaire mais aussi dans les métastases tumorales.
CXCR4 est le récepteur spécifique de la chimiokine CXCL12, connu aussi sous le nom de SDF-1 (stromal-derived-factor-1) (Nagasawa et al., 1996b ; Nagasawa, 2015), qui peut aussi se fixer à CXCR7. CXCL12 est une chimiokine homéostatique de 8 kDa composée de 67 acides aminés et est localisée principalement dans la moelle osseuse. Lorsque CXCL12 se fixe à CXCR4, cela provoque une migration directionnelle des cellules vers une localisation spécifique : le chimiotaxisme (Nagasawa et al., 1996b). L’axe CXCR4/CXCL12 est essentiel pendant l’embryogénèse, l’hématopoïèse (migration cellulaire notamment des leucocytes de la moelle
Figure D2 : Présence tissulaire et cellulaire d’ARNm de CXCR4
osseuse vers le sang et les tissus afin d’assurer un équilibre quelques soient les conditions), l’organisation du système immunitaire (attraction des cellules immunitaires vers les sites inflammatoires où les chimiokines activent les molécules d’adhésion et la polarisation des lymphocytes T CD4+ afin qu’ils deviennent des cellules effectrices pro-inflammatoires) et le développement des métastases (les cellules cancéreuses expriment les chimiokines et leurs récepteurs, activant ainsi une boucle autocrine mais aussi peuvent recruter des cellules du système immunitaire et favoriser l’angiogenèse). L’absence de la protéine CXCL12 ou du récepteur CXCR4 induit la mort embryologique des souris KO (Nagasawa et al., 1996a; Tachibana et al., 1998; Zou et al., 1998).
Le couple CXCL12/CXCR4 est une cible thérapeutique très intéressante en raison de ses rôles primordiaux dans des processus physiologiques comme l’entrée du VIH, les métastases tumorales, le trafficking cellulaire dans les maladies auto-immunes et dans les conditions inflammatoires. Ainsi, une intervention sur l’interaction entre CXCL12 et CXCR4 semble être prometteuse pour une variété d’applications cliniques.
CXCR4 est composé de 352 acides aminés avec le N-terminal du côté extracellulaire, sept domaines transmembranaires et le C-terminal du côté intracellulaire. CXCL12 se fixe sur la queue libre du côté N-terminal et sur les boucles extracellulaires. Plusieurs études cristallographiques, comme la structure 3ODU, tendent à montrer que CXCR4 forme un homodimère. On peut aussi noter que la cavité de fixation du ligand sur CXCR4 est plus grande et plus proche de la surface extracellulaire que les autres GPCR (Wu et al., 2010) (Figure D3).
CXCR4 est l’un des corécepteurs du VIH, avec CCR5 (C-C chemokine receptor), permettant son entrée dans les cellules cibles du système immunitaire et joue un rôle
Figure D3 : Structure monomérique et dimérique de CXCR4 selon le modèle 3ODU
physiologique important dans l’infection virale (Signoret et al., 1998). Dans les phases précoces de l’infection, le VIH utilise principalement le corécepteur CCR5 alors que pendant les phases chroniques de l’infection le virus utilise plutôt le corécepteur CXCR4. Ainsi, comme nous voulons étudier le rôle néfaste de l’IFN-I lors des phases chroniques de l’infection par le VIH nous utilisons principalement un virus de polymorphisme X4. D’autre part, il a été montré que le virus VIH de tropisme X4 entrainait une diminution drastique des lymphocytes T CD4+.
CXCR4 est aussi un marqueur de pronostique dans différents cancers comme les leucémies, les cancers du sein, des poumons, de la prostate, des ovaires et du colon dans lesquels l’axe CXCL12/CXCR4 joue un rôle important dans la progression de la maladie (Zhang et al., 2015). De plus, les organes et tissus qui possèdent de hauts niveaux de CXCL12 attirent les cellules cancéreuses qui expriment CXCR4. En effet, CXCR4 a été associé avec plus de 20 types de cancers différents.
CXCL12 joue le rôle de cytokines pro-inflammatoires en se fixant à CXCR4 dans le développement de maladies auto-immunes comme l’arthrose rhumatoïde. Les lymphocytes T des ganglions lymphatiques migrent en direction de CXCL12 présent dans les articulations arthritiques, dépendamment de l’expression de CXCR4 à leur surface, validant le rôle de CXCR4 dans le chimiotaxisme des lymphocytes T. La surexpression de CXCR4 et de CXCL12 promeut aussi la pathogénicité du SLE. Ainsi, CXCR4 est considérablement augmenté sur les monocytes, les neutrophiles et les lymphocytes B alors que CXCL12 est lui augmenté dans la peau et dans les reins attirant ainsi les cellules immunitaires.
III. B. 2. Interaction entre CXCR4 et CXCL12
La résolution de la structure du complexe CXCR4:CXCL12 a été limitée à de la résonnance magnétique nucléaire (RMN) entre la chimiokine et des peptides dérivés de la partie N-terminal de CXCR4 (Ryu et al., 2007). Cependant, plusieurs structures cristallographiques de CXCR4 ont été obtenues avec les antagonistes IT1t et CXV15 (Wu et al., 2010). Plus récemment, une nouvelle structure cristallographique de CXCR4 complexée avec vMIP-II, une chimiokine virale de type CC codée par HHV-8 ou KSHV (Human herpesvirus-8 / Kaposie’s sarcoma-associated herpesvirus) structuralement proche de CCL3 et qui se fixe à un grand nombre de CKR afin d’inhiber leur action antivirale (Qin et al., 2015). vMIP-II a été sélectionnée à la place du ligand naturel car la fixation de haute affinité de CXCL12 nécessite le couplage des protéines G à son récepteur, alors qu’il est inutile à la fixation de l’antagoniste. Ainsi, les auteurs ont pu établir que la stoechiométrie de la structure est de 1:1 comme l’avait précédemment montré par modélisation puis validé pharmacologiquement l’équipe de Handel (Kufareva et al.,