La chimiokine CX3CL1, plus communément appelée fractalkine (FKN), a été identifiée chez l’homme par l’équipe de Bazan en 1997 (Bazan, Bacon et al. 1997) . La neurotactine, l’homologue murin de la FKN, a été clonée à partir d’une lignée de cellules de plexus choroïde (Pan, Lloyd et al. 1997). La chaine protéique de la FKN est hautement conservée entre l’humain et la souris (Rossi, Hardiman et al. 1998). La FKN possède les 4 cystéines conservées qui signent son appartenance à la famille des chimiokines. Cependant, les deux premières cystéines sont séparées par 3 AA. Ce motif permet de classer la FKN dans une quatrième sous-famille de chimiokine, les CX3C ou δ chimiokine dont elle constitue aujourd’hui encore le seul membre. Alors que la séquence peptidique de la plupart des chimiokines ne dépasse que rarement les 100 AA , la FKN se compose de 373 AA qui constituent 4 domaines (Bazan, Bacon et al. 1997) (Figure 23):
- Les 76 premiers acides aminés forment le domaine chimiokine contenant le motif CX3C.
- Un segment de 241 AA constitué de la répétition de 17 motifs de type mucine, riche en résidus sérine et thréonine, qui est le site potentiel de glycosylation. Cette tige mucine possède une forte homologie avec les protéoglycanes. Cependant, elle ne possède pas de site d’attachement pour des héparanes sulfate. Ce domaine mucine à une longueur de 26nm.
- Un segment transmembranaire de 18 AA hydrophobes
- Un segment intracellulaire de 37 AA.
Au niveau de leur structure tridimensionnelle, la FKN est formé d’un feuillet β composé de trois brins antiparallèles et une hélice α en position C-terminale (Figure 24).
INTRODUCTION
75 La FKN est exprimée sous deux formes: membranaire et soluble. La FKN est la seule chimiokine avec CXCL16 à exister sous forme membranaire (Matloubian, David et al. 2000). La chimiokine est présentée à la surface membranaire par un tronc mucine. Un site de clivage protéolytique extracellulaire à proximité de la membrane (Thr314, Arg315, Arg316, Gln317) permet à la FKN d’être clivée et relarguée sous forme soluble (Bazan, Bacon et al. 1997).
Figure 23 : Stucture de la FKN (Umehara and Imai 2001).
76 IV.1.2. Site de production de la FKN
La FKN est exprimée au niveau de nombreux organes tels que le cœur, le rein, la peau, les poumons, les testicules, le muscle squelettique, le cerveau, les amygdales et les organes lymphoïdes secondaires (Legler, Loetscher et al. 1998; Nishiyori, Minami et al. 1998). Dans le cerveau, les neurones sont responsables de la production de FKN (Clark, Yip et al. 2009; Marchesi, Locatelli et al. 2010). Dans la peau, outre les cellules endothéliales, les mélanocytes, les cellules de Langerhans et les kératinocytes produisent cette chimiokine (Papadopoulos, Fitzhugh et al. 2000; Sugaya, Nakamura et al. 2003). La FKN est également exprimée par les cellules endothéliales, les cellules épithéliales et par les cellules dendritiques matures (Kikuchi, Andarini et al. 2005; Yang, Mattagajasingh et al. 2007). La FKN est également détectée dans différents types des tumeurs, y compris le neuroblastome, le carcinome hépatocellulaire, le mélanome et la tumeur du colon (Marchesi, Locatelli et al. 2010).
IV.1.3. Régulation de l’expression membranaire de la FKN
La régulation de l’expression de la FKN peut se fait à plusieurs niveaux : celui du clivage de la forme membranaire et celui de la néosynthèse de la FKN (Bazan, Bacon et al. 1997), et elle peut être également régulée par l’endocytose (Huang, Su et al. 2009).
IV.1.3.a. Régulation d’expression membranaire de la FKN par le clivage enzymatique
On connait deux enzymes qui entrent dans le clivage de la FKN membranaire: le premier est le Tumor necrosis factor-α-converting enzyme, TNF-α-converting enzyme (TACE/ADAMs 17) identifié en 2001 par deux équipes (Garton, Gough et al. 2001; Tsou, Haskell et al. 2001) et le deuxième appartient à la famille des métalloprotéases (ADAM-10) connues pour cliver le TNF α. Le clivage de la FKN se fait principalement par ADAM10/TACE, tandis que l’augmentation de clivage de FKN dans des conditions inflammatoires est principalement médié par ADAM17 (Ludwig, Hundhausen et al. 2005). En outre, la protéase lysosomale cathepsine S peut induire le clivage de la FKN dans le cas de douleur neuropathique (Clark, Yip et al. 2007). Il a été également montré que le phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) et le lipopolysaccharide (LPS) augmentent le clivage de la FKN membranaire par l’activation des enzymes de clivage et surtout l’ADAM17. Récemment, il a été découvert que l’ionomycine agissait comme un facteur qui induit rapidement le clivage de la FKN membranaire par l’activation puissante de l’ADAM10 (Hundhausen, Schulte et al. 2007).
INTRODUCTION
77 Il a été montré que l'hypoxie suivi de la réoxygénation des cellules HUVEC augmente le clivage de la FKN membranaire. Cette augmentation du clivage de la FKN membranaire après une réoxygénation est dû à l’augmentation de l’activation de l’ADAM10 et ADAM17 (Yang, Mattagajasingh et al. 2007).
Une étude récente sur des cellules neuronales corticales du cerveau du rat a montré pour la première fois que la chimiokine SDF-1 augmente la libération de la FKN soluble. L’inhibition d’ADAM17 par l’inhibiteur GM6001 montre que SDF-1 augmente l’expression et l’activité d’ADAM17, ce qui augmente le clivage de la FKN membranaire et sa libération sous forme soluble (Cook, Hippensteel et al. 2010).
Plusieurs inhibiteurs différents des métalloprotéases qui bloquent le clivage ont été identifiés comme le 10 phénanthroline, le GM6001, le GI254023X, GW280264X et le TAP1- 2. Une étude récente à montré que le thiol isomérase peut diminuer le mécanisme de clivage par le maintien de l’ADAM17 sous forme inactive (Willems, Tape et al. 2010).
IV.1.3.b. Régulation de la synthèse de la FKN
L’expression de la FKN augmente généralement en présence de cytokines pro- inflammatoires comme l’IL-1, le TNF-α, le INF-γ (Ludwig, Berkhout et al. 2002). La synthèse de la FKN est régulée dans différentes types cellulaires, tels que les cellules endothéliales, les cellules dendritiques et les cellules épithéliales.
Régulation sur les cellules endothéliales
La FKN est peu exprimée dans les cellules endothéliales (CEs) normales. Tandis que son expression augmente de façon marquée dans CEs activées par les agonistes pro- inflammatoires, tels que le lipopolysaccharide, le TNF-α, le INF-γ, et l'interleukine-1 (IL-1) (Imaizumi, Yoshida et al. 2004). TNF-α et IL-1 augmentent l'expression de la FKN par la voie de signalisation NF-kB (nuclear factor-kappa B), alors que l’INF-γ utilise la voie JAK- Stat (Yang, Mattagajasingh et al. 2007). Une étude récente sur les cellules HUVEC montre que la combinaison des deux cytokines proinflammatoires, l’INFγ et TNFα, jouent un rôle dans la régulation postranscriptionnelle de la fractalkine et induisent la stabilité de l’ARNm de la FKN par l’activation de la voie de signalisation P38MAPK-MAPK-activated protein kinase-2 (Matsumiya, Ota et al. 2010).
78 Yang et al. ont montré que l'hypoxie suivie de la réoxygénation des cellules HUVEC augmente rapidement l'expression de la FKN membranaire. Cette augmentation de l’expression de la FKN après une réoxygénation est liée à l'activation du facteur nucléaire NF- kB, qui à son tour régule l’expression de nombreux gènes pro-inflammatoires (Yang, Mattagajasingh et al. 2007).
L’expression de la FKN dans les cellules endothéliales est inhibée par la forme soluble du récepteur de l'IL-6-alpha et la 15-désoxy-Delta (12,14)-prostaglandine J (Imaizumi, Yoshida et al. 2004).
Régulation de l’expression sur les cellules dendritiques
Plusieurs études montrent que la FKN est exprimée sur toutes les cellules dendritiques (CDs) quel que soit le stade de différenciation. Cependant cette expression augmente chez les cellules dendritiques matures (CD83+ ou CMH-II+). L’expression de la FKN par les DCs immatures est augmentée par des cytokines telles que le GM-CSF et le TGFβ et ou bien par le LPS (Papadopoulos, Fitzhugh et al. 2000; Nukiwa, Andarini et al. 2006).
Régulation de l’expression sur les cellules épithéliales
La forme transmembranaire de la FKN est exprimée principalement par les cellules épithéliales par exemple les cellules épithéliales de la peau, de l'amygdale, du grand intestin (Lucas, Chadwick et al. 2001) et des poumons (Rimaniol, Till et al. 2003). L’INF-γ augmente l'expression de la FKN dans les cellules épithéliales bronchiques. L’augmentation de l’expression de la FKN est remarquée chez les patients souffrant d’asthme (Fujimoto, Imaizumi et al. 2001; Rimaniol, Till et al. 2003). En outre, le TNF-α augmente l’expression de la FKN dans les cellules épithéliales des tubules rénaux (Chakravorty, Cockwell et al. 2002).
IV.1.3.c. Régulation de l’expression membranaire de la FKN par l’endocytose
Une étude récente montre que l’expression membranaire de la FKN peut également être régulée par l’endocytose. La partie C-terminale de la FKN et l’intervention des deux protéines clathrine et dynamine sont essentielles pour l’endocytose de la FKN, ce qui protège son clivage par les métalloprotéases. Ce mécanisme d’internalisation n’est pas connu chez les autres chimiokines et il permet à la FKN d’être stockée et garde un équilibre entre leur compartiment intracellulaire et membranaire. Le stockage intracellulaire de la FKN est
INTRODUCTION
79 important, au moment de l’inflammation qui permet une libération rapide de la FKN à la surface membranaire pour jouer un rôle dans l’adhésion des leucocytes (Huang, Su et al. 2009).