Les intégrines et leurs rôles dans la génération de thrombine

1)Généralités sur les intégrines

Les intégrines sont des récepteurs cellulaires hétérodimériques constitués de deux sous-unités α et β

transmembranaires. Actuellement, on dénombre 18 sous-unités α et 8 sous-unités β qui s’associent entre elles pour former 24 intégrines différentes. Elles sont présentes à la surface des cellules

Synthèse bibliographique

adhérentes des organismes multicellulaires et se lient à plusieurs constituants de la matrice extracellulaire (MEC).

Les intégrines sont fortement exprimées sur certains types de cellules tels que les fibroblastes, les plaquettes, les cellules tumorales, les CEs néoformées ainsi que sur les CMLVs.

Les intégrines ont un rôle dans l’adhérence cellulaire en interagissant notamment avec les microfilaments d’actine du cytosquelette des CEs et certains constituants de la MEC. Parmi ces dernières, il faut citer le collagène, la laminine, la fibronectine ou encore la vitronectine (Rovensky, 1998). Les intégrines n’ont pas de d’activité enzymatique intrinsèque mais forment des complexes sur les rafts lipidiques membranaires avec des kinases et d’autres protéines qui transmettent des informations de part et d’autre des cellules vasculaires afin que ces dernières interagissent avec leur environnement (Jin et al., 2004). Les informations transmises incluent des variations intracellulaires de calcium et de pH, la synthèse d’inositol ainsi que des phosphorylations de diverses protéines, telles que FAK, Src ou Ras, conduisant à la formation de signaux de survie.

La spécificité de liaison dépend du domaine extracellulaire des sous-unités α. Les intégrines présentes

in vivo dans les CMLs adultes sont α1β1, α3β1, α5β1, α8β1, αvβ1 et αvβ3, et permettent des liaisons avec des séquences spécifiques (par exemple, un ligand portant une séquence RGD). Elles sont donc classées comme des récepteurs du collagène, des récepteurs de séquences RGD, des récepteurs de laminine et des récepteurs spécifiques des lymphocytes (Figure 8).

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2)L’intégrine α

β

Dans un tissu sain, les vaisseaux n’expriment pas ou faiblement cette intégrine (Brooks et al., 1994; Max et al., 1997). Cette intégrine est présente également à la surface des cellules épithéliales et intestinales, des macrophages ou encore des ostéoclastes (Natali et al., 1997). L’intégrine αvβ3 est connue pour être surexprimée au cours du remodelage vasculaire et l’angiogenèse au niveau des CE.

a) Structure de l’intégrine αvβ3

La structure cristallographique de la partie extracellulaire de l’intégrine αvβ3 a été décrite par l’équipe du Pr. Arnaout en 2001 (Xiong et al., 2001). Les études structurales ont permis de mieux comprendre le fonctionnement et le mécanisme d’activation des intégrines dont notamment les deux conformations adoptées par la partie extracellulaire de l’intégrine αvβ3 (Xiong et al., 2002). Lorsque l’intégrine est dans sa structure repliée, elle est inactive et lorsqu’elle est dans sa structure étendue, elle est active. (Figure 9).

Figure 9 : Structures repliées et étendues d’une intégrine. Adaptée d’après (David A. Calderwood et

al., 2013)

La partie intracellulaire des intégrines est un site de liaison pour la taline, une protéine du cytosquelette, indirectement liée au microfilament d’actine.

b)_{Fonctions des intégrines}

Les intégrines exercent deux fonctions principales :

-l’interaction cellule-MEC. Les intégrines se regroupent sous forme de complexes ou « clustering » qui augmentent leurs activités pour les ligands.

Synthèse bibliographique

 _{« inside-out ». L’activation de la signalisation « inside-out » résulte en une}

augmentation de l’affinité de l’intégrine pour son ligand extracellulaire (Takagi et al., 2002; Takagi and Springer, 2002). Des études structurales, réalisées à l’aide d’anticorps, ont montré que l’activation des intégrines correspond à un changement conformationnel, initié au niveau des parties cytoplasmiques se propageant à travers les parties transmembranaires jusqu’aux domaines extracellulaires (Calderwood, 2004; Liddington and Ginsberg, 2002; Takagi et al., 2002)

 « outside-out ». Il est clairement établi aujourd’hui que les intégrines ne se limitent pas à lier des protéines adhérentes extracellulaires mais qu’elles agissent également en tant que véritables récepteurs transmettant une information au niveau intracellulaire. La signalisation « outside-in » est un mécanisme commun des récepteurs membranaires et qui n’est donc pas propre aux intégrines. La plupart des ligands des intégrines sont multivalents, leur interaction avec la partie extracellulaire des intégrines induit le regroupement des intégrines au niveau de la membrane plasmique en complexes appelés «clusters». Ces complexes peuvent alors recruter des protéines de signalisation au niveau cytoplasmique et induire des cascades de signalisation intracellulaire. Il est généralement admis que c’est le regroupement des intégrines qui induit la transduction de signaux de l’extérieur vers l’intérieur de la cellule (Abram and Lowell, 2009; Giancotti and Ruoslahti, 1999).

Synthèse bibliographique

Figure 10 : Représentation schématique des deux conformations de l’intégrine. A gauche, dans la

conformation inactive (faible affinité pour les composants de la MEC), les sous-unités d’intégrine α- et -ß sont proche avec la tête penchée vers la membrane plasmique. La liaison au domaine cytoplasmique des intégrines de la SHARPIN ou de MDGI à la sous-unité α ou de ICAP1 ou de la filamine (pour les sous- unités ß) stabilisent l'hétérodimère d'intégrine dans cette conformation de faible affinité. La formation de la conformation de haute affinité nécessite à la fois l'extension des domaines extracellulaires et la séparation de la sous-unité α de la sous-unité ß de l’intégrine, ce qui entraîne une conformation activée « headpiece » (à droite). La formation de cette conformation de haute affinité activée peut être déclenchée soit par la liaison de composants de la MEC au domaine extracellulaire de l'intégrine. C’est la signalisation dite "outside-in" ou soit par l'association de la taline et de la kindlin au domaine cytoplasmique de la sous-unité d’intégrine ß en réponse à un signal intracellulaire appelé "inside-out" comme le montre la signalisation au centre du schéma. Dans le schéma dépeignant la signalisation «inside-out», les domaines extracellulaires des intégrines ont été omis pour une plus grande clarté (Pouwels et al., 2012).

La partie interagissant avec les constituants intracellulaires contrôle des molécules de signalisation. En particulier, l’intégrine αβ participe à la survie cellulaire. En effet, l’administration d’un antagoniste de

Synthèse bibliographique

l’intégrine va entrainer la mort vasculaire. L’activation et la translocation nucléaire du facteur de transcription NF-κB sont impliquées dans cette fonction spécifique de l’intégrine αvβ3 sur la survie cellulaire.

Figure 11 : Voies générales de signalisation régulées par les intégrines et les facteurs de croissance

(SFK = Famille de tyrosine kinases). Adapté d’après (Guo and Giancotti, 2004; Ruegg and Mariotti, 2003).

L’intégrine αvβ3 participe à l’adhésion cellulaire en liant certains composés de la MEC tels que la vitronectine, la fibronectine ou le fibrinogène, indépendamment de la présence de facteurs de croissance (Eliceiri, 2001). Elle est également capable de coopérer de façon particulière avec le facteur de croissance b-FGF. Cette association entraîne l’activation de la voie du NF-кB, du facteur de transcription ERK et l’entrée de calcium intracellulaire induisant la réorganisation du cytosquelette, la formation de fibres de stress et l’adhésion cellulaire.

c) Rôles de l’intégrine αvβ3

L’intégrine αvβ3 peut se lier à différents ligands tels que la fibronectine et la vitronectine grâce au motif peptidique RGD (Arginine - Glycine – Acide aspartique) qu’ils contiennent. D’autres intégrines ont également la capacité de reconnaître le motif RGD, notamment α5β1, α8β1, αIIBβ3, αvβ5, αvβ6 et αvβ8 . Elle s’active en présence de VEGF, de b-FGF, de TGF-b1 et en conditions d’hypoxie (Brooks et al., 1994; Friedlander et al., 1995; Gloe et al., 2002; Ruoslahti et al., 1994). Par ailleurs, l’intégrine s’associe directement avec les récepteurs VEGF-R2, PDGF-R2 et IR (insuline receptor) et favorise l’angiogenèse (Eliceiri, 2001).

Synthèse bibliographique

Chez la souris, l’invalidation génique de la sous-unité αv n’est pas viable contrairement à l’invalidation génique de la sous-unité β3 mais qui néanmoins induit des hémorragies à cause de l’absence de l’intégrine αIIbβ3 des plaquettes. Des mécanismes compensatoires de l’intégrine αvβ3 ont lieu impliquant les intégrines αvβ5 et α5β1 (Eliceiri and Cheresh, 2000). Néanmoins, le fait d’invalider les gènes qui codent pour la sous-unité β3 ne va empêcher ni l’angiogenèse ni la vasculogenèse ce qui rend difficile l’explication des rôles précis de cette intégrine alphav. De plus, les souris β3-null, comme les β5-null, développent une angiogenèse très active en réponse au VEGF, à l’hypoxie ou au développement tumoral (Reynolds et al., 2002).

La migration cellulaire est un processus régulé par des variations de composants cellulaires et matriciels. La cellule doit acquérir une asymétrie spatiale pour générer les forces nécessaires à son déplacement. L’intégrine αvβ3 a un rôle majeur dans la migration des CEs : la présence d’antagonistes d’αvβ3 réduit la mobilité cellulaire en diminuant physiquement les interactions cellules / matrice et/ou en altérant le signal intracellulaire transmis (Rupp et al., 2004). Plus précisément, la sous-unité av semble jouer un rôle fondamental dans l’adhésion cellulaire.

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3)Intégrine α

β

L’intégrine αIIbβ3 se rapproche structurellement et fonctionnellement de l’intégrine αvβ3. De ce fait, elle reconnait également le motif peptidique RGD et notamment la fibronectine. Cette intégrine est exprimée essentiellement à la surface des plaquettes et des mégacaryocytes. En fonction de l’état d’activation des cellules, son niveau d’expression varie de 40 000 à 80 000 intégrines par cellules. Elle participe à l’agrégation, l’étalement cellulaire ainsi qu’à la rétraction du caillot (Shattil, 1995).

4)Thrombine et activation de l’intégrine αvβ3

Les effets de la thrombine sur l’activation de l’intégrine αvβ3 sont moins connus que ceux sur l’intégrine αIIbβ3. La thrombine, ainsi que d’autres facteurs plaquettaires, renforcent l’adhésion des plaquettes dépendants de l’intégrine αvβ3. La thrombine peut stimuler la migration, la prolifération et la production des facteurs de croissance par les CMLVs (Patterson et al., 2001). Le mécanisme passe probablement par l’activation de son récepteur PAR-1 ou par l’activation de JNK (Stouffer and Smyth, 2003).

Il y a une augmentation de l’expression de l’intégrine αvβ3 dans les CMLVs stimulées par la thrombine (Brown et al., 1994). L’activation de l’intégrine αvβ3 est nécessaire pour l’adhésion de la prothrombine aux surfaces des CMLs (Byzova and Plow, 1998; Dardik et al., 2002). Le traitement des CMLs par la thrombine aboutit à une formation rapide des fibres de stress, à une réorganisation du cytosquelette d’actine et à l’assemblage des plaques d’adhésions focales (Ishida et al., 1999).

IV. Déterminants génétiques cardiovasculaires et modèles de