De nombreuse études suggèrent que les exosomes sont des médiateurs de la communication intercellulaire, en transférant notamment leur contenu protéique et nucléique dans le cytoplasme de la cellule qui les capture (Ratajczak, Wysoczynski et al. 2006; Valadi, Ekstrom et al. 2007; Lakkaraju and Rodriguez-Boulan 2008;
Cocucci, Racchetti et al. 2009; Yang and Robbins 2011; van Dommelen, Vader et al.
2012). Le transfert de leur contenu suggère que les exosomes doivent interagir avec les cellules cibles. Toutefois le(s) mécanisme(s) mis en jeu pour ce processus de capture et de libération du contenu exosomal est (Lee, Pressman et al.) à ce jour mal défini(s) et expliqué(s) (Stoorvogel, Kleijmeer et al. 2002; van Niel, Porto-Carreiro et al. 2006; Lakkaraju and Rodriguez-Boulan 2008; Feng, Zhao et al. 2010).
Deux grandes hypothèses découlent de plusieurs études sur le sujet : soit les exosomes sont internalisés par la cellule (Fitzner, Schnaars et al. 2011; Vickers and Remaley 2012), soit une fusion directe des membranes exosomale et plasmique de la cellule cible se produit et conduit à la libération du contenu exosomal dans le cytoplasme (Figure 24) (Denzer, Kleijmeer et al. 2000; Parolini, Federici et al. 2009;
Thery, Ostrowski et al. 2009; Tian, Wang et al. 2010; Escrevente, Keller et al. 2011;
Yang and Robbins 2011; Eldh, Lotvall et al. 2012; Montecalvo, Larregina et al. 2012).
IV.1 Adhésion des exosomes à la membrane plasmique de la cellule receveuse
IV.1.1 Interaction spécifique de type « ligand-récepteur »
Les exosomes sécrétés par un type cellulaire particulier présentent à leur surface des molécules d’adhésion caractéristiques de la cellule qui les a sécrétés (Camussi, Deregibus et al. 2011). L’adhésion des exosomes à la membrane plasmique pourrait se faire par une interaction protéique et/ou lipidique type
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récepteur. Ce mécanisme n’est pas encore, à ce jour, complètement compris et décrit. Certaines protéines spécifiques des cellules cibles (EUR, pour Exosomes Uptake Receptors) joueraient le rôle de récepteurs spécifiques des exosomes en interagissant avec des phospholipides (phosphatidylsérine en l’occurrence) et/ou des protéines présentes au niveau de la membrane exosomale (Miyanishi, Tada et al.
2007; Cocucci, Racchetti et al. 2009; Thery, Ostrowski et al. 2009; Mathivanan, Ji et al. 2010; Escrevente, Keller et al. 2011; van Dommelen, Vader et al. 2012).
Les exosomes peuvent être capturés par les cellules cibles selon un mécanisme de reconnaissance spécifique type ligand-récepteur (Losche, Scholz et al. 2004; Camussi, Deregibus et al. 2011). Par exemple, les protéines Tim (T-cell Immunoglobulin- and mucin-domain-containing Molecule) retrouvées à la membrane des lymphocytes T sont des récepteurs des phosphatidylsérines (Miyanishi, Tada et al. 2007; Thery, Ostrowski et al. 2009; Kharaziha, Ceder et al. 2012). La protéine Tim4 interagit avec les intégrines, les annexines, la galectine ou encore la protéine ICAM1 (Rana and Zoller 2011; Pant, Hilton et al. 2012). D’autres protéines immunogéniques seraient également impliquées dans le recrutement des exosomes par les cellules immunitaires ; LFA-1 (leucocyte function associated antigen) pour la capture d’exosomes sécrétés par les cellules dendritiques par les lymphocytes T (Nolte-'t Hoen, Buschow et al. 2009; Kharaziha, Ceder et al. 2012) et ICAM-1 pour l’internalisation des exosomes par les cellules présentatrices d’antigènes (Segura, Amigorena et al. 2005; Kharaziha, Ceder et al. 2012).
IV.1.2 Rôle des tétraspanines
Les tétraspanines apparaissent également être des molécules nécessaires à l’interaction des exosomes avec la membrane plasmique des cellules cibles (Valadi, Ekstrom et al. 2007; Pant, Hilton et al. 2012). La spécificité de l’interaction entre les tétraspanines et les autres partenaires protéiques est régie par la boucle extracellulaire EC2 (Figure 16) (Charrin, Manie et al. 2002; Stipp, Kolesnikova et al.
2003; Yunta and Lazo 2003; Charrin, le Naour et al. 2009).
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Les tétraspanines peuvent interagir avec d’autres tétraspanines (Boucheix and Rubinstein 2001; Charrin, le Naour et al. 2009). Généralement les interactions les mieux caractérisées sont celles mettant en jeu les tétraspanines les plus ubiquitaires (comme CD9, CD81 ou CD151) bien que d’autres tétraspanines moins ubiquitaires comme CD82 ou CD53 peuvent également être retrouvées dans ces interactions inter-tétraspanines (Yunta and Lazo 2003).
Les tétraspanines peuvent également interagir avec d’autres protéines (Tableau 3). Parmi celles-ci, l’association des protéines de la famille des intégrines avec les tétraspanines est l’interaction la plus étudiée et la mieux caractérisée par des expériences de co-immunoprécipitation (Berditchevski 2001; Yunta and Lazo 2003). Onze intégrines différentes sont décrites pour pouvoir interagir avec différentes tétraspanines, les principales étant celles qui possèdent la sous-unité ȕ1, sous-unité majeure des intégrines impliquées dans l’interaction à la matrice extracellulaire (laminine notamment) (Berditchevski 2001; Boucheix and Rubinstein 2001; Yanez-Mo, Barreiro et al. 2009). La variabilité des isoformes protéiques mis en jeu pour chacune des deux superfamilles permet d’aboutir à différentes combinaisons de complexes protéiques qui influenceraient la capture des exosomes par les cellules cibles spécifiques. Par exemple, les exosomes exprimant les protéines Tspan8 et les intégrines possédant une sous-unité Į4, sont plus spécifiquement internalisés par les cellules endothéliales et pancréatiques qui expriment le ligand CD54, nécessaire à leur reconnaissance (Rana and Zoller 2011;
Rana, Yue et al. 2012). De la même façon, les intégrines qui possèdent les sous-unités ȕ1 et ȕ2, permettent l’accrochage des exosomes aux cellules cibles par l’intermédiaire de la protéine ICAM1 (Thery, Ostrowski et al. 2009).
Le blocage fonctionnel des tétraspanines et des intégrines présentes à la membrane exosomale par des anticorps spécifiques, réduit jusqu’à 30% la capture des exosomes par les cellules cibles. Ceci confirme le rôle important de ces protéines pour l’accrochage des exosomes avec la cellule cible (Morelli, Larregina et al. 2004; Thery, Ostrowski et al. 2009).
Les tétraspanines interagissent aussi avec les immunoglobulines (CD2, CD3, CD4, CD8, HLA-DR, CMH-I et CMH-II …), les protéoglycannes (syndecan, CD44), les protéines régulatrices du complément (CD21, CD46), les récepteurs aux facteurs de croissance, divers ligands (récepteur EGF (epidermal growth factor), c-kit,
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proTGFR, proHeparin Binding-EGF (proHB-EGF)) et d’autres molécules diverses (CD19, g-glutamyl transpeptidase, ADAM10…) (Boucheix and Rubinstein 2001;
Hemler 2003; Yunta and Lazo 2003).
IV.2 Fusion de la membrane des exosomes à la membrane plasmique
Le processus de fusion directe des membranes a été observé sur des cellules cancéreuses, comme les mélanomes, qui capturent les exosomes par une fusion directe de leur membrane plasmique avec la membrane des exosomes. Les tétraspanines CD9 et CD81 sembleraient impliquées dans le processus de fusion (Montecalvo, Larregina et al. 2012) Ce mécanisme semblerait plus efficace dans un environnement acide (faibles quantités d’oxygène, liée à une vascularisation limitée).
Ce processus est principalement observé dans la fusion des exosomes à la membrane de cellules tumorales (Parolini, Federici et al. 2009; Kharaziha, Ceder et al. 2012). Cette fusion directe des membranes permet de libérer directement le contenu de l’exosome dans le cytoplasme de la cellule. Selon l’hypothèse de Parolini, l’absence d’internalisation des exosomes par les cellules cancéreuses permettrait de préserver l’intégrité fonctionnelle du contenu exosomal, qui pourrait être dégradé si les exosomes se retrouvaient dans la voie endosomale (Denzer, Kleijmeer et al. 2000; Berditchevski and Odintsova 2007; Parolini, Federici et al.
2009; Thery, Ostrowski et al. 2009; Tian, Wang et al. 2010; Montecalvo, Larregina et al. 2012).
IV.3 Internalisation des exosomes par la cellule cible
L’entrée des exosomes pourrait se faire par endocytose ou phagocytose. Le mécanisme le plus décrit est la capture des exosomes par phagocytose, notamment
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par les cellules phagocytaires (monocytes et macrophages) (Feng, Zhao et al. 2010;
Kharaziha, Ceder et al. 2012). L’internalisation des exosomes par phagocytose serait dépendante de la dynamine 2, du réseau d’actine et du PI3K (phosphatidyl inositol-3-kinase) (Feng, Zhao et al. 2010; Vickers and Remaley 2012). Cependant, il semblerait que les exosomes puissent aussi être internalisés par une endocytose dépendante de la clathrine, comme cela a été observé pour la capture des exosomes par les cellules dendritiques (Escrevente, Keller et al. 2011; Kharaziha, Ceder et al.
2012).
Après son endocytose, les exosomes rejoignent la voie endosomale où ils seraient redirigés par le cytosquelette, dans une région périnucléaire au niveau de l’endosome tardif (Tian, Wang et al. 2010; Kharaziha, Ceder et al. 2012).
L’hypothèse décrite à ce jour concernant la libération du contenu exosomal dans le cytoplasme cellulaire est la suivante : la libération du contenu découlerait de la fusion des exosomes avec la membrane du compartiment endosomal (les mécanismes ne sont pas encore définis et compris) (Morelli, Larregina et al. 2004; Cocucci, Racchetti et al. 2009; Thery, Ostrowski et al. 2009; Tian, Wang et al. 2010; Escrevente, Keller et al. 2011; Vickers and Remaley 2012).