Les immunoglobulines et VCAM-1 : adhésion et transmigration

a. Adhésion

L’adhésion des leucocytes à travers l’endothélium nécessite une interaction entre les immunoglobulines, molécules d’adhésion exprimées à la surface de l’endothélium vasculaire, et leurs molécules d’adhésion, des intégrines exprimées par les leucocytes (Figure 10). Cette liaison permet la transition entre la phase de « rolling » et une adhésion ferme des leucocytes à la surface de l’endothélium. Les molécules de la superfamille des immunoglobulines sont des protéines transmembranaires possédant une série de motifs extracellulaires communs à ceux des immunoglobulines G (IgG-like domains) et un court domaine cytoplasmique. Parmi les molécules d’adhésion appartenant à cette superfamille, on distingue les molécules d’adhésion intercellulaires 1, 2 et 3 (ICAM-1, 2, 3), la molécule d’adhésion endothéliale et plaquettaire 1 (PECAM-1 ou CD31) et la molécule d’adhésion des cellules vasculaires 1 (VCAM-1). Leurs ligands, les intégrines, sont des hétérodimères composés d’une sous-unité β liée de manière non covalente à une sous-unité α. Les intégrines formées avec la sous-unité β1 (CD29) sont aussi appelées antigènes très tardifs (Very Late Antigen) car elles sont exprimées tardivement par les lymphocytes à la suite de leur activation. L’une d’elles, VLA-4 (α4β1) est le principal ligand de VCAM-1. ICAM-1, 2 et 3 sont des ligands de l’intégrine LFA-1 (αLβ2), et ICAM 1 et 2 lient également αMβ2 (Mac-1). PECAM-1 est un ligand de l’intégrine αVβ3 mais réalise principalement des liaisons homotypiques avec des molécules PECAM-1 exprimées à la surface d’autres cellules. Les expressions de ICAM-1 et VCAM-1 sont augmentées ou induites lors d’une activation endothéliale. En revanche, PECAM-1 est constitutivement exprimée par l’endothélium. Les trois principales molécules d’adhésion dont l’expression est induite au niveau de l’endothélium lors de la formation de la plaque d’athérome sont donc la P-Sélectine, VCAM-1 et ICAM-1 (Huo 2001).

Figure 10. Recrutement d’un leucocyte dans la paroi artérielle.

La liaison des sélectines avec leur ligand entraîne un phénomène de « rolling », puis les liaisons immunoglobulines-intégrines permettent une adhésion ferme du monocyte à la surface de l’endothélium et la transmigration du monocyte. PSGL-1 : P-Selectin Glycoprotein 1, VCAM-1 : Vascular Cell Adhesion Molecule 1, VLA-4 : Very Late Antigen 4, ICAM-1 : Intercellular Adhesion Molecule 1.

VCAM-1 :

En décembre 1989, deux équipes publient la découverte de VCAM-1. Rice et al. l’ont décrit comme une glycoprotéine de 110 kda inductible à la surface de l’endothélium, capable de lier les cellules cancéreuses d’un mélanome et l’ont nommé INCAM-110 (Rice 1989) (Figure 11). En 1990, la même équipe montre également la liaison des lymphocytes et monocytes sanguins à INCAM-110 (Rice 1990). Parallèlement, Osborn et al. clonent une molécule de la famille des immunoglobulines exprimée par l’endothélium activé avec du TNF-α ou de l’Il-1 (Osborn 1989). Cette molécule, dénommée VCAM-1, est capable d’induire le recrutement de leucocytes mononucléés, mais pas celui des polynucléaires, lorsqu’elle est transfectée à des cellules endothéliales humaines de veines de cordon ombilical en culture (HUVEC). Cette spécificité est élucidée en 1990 par Elices et al. En effet, les auteurs caractérisent la liaison VCAM-1/VLA4 (Elices 1990). Or VLA-4 est exprimé par les leucocytes mononucléés mais pas par les polymorphonucléaires (Schwartz 1990). Il a finalement été démontré que INCAM-110 et VCAM-1 ne constituent qu’une seule et même protéine (Taichman 1991).

COOH NH 1 2 3 4 5 6 7 s s s s s s s s s s s s s s COOH NH 1 2 3 4 5 6 7 s s s s s s s s s s s s s s

Figure 11. Structure de VCAM-1.

VCAM-1 possède deux sites de liaison pour VLA-4 au niveau des domaines extracellulaires 1 et 4 (cercles). D’après Cybulsky 2001.

En 1991, Cybulsky et al. démontrent la présence de VCAM-1 au niveau des plaques d’athérome chez le lapin Watanabe Hypercholesterolémique et Hyperlipidémique (WHHL), un modèle animal développant spontanément des plaques (Cybulsky 1991). L’expression de VCAM-1 a également été mise en évidence par immunohistochimie au niveau des plaques d’athérome chez la souris et chez l’homme (Iiyama 1999, O’Brien 1993, O’Brien 1996). Ces différentes études ont permis de mettre en évidence une restriction de l’expression de VCAM-1 au niveau des lésions athérosclérotiques, contrairement à celle de ICAM-VCAM-1 qui s’étend hors des plaques d’athérome au niveau de l’endothélium des zones saines. Aux stades précoces de l’athérogénèse, VCAM-1 est exprimée par les cellules endothéliales, puis, aux stades plus tardifs, l’expression de VCAM-1 est également observée au sein de la plaque. Cette présence intra-plaque de VCAM-1 correspond à son expression par l’endothélium de la néovasculature mais également par les cellules musculaires lisses ayant migré dans l’intima, les cellules musculaires lisses de la média et les macrophages. Ceci suggère que les cellules inflammatoires peuvent pénétrer dans la plaque au niveau du vasa vasorum de la média et de l’adventice (O’Brien 1993). D’autre part, l’expression de VCAM-1 dans les plaques d’athérome humaines est très fortement corrélée au recrutement des monocytes et lymphocytes, ce qui suggère que VCAM-1 joue un rôle crucial dans le développement de l’inflammation lors de l’athérogénèse. Les souris VCAM-1^-/- n’étant pas viables, un modèle de souris transgénique possédant une VCAM-1 tronquée au niveau de son 4^ème domaine extracellulaire a été généré (VCAM-1^D4D/D4D). Le croisement de ces souris VCAM-1^D4D/D4D avec des souris athérosclérotiques LDLR^-/- aboutit à une réduction de 40% de la surface des

plaques, ce qui indique que VCAM-1 joue un rôle majeur dans l’athérogénèse (Ley 2001, Cybulsky 2001).

b. La transmigration endothéliale

La transmigration endothéliale ou diapédèse est un processus rapide durant lequel le leucocyte émet un pseudopode pour franchir la barrière endothéliale. Il nécessite le désassemblage du cytosquelette du leucocyte du côté apical de l’endothélium puis son réassemblage dans l’espace sous-endothélial. In vitro, un neutrophile accomplit ce processus en 90 secondes. La jonction serrée entre les cellules endothéliales se reconstitue ensuite en moins de 5 minutes. Deux interactions moléculaires homophiliques jouent un rôle majeur lors de la diapédèse : la liaison PECAM-1/PECAM-1 et la liaison CD99-CD99. Des études réalisées in vitro et in vivo indiquent que la suppression ou le blocage de l’une ou l’autre de ces molécules stoppe la diapédèse des leucocytes (Schenkel 2002, Bogen 1994). Cependant, lorsque PECAM-1 est bloqué, les leucocytes sont stoppés en surface de l’endothélium alors que lorsque CD99 est bloqué ils sont stoppés à l’intérieur de la jonction endothéliale, ce qui indique que CD-99 est impliqué lors d’une étape distale de celle impliquant PECAM-1. Les molécules d’adhésion jonctionnelle JAM-A, B et C et la « Vascular Endothéliale Cadherin » (VE-cadherin) sont également impliquées dans ce processus. Ces six molécules d’adhésion sont concentrées en bordure des cellules endothéliales et toutes peuvent réaliser des liaisons homophiliques (Figure 12). PECAM-1, CD99, JAM-A et JAM-C sont également exprimées à la surface des leucocytes, et peuvent donc réaliser des liaisons homophiliques avec les molécules d’adhésion exprimées au niveau des jonctions endothéliales.

Figure 12. Molécules d’adhésion mises en jeu lors de la transmigration endothéliale (Muller 2003).

Le signal de transmigration nécessite une augmentation transitoire de la concentration calcique à l’intérieur des cellules endothéliales adjacentes au site de transmigration (Huang 1993). Ce signal active la chaîne légère de la myosine et induit la rétraction des cellules

endothéliales (Figure 13). Il est induit par des protéines cationiques solubles relarguées par les leucocytes activés ainsi que par la liaison des leucocytes aux sélectines et à VCAM-1.

Figure 13. Une élévation transitoire du calcium libre intracellulaire au niveau des cellules endothéliales adjacentes au site de transmigration induit leur rétraction (Muller

2003).

Lors de la diapédèse, PECAM-1 est recyclée au niveau de la jonction entre l’endothélium et la cellule endothéliale est participe à l’allongement du pseudopode. La migration du leucocyte est sous le contrôle de la machinerie du cytosquelette. Sous l’effet de différents stimuli incluant l’adhésion à l’endothélium, les protéines Rho, des GTPases, sont activées et régulent l’assemblage et le désassemblage des podosomes ainsi que la polarité de migration et la rétraction de la queue cytoplasmique (Worthylake 2001).