Les protéases des mastocytes chez l’Homme

Tableau 4 Protéases des mastocytes murins et humains

Souris Homme

Connective tissue MC (skin, sous muqueuse intestinale)

Mucosal MC MC TC (skin, sous muqueuse intestinale) MC T (mucosal lung, gut) Tryptase mMCP6 mMCP7 - α,β α,β Chymase mMCP4 mMCP5 (type élastase) mMCP1 mMCP2 chymase -

MC-CPA MC-CPA - MC-CPA -

Les mastocytes humains comptent 3 types de protéases (Tableau 4): la chymase, la tryptase et la carboxypeptidase A. La chymase (EC 3.4.21.39) est une protéase à sérine dont le gène se trouve sur le chromosome 14, dans le même cluster de gènes comprenant la cathepsine G des neutrophiles et les granzymes B et H. Il existe ensuite différentes tryptases, également des protéases à sérine (EC.3.4.21 39), codées sur le chromosome 16 : la tryptase α qui est génétiquement absente de 30 % de la population, la tryptase β, la plus exprimée des protéases des mastocytes, la tryptase γ qui n’est pas sécrétée contrairement aux deux précédentes mais membranaire et la tryptase δ dont l’activité biologique est à ce jour encore mal comprise (Wang et al., 2002). La métalloprotéase carboxypeptidase A (EC 3.4.17.1) dépendante du zinc est la moins bien caractérisée. Ce sont là les protéases spécifiques des mastocytes mais il faut noter qu’il a également été décrit l’expression par

140 _Résultats

les mastocytes de la cathepsine G, de granzyme B, de métalloprotéases et de cathepsines lysosomales.

1.2.1. Biosynthèse, activation, stockage et sécrétion

Biosynthèse. Les protéases sont exprimées à de très hauts niveaux (la quantité d’ARNm

excédant parfois celle des gènes de ménage) et sont stockées dans les granules en très grande quantité puisqu’elles représentent un quart des protéines des mastocytes. Les tryptases sont les protéases les plus abondantes des granules (Pejler et al., 2007).

Activation. Tout comme les protéases des neutrophiles, les protéases des mastocytes sont

synthétisées sous forme de propeptides inactifs contenant un peptide signal d’adressage au réticulum endoplasmique et un dipeptide dont le clivage par la (Dipeptidylpeptidase) DPPI/cathepsine C est nécessaire pour l’activité protéolytique de la chymase (McEuen et al., 1998). Le rôle de la DPPI est plus controversée pour la tryptase et elle n’est, par contre, pas impliquée dans l’activation de la carboxypeptidase A. Ces deux clivages successifs sont faits avant le stockage dans les granules, permettant la rétention de protéases actives en très grande quantité dans les granules, capables d’être sécrétées et fonctionnelles rapidement, suggérant un rôle important dans l’initiation de la réponse inflammatoire.

Stockage. Les protéases sont donc stockées sous forme active dans les granules. Elles

interagissent avec des glycosaminoglycanes (GAGs), des molécules portant de fortes charges négatives : l’héparine ou le chondroïtine sulfate. L’héparine est ainsi nécessaire au stockage des protéases dans les mastocytes des tissus connectifs (CTMCs) alors que le chondroïtine sulfate est plutôt retrouvée dans les mastocytes des muqueuses (MMCs). Ces GAGs sont eux associés à la serglycine, un protéoglycane également nécessaire au stockage de certaines protéases, celles ayant la charge positive la plus grande soit la chymase et la carboxypeptidase A. Les tryptases ont par contre moins d’affinité électrostatique pour les GAGs et sont ainsi libérées constitutivement et transportées plus rapidement dans le sang comme si les complexes protéases/GAGs et serglycine permettaient la rétention dans les granules et limitaient leur diffusion après dégranulation (Pejler et al., 2007).

Sécrétion. Nous avons précédemment décrits les signaux induisant la dégranulation et donc

la sécrétion des protéases dans le milieu extracellulaire. Lors de leur libération, elles peuvent être retrouvées, ou pas associées aux chaines de serglycines. On trouve également la tryptase ou la chymase associées à la membrane des mastocytes (Wong et al., 2002).

1.2.2. Fonctions biologiques

Les substrats connus des protéases des mastocytes sont moins nombreux que ceux des protéases des neutrophiles. Les substrats décrits sont des protéines endogènes et leur clivage peut mener à leur dégradation ou à leur activation.

La chymase permet ainsi l’activation de l’angiotensine II, un vasoconstricteur (Urata et al., 1990). Chymase et tryptase ont un rôle dans la dégradation de la matrice extracellulaire par la dégradation directe de la fibronectine mais également indirectement par l’activation de métalloprotéases matricielles (MMP) ; la MMP-9 est activée par la chymase (Tchougounova et al., 2005) et la MMP-3 par la tryptase (Lees et al., 1994), ou encore par la dégradation sous l’action de la chymase d’un inhibiteur des MMPs, le Tissu Inhibiteur of Matrix Metalloproteases- 1 (TIMP-1) (Frank

141 Chapitre II- Activation de l’IL-33 par les protéases des mastocytes

et al., 2001). Les protéases des mastocytes régulent également des lipoprotéines, notamment en dégradant des apolipoprotéines, ce qui va réduire le transfert de cholestérol des macrophages vers les lipoprotéines et favoriser la formation des macrophages spumeux (Lee et al., 2003). Enfin, et cela a déjà été évoqué dans le paragraphe I-3.2.4, la chymase régule l’activité de cytokines inflammatoires : l’IL-1β, l’IL-18, le Stem Cell Factor (SCF) (Longley et al., 1997) et une chimiokine des plaquettes, le Connective tissue-activating peptide III (CTAP-III), précurseur de la CXCL7 (Schiemann et al., 2006). La tryptase, elle, dégrade le fibrinogène affectant la coagulation du sang, dégrade les chimiokines Éotaxine et RANTES/CCL-5 (Pang et al., 2006) et active le récepteur PAR-2 (Berger et al., 2001). Comme nous l’avons précédemment évoqué, la carboxypeptidase-A est beaucoup moins bien caractérisée. Il semblerait qu’elle puisse cependant agir en coopération avec la chymase pour l’activation de l’angiotensine II (Lundequist et al., 2004), ou la régulation des lipoprotéines (Kokkonen et al., 1986).

1.2.3. Structure et spécificité protéolytique des protéases à sérine des mastocytes

Les tryptases. La caractéristique des tryptases est la formation de tétramères de 134 kDa

formant l’enzyme active. Le site se trouvant au centre du tétramère, l’accès étroit y est difficile pour la majorité des inhibiteurs endogènes macromoléculaires ainsi que pour les substrats de grosse taille (Pereira et al., 1998). Le tétramère est maintenu grâce à l’héparine. Après exocytose, il semblerait que le tétramère puisse se dissocier et que le monomère soit également actif, permettant le clivage de substrats plus larges (Fajardo and Pejler, 2003). Les tryptases sont appelées ainsi étant donné leur clivage préférentiel semblable à la trypsine soit après des acides aminés chargés positivement Arginine (R) ou Lysine (K). En P2 on trouve plus souvent une Glutamine (Q) ou une Asparagine (N), en P3 un acide aminé chargé Arginine(K) ou Lysine (K) et une proline (P) en P4 (Figure 64).

Figure 64 Sites préférentiels de clivage de la tryptase-β humaine. Représentation en pourcentage des acides aminés

retrouvés préférentiellement dans les peptides clivés par la tryptase-β (analyse basée sur 22 peptides-MEROPS Database)

La chymase. Contrairement à la tryptase, la chymase est monomérique et possède une

activité chymotrypsine c'est-à-dire qu’elle clive préférentiellement son substrat après un acide aminé aromatique : phénylalanine (F), tyrosine (Y), histidine (H), tryptophane (W) ou une leucine (L). La structure tridimensionnelle de la chymase a d’ailleurs un haut degré de similarité avec celle de la cathepsine G qui a également une activité chymotrypsine (Reiling et al., 2003). La présence d’une lysine (positivement chargée) au site S2’ va induire une préférence pour les acides aminés négatifs

142 _Résultats

acide aspartique (D) et acide glutamique (E) en P2’ et l’analyse des sites de clivage de différents substrats montre que la proline (P) est souvent présente en P2 (Figure 65).

Figure 65 Sites préférentiels de clivage de la chymase humaine. Représentation en pourcentage des acides aminés

retrouvés préférentiellement dans les peptides clivés par la chymase (analyse basée sur 106 peptides-MEROPS Database)

Si elle n’a pas besoin de l’héparine pour lui conférer son activité, elle y est fortement liée grâce à une surface positivement chargée (Figure 66). Le complexe ainsi formé chymase/héparine, lui-même lié à la serglycine permet de cliver plus efficacement les substrats basiques comme il a été démontré pour la thrombine (Pejler and Sadler, 1999) ou la fibronectine, des substrats de la chymase ayant une forte affinité pour l’héparine.

Figure 66. Association de la chymase extracellulaire avec les chaines de protéoglycanes - D’après (Pejler et al., 2007). Les

protéases des mastocytes sont stockées dans les granules associées à des chaines de protéoglycanes constituées d’un squelette de serglycine et sur lequel se fixe l’héparine ou le chondroïtine sulfate. Dans le milieu extracellulaire, la chymase a plus d’affinité pour les protéoglycanes que la tryptase et reste donc liée à ces chaines chargées négativement. Attirant les protéines basiques, les chaines de protéoglycanes peuvent avoir des conséquences sur les types de substrat clivés par la chymase.

143 Chapitre II- Activation de l’IL-33 par les protéases des mastocytes