Les « Toll-Like » receptor (TLR)

2.2.1 Généralités : Structure et expression

Les TLR sont exprimés à la surface des cellules et sur les membranes des endosomes et lysosomes. Ils reconnaissent avant tout des PAMP d’origine bactérienne, fongique et virale. Les TLR sont des récepteurs transmembranaires qui sont composés d’un domaine N-terminal extracellulaire permettant la reconnaissance du ligand, d’un seul domaine transmembranaire et d’un domaine C- terminal intracellulaire qui permet la transduction du signal.

Schéma 5 : Structure des TLR

Le domaine extracellulaire, d’environ 800 acides aminés, est composé de répétitions riches en leucines lui donnant son nom de LRR pour « Leucin-Rich-Repeats ». Il est impliqué dans la reconnaissance des pathogènes et l’initiation de la signalisation du TLR (Akira S, 2003). Chaque TLR

37 diffère par le nombre et la répartition de ses répétitions riches en leucines, c’est ce qui garantit aux TLR leur sélectivité vis-à-vis des molécules reconnues (Bell JK et al, 2003). Le domaine intracellulaire composé de 150 à 200 acides aminés, est similaire à celui du récepteur à l’IL-1. C’est de là qu’il tire son nom TIR (Toll/IL-1R/R) (Imler JL et al, 2001). Trois de ces séquences sont très conservées (Box 1, 2 et 3) et elles sont impliquées dans la transduction du signal (Xu Y et al, 2000). Subdivisés en 12 classes chez la souris et 10 classes chez l’homme allant du TLR1 au TLR10, leur expression varie en fonction du type cellulaire. Ainsi, les cellules immunitaires en particulier les monocytes, les neutrophiles, et les cellules présentatrices d’antigènes expriment une grande variété de TLR (Janeway CA et al, 2002). Les neutrophiles possèdent une large panoplie des TLR à l’exception du TLR3 et 10 et l’expression du TLR7 est controversée, elle est retrouvée dans les neutrophiles de souris mais semblerait absente des neutrophiles humains (Hayashi F et al, 2003, Janke M et al, 2009). Les cellules endothéliales, qui sont en première ligne lors d’agressions par des pathogènes, expriment également des TLR, à titre d’exemple les cellules endothéliales du foie expriment le TLR4 et sont donc sensibles au LPS (Jagavelu K et al, 2010).

Schéma 6 : Répartition subcellulaire et ligands des TLR (Adapté de InvivoGen, 2015)

La répartition subcellulaire varie selon les TLR et est en adéquation avec le type de pathogène qu’ils sont censés reconnaître. Ainsi, on retrouve les TLR1, 2, 4, 5 et 6 associés à la membrane plasmique et principalement dirigés contre des composants exprimés à la surface des bactéries (LPS des Gram-, composant bactériens, flagelline). Les TLR 3, 7, 8 et 9 sont exprimés au niveau des endosomes et sont dirigés contre des acides nucléiques d’origine virale et bactérienne, ils permettent à la cellule de répondre à des pathogènes l’ayant envahi. A noter que le TLR4 est à la fois exprimé à la surface des cellules mais aussi dans les endosomes.

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2.2.2 TLRs et ligands endogènes

Bien que les TLR soient connus comme les senseurs de l’immunité, ils sont capables également de détecter des ligands endogènes. Il s’agit d’un groupe de molécules dérivant des tissus ou cellule du soi. La majorité d’entre eux proviennent de la matrice extracellulaire, ou de protéines nucléaires intracellulaires comme HMGB1. Les TLR2 et 4 sont ceux qui reconnaissent la plus grande variété de ligands endogènes.

Dans les conditions physiologiques ces ligands endogènes des TLR et leurs récepteurs sont localisés dans différents compartiments cellulaires et ne sont pas supposés interagir. A l’inverse, dans un cadre pathologique ces ligands sont libérés passivement depuis un tissu en état d’inflammation, blessé, de cellules mortes ou sont directement libérés par des cellules activées. Ces ligands sont alors considérés comme des molécules de détresse qui alertent le système immunitaire inné (Seong SY et al, 2004) et rentrent donc dans la catégorie des DAMPs.

Tableau 2 : Ligands endogènes des TLR (adapté à partir de Yu et al, 2010)

2.2.3 Fonctions effectrices associées à l’activation des TLR

Le système immunitaire inné est organisé afin de différencier le soi du non soi et d’engendrer des réponses appropriées telles que l’élimination des pathogènes ou la détection de cellules nécrotiques. La famille des TLR joue un rôle central dans cette reconnaissance des pathogènes par les neutrophiles (Underhill DM et al, 2002). Les TLR mobilisent un adaptateur commun MYD88 sauf le TLR3 et ILR1. Celui-ci contribue à l’activation de nombreuses voies de signalisation comme les MAP-kinases (Takeuchi O et Akira S, 2010). Beaucoup de travaux se sont historiquement attachés à évaluer le rôle du TLR4 via l’utilisation de LPS purifié. Ils ont montré que le TLR4 avait la capacité d’activer les voies MAPK des neutrophiles, d’activer les fonctions de défense des neutrophiles, le clivage de la L-Selectine, l’augmentation de l’expression membranaire du CD11b, la production de formes réactives de l’oxygène et la production de cytokines (Sabroe I et al, 2003). Depuis, il a été

TLR Ligands

TLR2 Biglycan, endoplasmine, HMGB1, HSP60, HSP70, myosine cardiaque, Hyaluronane,

cristaux d'urate

TLR3 ARNm

TRL4

Bigycan, CD138, Chaine A de α-christalline, β-defensine, endoplasmine, fibrogène, fibronectine, sulphate d'heparan, HMG1, HSP22, HSP60, HSP70, HSP72, Hyaluronane, cristaux d'urate, OxPAPC, Resistine, Protéine S100, SP-A, Tenasine-C

TLR7 ARN, petits ARN interférents

TLR8 Myosine cardiaque, petits ARN interférents

39 montré que l’activation de tous les TLR présents chez le neutrophile entraine l’activation des fonctions immunitaires de la cellule.

Tableau 3 : Les fonctions des neutrophiles associées aux TLR (adapté à partir de Christina et al, 2013)

Des travaux de l’équipe d’accueil (Makni-Maalej K et al, 2012) ont montré qu’un agoniste des TLR7 et/ou TLR8, le CL097, potentialise l’explosion oxydative des neutrophiles humains stimulés par le fMLP. Le mode d’action du CL097 incluait l’augmentation de l’expression à la membrane plasmique du cytochrome b558 (gp91phox et p22phox), induisait la phosphorylation de p38- MAPK, ERK1/2, PKCβ et induisait la phosphorylation de la sous unité cytosolique de la p47phox _sur les Ser-315, 328 et 345 (ces phosphorylations seront décrites dans le chapitre 3). Le ciblage de ces TLR7/8 dans les neutrophiles humains est donc en mesure d’induire une hyperactivation de la NADPH oxydase via l’activation des p38-MAPK, ERK1/2 et PKC. Nous avons tiré profit de cette approche durant notre étude en vue de potentialiser la production de FRO qui était déficitaire dans les neutrophiles de patients cirrhotiques. (Manuscrit 2 de l’étude expérimentale). Ce travail a montré que l’activation de TRL7/8 (CL097, R848) seule est capable de stimuler faiblement l’explosion oxydative des PN, en accord avec des travaux d’autres auteurs (Janke M et al, 2009) et favorise leur réponse induite secondairement par le fMLP.

L’activité transcriptionnelle et traductionnelle a émergé ces dernières années comme une composante essentielle de l’activité des neutrophiles. Plusieurs équipes ont pu alors montrer que l’activation des TLR avait la capacité d’augmenter l’activité transcriptionnelle et traductionnelle des neutrophiles. Ainsi Zimmermann M et collaborateurs ont montré que R848 et CL075, deux agonistes sélectifs du TLR8, avaient la capacité d’induire l’expression de l’ARN messager de l’IL6 et la génération exogène d’IL6 par le neutrophile (Zimmermann M et al, 2015). Ces travaux apportent donc des éclaircissements sur une faculté toujours obscure des neutrophiles mâtures à induire une transcription et une synthèse protéique suite à la stimulation du TLR8.

Fonctions cellulaires TLR Degranulation TLR1, 2, 4, 5, 6, 8, 9 Phagocytose TLR1, 2, 4, 5, 6, 8, 9 Explosion oxydative TLR1, 2, 4, 5, 6, 8, 9 Régulation apoptose TLR1, 2, 4, 5, 6, 8, 9 Formation de NET TLR1, 2, 4, 5, 6, 8, 9 Migration TLR1, 2, 4, 8, 9 Cytokines pro-inflammatoires TLR1, 2, 4, 5, 6, 8, 9

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2.2.4 Les agonistes des TLR dans les thérapies

Les agonistes des TLR ont un grand potentiel immunothérapeutique ou comme adjuvant de vaccins, pour le traitement des maladies infectieuses, des cancers ou des maladies auto-immunes. A titre d’exemple, les vaccins contre la fièvre jaune (YF-17D) et Bacille Calmette-Guérin (BCG) sont composés de virus atténués ou de produits bactériens qui activent directement les TLR et activent le système immunitaire. Le vaccin contre la fièvre jaune a la capacité d’activer les TLR2, 7, 8 et 9 (Querec T et al, 2006). Il a été montré que le vaccin BCG diminuait la présentation antigénique des macrophages via le CMH II mais la combinaison du vaccin avec des agonistes des TLR7 et 9 a permis de corriger cet effet négatif (Bakhru P et al, 2014).

Il existe cependant que très peu d’agonistes des TLR approuvés comme traitements cliniques. Les agonistes des TLR3 et 9 ont montré leur capacité à induire une forte réponse IFN- et à induire la maturation de lignées myéloïdes suppresseurs de tumeur (MDSC) (Gabrilobich DI et al, 2012). Dans des modèles murins de sepsis néonatal, une défaillance du système immunitaire inné a été observée et associée à une très faible survie. Le traitement de ces souris par des agonistes des TLR4 (LPS) et des TLR7/8 (R848 ou Resiquimod) a permis l’amélioration des fonctions de défense liées au système immunitaire inné et a amélioré la survie des souris (Wynn JL et al, 2008).