Ligands principaux de Nrp-1 : Sema3A et VEGF 165

Nrp-1 a d’abord été identifiée comme la cible d’un anticorps monoclonal, A5, exprimée en particulier dans les neuropiles (zones du cerveau riches en connexions

49 synaptiques, axones et dendrites) de certaines régions spécifiques du système nerveux central du xénope [126, 130]. Une dizaine d’années plus tard, en 1997, deux études ont montré que Nrp-1 était le récepteur spécifique de la protéine Sema3A, un facteur chimiorépulsif impliqué dans le guidage axonal pendant le développement du système nerveux [131, 132]. Un an plus tard, une étude a montré que Nrp-1 était exprimé sur les cellules endothéliales et les cellules tumorales et jouait le rôle de récepteur spécifique du facteur angiogénique VEGF165 [133]. Bien que d’autres ligands de Nrp-1, appartenant ou non

aux mêmes familles, ont ensuite été découverts, Sema3A et VEGF165 sont de loin les

protéines dont les effets sur les cellules exprimant Nrp-1 ont été les plus étudiés.

Les sémaphorines sont une famille de protéines solubles et transmembranaires retrouvées chez les invertébrés, les virus et les vertébrés, mais absentes chez les plantes. On distingue 8 classes de sémaphorines : la classe V (sémaphorines virales), les classes 1 et 2 (chez les invertébrés), et les classes 3 à 7 (chez les vertébrés). Les sémaphorines de classe 3 (Sema3) sont des protéines solubles d’environ 90 kD contenant un domaine structurel commun à toutes les sémaphorines (domaine Sema) en position N-terminale, ainsi qu’un domaine de type immunoglobuline, et une région basique en position C-terminale. On compte 7 membres dans cette famille de sémaphorines (Sema3A-G). Parmi ces membres, Sema3A, Sema3B, Sema3C, Sema3E et Sema3F se fixent à Nrp-1, alors que Sema3B, Sema3C, Sema3F et Sema3G se fixent à Nrp-2. Les affinités avec lesquelles ces différentes Sema3 se fixent à Nrp-1 et Nrp-2 sont variables. Les couples ligand/récepteur les plus étudiés dans ce système sont Sema3A/Nrp-1 et Sema3F/Nrp-2 [125]. Le domaine Sema de Sema3A se fixe aux domaines a1 et a2 de Nrp-1, alors que la queue C-terminale basique de Sema3A interagit avec le domaine b1 [134]. Le domaine immunoglobuline et la queue basique de Sema3A sont aussi impliqués dans la formation d’homodimères de Sema3A, forme sous laquelle ce ligand est efficace pour induire ses effets sur les cellules Nrp-1+ [135]. Comme indiqué précédemment, Nrp-1 ne possède pas, dans sa partie intracytoplasmique, de domaine fonctionnel capable de transduction d’un signal. Les effets des ligands de Nrp-1 dépendent donc de la formation de complexes avec des corécepteurs capables, eux, de transmettre un signal intracellulaire. Dans le cas des Sema3, les corécepteurs impliqués dans la signalisation appartiennent à la famille des plexines. On compte 9 plexines distribuées en 4 familles (PlexinA-D). Les plexines impliquées dans la signalisation des Sema3 sont principalement les PlexinA, dont on compte 4 membres (PlexinA1-4) [136]. Les plexines sont de grandes protéines transmembranaires dont la partie extracellulaire contient un domaine Sema, 2 ou 3 motifs riche en cystéines (motifs MRS « Met related sequence ») et 3 ou 4 motifs de type immunoglobuline (motifs IPT). La partie

50 intracellulaire des plexines contient deux domaines fonctionnels conservés, homologues à des protéines à activité Ras GAP (« GTPase-activating protein ») [125, 135]. L’holorécepteur responsable de la signalisation de Sema3A est formé de 2 molécules Sema3A, 2 molécules Nrp-1 et 2 molécules PlexinA (Figure 7) [125, 134, 135]. La signalisation induite par la formation de ce complexe résulte en l’activation de petites protéines des familles Rho, Ras et Rac, en l’activation de GSK3α/β, puis en des modifications du cytosquelette d’actine et de tubuline [135]. Dans la majorité des cas, cette signalisation a pour effet de diminuer localement la polymérisation d’actine et des microtubules et par conséquent d’induire le « collapsus » cellulaire ou le changement de direction de cellules ou prolongements cellulaires motiles (chimiorépulsion). Cependant, en cas de concentration intracellulaire en second messager GMPc élevée, l’effet de Sema3A sur les cellules Nrp-1+ _{est pro-migratoire}

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Figure 7. Complexe récepteur de Sema3A : holorécepteur Sema3A/Nrp-1/PlexinA

Les protéines de la famille du VEGF (« vascular endothelial growth factor ») comptent 5 membres : VEGF-A-D et PlGF (« placental growth factor »). Ces protéines sont toutes impliquées dans la vasculogénèse (formation de nouveaux vaisseaux sanguins à partir de cellules souches hématopoïétiques) et dans l’angiogénèse (bourgeonnement de nouveaux vaisseaux sanguins à partir de vaisseaux préexistants) pendant le développement embryonnaire et à l’âge adulte. Le membre le plus abondamment retrouvé, et étudié, est le

52 VEGF-A, souvent appelé simplement VEGF. L’épissage alternatif du gène du VEGF donne naissance à différentes isofomes de tailles différentes : VEGF121, VEGF145, VEGF165,

VEGF189, VEGF206. Les VEGF sont des homodimères anti-parallèles reliés par deux ponts

disulfures. L’isoforme la plus abondante et la plus active du VEGF est le VEGF165, qui se

fixe à Nrp-1 via les segments codés par les exons 7 et 8 [133]. Bien qu’il ait longtemps été considéré que seul l’exon 7 pouvait conférer au VEGF la capacité de lier Nrp-1, plusieurs études récentes ont montré que l’exon 8 conférait aussi cette propriété aux VEGF. En effet, le VEGF121, qui ne contient pas l’exon 7, peut se lier à Nrp-1 via l’exon 8 [139]. De même, un

petit peptide naturel homologue à la séquence codée par l’exon 8, la tuftsine, se fixe à Nrp-1 [140]. Les domaines b1 et b2 sont impliqués dans la fixation des différentes isoformes de VEGF sur Nrp-1 (Figure 8) [127].

La signalisation du VEGF sur les cellules Nrp-1+ (notamment les cellules endothéliales) nécessite, dans la plupart des cas, la présence du récepteur à activité tyrosine kinase VEGFR2 (aussi appelé KDR). Les récepteurs de cette famille (VEGFR1-3) sont des protéines transmembranaires contenant, dans leur partie extracellulaire, des motifs de type immunoglobuline, et dans la partie intracellulaire deux sous-unités à activité tyrosine kinase [125]. Le VEGFR2 est capable de fixer VEGF en l’absence de Nrp-1. Cependant, de nombreuses réponses des cellules endothéliales au VEGF nécessitent l’association de VEGFR2 avec Nrp-1. L’association de ces deux récepteurs renforce la signalisation (phosphorylation de tyrosines, activation des voies PI3K et de certaines voies MAPK) du VEGFR2. En particulier, l’expression de Nrp-1 est nécessaire à la migration des cellules endothéliales en réponse au VEGF [133, 141]. De plus, la fixation de VEGF sur Nrp-1, même en l’absence de VEGFR2, induit le recrutement d’une protéine à domaine PDZ, la synectine (aussi appelée GIPC ou NIP), sur la queue C-terminale intracytoplasmique de Nrp-1 (séquence SEA) [129, 142]. Cette signalisation participe aux effets de VEGF sur les cellules endothéliales.

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Figure 8. Complexe VEGF165/Nrp-1/VEGFR2 et signalisation