LPS et inflammation

Le LPS est capable d’induire une réponse inflammatoire dans tout type de cellules aussi bien spécialisées dans la réponse immunitaire ou non, à partir du moment où elles possèdent les récepteurs adéquats. Pour déterminer la partie du LPS responsable de son activité pro-inflammatoire, les chercheurs ont scindé le LPS en ses différentes parties. Le fait de couper le lien entre le lipide A et le noyau, permet d’obtenir le lipide A sans

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ses chaines O et le noyau. Il a ainsi été montré que l’activité pro-inflammatoire pouvait être attribuée au lipide A [102]. Une forme synthétique de ce lipide A a montré les mêmes propriétés biologiques que le lipide A d’E.

coli [103,104].

3.6.1. Signalisation cellulaire

La signalisation cellulaire induite par la reconnaissance du LPS est aujourd’hui bien décrite. Le mécanisme d’action du LPS sur le système immunitaire implique une étape de reconnaissance du LPS, puis une fixation sur son récepteur et enfin une cascade de signalisation conduisant à la production de cytokines inflammatoires [105] (Figure 8).

3.6.1.1. Reconnaissance du LPS

Deux protéines jouent un rôle clé dans la reconnaissance et la fixation du LPS dans le milieu extra cellulaire, le LBP et le CD14. La protéine LBP est libre dans le milieu extracellulaire et fixe le LPS par l’intermédiaire de son lipide A [106]. Cette protéine est surexprimée lors du syndrome de réponse inflammatoire systémique (SRIS) [107] . Cette réponse inflammatoire est due à une agression grave comme une infection, un traumatisme ou un état de choc. La protéine LBP est capable d’interagir également avec le CD14 [108]. Le CD14 peut se trouver sous deux formes, une forme membranaire et une forme soluble (sCD14) issue du clivage de la forme membranaire [109,110]. Les cellules dépourvues de CD14 à leur surface, comme par exemple les cellules épithéliales, utilisent le sCD14 pour répondre au LPS [110]. Comme le LPS circule souvent sous forme de micelle, la LBP permet de déstabiliser ce complexe pour récupérer une molécule de LPS et puis s’associer au CD14 [108,111]. Le CD14 peut interagir avec le LPS directement, mais la présence de micelles en milieu aqueux entraine une diffusion lente des monomères de LPS [108]. Le LBP va donc potentialiser cette interaction [112].

Les souris KO pour CD14 ont des niveaux de réponses aux LPS 10000 fois inférieurs à la normale [113], alors qu’aucune différence dans les réponses aux LPS n’est observée chez les souris KO pour la LBP, in vivo [114].

Toutefois in vitro les cellules issues de ces souris répondent 1000 fois moins aux LPS. Il a été montré que le LPS peut également se lier à de l’albumine et remplacer le LBP en son absence. Mais cette voie est minoritaire en présence de LBP [115].

3.6.1.2. Récepteur cellulaire du LPS

Le complexe CD14/LPS se fixe à la membrane plasmique grâce au CD14, qu’il soit membranaire ou soluble.

Cependant, CD14 ne possédant pas de domaine intracellulaire, il ne peut pas être considéré, comme l’initiateur de l’activation de la réponse immunitaire. Le récepteur TLR4 a été identifié comme étant le récepteur essentiel pour la signalisation du LPS. En effet, les souris TLR4 KO sont insensibles à une stimulation aux LPS [116]. Pour fonctionner le TLR4 a besoin de son corécepteur MD-2 (Myeloid differentiation factor 2). Il a en effet été montré que des souris MD-2 KO restaient insensibles au LPS [117]. MD2 est associé à TLR4 du côté extracellulaire. Une partie des acides gras du lipide A se fixe à MD-2 [118,119] et l’autre partie des chaines d’acides gras vont se fixer au TLR4, en formant également un dimère de complexe TLR4/MD-2 [120,121]. Ainsi deux complexes TLR4/MD-2 lient deux molécules de LPS, en se dimérisant ils vont induire une cascade de signalisations intracellulaires.

3.6.1.3. Cascade de signalisation intracellulaire

Suite à la liaison du LPS à son récepteur TLR4, ce dernier déclenche deux types de voies de signalisation intracellulaire, une voie dépendant de MyD88 (Myeloid differentiation factor 88) et une autre de TRIF

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domain-containing adapter-inducing InterFeron-β) [13,122]. Ces deux cascades sont activées de façon parallèle dans la cellule.

- La voie passant par MyD88 se traduit par l’activation des facteurs de transcription NF-B et d’AP-1 (Activating Protein-1).

- La voie passant par TRIF est plus lente à être activée car elle nécessite l’internalisation du dimère de TLR4 et débute à partir des endosomes [123,124]. Cette voie de signalisation possède une partie commune avec la voie MyD88. Elle se traduit par l’activation des facteurs de transcription NF-B, d’AP-1, mais également IRF3.

Les deux voies de signalisation sont importantes pour induire une réponse inflammatoire [125], même si la voie prédominante est celle dépendante de MyD88 [126]. Dans les deux cas, cela mène à la production des cytokines inflammatoires IL-6, IFN-α, TNF-α, MCP-1. De plus, le facteur de transcription IRF3 induit la production d’interféron de type I.

Figure 8. Mécanisme de reconnaissance et d’activation des cellules par du LPS, et activation des voies intracellulaire précoce et tardive.

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3.6.2. Relation structure inflammation

Il existe un grand nombre de LPS différents et également de lipides A différents, l’interaction entre ces LPS et les protéines connues pour fixer le LPS (LBP, CD14, et TLR4/MD-2) se fera avec des affinités différentes, et donc des réponses cellulaires et inflammatoires différentes. Le lipide A est au centre de l’activité biologique du LPS. Il existe différents types de lipide A, et une modification mineure dans la structure de ce lipide A peut entrainer une forte modulation de l’activité du LPS. Par exemple une simple déphosphorylation du lipide A du LPS de E. coli (passant d’une forme diphosphorylée à une forme monophosphorylée) peut être à l’origine d’une modification de l’affinité pour le complexe TLR4/MD-2 et donc diminuer son activité pro-inflammatoire [127,128] (Figure 9). Nous avons déjà vu que les lipides A se différenciaient par la nature des chaînes d’acides gras. Ces acides gras de par leur nombre, leur taille et le degré d’insaturation influencent l’activité du LPS en modulant son affinité avec les protéines connues pour fixer le LPS [129,130].

- La longueur des chaînes d’acides gras du lipide A est un facteur impliqué dans cette activité : la présence d’acide gras à 8 atomes de carbone confère une affinité moindre pour le TLR4 que celle d’un acide gras avec une chaîne carbonée plus longue, 10 atomes de carbone par exemple [131].

- La présence de carbones asymétriques dans le lipide A aura également une influence dans l’activité du LPS [132,133].

- Le nombre de chaîne d’acide gras est le facteur le plus important dans l’activité du LPS. Un nombre de chaîne faible (<5) est associé à une activité faible du LPS. Par exemple la modification du nombre d’acide gras du lipide A de E. coli, passant de hexa-acétylé à penta-acétylé, induit une forte diminution de l’activité pro-inflammatoire du LPS [134,135]. Ceci a également été observé chez d’autres bactéries [136]. Il existe un composé synthétique (compound 406) représentant ce lipide A tétra-acétylé qui n’a presque aucun effet inflammatoire, il a même un effet antagoniste sur les récepteurs TLR4 [137,138].

De plus lorsqu’on enlève totalement les chaînes acides gras du lipide A (LPS détoxifié), on observe une très forte diminution d’activité du LPS de l’ordre de 10000 fois [139].

- La position des chaines d’acides gras également joue sur la capacité inflammatoire du LPS.

Les phosphates du squelette et les chaînes d’acides gras du lipide A sont les modulateurs de l’activité du LPS [140] (Figure 9). De plus, la nature du lipide A a des effets variables sur l’activité du LPS, démontrant ainsi l’importance de la configuration spatiale du lipide A pour son interaction avec ses récepteurs [141].

La chaîne O joue également un rôle important dans la réponse immunitaire mais différent du lipide A. La chaîne O agit comme un inhibiteur de l’interaction du LPS avec le TLR4 [142]. Par exemple, certaines bactéries comme Helicobacter pylori, Porphyromonas gingivalis, et L. pneumophila, synthétisent une forme de LPS avec une très longue chaîne O, qui n’est pas reconnue par le TLR4 [143]. La taille de la chaîne O est souvent un indicateur de la virulence de la bactérie [35].

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Figure 9. Structure du lipide A de différents LPS en fonction de sa capacité inflammatoire. (D’après Rietschel ET. et al. Prog. in Clin. and Biol. Res., 1985, 189:31-51)