Deux modèles de signalisation

a- Séquentiel

La fixation du ligand CXCL12 sur son récepteur induit séquentiellement : - Une modification de la conformation du récepteur

- Une activation des protéines G

- Une phosphorylation du domaine C-terminal (désensibilisation) - Un recrutement des protéines adaptatrices de type !-Arr

- Une internalisation clathrine-dépendante

C’est ce modèle qui prévaut quant au fonctionnement de CXCR4 et qui étaye, jusqu’ici, de nombreuses observations, notamment sur les anomalies dues à des pertes ou gains de fonction du récepteur en pathologie (c.f. chapitre VI « CXCR4, Rôle étiologique de

CXCR4 dans le Syndrome WHIM »).

b- Simultané

Cependant, il existe aussi la possibilité d’un modèle où certains événement pourraient avoir lieu, non pas de façon séquentielle, mais simultanée (Figure 14). En effet, s’il est considéré que la voie dépendante des protéines G est la voie initiée et principale chronologiquement lors de la fixation du ligand au récepteur, il n’a jamais été démontré qu’il n’existe pas une balance entre la signalisation dépendante et indépendante des protéines G dès la fixation du ligand. En effet, il a été montré dans des conditions de surexpression que les protéines adaptatrices !-Arr sont capables de fixer un motif SHSK

(Ser/His/Ser/Lys) dans la 3^eme BIC de CXCR4 et sont capables de ce fait, de promouvoir

une réponse cellulaire Extracellular signal-regulated kinase (ERK) indépendante des protéines G (Lagane et al., 2008) mais dépendante du domaine C-terminal (Pal et al., 2013).

Figure 14 : Régulation de l’activité de CXCR4 (Bignon et al., 2011). Le Syndrome

WHIM (SW, en rouge) et la Lymphopénie T CD4⁺ Idiopathique (LCI, en bleu) sont

deux pathologies altérant la désensibilisation et le recyclage de CXCR4.

E- Fonctions principales intégrées par CXCR4

a- Migration cellulaire

L’induction de la migration cellulaire constitue une propriété biologique commune aux CKs. Sous l’effet du gradient de CXCL12, les cellules exprimant CXCR4 se polarisent et réorganisent leur cytosquelette de façon à former des lamellipodes vers l’avant de la

m/s n° 4, vol. 27, avril 2011 3

SYNTHÈSE

REVUES

remarquablement in vivo chez certains patients, normalise l’expres-sion membranaire de CXCR4 tout en augmentant le nombre de LT CD4+ circulants. Ainsi, cette étude ouvre pour la première fois la voie à la compréhension des anomalies moléculaires affectant les LT CD4+ et à un traitement de la LCI par immunothérapie.

Perte de fonction de CXCR4, une cause de la LCI ?

Ces données, qui méritent d’être étendues à d’autres cohortes, suggèrent que la perte de fonction de CXCR4 altère in vivo la différenciation des LT CD4+, conduisant à leur déplétion sanguine et favorisant ainsi

l’appa-Figure 1. Régulation de l’activité de CXCR4. Ce schéma présente les principales voies de signalisation associées à l’activation et à l’inactivation de CXCR4 en réponse à CXCL12. Dans le SW, la désensibilisation de CXCR4 est altérée (cadre rouge), tandis que dans la LCI, il s’agit d’un défaut de recyclage membranaire de CXCR4 (cadre bleu). AMPc : adénosine monophosphate cyclique ; E-arr : E-arrestine ; ERK : extracellular

signal-regulated kinase ; GDEJ : protéine G hétérotrimérique DEJ ; GRK : G protein-coupled receptor kinase ; LCI : lymphopénie T CD4+ idiopathique ; P : phosphorylation ; PI3-K : phosphoinositide 3-kinase ; PLC-E : phospholipase C-E ; SW : syndrome WHIM ; Ub : ubiquitine.

Gαi^Gβ Gγ Gαi ^Gβ Gγ GRK β-arr P P P Ub p38 ERK1/2 Inactivation Désensibilisation SW : Gain de fonction

LCI : Perte de fonction

Réponse cellulaire

Chimiotaxie, Survie, Prolifération

-Réponse cellulaire

Chimiotaxie, Survie, Prolifération

-CXCR4 Ub Liaison Activation Phosphorylation Endocytose Recyclage Dégradation Signalisation G-indépendante Signalisation G-dépendante AMPc PLC-β PI3-K CXCL12 BalabanianOK.indd 3 BalabanianOK.indd 3 25/03/2011 11:50:0625/03/2011 11:50:06

cellule, où la concentration de CXCL12 est plus importante, et des pseudopodes à l’arrière de celle-ci (Wendel et al., 2012). Durant le processus migratoire induit par CXCL12, les molécules d’adhésion telles que les intégrines !4"1, VLA-4 et les protéines du cytosquelette sont délocalisées et redistribuées en des sites distincts de la cellule, permettant ainsi à la cellule cible de se mouvoir (Hartmann et al., 2005; Parmo-Cabanas et al., 2004; Sanchez-Madrid & del Pozo, 1999). Le processus d’induction du mouvement par CXCL12 est donc un processus coordonné, impliquant l’adhésion de la cellule à la MEC ou à l’endothélium, la formation d’une structure bipolarisée et la rétractation du pseudopode pour permettre à la cellule de se mouvoir.

b- Migration trans-endothéliale

CXCR4 est aussi capable de médier la migration trans-endotéliale des cellules (Ngo et al., 2008). Il ne s’agit pas cette fois de diriger un mouvement migratoire sur une surface cellulaire, mais de promouvoir le déplacement au travers de cette surface. Ce processus s’avère important lorsque les leucocytes se trouvent en circulation et nécessitent alors une phase de ralentissement, d’arrêt et de diapédèse sur le modèle suivant (Gonzalez-Amaro & Sanchez-Madrid, 1999; Vicente-Manzanares & Sanchez-Madrid, 2004) (Figure 15):

- Adhésion primaire transitoire et réversible : roulement du leucocyte sur la surface endothéliale, médie!e surtout par les sélectines

- Activation leucocytaire rapide, dépendante des CK

- Adhésion ferme et stable à la surface endothéliale, contrôlée par les intégrines - Diapédèse: le leucocyte rampe jusqu’à atteindre un espace inter-endothélial pour

s’y glisser

Ce processus, aussi appelé processus d’extravasation, est crucial pour le recrutement leucocytaire dans les sites d’inflammation et notamment dans certaines pathologies auto-immunes ou les processus tumorigèniques (Domanska et al., 2013; Vicente-Manzanares & Sanchez-Madrid, 2004).

Figure 15 : Processus d’extravasation leucocytaire (Vicente-Manzanares & Sanchez-Madrid, 2004).

c- Quiescence des cellules souches

Au delà des processus de migrations cellulaires et trans-endothéliaux, CXCR4 est capable de médier des réponses cellulaires différentes, selon le lignage et le niveau de différenciation considéré. Une de ces réponses cellulaires est cruciale pour le maintien du système hématopoïétique : il s’agit de la quiescence des CSH, un processus médié entre autres par NRF-2 (Tsai et al., 2013). Il a été montré qu’il existe une balance entre auto-renouvellement et quiescence des CSH et que l’abolition de l’expression de Cxcr4 sur ces cellules génère à la fois un relargage périphérique, une hyperprolifération cellulaire (Itkin

& Lapidot, 2011; Nie et al., 2008) et une perte de la capacité clonogénique des CSH (Tzeng et al., 2011) (Figure 16).

Figure 16 : Résumé des phénotypes médullaires des souris invalidées pour Cxcl12 (Tzeng et al., 2011).

d- Prolifération

A l’inverse, CXCR4 peut promouvoir la prolifération. En effet, les cellules PreB ainsi que les LB du péritoine présentent une prolifération accrue en présence d’une costimulation par CXCL12 (Balabanian et al., 2002; Nagasawa et al., 1996b). Cette action peut se faire d’une façon directe, via la transduction du signal médié par la PI3K/Akt (Ganju et al., 1998; Minamiguchi et al., 2001), mais aussi par la co-signalisation du BCR ou du TCR qui va favoriser la prolifération des LB et LT ayant

Enfin, il a aussi été montré que CXCR4 favorise la prolifération des cellules malignes, dans différents types de cancers, de façon autonome ou en modulant le microenvironnement tumoral (Domanska et al., 2013) .

e- Survie

Indépendamment des processus précédents, CXCR4 peut avoir une activité anti-apoptotique. Sur les thymocytes en cours de développement, il a été montré que Cxcr4 est nécessaire à la costimulation des thymocytes DN pour achever leur différenciation en DP (Trampont et al., 2010) et que l’absence de Cxcr4 entraîne une apoptose exacerbée lors de la sélection !. Il a de même été montré que l’action de CXCL12 est capable de prolonger la survie des progéniteurs myéloïdes (Broxmeyer et al., 2003). En pathologie, notamment dans certain cancers, CXCR4 est capable de promouvoir directement un effet anti-apoptotique sur les cellules tumorales l’exprimant, par exemple, via l’induction de Nf-"b (Teicher & Fricker, 2010; Wang et al., 1996).

f- Transcytose de Cxcl12

Enfin, un dernier processus de CXCR4 a été suggéré dans la MO. Le RCK est capable d’effectuer la transcytose de son ligand. Effectivement, les cellules endothéliales formant les sinusoïdes médullaires sont capables de capturer le CXCL12 circulant et de le transporter vers le parenchyme médullaire. Le gradient de CXCL12 ainsi formé vers la MO facilite la greffe de CSH circulantes et prévient l’échappement des CSH et progéniteurs situés dans la niche périvasculaire vers la circulation (Dar et al., 2005). Cette fonction est la même que celle retrouvée dans le RCK atypique DARC (Hansell et al., 2011) qui est capable de redistribuer les CKs environnantes pour conserver une concentration optimale au site d’action et prévenir l’internalisation des RCK induite par leur ligands.

3- CXCR7

A- Historique

RDC-1 a été initialement identifié comme un RCPG putatif pour le Vasoactive intestinal peptide (VIP) (Sreedharan et al., 1991), propriété écartée ensuite (Cook et al., 1992; Nagata et al., 1992). En 2005, il a été identifié comme capable de fixer CXCL12 avec

une affinité 10 fois supérieure à celle de CXCR4 (Naumann et al., 2010). Il fixe en outre CXCL11 et a été montré comme capable, à l’instar de CXCR4, de promouvoir l’entrée de certaines souches du VIH dans sa cellule cible (Shimizu et al., 2000). Sa particularité vient du fait qu’il ne possède pas le motif canonique DRYLAIV de fixation des protéines G (Graham et al., 2012) et est considéré comme incapable de promouvoir une signalisation dépendante des protéines G. Néanmoins, cette incapacité reste source de discussion (Levoye et al., 2009; Odemis et al., 2012). En revanche, il est largement admis que CXCR7 sert de récepteur destiné à capter le CXCL12 extracellulaire et à diminuer sa disponibilité pour CXCR4 (Hoffmann et al., 2012; Wang et al., 2012). A l’instar de Cxcr4, les souris invalidées pour Cxcr7 présentent une létalité embryonnaire due à des malformations cardiaques, ce qui suggère un rôle différent mais complémentaire de CXCR4 (Gerrits et al., 2008).

B- Expression tissulaire

CXCR7 a été identifié comme un corécepteur du VIH sur les LT (Shimizu et al., 2000), il est en outre exprimé sur les LB, les neurones et certaines cellules tumorales (Sanchez-Martin et al., 2013). Une particularité de ce RCK atypique est sa faible expression membranaire à la surface des cellules l’exprimant, ceci étant probablement dû à sa fonction qui est principalement d’effectuer des cycles entre la membrane et le cytosol. La fonction attribuée est la capture de ses ligands extracellulaires, la dégradation intracellulaire et la recapture de ceux-ci lors de son recyclage membranaire.

C- Régulation de l’expression et de l’activité

a- Transcription

Au niveau transcriptionnel, les ARNm codant pour CXCR7 se retrouvent dans de

nombreux organes (http://www.genecards.org/). Cela indique un spectre d’expression

transcriptionnel aussi large que CXCR4 et étaye le fait que CXCR4 et CXCR7 pourraient fonctionner de concert.

b- Découplage expression/fonction

CXCR7 est considéré comme n’activant pas la voie des protéines G ; une explication partielle viendrait du fait que CXCR7 ne présente pas de motif canonique de fixation des

protéines G DRYLAIV, mais une séquence légèrement différente : DRYLSIT (Asp/Arg/Tyr/Leu/Ser/Ile/Thr) (Sanchez-Martin et al., 2013). Il semble en revanche signaliser principalement par une voie dépendante des !-Arr (Mahabaleshwar et al., 2012; Rajagopal et al., 2010). On parle alors de récepteur biaisé.

c- Internalisation et recyclage

Contrairement à CXCR4, CXCR7 est capable de constitutivement effectuer des cycles d’expression membranaire, d’internalisation et de recyclage vers la membrane (Luker et al., 2010; Mahabaleshwar et al., 2012). De façon intéressante, la capacité de CXCR7 à s’hétéro-dimériser avec CXCR4 pourrait être un nouveau mode de régulation de CXCR4 soit en le forçant à internaliser, soit en le stabilisant à la membrane, modulant ainsi le signal transduit par CXCR4 (Decaillot et al., 2011; Sanchez-Alcaniz et al., 2011).