1.2 M OTILITE DES CSH
1.2.4 Motilité et chimiotaxie des CSH : le couple SDF-1 /CXCR-4
La chimiotaxie se définit comme la motilité cellulaire dirigée selon un gradient de facteur chimioattractant pré-établi jusqu’au site de production. La majorité de ces facteurs sont des chimiokines. On distingue 4 familles de chimiokines qui se caractérisent par le nombre et la position de résidus de cystéine en position N-terminale : les chimiokines α (CXC), β (CC), γ (C) et δ (CX3C).
Une chimiokine de la famille CXCL, identifiée pour la première fois chez la souris dans une lignée de cellules stromales, a été pour cette raison appelée stromal-cell derived factor 1 (SDF-1 ou CXCL 12). Contrairement aux chimiokines pro-inflammatoires dont l’expression est induite par la présence d’agents pathogènes, le SDF-1 est constitutivement produit dans la moelle par les cellules endothéliales, les cellules stromales et les ostéoblastes. Dans l’environnement médullaire, il se répartit selon un gradiant décroissant entre le compartiment extravasculaire et la surface luminale des vaisseaux sanguins s’infiltrant dans la MO (Ponomaryov et al, 2000). Outre son pouvoir attractif sur les lymphocytes (Bleul et al, 1996), il exerce une activité chimioattractive puissante sur les cellules hématopoïétiques primitives (Jo et al, 2000;Wright et al, 2002) en direction du stroma médullaire par l’intermédiaire de son unique récepteur CXCR-4. Il est le seul agent chimioattractant agissant sur les CSH. La liaison du SDF-1 à son récepteur se traduit par une polymérisation de l’actine, reflet de la motilité cellulaire(Kim & Broxmeyer, 1998b).
Les modulations de la concentration médullaire en SDF-1 interfèrent avec la localisation des CSH. Ainsi les hautes concentrations en SDF-1 stimulent l’implantation et la rétention médullaire des CSH tandis que la dégradation du SDF-1 induit leur mobilisation périphérique (Tokoyoda et al, 2004;Nagasawa et al, 1996a).
Effets in vitro de SDF-1 sur l’hématopoïèse
Le SDF-1 active les intégrines VLA-4, VLA-5 et LFA-1 présentes sur les CSH ce qui augmente leur adhérence à la MEC, aux cellules endothéliales et aux cellules stromales (signalisation inside-out) (Peled et al, 2000;Grabovsky et al, 2000). C’est ainsi que le SDF-1 induit la transition entre la margination des CSH et leur adhérence ferme à l’endothélium (Peled et al, 1999a). Les interactions de haute affinité entre VLA-4, VLA-5 et la Fn soutiennent également la migration transendothéliale des CSH (Peled et al, 2000). Le SDF-1 contribue enfin à la rétention médullaire des CSH implantées en maintenant les intégrines dans un état actif au contact des cellules stromales médullaires (Ma et al, 1999;Kawabata et al, 1999).
Cette chimiokine aurait également d’autres fonctions moins bien connues. En effet, le SDF-1 n’agit pas seulement comme un chimioattractant, il participe également à la diminution de l’adhérence des CPH aux composants de la MEC. Une action indirecte via l’induction de la sécrétion des enzymes protéolytiques MMP par les cellules CD34+ a été proposée (Janowska-Wieczorek et al, 2000a).
Les hautes doses de SDF-1 stimuleraient la survie cellulaire et maintiendraient les cellules dans un état de quiescence (Cashman et al, 2002a;Durig et al, 1999) alors que les faibles doses de SDF-1 favoriseraient la motilité et la prolifération cellulaire (Lataillade et al, 2000;Broxmeyer et al, 2003;Grafte-Faure et al, 2000). Enfin, le SDF-1 aurait un effet anti-apoptotique sur les CSH (Lataillade et al, 2002).
En coculture de CPH CD34+ et de cellules stromales mésenchymateuses, le SDF-1 favorise la mise en cycle des CPH (Van Overstraeten-Schlogel et al, 2006).
Effets in vivo de SDF-1 sur l’hématopoïèse
La structure du SDF-1 a été particulièrement conservée au cours de l’évolution, seul 1 acide aminé diffère entre la forme humaine et murine. Ceci autorise l’interaction croisée entre le SDF-1 murin et le CXCR-4 humain, médiateur essentiel de l’implantation de cellules CD34+
humaines dans la MO murine.
La délétion chez la souris du gène codant pour le SDF-1 (Nagasawa et al, 1996b) ou le CXCR-4 (Zou et al, 1998) a permis l’identification des fonctions principales du SDF-1. Ces 2 modèles, à l’état hétérozygote, expriment un phénotype similaire caractérisé par des anomalies graves du développement cardiaque et cérébral, une diminution des progéniteurs B dans le foie et la MO ainsi qu’une diminution du nombre des progéniteurs de toutes les
La population cellulaire CD34+, n’exprimant pas ou peu le CXCR-4, a une motilité réduite par rapport à la population CD34+/CXCR4+. Ces cellules CD34+/CXCR4- expriment néanmoins la forme intracytoplasmique et fonctionnelle du récepteur CXCR-4. Celui-ci peut être exprimé à la surface cellulaire, facilitant alors l’implantation médullaire de ces cellules. Ainsi, une pré-stimulation in vitro de cette population cellulaire au moyen de cytokines (SCF, Il-6) peut convertir définitivement ces dernières en SRC exprimant la forme membranaire et intracytoplasmique du récepteur CXCR-4 ce qui augmente leur sensibilité au chimiotactisme par SDF-1 (Peled et al, 1999b;Kollet et al, 2002).
Les cellules endothéliales de la MO et les cellules stromales ont la capacité d’internaliser le SDF-1 en circulation et de le libérer dans la MO. Cette particularité non partagée par les cellules hématopoïétiques, nécessite l’intervention du récepteur CXCR-4 présent à leur surface. Cette translocation endothéliale du SDF-1 permet un transfert efficace de SDF-1 fonctionnel du sang périphérique vers les niches stromales. Ainsi, l’administration d’une simple dose de SDF-1 à des souris NOD/SCID β2-/- non irradiées, suivie par l’infusion de cellules CD34+ augmente l’implantation de cellules CD34+ de SC ou PB dans la MO et la rate murine. Le ligand injecté a franchi la barrière endothéliale pour atteindre la région endostéale stimulant ainsi l’implantation médullaire des CSPH (Dar et al, 2005).
Signalisation intracellulaire du SDF-1, rôle clé de PKC-
ζ
Un grand nombre de messagers intracellulaires activés après la liaison de SDF-1 au CXCR-4 ont été découverts. Toutefois, la signalisation spécifique conduisant à la motilité cellulaire dirigée est encore mal connue.
Une isoforme de la protéine kinase (PK) C, la PKC-ζ atypique, a été identifiée comme étant un intermédiaire important de la signalisation transmise par CXCR-4. Elle contrôle diverses voies de signalisations intracellulaires nécessaires à la fonction chimiotactique, aux modulations d’adhérence et des capacités prolifératives des CSH humaines (Petit et al, 2005).
Le récepteur CXCR-4 est un membre de la grande famille des récepteurs à 7 domaines transmembranaires associés aux protéines G hétérotrimériques (G protein coupled receptor, GPCR). En présence de SDF-1, le découplage des sous-unités GPCR du récepteur déclenche l’activation de voies de signalisation intracellulaire multiples. Les GPCR stimulent la voie PI-PLC-β3/γ aboutissant à la formation de diacylglycérol (DAG) et à la mobilisation calcique. Ces 2 messagers connus pour activer PKC (Wang et al, 2000) ne peuvent agir directement sur les PKC atypiques. Un messager intermédiaire, en aval du DAG (les céramides ou l’acide phosphatidique), semble donc nécessaire (Bourbon et al, 2000).
Les GPCR stimulent également la PI3K. Son produit, le phosphatidylinositol triphosphate (PIP3) est un activateur direct de diverses isoformes de PKC dont la PKC-ζ. Ces lipides stimulent également la voie d’activation de la kinase dépendante du phosphoinositide (phosphoinositide-dependant kinase-1, PDK-1), elle-même activatrice de PKC-ζ et de la kinase PKB/AKT connue comme un inhibiteur de l’apoptose (Iijima et al, 2002;Chou et al, 1998).
PKC-ζ active à son tour la voie MAPK ce qui aboutit à la transcription des gènes codant pour les MMP-9 et, par l’intermédiaire du facteur de transcription NFκB, des gènes contrôlant le
cycle cellulaire (Esteve et al, 2002). PKC-ζ stimule également Pyk2 qui influe sur l’adhérence et le chimiotactisme des CSPH (figure 1.14.).
La transduction du signal par CXCR-4 conduit à la phosphorylation de différents composants de la plaque d’adhérence focale (p130Cas, FAK, paxillin, Crk, extracellular-signal regulated kinases 1 et 2 (ERK-1et -2), la PLC-γ, PKC et la PI3K), probablement à l’origine des signaux
« inside-out » modulant l’affinité des intégrines. CXCR-4 active également la protéine Janus kinase (JAK), responsable de la transcription de nombreux gènes sous le contrôle de la voie JAK/STAT (Roland et al, 2003).
Figure 1.14. Modèle de la régulation de la signalisation de SDF-1 par PKC-ζζζζ .
Le SDF-1 s’associe à son récepteur, CXCR-4, présent sur les cellules CD34+ primitives et initie une cascade de signaux intracellulaires aboutissant à la migration des cellules vers la source de SDF-1. Une étape critique dans cette réponse est l’activation « PI3K dépendante » de PKC-ζ, un membre atypique de la superfamille des PKC, probablement sous l’action combinée de PDK-1. PKC-ζ peut également être activé indirectement par le produit de la voie PI-PLC, le DAG. PKC-ζ active la voie MAPK et Pyk2, conduisant à l’adhérence et au chimiotactisme des CSPH. L’activation de la voie MAPK est responsable de la transcription des gènes codant pour MMP-9 et les gènes modulant le cycle cellulaire sous l’influence du facteur de transcription NFκB.
Alors que PKC-ζ est essentiel pour le repeuplement à long terme des souris NOD/SCID par
Il est intéressant de noter que les souris déficientes pour le gène codant la PKC-ζ présentent un déficit sévère dans le développement et la fonction des cellules B (Martin et al, 2002), processus dépendant de SDF-1.
L’association entre le CXCR-4 et son ligand aboutit à l’internalisation du récepteur ce qui conduit à une désensibilisation cellulaire au SDF-1 et à l’arrêt de la signalisation médiée par ce récepteur. Ce mécanisme fait intervenir d’une part les protéines GPCR et d’autre part la β-arrestin. Celle-ci peut réguler efficacement la fonction de CXCR-4 en s’associant à la portion C-terminale et au 3ème domaine transmembranaire du récepteur (Cheng et al, 2000).