Les PGs de la membrane basale

La membrane basale (MB) est considérée comme une spécialisation de la MEC. Elle se présente comme un mince feuillet de 50-800 nm d’épaisseur qui forme une barrière entre les cellules épithéliales, endothéliales, musculaires et le tissu conjonctif. Cette membrane est composée principalement de laminine, collagène-IV, fibronectine, entacine (nidogène), et d’HSPGs (perlecan, bamacan et agrine) (Erickson and Couchman, 2000).

III.3.2.1. Le perlecan

Le perlecan a été isolé pour la première fois par Hassel et al. (1980) à partir du sarcome d’Engelbreth-Holm-Swarm (EHS). C’est le PG de la MB le plus étudié et le plus abondant. Le nom de "perlecan" provient de l’apparence structurale de ce PG qui ressemble à un collier de perles. Cet aspect est dû à la présence de domaines globulaires dispersés le long d’une structure linéaire (Hassell et al., 2003).

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III.3.2.1.a. L’organisation structurale du perlecan

Le perlecan est un HSPG dont la protéine "core" est divisée en cinq domaines distincts (Figure 13). Ces derniers présentent des homologies de séquences avec d’autres protéines connues comme certains facteurs de croissance et des protéines impliquées dans le métabolisme des lipides (Hassel et al., 1980; Noonan et al., 1991; Kallunki and Tryggvason, 1992; Murdoch et al., 1992). Le domaine I N-terminal est spécifique du perlecan, il porte trois sites potentiels pour l’attachement de chaînes d’HS, et un module SEA (Sperm protein,

Enterokinase, Agrin).

Figure 13. Présentation schématique de la structure du perlecan

Organisation de la protéine "core" de ce HSPG en cinq domaines structuraux (indiqués en chiffres romains). Le schéma montre la présence de modules similaires à des protéines de la MEC. La liste située sous le schéma indique les molécules capables d’interagir avec chaque domaine du perlecan.

D’après Whitelock et al., 2008

III.3.2.1.b. Les fonctions du perlecan

Le perlecan joue un rôle important au niveau de la MB, il interagit avec les molécules présentes dans la MEC, à la fois par sa protéine "core" et par ses chaînes d’HS. Le domaine

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IV, par exemple, peut fixer l’entactine/nidogène-1 et -2, la fibuline-2 et la fibronectine (Hopf

et al., 2001). Quand au domaine V, il interagit avec la fibuline-2, le complexe

laminine-entactine/nidogène ainsi que d’autres molécules (Friedrich et al., 1999). Le perlecan a une expression ubiquitaire, il joue au niveau de la MB des MEC un rôle crucial dans l’adhésion, la prolifération cellulaire et dans l’angiogénèse.

Chez l’homme, deux mutations du perlecan ont été identifiées. Elles sont responsables de deux maladies génétiques: le syndrome de Schwartz-Jampel de type I (SSJI) et la dysplasie dysségmentale de type Silverman-Handmaker (DDSH). Les nouveau-nés DDSH présentent de très nombreuses anomalies squelettiques, et décèdent rapidement après la naissance. Les patients atteints du SSJI vivent souvent jusqu’à l’âge adulte avec de nombreux désordres liés au degré de l’haploinsuffisance et souffrent de raideurs musculaires sévères (Rodgers et al., 2007).

III.3.2.2. Le bamacan

C’est un PG à CS abondant dans la MB. Le nom de bamacan provient de la localisation de cette molécule et de sa composition en GAGs (Basement membrane-associated chondroitin

proteoglycan) (Couchman et al., 1996).

Le bamacan présente une forte homologie de séquence avec les protéines de la famille des SMC (Structural Maintenance of Chromosome), et plus particulièrement, avec la sous-classe SMC3. Il possède trois domaines qui ont une conformation globulaire (I, III et V) séparés par deux hélices-α superenroulées (domaines II et IV). Les régions II, IV et V contiennent des séquences consensus Ser-Gly qui constituent des sites potentiels de N-glycosylations et de fixation des chaînes de CS (Figure 14).

Figure 14. Présentation schématique du bamacan

Le bamacan présente une organisation structurale séquentielle, composée de trois domaines globulaires séparés par deux hélices-α super-enroulées. Ce schéma montre la présence de trois sites de N-glycosylation (traits courts) et trois sites de fixation de chaînes de CS(traits longs).

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Le bamacan est un CSPG qui joue un rôle de stabilisateur de la MB (Couchman and Woods, 1993), Chez les patients atteints de la forme dystrophique d’épidermolyse bulleuse et dans certains cas de tumeurs de l’épiderme, le taux de chaînes de CS présent dans la MB située entre le derme et l’épiderme est anormalement bas (Fine and Couchman, 1989; Oguro et al.,

1991). D’un autre côté, il a été constaté que l’expression du bamacan est augmentée dans les lignées cellulaires et certains tissus tumoraux, ce qui suggère un rôle de ce PG dans la tumorigenèse.

III.3.2.3. L’agrine

C’est un HSPG hautement glycosylé (Tsen et al., 1995) présent dans la MEC. Il a été identifié pour la première fois par McMahan et al., (1990), comme un polypeptide de 200 kDa. L’agrine exprimée à la fois dans les muscles et les neurones est impliquée dans la formation, le maintien et la régénération de la jonction neuromusculaire. Un épissage alternatif produit deux formes d’agrine: une forme transmembranaire (de type II) et une forme soluble présente dans la MB de la MEC.

Figure 15. Présentation schématique de l’agrine

L’agrine présente une organisation structurale modulaire constituée de nombreux domaines distincts. Les sites d’épissage alternatifs de l’ARNm avec le nombre possible d’acides aminés sont indiqués sur le schéma ci-dessus. NCAM, neural cell adhesion molecule; HB-GAM, heparin-binding growth-associated-molecule.

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L’agrine présente une organisation multimodulaire. Elle comprend neuf domaines " follistatin-like", une répétition de deux domaines "laminin-like-EGF", deux domaines riches en acides aminés proline (Pro), Ser et Thr, et un module SEA (Figure 15). Du côté de l’extrémité C-terminale, on trouve quatre domaines "EGF-like" et trois domaines "laminin-G-like".

L’agrine est faiblement exprimée chez le fœtus (Groffen et al., 1998). Chez l’adulte, elle est exprimée majoritairement dans les reins, les poumons, le foie et la glande thyroïdienne. On la trouve également dans les différentes régions du cerveau, notamment dans les neurones et dans la MB microvasculaire.

Les chaînes de GAGs de ce PG sont impliquées dans la potentialisation de l’adhésion hémophilique des NCAM (Neural Cell Adhesion Molecule) et dans la fixation des facteurs de croissance de type HB-GAM (Heparin-Binding Growth-Associated-Molecule). Chez les patients atteints de la maladie d’Alzheimer, une forme soluble d’agrine a été identifiée à de fortes concentrations aussi bien dans les plaques neuritiques, appelées aussi plaques séniles, que dans les plaques diffuses du cerveau. Les cerveaux de ces patients montrent des anomalies au niveau de la MB, qui peuvent être associées à l’emprisonnement de l’agrine par la protéine amyloïde (Donahue et al., 1999).

III.3.2.4. Le collagène XV et le collagène XVIII

Les collagènes de type XV (Col XV) et de type XVIII (Col XVIII) sont des CSPG et HSPG, respectivement (Halfter et al., 1998; Li et al., 2000). Ils appartiennent à la sous-famille des collagènes non fibrillaires (Abe et al., 1993; Oh et al., 1994; Rehn and Pihlajaniemi, 1994). Pour le Col XVIII, un mécanisme d’épissage alternatif produit deux isoformes chez l’homme (longue et courte) (Saarela et al., 1998).

La comparaison des séquences primaires de Col XV et Col XVIII montre une grande similarité, la structure tridimensionnelle correspond à des chaînes α1 qui forment des homotrimères (trois chaînes α1).

Chez l’homme Col XV comprend une séquence peptide signal N-terminale, suivie de trois régions. La région collagénique centrale est interrompue par 8 segments non collagéniques de taille variable (Figure 16).

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Figure 16. Présentation schématique de l’organisation du Col XV chez l’homme

Col XV présente trois domaines: un domaine N-terminal qui porte 11 séquences consensus de fixation des chaînes de GAGs, et un domaine C-terminal séparés par une région collagénique centrale interrompue par 8 segments non collagéniques, dont le premier porte trois sites potentiels de fixation de GAGs.

D’après Ortega and Werb, 2002

Le Col XV est un PG qui porte principalement des chaînes de CS sur le domaine N-terminal de la protéine "core" (Li et al., 2000). Cependant, de nouvelles études ont montré que le Col XV peut porter également des chaînes de CS/DS et des chaînes d’HS ce qui suggère que ce PG joue un rôle structural et serait également impliqué dans les interactions cellules-matrices.

Induction Inhibition

Collagène XV monomérique soluble

Trimère NC1

Réduction de la croissance tumorale (Ramchadran et al., 1999)

Migration des cellules

endothéliales induite par le FGF2 Angiogenèse de la membrane chorioallantoique induit par le VEGF (Sasaki et al., 2000) Angiogenèse de la membrane chorioallantoique induit par le VEGF et par le FGF2 (Sasaki et al., 2000)

Tableau 3. Exemples de fonctions du col XV

NC, domaine non collagénique; VEGF, vascular endothelial growth factor; FGF, fibroblast growth

factor.

Journal of Cell Science 115

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Ces deux types de PGs ont une distribution tissulaire très différente, ce qui suggère qu’ils utilisent des mécanismes distincts pour inhiber l’angiogenèse. Col XV est exprimé majoritairement dans le muscle cardiaque et squelettique, tandis que Col XVIII est exprimé principalement dans les cellules qui constituent les parois des vaisseaux et dans les MBs. A l’heure actuelle, les rôles physiologiques des Col XV et Col XVIII ne sont pas encore bien déterminés. Chez la souris la déficience en Col XV est responsable de la dégénérescence progressive des muscles squelettiques et des cellules endothéliales. En revanche, la mutation de l’isoforme courte de Col XVIII chez l’homme est associée au syndrome Knoblok. C’est une maladie génétique autosomale récessive qui se caractérise par une forte myopie, un détachement de la rétine avec des anomalies qui touchent la macula ainsi que par des défauts occipitaux (Sertie et al., 2000).