Récepteurs de costimulation et de régulation

Comme il a été mentionné plus haut, la reconnaissance de l’antigène par le TCR n’est pas suffisante pour activer les lymphocytes T naïfs. Pour cela, le signal de costimulation provenant des CPAs est nécessaire. Ce signal arrive approximativement en même temps que la stimulation par le TCR puisque les mêmes cellules sont impliquées. De nombreuses molécules peuvent jouer le rôle de récepteur de costimulation. Parmi celles-ci, on retrouve en tête de liste le CD28, molécule de costimulation par excellence. Plusieurs récepteurs de la famille du TNF peuvent également jouer un rôle de costimulation. Finalement, il a été montré que les intégrines peuvent également agir comme molécules de costimulation. La costimulation est particulièrement importante pour l’activation des lymphocytes T naïfs, bien que les lymphocytes T effecteurs profitent aussi de la costimulation dans leur activation. Il existe cependant des molécules qui inhibent l’activation des lymphocytes T. Parmi celles-ci, on retrouve CTLA-4, une molécule de la famille du CD28 et dont le rôle est de contrôler l’activation des lymphocytes T.

De façon générale, la costimulation favorise la prolifération et la survie des lymphocytes T. Elle augmente également les fonctions effectrices, c’est-à-dire la production de cytokines dans le cas des lymphocytes T auxiliaires. Il est particulièrement intéressant de comprendre les mécanismes de costimulation dans le cadre de maladies inflammatoires auto-immunes puisque la costimulation peut contribuer à l’exacerbation de la réponse immunitaire et ainsi contribuer au développement de l’inflammation et des dommages tissulaires associés.

1.7.1 Les récepteurs de la famille du CD28

Le CD28 est le récepteur prototypique d’une famille de récepteur du même nom. Dans la famille du CD28, on retrouve également l’antigène 4 des lymphocytes T cytotoxiques (CTLA-4), le costimulateur inductible des lymphocytes T (ICOS) et la protéine de mort programmée 1 (PD-1)264,265. À l’exception du CD28 qui est exprimé de façon constitutive, les membres de la famille CD28 sont inductibles. Les quatre récepteurs font partie de la superfamille des immunoglobulines et possèdent un domaine cytoplasmique pouvant être phosphorylé et transmettre une signalisation intracellulaire. On retrouve CD28, ICOS et CTLA-4 sous forme d’homodimères alors que PD-1 existe sous forme monomérique.

Les quatre membres de la famille CD28 sont des molécules costimulatrices dans le sens où ils modifient l’activation des lymphocytes T. Cependant, seuls CD28 et ICOS augmentent leur activation. CTLA-4 et PD-1 sont en fait des inhibiteurs de l’activation des lymphocytes T et ont un rôle important à jouer dans la régulation de la réponse immunitaire. Tous les membres de la famille CD28 ont pour ligand des protéines de la famille B7. Le CD28 possède deux ligands, B7-1 (CD80) et B7-2 (CD86) exprimés chez les cellules présentatrices d’antigènes266. La liaison de CD28 avec un de ses ligands induit la prolifération et la survie des lymphocytes T en augmentant l’expression d’IL-2 et de Bcl-xL respectivement267. De plus, la liaison de CD28 permet de diminuer le seuil d'activation des lymphocytes T, c'est-à-dire qu'une moins grande quantité d'antigène est requise pour les activer. Finalement, le CD28 participe à la formation de radeaux lipidiques qui sont impliqués dans le regroupement des TCR, ce qui favorise l'activation des lymphocytes T8,264. CTLA-4 a les mêmes ligands que CD28. Cependant, au lieu d’augmenter l’activation des lymphocytes T, CTLA-4 inhibe les signaux induits par le TCR à l’aide des phosphatases SHP-2 et PP2A qui vont déphosphoryler le CD3 et d’autres molécules importantes pour la signalisation du TCR tel que LAT265,268. Puisque l’expression de CTLA-4 est induite suite à l’activation des lymphocytes T, cette molécule de costimulation représente un mécanisme de régulation et de contrôle de l’activité des lymphocytes T et contribue au maintien de l’homéostasie immunitaire. Le ligand principal d’ICOS est B7- H2. ICOS joue un rôle semblable au CD28. Cependant, bien qu’il puisse costimuler les lymphocytes T naïfs, il semblerait qu’il soit particulièrement important pour la régulation des fonctions des lymphocytes T effecteurs269. PD-1 possède deux ligands, PD-L1 et PD- L2 qui font tous deux parties de la famille B7270. Semblablement à CTLA-4, PD-1 inhibe la production de cytokines ainsi que la prolifération des lymphocytes T271,272.

En plus de leur rôle dans l’activation des lymphocytes T, les molécules de costimulation vont influencer la différenciation de ces cellules. Le CD28 favorise la différenciation des Th1 et Th2273 en fonction de la force du signal TCR associé. En présence d’un faible signal, le CD28 favorisera les Th2 alors qu’en présence d’un fort signal, il favorisera les Th1274. De plus, le CD28 est requis pour la différenciation des Th17275. Toutefois, cette costimulation doit être contrôlée, car une stimulation prolongée peut inhiber les Th17276. Le rôle de CD28 chez les Tregs est également ambivalent. Cette molécule est importante pour

la différenciation des Tregs dans le thymus alors qu’une trop grande activation de CD28 inhibe les iTregs277. De son côté, CTLA-4 inhibe la différenciation en Th1, Th2 et Th17, mais est nécessaire aux fonctions des Tregs278 alors qu’ICOS favorise la différenciation des Th1, Th2 et Th17,275,279,280 mais semble être particulièrement importante pour l’activation des Th2281–283. Finalement, PD-1 inhibe la réponse des Th1, Th2 et Th17,284–286 mais favorise la différenciation et les fonctions des Tregs287

De façon très générale, on peut en conclure que les molécules de costimulation activatrices, CD28 et ICOS, favorisent les lymphocytes Th1, Th2 et Th17 alors que les molécules de régulation inhibitrices, CTLA-4 et PD-1, favorisent les lymphocytes Tregs.

1.7.1.1 Signalisation du CD28

La liaison de B7-1 ou 2 avec le CD28 va induire la phosphorylation du motif tyrosine de la queue cytoplasmique de CD28. Cependant, le domaine intracellulaire de CD28 ne possède pas d’activité enzymatique intrinsèque. Sa phosphorylation va plutôt créer un site d’ancrage pour des molécules de signalisation comme Grb-2, Vav et PI3-Kinase (PI3-K). Les fonctions de Grb-2 issu de l’activation de CD28 sont les mêmes que celles de Grb-2 issu du TCR, c’est-à-dire qu’il s’agit d’une molécule adaptatrice qui mènera à l’activation des MAP kinases ERK. CD28 peut également activer de façon indépendante Vav et ainsi mener à l’activation des MAP kinases JNK et p38. Le CD28 peut donc augmenter la signalisation provenant de LAT et SLP-76 issu du TCR et contribue à l’activation de toutes les MAP kinases288. La phosphorylation de CD28 permet également le recrutement de PI3- K. Cette kinase produit du phosphatidylinositol(3,4,5)-triphosphate (PIP3) en phosphorylant les phosphatidylinositols, des phospholipides de la membrane plasmique289. Le PIP3 activera ensuite la protéine kinase B (PKB) également connue sous le nom d’AKT. AKT est une sérine-thréonine kinase qui peut activer IKK qui est nécessaire pour l’activation du facteur de transcription NF-κB. Il est à noter que cette activation est plus efficace que celle induite par la PKCΘ et le TCR. Ainsi, on peut constater que le CD28 renforce l’activation des voies de signalisation par le TCR et contribue ainsi à atteindre le seuil nécessaire à l’activation des lymphocytes T. Toutefois, la contribution spécifique du CD28 à l’activation des lymphocytes T se fait via l’activation d’AKT et de NF-κB.

1.7.2 Les récepteurs de la famille du TNF

Plusieurs récepteurs de la famille du facteur de nécrose des tumeurs (TNF) peuvent modifier l’activation, la différenciation ainsi que la survie des lymphocytes T en activant les MAP kinases ainsi que NF-κB. Cette famille de récepteurs comprend de nombreux membres, mais trois parmi ceux-ci sont plus intéressants du point de vue de la costimulation. Ce sont les récepteurs 4-1BB, OX40 et CD2710,290.

Les récepteurs de la famille du TNF (TNFR) se divisent en trois groupes : les récepteurs contentant un domaine de mort, les récepteurs leurres et les récepteurs liant des facteurs associés aux TNFR (TRAF)10. Les récepteurs contenant un domaine de mort tel que TNFR1 et Fas sont impliqués dans l’apoptose et non pas dans la costimulation. Leur mécanisme d’action passe par le recrutement de molécules telles que TRADD et FADD qui mèneront éventuellement à l’activation des caspases. Les récepteurs leurres sont des récepteurs solubles comme on en retrouve pour de nombreuses cytokines. Leur rôle est de lier le ligand naturel et ainsi empêcher l’activation du récepteur membranaire. Finalement, le groupe qui nous intéresse, les récepteurs liant TRAF sont ceux qui peuvent costimuler les lymphocytes T. Tel que mentionné plus haut, je me limiterai à 4-1BB, OX40 et CD2710,291,292. Ces trois récepteurs sont des hétérotrimères et possèdent certaines caractéristiques similaires. Premièrement, leur partie extracellulaire contient plusieurs domaines riches en cystéine. Deuxièmement, leur domaine intracellulaire possède un motif de 4 à 6 acides aminés servant à la liaison de TRAF. TRAF est en fait une famille de molécules dont six membres, de 1 à 6, ont été identifiés jusqu’à présent. Troisièmement, les trois récepteurs peuvent lier TRAF2, bien que l’affinité de ce dernier varie selon les récepteurs. Chacun des récepteurs peut lier un ou plusieurs autres TRAFs. L’affinité variable pour TRAF2 ainsi que la capacité de lier différents autres TRAFs permettent d’expliquer les différents effets de ces récepteurs10,290.

4-1BB (CD137) est exprimé chez les lymphocytes T activés. Son expression est plus importante chez les lymphocytes T CD8 que chez les CD4 et ne semble pas être associée avec un phénotype de CD4 en particulier290. Son ligand, 4-1BBL, est exprimé par les lymphocytes B, les macrophages et les cellules dendritiques. La partie cytoplasmique de 4- 1BB peut lier TRAF1, 2 et 3 qui activera un signal de costimulation pour l’expression de

l’IL-2 induite par le TCR. À ce niveau, 4-1BB semble être aussi efficace que le CD2810,290. 4-1BB favorise également la survie des lymphocytes T en augmentant l’expression de Bcl- xL291. Bien qu’il ne soit associé à aucun phénotype en particulier, 4-1BB peut augmenter l’expression des cytokines chez les lymphocytes T CD4, particulièrement les lymphocytes Th110,290.

OX40 (CD134) est exprimé chez les lymphocytes T activés mais contrairement à 4-1BB, son expression est plus importante chez les CD4 que les CD8. Son ligand, OX40L, est exprimé principalement chez les cellules dendritiques10,290. La région cytoplasmique d’OX40 peut lier TRAF2, 3 et 510,290. Comme pour 4-1BB, la liaison d’OX40 avec son ligand augmente l’expression d’IL-2, mais à un niveau moindre que ce qui est obtenu avec CD28. OX40 favorise également la survie des lymphocytes T en soutenant l’expression de Bcl-2 et Bcl-xL10,290. De plus, il semble pouvoir favoriser le développement des lymphocytes Th1 et Th2 avec un effet plus marqué chez les Th2293,294. OX40 inhibe également la différenciation et les fonctions des Tregs295,296. Toutefois, une étude récente a démontré qu’OX40 était nécessaire pour le recrutement et le fonctionnement des Tregs que l’on retrouve au niveau de l’intestin297.

Finalement, CD27 est lui aussi exprimé chez les lymphocytes T activés10,290. Cependant, son expression diminue rapidement après quelques cycles de division cellulaire. Le ligand de CD27 est CD70 qui est exprimé chez les lymphocytes T, les lymphocytes B et les cellules dendritiques. Le domaine intracellulaire de CD27 peut lier TRAF2, 3 et 510,290. Contrairement aux deux récepteurs précédents, la liaison de CD27 avec son ligand n’augmente pas l’expression d’IL-2, mais augmente l’expression de TNF induite par le TCR10,290.