Rôle des intégrines

Les intégrines sont des protéines d’adhésion qui interviennent dans un grand nombre de mécanismes biologiques de l’individu sain. Leur structure transmembranaire leur permet de participer à la transmission de signaux entre le cytoplasme et la matrice extracellulaire (inside- out) [14] et inversement (outside-in) [15]. Ainsi, l’interaction entre la partie cytoplasmique de l’intégrine et les filaments d’actine peut induire une liaison entre la partie extracellulaire de l’intégrine et la matrice extracellulaire (inside-out). A l’inverse, la liaison de l’extrémité extracellulaire conduit à un phénomène de clusterisation (rassemblement local d’intégrines qui forment un oligomère) permettant la transmission de signaux intracellulaires qui conditionnent entre autres la survie, la mobilité et la polarité cellulaire.

Fig. IV.7. : Illustration du rôle des intégrines dans la transmission des signaux cellulaires [16].

181 Enfin, des études ont révélé que lorsque l’intégrine !v"3 n’est plus liée, elle induit la mort

cellulaire par apoptose [17]. Ce phénomène est propre aux cellules saines et n’intervient pas pour les cellules tumorales.

Certaines études ont montré que la présence d’intégrines, en particulier !v"3, peut être

associée à la formation active de métastases [18, 19]. Contrairement au phénomène passif dans lequel des cellules tumorales colonisent l’organisme portées par le sang, la motilité cellulaire est assurée par la répétition d’activations et de désactivations d’intégrines assurant l’adhésion à l’avant de la cellule en migration, et la supprimant à l’arrière. Ce phénomène de prolifération active dépendant des intégrines permet la migration cellulaire [20].

Les intégrines sont également au cœur des phénomènes angiogéniques. A titre d’exemple, la suppression de l’expression de l’intégrine !4"1 induit des malformations vasculaires graves [21].

Des souris knockout dépourvues de sous-unité !v ont également été développées pour étudier le

rôle de cette sous-unité sur la vascularisation : 80% des embryons n’ont pas survécu, et les individus restants ont succombé suite à des défauts de formation de certains vaisseaux cérébraux [22]. Paradoxalement, d’autres études ont prouvé que suite à la suppression de la sous-unité "3,

une augmentation de l’angiogenèse pouvait être observée dans certains cas suite à une augmentation de la sensibilité des cellules endothéliales aux facteurs de croissance dont VEGF [23]. Il semble donc que le rôle de l’intégrine !v"3 dans l’angiogenèse soit beaucoup plus

complexe qu’une simple induction. Elle peut apparemment jouer le rôle de régulateur positif ou négatif de l’angiogenèse selon la structure du substrat auquel elle se lie.

Le profil d’expression en intégrines varie selon le type de cellule, et pour un même type de cellule on observe une variation selon le cycle cellulaire et en fonction de signaux venus de l’extérieur. Un type d’intégrine peut être prédominant dans les cellules d’un tissu et absent dans d’autres. L’intégrine !v"3 est ainsi surexprimée au niveau de certaines tumeurs où elle induit la

néoangiogenèse indispensable à leur survie alors qu’elle est très peu présente dans les tissus sains. Le tableau IV.2. indique les profils d’expression en intégrines de diverses tumeurs et des métastases associés [24].

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En conclusion, les intégrines sont impliquées dans tous les processus mettant en jeu l’adhésion cellulaire à la matrice extracellulaire. Elle intervient dans le développement de nombreuses pathologies et en particulier l’intégrine !v"3 joue un rôle essentiel dans la

néoangiogenèse tumorale. Cette dernière étant surexprimée au niveau de la tumeur et très peu dans les cellules saines, elle constitue donc une cible privilégiée pour la détection précoce des tumeurs primaires, des récidives tumorales et des métastases [25-28].

IV.2.3. L’intégrine !v"3

L’intégrine !v"3, aussi appelée « récepteur de la vitronectine », est la mieux connue des

intégrines associées à la néoangiogenèse tumorale. Elle est impliquée dans la migration des cellules endothéliales, dans l’induction de l’angiogenèse tumorale en réponse à l’hypoxie, et dans le développement de métastases.

L’intégrine !v"3 est surexprimée au niveau des cellules endothéliales nouvellement

formées suite au développement d’une tumeur alors qu’elle est absente ou très peu présente dans le même type de cellules à l’état quiescent. De même elle est surexprimée au niveau des cellules tumorales de certains cancers (mélanome, peau, glioblastome cérébral, …). Elle constitue donc un critère fiable permettant de différencier les cellules tumorales des cellules quiescentes et son expression à la surface des cellules tumorales constitue un facteur pronostique pour certains cancers comme le cancer du sein [29] ou du colon [30].

Cancer Foyer tumoral principal Métastases Sein NA !1"1 / !6"1 / !v"1

Colon NA !5"1 / !6"4

Rein !3"1 !5"1

Poumon NA ! 3"1 / !IIb"IIIa

Mélanome !3"1 / !4"1 / !v"3 !1"1 / !2"1 / !5"1 / !IIb"IIIa / !v"3 / !6"4

Ovaire !3"1 !3"1

Peau !v"3 !2"1 / !3"1 / !6"1 / !6"4

Cerveau !v"3 !v"3

183 L’intégrine !v"3 fait partie des 8

intégrines reconnaissant le motif tripeptidique Arg-Gly-Asp (ou RGD) structuré présent dans de nombreuses protéines de la matrice extracellulaire telles que la vitronectine, la fibronectine, ou le fibrinogène (Fig IV.5. et IV.8.) [31].

La structure cristalline du domaine extracellulaire de l’intégrine !v"3 a été résolue seule

[12] et en présence d’un ligand RGD [32]. Ces structures ont permis de déterminer la façon dont le site actif de l’intégrine interagit avec un motif RGD comme le pentapeptide CRGDC (Fig. IV.9.gauche) ou le cilengitide: c(RGDf(N-Me)V).

Fig. IV.9. : Modélisation du site actif de l’intégrine !v"3 en présence de deux pentapeptides : CRGDC linéaire à

gauche [33] et c(RGDfMeK) à droite [32]

Ainsi, lors de la reconnaissance du motif tripeptidique RGD, on observe une interaction entre le domaine "A et l’aspartate D qui vient coordonner le cation Ca2+. L’arginine, quant à elle, se lie aux acides aspartiques constitutifs du domaine !A [33-35]. En 2009, Kessler et al ont précisé la nature de cette intéraction Asp-!A en mettant en évidence l’importance des liaisons hydrogène [36]. Si le site de reconnaissance du ligand est de très faible dimension (350Å! environ) et le ligand très court (seulement 3 acides aminés). L’intégrine !v"3 n’en est pas moins

Fig. IV.8. : Tripeptide RGD « Arg-Gly-Asp »

NH H N HN O O O N H H2N NH₂+ O - O R G D

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très sélective. En effet la reconnaissance d’un ligand RGD est fortement liée à sa conformation conditionnée par les acides aminés qui l’entourent [37]. La distance séparant les groupements guanidinium et aspartate présents dans le motif tripeptidique RGD influe ainsi énormément sur la sélectivité. La distance entre les atomes de carbone ! de l’aspartate et de l’arginine est en moyenne de 6.7 Å pour un ligand sélectif d’"v!3 et de 8 Å dans le cas d’"IIb!3.

Ainsi, depuis 2002, de nombreuses études ont été effectuées afin de déterminer des ligands de l’intégrine "v!3 adoptant des conformations variées mais dans lesquels la distance Arg-

Asp est respectée dans le but d’obtenir des inhibiteurs de celle-ci ou de développer des radiopharmaceutiques (imagerie ou thérapie) la ciblant [38].