Rôles des HSP en extracellulaires

La présence extracellulaire des HSP a longtemps été considérée comme énigmatique. Cependant, il est maintenant bien établi que les HSP sont aussi présentes à l’extérieur des cellules. La première publication observant la présence des HSP extracellulaires a été réalisée sur des axones géants de calamar dans le laboratoire de Tytell en 1986 [48]. Indépendamment, Hightower et Guidon ont démontré la présence de la protéine de stress HSP70 dans le milieu extracellulaire. De nos jours, les HSP sont détectées dans le plasma des souris et des humains, en particulier HSP27, HSP70 et HSP90 [48].

Les HSP sont présentes à l’extérieur de la cellule, sous une forme libre ou sous une forme associée aux membranes. De nombreuses publications suggèrent que les HSP ne sont pas simplement associées aux membranes mais insérées dans celle-ci [49]. Il est difficile de différencier exactement ces deux états. Chez l’Homme la présence extracellulaire des HSP est principalement associée à des situations de stress physiologiques, environnementaux et/ou pathologiques tels que la chaleur, la division cellulaire, l’inflammation, les infections bactériens et virales et le cancer. De manière surprenante, les HSP inductibles : HSP27, HSP70 et HSP90 sont retrouvées à l’extérieur de la cellule. HSP70 existe sous les deux formes extracellulaires décrites ci-dessus. En revanche, nous retrouvons HSP70 associée aux membranes des cellules cancéreuses mais pas à la surface des cellules normales [50].

En effet, les cellules cancéreuses sont considérées comme continuellement stressées, les HSP inductibles telles que HSP70 deviennent dès lors « constitutives ». De ce fait, il y a une surexpression intra-cytoplasmique de HSP70 et environ 10 % de cette HSP70 se retrouve à la membrane. Il a été démontré que l’expression de HSP70 à la membrane des cellules cancéreuses est directement associée à une faible survie des patients cancéreux [51] indiquant que la présence des HSP à l’extérieur des cellules joue un rôle dans le développement tumoral. A ce jour, il n’y a aucune certitude sur le mécanisme utilisé par les HSP pour passer à l’extérieur ou à la membrane de la cellule. De plus, les HSP ne possèdent aucun motif d’export ou d’insertion membranaire[52]. Deux questions majeures restent ouvertes : comment les HSP passent la membrane et qu’elles sont leurs fonctions extracellulaires ?

3.3.1. Comment les HSP peuvent se retrouver à l’extérieur de la cellule ?

Dans la littérature, nous trouvons plusieurs mécanismes pouvant expliquer le passage des HSP à l’extérieur ou à la membrane de la cellule. La première hypothèse fut proposée par le groupe de Srivastava qui démontra que la mort par nécrose cellulaire se traduisait par une libération passive de HSP70 dans le milieu extracellulaire [53]. Par ailleurs, l’équipe de Hightower a mis en évidence une libération de HSP70 dans un contexte indépendant de la mort cellulaire, ce qui fut confirmé par d’autres équipes [54].

L’argument majeur en faveur d’une sécrétion passive de HSP70 est que HSP70 n’a pas de signal de sécrétion connu pour la voie classique du golgi-réticulum endoplasmique, HSP70 ne peut donc pas passer par cette voie pour être excrétée.

En effet, l’utilisation d’inhibiteur spécifique de la voie golgi-réticulum endoplasmique, n’a pas d’effet sur la libération de HSP70. Ce qui suggère donc que HSP70 doit être exportée par un mécanisme alternatif. De nombreuses protéines cytoplasmiques telles que l’interleukine 1 (IL-1) ou les galectines utilisent des voies de sécrétion non conventionnelles pour leur sécrétion. Concernant HSP70, divers scénarios ont été proposés pour expliquer son export de façon actif. Tout d’abord, il a été suggéré que l’export de cette protéine est dépendant de la voie lysosome-endosome avec l’intervention des transporteurs de type ABC. Dans ce cas, HSP70 s’associe à une protéine devant être excrétée, puis après son intégration dans le lysosome le complexe est exocyté[55].

D’autres études montrent que le mécanisme d’excrétion de HSP70 passerait plutôt par la voie de sécrétion des granules [56]. Une particularité intéressante est que HSP70 a aussi la capacité de lier les phosphatidyl-sérines (PS) dans les cellules tumorales. Les PS sont capables de passer à l’extérieur de la membrane par un mécanisme de Flip-Flop [57]. Il est donc possible que HSP70 utilise ce mécanisme pour passer à la membrane des cellules cancéreuses. Enfin, le mécanisme le plus accepté, pour l’export de HSP70 serait par la voie de vésicules extracellulaires telles que les ectosomes, les microparticules et les exosomes.

Ce mécanisme permettrait à HSP70 de se retrouver sous une forme transmembranaire avec une partie extracellulaire. Il a été démontré qu’une fraction, composée de seulement 14 acides aminés : « TKDNNLLGRFELSG » nommée souvent par l’abréviation « TKD », serait extracellulaire dans ce cas. Cette partie extracellulaire correspond à une partie du SBD de HSP70 [58]. L’organisation spatiale du TKD n’est pas connue à ce jour. L’ensemble des arguments présenté suggère deux sources pour HSP70 extracellulaire : une active, par le biais de processus de sécrétion non conventionnel, et une passive à la suite de la mort cellulaire par nécrose. Grâce à cela, nous retrouvons HSP70 sous deux formes qui coexistent au sein de l’organisme, une forme insoluble associée aux membranes et une forme soluble libre.

3.3.2. Fonction extracellulaire de HSP70

HSP70 extracellulaire agit principalement sur le système immunitaire. Néanmoins, le rôle de HSP70 extracellulaire sur le système immunitaire reste controversé. De nombreuses études montrent que HSP70 joue le rôle d’immunostimulateur, à l’inverse d’autres études mettent en avant l’effet immunosuppresseur de HSP70 [52]. Nous traiterons cette partie en fonction de la forme extracellulaire de HSP70.

3.3.2.1. Rôle de HSP70 sous sa forme libre

HSP70 libre peut présenter des effets opposés sur le système immunitaire. L’ensemble des effets est répertorié dans la (figure 15). HSP70 libre joue un rôle essentiel dans l’immunité innée en activant les cellules présentatrices d’antigènes (CPA), De nombreux rapports remettent en question l’effet immunoactivateur de HSP70. En effet, la protéine HSP70 utilisée dans la plupart des expériences in vitro et in vivo est souvent contaminée par des endotoxines, impuretés dérivant de la production de HSP70 dans les bactéries. Les effets immunostimulateurs observés pourraient être attribués à l’endotoxine plutôt qu’à HSP70. En effet, une étude démontre des effets totalement opposés sur le système immunitaire, en fonction de la pureté de la protéine recombinante HSP70 utilisée. Lorsque HSP70 est contaminée par des endotoxines, cela conduit à l’activation de cellules immunitaires telles que les CPA. A l’inverse aucune activation des CPA n’est observée en présence HSP70 dépourvue d’endotoxine [59]. Cette hypothèse est renforcée, par le fait que la protéine HSP70 recombinante est capable d’activer la voie spécifique de transduction du lipopolysaccharide (LPS). Le LPS est considérée comme une endotoxine pyrogène qui a la capacité de lier le récepteur TLR4 et d’induire la libération de cytokines pro-inflammatoire.

Ceci laisse supposer que l’activation de cette voie serait plutôt due à l’endotoxine contaminant qu’à HSP70. Des études menées avec la protéine recombinante HSP70 sans endotoxine montrent, des effets plutôt inhibiteurs du système immunitaire. En effet, lorsque la protéine recombinante HSP70 est traité avec du Triton X114, un détergent qui permet l’élimination des endotoxines, HSP70 présente des effets anti-inflammatoires comme par exemple la production d’IL-10 par les cellules immunitaires. L’IL-10 est considérée comme la principale cytokine anti-inflammatoire et immunosuppressive [60].

De plus, il a été démontré que HSP70 est capable d’inhiber la différenciation des cellules dendritiques et d’induire une tolérance de ces cellules. Les CD tolérantes vont ensuite créer un environnement immunosuppressif par la génération de T régulateurs. Les lymphocytes Treg ont un rôle crucial dans la suppression du système immunitaire en inhibant la prolifération d’autres lymphocytes T effecteurs [61].

Figure 15: Effets de HSP70 libre sur le système immunitaire.

HSP70 sous sa forme libre est capable d’activer les cellules dendritiques, les lymphocytes T, les monocytes et les macrophages induisant une réponse inflammatoire. Cependant, lorsque HSP70 est utilisée sans endotoxine, elle est capable d’inhiber les cellules dendritiques.

3.3.2.2. Rôle de HSP70 associée aux membranes

Comme vu précédemment, HSP70 est retrouvée associée aux membranes des cellules cancéreuses, mais aussi sur les vésicules extracellulaires comme les exosomes. Concernant HSP70 membranaire sur les cellules cancéreuses, il a été démontré que HSP70 agit principalement sur des cellules NK en augmentant leur activité cytotoxique et leur potentialité migratoire. En effet, l’équipe de Gabriele Multhoff a démontré que les cellules NK sont capables de reconnaître et de tuer spécifiquement les cellules cancéreuses exprimant HSP70 à leur membrane[26]. Le mécanisme suggéré implique le récepteur CD94 présent sur la cellule NK qui reconnaît le TKD, partie extracellulaire de HSP70. Après contact, les NK produisent et secrètent de grande quantité de granzyme B. Le granzyme B est capable de se lier avec une grande affinité à HSP70 membranaire, favorisant ainsi son internalisation et l’induction de l’apoptose dans la cellule cancéreuse [62].

A ce jour, aucun effet immunosuppresseur de HSP70 sur les cellules cancéreuses n’a été décrit. A l’inverse HSP70 sur les exosomes semble plutôt avoir des effets immunosuppresseurs.

4. L’induction de la réponse au stress