nerveux central et dans le contrôle du système à GnRH
1. Les sémaphorines
1. Les sémaphorines
Les sémaphorines (Sema) constituent une famille de glycoprotéines sécrétées ou transmembranaires (Pasterkamp & Kolodkin 2003). Elles sont subdivisées en 8 classes, sur la base de leur structure et les similarités de leur séquence peptidique (Figure 6) (Goodman et al. 1999). Les Sema de classes 1 et 2 sont retrouvées chez les invertébrés, celles faisant parti des classes 3 à 7 sont retrouvées chez les vertébrés, et enfin les Sema de classe 8 sont exprimées exclusivement par les virus (Figure 6). Individuellement, les Sema sont désignées par le chiffre de leur classe suivi d’une lettre terminale. Il existe ainsi une vingtaine de Sema différentes (Goodman et al. 1999). Elles sont connues pour leurs effets chimiotactiques sur le guidage correct d’axones (Liu et al. 2004; Xiao et al. 2003) et participent ainsi à la mise en place d’aires cérébrales (hippocampe, cortex, bulbes olfactifs) (Sahay et al. 2003; Homman-‐Ludiye & Bourne 2014; Taniguchi et al. 2003).
1.1 Structure
Les différentes Sema sont des protéines phylogénétiquement très conservées au cours de l’évolution, en particulier grâce à leur « domaine SEMA » d’environ 400 acides aminés (Love et al. 2003; Antipenko et al. 2003). Elles possèdent également un domaine PSI (plexins, semaphorins and integrin), ainsi qu’un domaine immunoglobuline-‐like (Ig)
pour la plupart. Elles possèdent ensuite des particularités, par exemple la classe des Sema3 possède deux sites de clivage par des enzymes convertases (voir Kruger et al. 2005 pour revue).
1.2 Les récepteurs aux sémaphorines
Les plexines constituent les principaux récepteurs aux Sema. Cette famille est subdivisée en quatre sous-‐groupes de A à D sur la base de leur homologie. Comme les Sema, les plexines possèdent un domaine SEMA. Elles possèdent également trois domaines PSI, et trois domaines IPT (Ig-‐like, plexins and transcription factors) dans leur domaine extracellulaire (Antipenko et al. 2003). Sur leur domaine intracellulaire, les plexines possèdent deux domaines « GTPase-‐activating protein » (GAP), ayant une forte homologie avec les petites protéines GTPases RasGAP, ainsi qu’un domaine de liaison aux GTPases qui peut accueillir la liaison des protéines GTPases Ras, Rac, RhoD, ou encore RND1 (Perälä et al. 2012). Les Sema étant des protéines transmembranaires ou sécrétées, les plexines interagissent avec leur ligand sur les cellules adjacentes, lors d’une sécrétion juxtacrine, ou dans l’environnement extracellulaire, pour des molécules paracrines. Après la liaison à leur ligand, les plexines déclenchent la signalisation intracellulaire, excepté pour la liaison à la famille des Sema3, qui nécessite obligatoirement la présence d’un corécepteur, appelé neuropiline (Kolodkin et al. 1997; He & Tessier-‐Lavigne 1997; Gu et al. 2005). Les neuropilines sont des protéines transmembranaires de 900 acides aminés, avec un domaine intracellulaire très réduit, sans activité enzymatique intrinsèque (Takagi et al. 1991). Elles fonctionnent en tant que partenaires de liaison aux Sema3 dans le complexe corécepteur avec la plexine. Les neuropilines se dimérisent aussi avec les récepteurs au Vascular Endothelial Growth Factor (VEGFR) après liaison avec le VEGF (Barr et al. 2008).
1.3 La signalisation induite par les sémaphorines
La fixation des Sema à leurs récepteurs induit la phosphorylation de résidus tyrosine au niveau du domaine intracellulaire des plexines (Tamagnone et al. 1999). Le changement de conformation du domaine intracellulaire permet alors le recrutement de petites protéines GTPases. La machinerie intracellulaire diffère en fonction des plexines activées. Par exemple, l’activation des plexines A et B induit l’inhibition de l’adhérence des intégrines à la matrice extracellulaire. En général, toutes les sémaphorines induisent la réorganisation des microtubules et du cytosquelette d’actine, via l’activation de la voie des Mitogen-‐Activated Protein Kinases (MAPK) (Gu & Ihara 2000; Aurandt et al. 2006; Bechara et al. 2008).
2. La Neuropiline-‐1
2.1 Structure et interactions
La neuropiline-‐1 (Nrp1) est un récepteur transmembranaire de haute affinité pour la Sema3A. La Nrp1 est, en effet, nécessaire à la signalisation Sema3A puisque les neurones sensoriels issus de souris déficientes en Nrp1, ou exposés à un anticorps neutralisant anti-‐Nrp1, ne répondent pas à la Sema3A in vitro (He et al. 1997; Kolodkin et al. 1997). La Nrp1 peut aussi lier d’autres Sema de classe 3 avec moins d’affinité (Bender & Mac Gabhann 2013). La partie extracellulaire de la protéine Nrp1 est complexe, contenant deux motifs « amino-‐terminal complement-‐binding » (CUB), suivis de deux domaines ayant une forte homologie avec des facteurs de coagulation V/VIII (FV/VIII), impliqués dans la liaison au domaine SEMA des sémaphorines, et au domaine C-‐terminal de la Sema3A (He et al. 1997; Antipenko et al. 2003; Nakamura et al. 1998). La Nrp1 possède aussi un domaine « Meprin, A5, Mu » (MAM), impliqué dans la formation d’homodimères (Nakamura et al. 1998). La Nrp1 peut en effet interagir avec son ligand sous forme de monomère, par exemple avec la forme de 65kDa de la Sema3A, ou sous forme d’homodimère, quand elle lie la forme dimérique covalente de 95kDa (Antipenko et al. 2003). La queue cytoplasmique de 40 acides aminés de la Nrp1 n’est pas impliquée dans la propagation du signal induite par le ligand. Elle ne comporte, en effet, aucun motif peptidique le permettant. Ainsi, après fixation de la Sema3A à la Nrp1, la transduction du signal se fait par l’interaction de la Nrp1 avec un corécepteur de type plexine A, mettant en jeu les domaines CUB et MAM juxtamembranaires (Nakamura et al. 1998). La plexine principalement recrutée par la liaison de la Sema3A à la Nrp1 est la plexine A1, même s’il existe aussi une interaction avec les plexines A2 et A4, alors que la plexine A3 serait plutôt impliquée dans la signalisation par la Nrp2 (Wu et al. 2014a; Schwarz et al. 2008).
Le récepteur Nrp1 est aussi impliqué dans la signalisation du VEGF (Gu et al. 2003). La Nrp1 est en effet capable de lier le VEGF164 grâce à son domaine FV/VIII (Gu et al. 2002), et d’agir comme corécepteur, en formant un hétérodimère avec le récepteur VEGFR2 (encore appelés KDR ou FLK1) (Gu et al. 2003; voir Vieira et al. 2007 pour revue). Cette signalisation a d’abord été principalement étudiée dans la mise en place du système cardiovasculaire, au vu du rôle angiogénique du VEGF. Néanmoins, le VEGF est maintenant reconnu pour son effet neurotrophique (Rosenstein et al. 2003; Gu et al.
récepteur Nrp1. Il est notamment décrit que la Sema3A antagonise l’effet stimulateur du VEGF164 sur la prolifération endothéliale (Miao et al. 1999).
On pensait initialement que la Sema3A ne se liait pas au récepteur Nrp2 (Chen et al. 1997). Ceci a été récemment infirmé par d’autres études. A l’heure actuelle on considère que la Sema3A peut se fixer à la Nrp2 (Nasarre et al. 2009; Cariboni et al. 2011).
2.2 La signalisation intracellulaire issue de l’interaction Sema3a/Nrp1
Suite à la liaison de la Sema3A à son récepteur Nrp1, la plexine A1 met en jeu la voie signalisation intracellulaire (Figure 7). L’activité GAP (qui permet de recruter des GTPases) de la plexine A1 nécessite la présence de la protéine RND1 et permet l’activation de la GTPase R-‐Ras, qui induit alors l’inhibition de l’adhérence des intégrines à la matrice extracellulaire. La liaison de la Sema3A induit aussi l’activation des protéines kinases Fes et Fyn qui recrutent les protéines « collapse response mediator » (CRMP) et la « CRMP-‐associated molecule » (CRAM) (Mitsui et al. 2002) qui sont impliquées dans la dynamique des microtubules (Gu & Ihara 2000). La plexine A1 mobilise également l’activation de la MAPK « extracellular signal-‐regulated kinase » (ERK), qui induit la réorganisation des microtubules et du cytosquelette d’actine (Campbell & Holt 2003). L’ensemble de cette signalisation est nécessaire à l’activité de « collapse » du cône de croissance neuronal (effondrement associé à la désorganisation du cytosquelette), qui caractérise la Sema3A depuis sa découverte (Luo et al. 1993; Kolodkin et al. 1993).
2.3 Les effets de la signalisation Sema3A/Nrp1
Développement des projections neuronales
La signalisation issue de la liaison de la Sema3A à son récepteur Nrp1 est connue pour son rôle inhibiteur sur le cône de croissance (Bechara et al. 2008). La Sema3A étant une molécule sécrétée, elle diffuse localement et agit selon un gradient de concentration dans l’environnement extracellulaire. Ainsi, elle a un rôle chimiorépulsif, en orientant la pousse axonale dans le sens opposé au gradient (Shelly et al. 2011). La Sema3A peut aussi avoir un rôle attractif, car elle stimule la croissance dendritique, et est impliquée dans le branchement des dendrites (Bagnard et al. 1998; Fenstermaker et al. 2004). Ces effets opposés seraient médiés par des taux différents de guanosine
le développement, la morphogenèse et la distribution des projections neuronales (Wu et al. 2014b; Tran et al. 2007) et guide donc l’intégration des neurones dans leur environnement (Cioni et al. 2013; Schwarz et al. 2008). Par conséquent, la signalisation par la Sema3A et la Nrp1 est impliquée dans la formation d’aires cérébrales, par exemple, dans la formation des aires corticales (Homman-‐Ludiye & Bourne 2014).
Migration
En plus d’un rôle dans le guidage et le branchement des projections neuronales, la signalisation Sema3A/Nrp1 guide aussi la migration des cellules. La Sema3A est en effet largement exprimée sur le trajet de migration radiale des neuroblastes originaires de la zone sous-‐ventriculaire pendant l’embryogenèse, en particulier par des cellules endothéliales (Meléndez-‐Herrera et al. 2008) et guide ainsi la migration correcte des cellules (Chen et al. 2008). La perturbation de la signalisation Sema3A/Nrp1 pendant l’embryogenèse conduit à une migration inappropriée des interneurones corticaux (Zimmer et al. 2010). Enfin, cette signalisation intervient dans le guidage de la migration des cellules issues des crêtes neurales (Eickholt et al. 1999).
3. La signalisation par le récepteur Nrp1 dans le développement du