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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