La E et VE-cadhérines, des protéines des jonctions adhérentes

i. Structure

La E-cadhérine (Epithélial-cadhérin ou CDH1) et la VE-cadhérine (Vascular Endothélial-cadhérin ou CDH5) sont des glycoprotéines d’environ 125 kDa.

Les E- et VE-cadhérines sont composées d’un domaine intracellulaire du côté C-terminal, d’un domaine transmembranaire (TM) et de 5 régions extracellulaires répétées (EC1 à EC5) comprenant des sites de liaison au calcium (Figure 8). Cette association avec le calcium permet le repliement tri-dimensionnel de la protéine et est requise pour son activité adhésive. (Wallez and Huber, 2008; Hoy et al., 2010; Gul et al., 2017).

Figure 8 : Structure de la E/VE-cadhérine (D’après (Hoy et al., 2010).

Les E- et VE-cadhérines sont composées d’un domaine intracellulaire, d’un domaine

transmembranaire et de 5 régions extracellulaires répétées comprenant des sites de liaison au calcium (étoiles vertes).

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ii. Fonction

Deux cadhérines de cellules adjacentes interagissent par leur domaine extracellulaire EC1 (les plus distaux). Les E-cadhérines se lient par une interaction homophile en trans au niveau d’un résidu tryptophane du domaine EC1. Les VE-cadhérines interagissent de la même façon, mais en impliquant deux résidus tryptophanes (Harrison et al., 2011; Biswas and Zaidel-Bar, 2017; Gul et al., 2017).

Le calcium joue un rôle essentiel pour les cadhérines, en leur permettant d’adopter une conformation biologiquement active. En effet, il participe au repliement de la partie extracellulaire, il joue également un rôle important dans la régulation de la liaison des cadhérines. In vitro, à faible concentration en calcium (<50µM), le domaine extracellulaire adopte une conformation repliée. Une concentration supérieure à 1 mM est nécessaire à la formation d’une interaction entre deux protéines de cadhérines (Pertz et al., 1999).

Le domaine intracellulaire est associé à différentes protéines de la famille des caténines (α, β et p120). Le domaine cytoplasmique interagit directement avec la β-catenine et la p120-caténine. L’α-caténine, et d’autres protéines comme l’EPLIN et la vinculine, participent à l’établissement de la liaison entre la β-caténine et les filaments d’actine (Figure 9) (Meng and Takeichi, 2009; Chervin-Petinot et al., 2012; Cadwell et al., 2016; Coopman and Djiane, 2016).

Figure 9 : Organisation des jonctions adhérentes. (D’après (Chervin-Petinot et al., 2012)).

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iii. Régulation de l’activité biologique des cadhérines

Les cadhérines sont finement régulées afin de maintenir la cohésion tissulaire ou à l’inverse favoriser la migration cellulaire. Il existe différents mécanismes de régulation des cadhérines.

- Régulation par phosphorylation

La VE-cadhérine est le siège de phosphorylations sur tyrosine dans son domaine cytoplasmique. La VE-cadhérine a été identifiée comme un substrat de la tyrosine kinase Src en réponse au VEGF (Vascular endothelial growth factor). Cette phosphorylation Y685 permet la rupture des jonctions adhérentes et la migration des cellules endothéliales (Wallez et al., 2007). D’autres sites de phosphorylations sont impliqués dans la régulation des cadhérines. Les sites Y658 et Y731 modifient les interactions de la VE-cadhérine avec les caténines, β-caténine et p120, entrainant une dissociation des jonctions (Potter et al., 2005; Allingham et al., 2007).

La phosphorylation sur la sérine 665 de la VE-cadhérine a également été documentée. Cette phosphorylation est également activée par le VEGF et permet le recrutement de la protéine β -arrestine qui favorise l’internalisation de la VE-cadhérine (Gavard and Gutkind, 2006).

A l’inverse la phosphorylation d’autres sérines Ser-840, Ser-853, et Ser-849 dans la partie cytoplasmique de la cadhérine par la CK II (caséine kinase II) et la GSK-3β (glycogène synthase kinase-3β) augmente l'affinité de la cadhérine pour la β-caténine et ceci maintient l’intégrité tissulaire. (Lickert et al., 2000).

- Régulation par clivage protéolytique

Les cadhérines sont particulièrement sensibles aux clivages enzymatiques. Il a été montré que l’exposition de la VE-cadhérine à des protéases libérées par les neutrophiles, comme l’élastase et la cathepsine G, induisait le clivage du domaine extracellulaire dans des cellules en culture. (Carden et al., 1998; Hermant et al., 2003).

Les cadhérines sont également la cible des métalloprotéinases matricielles (MMP). Cette famille d'enzymes à domaine lié au zinc possède une activité protéolytique contre une large gamme de protéines extracellulaires. Leur expression est généralement liée au remodelage

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Il a été montré que la MMP-7 (matrilysine) et la MMP-3 (stromélysine-1) étaient capable de cliver la E-cadhérine entre le domaine EC5 et le domaine transmembranaire (Noe et al., 2001; McGuire et al., 2003). La MMP-7 est exprimée de manière prédominante dans les voies aériennes lésées et est nécessaire pour la réparation des muqueuses des voies respiratoires. Elle est également exprimée de manière prédominante par l'épithélium alvéolaire chez les patients atteints de mucoviscidose (Cosgrove et al., 2002).

La métalloprotéase ADAM10 (A Disintegrin And Metalloprotease-10) induit également la dégradation des cadhérines au même site de clivage que les MMP-3 et 7 coupant la protéine en deux fragments : le fragment N-terminal ou NTF de 90 kDa et le fragment C-terminal et transmembranaire ou CTF1 de 30 kDa (Figure 8). Suite au clivage protéolytique médié par ADAM10 et les MMP-3 et 7, CTF-1 est clivé dans la membrane par le complexe Preseniline-1 (PS1) / γ-secretase, générant un fragment sans domaine transmembranaire (CTF-2), libéré dans le cytosol et rapidement dégradé par le protéasome. (Marambaud et al., 2002; Uemura et al., 2006; Ferber et al., 2008).

La famille « ADAM » est un ensemble de protéines transmembranaires à domaine zinc impliquées dans le clivage des domaines extracellulaires des protéines membranaires régulant ainsi l’adhésion et la migration cellulaire. ADAM10 et ADAM17 sont les deux protéines majeures de la famille ADAM. ADAM17 permet l’activation du pro-TNF-α et le clivage d’un grand nombre de protéines membranaires, excepté les cadhérines, qui sont dégradées par ADAM10 (White, 2003; Edwards et al., 2008; Saftig and Reiss, 2011; Dreymueller et al., 2012).

La surproduction de la protéine ADAM10 est impliquée dans l’inflammation, le cancer et la maladie d’Alzheimer. ADAM10 fait l’objet de nombreuses études dans ces domaines de recherche (Endres and Fahrenholz, 2010). Des études récentes ont montré qu’ADAM10 pouvait également jouer un rôle dans la pathogénicité des bactéries et notamment comme récepteur de l’α-hémolysine de Staphylococcus aureus (Wilke and Wardenburg, 2010).

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Franchissement des barrières tissulaires

Les voies respiratoires et le tube digestif représentent une surface d’environ 300 m² constituant les sites majeurs d’entrée des bactéries dans l’organisme.

Les bactéries opportunistes peuvent transmigrer à travers un tissu dans trois contextes : - Lorsque la barrière tissulaire est endommagée par une agression physique (dispositif

médical), chimique ou biologique (autre pathogène). - Lors de maladies génétiques ou immunitaires

- Lors de traitements immuno-suppresseurs.

En dépit des mécanismes de défenses mis en place par l’hôte, les pathogènes opportunistes développent de nombreuses stratégies pour proliférer, transmigrer à travers le tissu et disséminer dans l’organisme.