La famille des IRF comprend 9 membres d’IRF1 à IRF9 (détaillé dans la revue de Honda et
al., (Honda and Taniguchi, 2006)). Chaque IRF possède du côté N-terminal une séquence
d’interaction à l’ADN, relativement bien conservée entre les IRF, la DBD (DNA binding domain) et du côté C-terminal un domaine d’association des IRF (IAD = IRF association domain) qui a un rôle dans l’interaction avec des co-activateurs transcriptionnels. La région centrale qui connecte le DBD et le IAD est le domaine PEST, normalement présent dans des protéines caractérisées par un renouvellement rapide.
La région DBD reconnaît une séquence d’ADN connue sous le nom d’IFN Stimulated Response Element (ISRE) ou plus récemment sous le nom d’IRF Response Elements (IRF-E). Les IRF-E sont présents dans le promoteur des gènes codant pour les IFN-I eux-mêmes, mais aussi dans les promoteurs d’autres gènes impliqués dans l’immunité. Quatre IRF (IRF1, IRF3, IRF5 et IRF7) ont été impliqués en tant que régulateurs positifs de la transcription des gènes de l’IFN de type I (Taniguchi et al., 2001). Outre les sites de liaisons aux IRFs, le promoteur du gène IFNB contient également des sites de liaison pour le NF-κB et la protéine activatrice AP1 (Taniguchi et
al., 2001). Ainsi, l’expression de l’IFNβ dépend de la coactivation des IRF3/7, de NF- κB et d’AP1.
La production de l’IFNα dépend en revanche de l’expression d’IRF7, mais ce facteur de transcription est absent de la plupart des cellules au repos mais est induit par les IFN-I. Ainsi, pour pouvoir produire de l’IFNα, les cellules doivent avoir au préalable été incubées en présence d’IFN-I. De façon intéressante, les pDC expriment constitutivement IRF4, IRF7 et IRF8 et cette grande quantité d’IRF7 endogène facilite la synthèse rapide IFNα. De ce fait, les pDC n’ont pas besoin d’être stimulées par des IFN-I pour sécréter de l’IFNα. Il a récemment été montré que les pDC expriment de faibles niveaux du répresseur translationnel, 4E-BP, qui est responsable de la régulation d’IRF7, ce qui pourrait expliquer l’expression constitutive d’IRF7 dans les pDC (Colina
et al., 2008). IRF8 peut, lui, amplifier la réponse IFN pendant la deuxième phase de la transcription
des gènes IFN-I dans les pDC. Hormis IRF7, IRF5 peut aussi interagir directement avec MyD88 et induire les IFN-I et des cytokines pro-inflammatoires après l’activation de TLR. IRF4 est en compétition avec IRF5, mais pas avec IRF7 pour se fixer à MyD88, ce qui a pour conséquence une régulation négative de la production de cytokines induite par une stimulation des TLR (Negishi et
al., 2005). Il a été montré que l’induction de l’IFN-I était normale dans des pDC déficientes en IRF1
et IRF5 et que donc la robustesse du la production en IFN-I dépendait de la présence d’IRF3 et d’IRF7.
stimulation de TLR qui engage la voie de signalisation NF-κB, IRF7 ou IRF5 n’est pas complètement établit. Cependant, il est clair que la signalisation de TLR n’est pas uniquement due à l’interaction avec une des molécules adaptatrices. En effet, la formation du complexe multimoléculaire entre le ligand et le récepteur fixé à MyD88 permet le positionnement spécifique des molécules de signalisation ce qui va définir l’amplitude, la durée et le type de la voie de signalisation engagée.
• IRF3 et IRF7
IRF3 et IRF7, qui sont hautement homologues, sont des régulateurs clés de l’expression de gènes de l’IFN de type I induite par les virus. IRF3 est lui exprimé constitutivement contrairement à IRF7. La liaison des IFN de type I à leur récepteur IFNAR aboutit à l’activation d’un activateur transcriptionnel hétérotrimérique connu sous le nom de ISGF3 (IFN-stimulated gene factor 3). ISGF3 est composé par IRF9, STAT1 et STAT2 (Signal Transducer and Activator of Transcription), et est responsable de l’induction du gène IRF7 (Marie et al., 1998 ; Sato et al., 1998). IRF3 et IRF7 résident dans le cytosol sous une forme latente et, après une infection virale, vont être phosphorylés sur des résidus sérines dans la région C-terminale, région régulatrice, ce qui va permettre leur dimérisation et leur translocation dans le noyau.
La phosphorylation en deux étapes est le modèle suggéré pour IRF3. La première phosphorylation permet l’interaction avec le co-activateur CBP (Yoneyama et al., 1998). CBP facilite alors la phosphorylation du deuxième site, ce qui va permettre la dimérisation du TLR. Ainsi, l’holocomplexe contenant IRF dimérisé et CBP est formé dans le noyau et se lie à la cible ISRE de la séquence d’ADN sur le promoteur des gènes IFN-I et de certaines cytokines. Ce complexe fixé à l’ADN (appelé aussi enhanceosome) est plus stable et plus efficace pour induire la transcription de tous ces éléments de façon individuelle (Wathelet et al., 1998). Il a pu être mis en évidence qu’IRF3 pouvait former un complexe avec la sous unité p65 de NF-κB. De cette façon, IRF3 peut fonctionner comme un promoteur et cofacteur spécifique de l’activation de la transcription de gènes dépendants de la voie NF-κB, sans se fixer à un ISRE (Wietek et al., 2003). Cependant, p65 n’est pas indispensable pour l’activité d’IRF3 en réponse à un ligand sur TLR7 ou 9.
IRF7 peut former un homodimère ou un hétérodimère avec IRF3 et ces dimères ont des rôles différents sur l’expression des membres de la famille de l’IFN-I. IRF3 est un puissant activateur du gène IFNB mais pas des gènes IFNA, à l’exception de IFNA4, alors que l’IRF7 active efficacement à la fois les gènes IFNA et IFNB (Marie et al., 1998; Sato et al., 2000 ; Sato et al., 1998 ). IRF3 est donc principalement responsable de l’induction initiale du gène IFNB, alors que l’IRF7, dont l’augmentation de l’expression passe par les IFN de type I eux-mêmes, est impliqué dans la phase tardive de l’induction des gènes de l’IFN de type I. IRF7 est crucial pour la voie cytosolique d’induction des gènes de l’IFN-I par les virus alors que la contribution de l’IRF3 est mineure en
l’absence d’IRF7 (Honda et al., 2005). De plus, comme il a été démontré précédemment, IRF7 peut interagir avec la molécule adaptatrice TRAF6 mais aussi directement avec MyD88 (Honda et al., 2004 ; Kawai et al., 2004), ce qui explique probablement le fait que les pDC soient capables d’induire de telles quantités d’IFN comparativement aux autres types cellulaires. L’un des mécanismes le plus probables est surement la régulation spatiotemporelle de la signalisation de TLR7 et de TLR9. En effet, des études utilisant du CpGA ont permis de montrer que ce dernier était localisé dans une longue période dans les endosomes précoces là où le complexe MyD88-IRF7 se localise préférentiellement, en opposition aux lysosomes (Honda et al., 2005). Ainsi, la rétention des ligands dans des endosomes précoces des pDC permet la régulation spatiotemporelle de la signalisation de TLR7 et TLR9 induite par la voie MyD88-IRF7. Les pDC semblent pouvoir retenir les ligands dans les endosomes possédant TLR ce qui induit un signal prolongé et permet la phosphorylation de novo IRF7 synthétisé et donc l’activation d’un rétrocontrôle positif afin d’induire un signal robuste d’IFN-I.
Il a récemment été montré que l’activation de la voie de signalisation de PI3K est essentielle à la translocation nucléaire de IRF7 (Guiducci et al., 2008). Ainsi, PI3K va activer AKT. La kinase 1 S6 (S6K1) phosphorylée par mTORC1 ou mTOR directement interagit avec MyD88 ce qui promeut son interaction avec TLR7/9 et IRF7 afin de phosphoryler ce dernier pour qu’il initie la transcription des gènes qui code pour l’IFN-I. D’autre part, la sous-unité p85 de PI3K semble interagir directement avec MyD88 (Gelman et al., 2006).
• IRF2 et IRF4
Il a été montré que IRF2 peut antagoniser la formation d’ISGF3 induit par l’IFN-I. Mais IRF2 peut aussi jouer le rôle d’activateur transcriptionnel de certains gènes sur les séquences ISRE. Des études ont aussi révélées que IRF4 peut former un complexe avec MyD88 et régule de façon négative la voie de signalisation (Negishi et al., 2005). IRF4 réside principalement dans le noyau, mais une fraction significative réside dans le cytoplasme où il peut colocaliser avec MyD88. Il se fixe sur la région centrale de MyD88, comme le fait IRF5, ce qui indique qu’IRF4 peut entrer en compétition avec IRF5 mais pas avec IRF7. La déficience en IRF4 induit une surproduction de cytokines inflammatoires et d’IFN-I par les pDC après une stimulation par les TLR7/9. D’autre part, il a été montré que l’ARNm d’IRF4 était produit après une activation des TLR. IRF4 effectue donc un rétrocontrôle négatif sur la voie de signalisation de TLR (Negishi et al., 2005).
• IRF5
IRF5 peut interagir directement avec MyD88 et TRAF6. IRF5 est indispensable pour l’induction de cytokines pro-inflammatoires et l’IFN-I pour tous les TLR (Takaoka et al., 2005).
Contrairement à IRF7, qui se fixe au DD de MyD88, IRF5 interagit avec la région centrale et une partie du domaine de TIR de MyD88 (Negishi et al., 2005). L’activation de la voie de signalisation de MyD88 par la fixation d’un ligand sur son TLR induit la dimérisation et la translocation d’IRF5 dans le noyau. IRF5 a une fonction cruciale dans la signalisation de TLR et dans l’induction des gènes des cytokines pro-inflammatoires (TNF, IL-6 et IL-12p40) (Takaoka et al., 2005). Après l’activation des TLR, IRF5 se fixe sur les sites ISRE dans le promoteur du gène qui code pour IL-12p40. Cependant, IRF5 n’est pas indispensable à l’activation des gènes dépendants de NF-κB ni à ceux de l’IFN-I. IRF5 est présent dans les pDC sous la forme de 4 isomères dans des proportions différentes. IRF5 a une faible activité stimulatrice d’IFN-I, mais il a un rôle important dans l’immunité antivirale notamment en participant à la transcription d’IFNβ après une stimulation TLR9. IRF5 forme des homo- ou hétérodimères avec différents IRF, notamment IRF3 et IRF7. A l’inverse d’IRF3 et d’IRF7, IRF5 peut être détecté dans le noyau de cellules non infectées, ce qui pourrait résulter en la présence de deux séquences NLS (Nuclear Localization Sequences), éléments indispensables à la translocation nucléaire induite par les virus, et une séquence NES (Nuclear Export Sequence) qui est responsable de la localisation cytoplasmique d’IRF5 dans les cellules non infectées. De plus, IRF5 présente un polymorphisme complexe impliqué dans de nombreuses maladies auto-immunes.
• IRF8
IRF8 est un autre membre de la famille d’IRF spécifique des cellules immunitaires et est homologue à IRF4. Il a été montré qu’IRF8 avait un rôle dans la voie de signalisation TLR9-MyD88. En effet, une déficience en IRF8 induit une déficience dans la production de cytokines pro-inflammatoires mais aussi une incapacité à activer NF-κB après une stimulation par CpG, ce qui suggère qu’IRF8 agit en amont de NF-κB. IRF8 ne se fixe pas à MyD88 mais interagit avec TRAF6, ce qui indique qu’IRF8 est actif dans le cytoplasme. Dans le noyau, IRF8 est nécessaire à l’expression des gènes codant pour IL-12p40 après une stimulation par un PAMP et pour l’induction des gènes codant pour l’IFN-I induit par des virus et des ligands de TLR. De plus, IRF8 joue un rôle significatif dans l’amplification de la deuxième phase de la transcription de l’IFN-I en prolongeant la fixation des éléments de transcription sur les promoteurs de gènes codant pour l’IFN-I (Tailor et al., 2007). La participation d’IRF8 dans la voie de signalisation de MyD88 ajoute à la diversité de réponses en aval des TLR ce qui permet une réponse spécifique au type cellulaire.