Voie indépendante du complexe TLR4/MD-2 : voie des caspases

Alors que les LPS étaient considérés comme étant exclusivement détectés au niveau membranaire par le complexe TLR4/MD-2, des études récentes ont prouvé qu’il existe une deuxième voie de détection des endotoxines bactériennes : les caspases.

a) Les caspases intracellulaires

Le terme « caspase » vient de l’anglais « cysteine-dependent aspartate-specific

protease ». Il désigne un ensemble de protéases à cystéines ayant des fonctions essentielles en

terme de régulation de la mort cellulaire et de l’inflammation. Ces enzymes reconnaissent des séquences spécifiques d’acides aminés sur les protéines cibles et les hydrolysent en clivant le côté C-terminal d’un résidu d’acide aspartique.

A l’heure actuelle, 13 caspases numérotées de 1 à 14 ont été identifiées (absence de la caspase 13) dont douze sont exprimées chez l’Homme et onze chez la souris. La caspase 11 murine est l’homologue des caspases 4 et 5 humaines. Ces protéases ont été initialement divisées en deux catégories, celles ayant un rôle dans la mort cellulaire et celles ayant un rôle dans la réponse inflammatoire. Même si de récentes découvertes montrent que la frontière entre ces deux fonctions n’est pas aussi nette, cette classification est encore utilisée à l’heure actuelle (Galluzzi et al., 2016).

b) Caspases inflammatoires et lipopolysaccharides

La détection membranaire des LPS ainsi que la présence dans le compartiment intracellulaire de signaux microbiens tels que des acides nucléiques ou des flagelles entraînent l’assemblage des protéines de l’inflammasome et l’activation de différentes caspases pro- ou anti-inflammatoires par dimérisation. Chez les mammifères il existe cinq caspases inflammatoires : les caspases 1, 4, 5, 11 et 12. Toutes ces protéases disposent d’un caspase-

associated recruitment domains (CARD) en N-terminal qui favorise leur recrutement et leur

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La réponse inflammatoire déclenchée par l’activation de la caspase 1 est la mieux décrite à l’heure actuelle. Elle permet de convertir les précurseurs cytokiniques, tels que la pro-IL-1β produite suite à l’activation du récepteur TLR4, en leur homologue biologiquement actif. Il a ainsi été montré que des souris déficientes en caspase 1 présentent un défaut de maturation des cytokines (Li et al., 1995). En ce qui concerne la caspase 12, elle serait anti-inflammatoire via notamment des capacités d’inactivation de la caspase 1 (Saleh et al., 2006) et de la voie NFκB (Labbé et al., 2010).

L’organisme est capable de détecter des molécules de LPS cytosoliques par un mécanisme indépendant du récepteur TLR4 faisant intervenir la caspase 11 ou ses orthologues humains, les caspases 4 et 5 (Hagar et al., 2013; Kayagaki et al., 2013). Les effets pro- inflammatoires de la caspase 11 ressemblent à ceux de la caspase 1 avec notamment une activation des précurseurs cytokiniques tels que l’IL-1β (Wang et al., 1998) et l’induction de la pyroptose cellulaire. Toutefois, celle-ci présente des caractéristiques supplémentaires étant donné que sa dimérisation et donc son activation peut directement être induite par sa liaison avec les endotoxines bactériennes intracellulaires (Shi et al., 2014).

c) Le passage intracellulaire des lipopolysaccharides

La caspase 11 est donc une voie de détection des LPS indépendante de la détection membranaire par le complexe TLR4/MD-2. Toutefois, cette reconnaissance cytosolique des LPS implique forcément une entrée des endotoxines dans la cellule. Cependant, la plupart des bactéries à Gram négatif montrées comme étant capables d’activer la caspase 11 ne sont pas des bactéries cytosoliques (Rathinam et al., 2012; Kailasan Vanaja et al., 2014). Ainsi, si elles ne pénètrent pas dans la cellule, par quels moyens les LPS présents à leur surface peuvent-ils passer les membranes plasmiques ?

Très récemment, des chercheurs ont émis l’hypothèse selon laquelle les vésicules présentes à la surface des bactéries seraient un moyen de transport des LPS dans le milieu intracellulaire. La Figure 8 présente une photo de ces vésicules appelées outer membrane

vesicles (OMVs). Elles ne proviennent pas de la dégradation de la membrane bactérienne mais

sont volontairement produites par le micro-organisme (Ellis & Kuehn, 2010) en condition de stress comme c’est le cas dans la circulation sanguine. De plus, ces vésicules sont connues pour être un moyen de communication entre les cellules bactériennes infectieuses et les cellules de

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l’hôte infectées. Comme le schématise la Figure 9, les OMVs sont capables de délivrer les molécules de LPS directement dans le cytosol (Kesty et al., 2004). Une diminution de la quantité d’OMVs par modification génétique des bactéries s’accompagne d’une activation moindre de la caspase 11 (Vanaja et al., 2016).

Figure 8 :

Images obtenues par microscopie électronique deux heures après l’inoculation intra-gastrique de la bactérie chez des souris (Ellis & Kuehn, 2010).

Abréviations : OMVs – outer membrane vesicules ; E. coli – Escherichia coli.

La LBP, largement décrite comme un transporteur des LPS dans la circulation sanguine, peut aussi contribuer au passage des LPS dans le cytoplasme (Figure 9). Des études ont mis en avant une capacité de la LBP à s’intercaler dans la bicouche phospholipidique des membranes plasmiques (Gutsmann et al., 2001). In vitro, la fixation de la LBP aux lipides membranaires de macrophages humains est favorisée en présence de LPS et cela indépendamment de la présence du CD14 ou du complexe TLR4/MD-2. La LBP pourrait alors participer à l’activation de la réponse inflammatoire indépendante de TLR4 via l’activation des protéines de l’inflammasome. D’autant plus qu’une nette colocalisation cytosolique de la LBP et des LPS a été observée (Kopp et al., 2016).

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Figure 9 :

S’il s’agit d’une bactérie cytosolique, les LPS peuvent entrer avec la bactérie dans le milieu intracellulaire. Sinon, ils emprunteraient des mécanismes faisant intervenir la LBP ou les OMVs bactériennes. Dans le cytoplasme les LPS seront reconnus par les domaines CARD des caspases 4/5/11 inactives entraînant ainsi leur activation. L’activation des caspases 4/5/11 conduit à la production de cytokines et à la mort cellulaire par pyroptose. Abréviations : OMVs – outer membrane vesicles ; LPS – lipopolysaccharides ; LBP – LPS binding protein.

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