Chapitre 1 : Introduction 1
1.2 L’apoptose 9
1.2.4 La voie apoptotique extrinsèque 16
1.2.4.3 Voies de signalisation induites par le TNFR1 21
La stimulation du TNFR1 déclenche de multiples voies de signalisation contrôlant la production de cytokines inflammatoires, la survie, la prolifération et paradoxalement la mort cellulaire (rev. 411). La nature pléiotropique de la réponse au TNFα est probablement la conséquence d’une signalisation impliquant la formation de plusieurs complexes moléculaires aux compositions et aux localisations différentes. L’issue des voies de signalisation engendrées par le TNFα dépendrait du type cellulaire, du contexte cellulaire et de la durée du signal.
1.2.4.3.1 Signalisation non apoptotique déclenchée par le TNFR1
Dans les secondes suivant leurs stimulations, les TNFR1 activés vont induire la formation d’un premier complexe dénommé complexe I au niveau de la membrane cytoplasmique. Le complexe I migre dans les zones de radeaux lipidiques où les protéines du complexe vont subir des modifications post-traductionnelles (243). Le complexe I est formé des protéines : TNFR1, TRADD (TNF receptor-associated death domain), TRAF2/5, cIAP1/2, RIP1 (Fig. 3) (152, 283). TRADD et le TNFR1 interagissent via leur DD respectif. TRADD orchestre alors le recrutement de divers protéines dont les ubiquitines ligases E3 : TRAF2 et/ou TRAF5 (26, 101, 160, 161, 283). Dépendamment de son niveau d’expression variable selon le type cellulaire, RIP1 peut se fixer au TNFR1 via son DD mais l’activité de RIP1 et probablement sa fixation sont favorisées par TRADD et TRAF2/5 (101). Le complexe I dirige le recrutement et l’induction des MAP3K (mitogen-
activated protein kinase kinase kinase) responsables de l’activation par le TNFR1 de NF-
κB et des MAPK ERK1/2, p38 et JNK. Une fois recruté au complexe I, RIP1 s’autophosphoryle et est ubiquitinylé par liaison de type Lys63 (activation protéique) ou Lys48 (ciblage pour la dégradation au protéasome 26S) (rev. 192). TRAF2/5 et les ubiquitines ligases E3 cIAP1/2 dirigent l’activation de RIP1 par ubiquitinylation de type Lys63 (rev. 58, 95, rev. 239, 253, 409). RIP1 et TRAF2/5 ubiquitinylés activent la kinase TAK1 (TGF-beta-activated kinase 1) via les protéines TAB2 (TAK1-binding protein 2) et TAB3 (95). TAK1 induit alors l’activation du complexe IKK - formé de IKKα, IKKβ et IKKγ (aussi nommé NEMO) - qui induit la phosphorylation de l’inhibiteur de NF-κB
(IκBα) (Fig. 3) (1). Phospho-IκBα sera ensuite dégradé par le protéasome 26S permettant aux sous-unités de NF-κB, notamment p50 et p65/RelA, d’être phosphorylées et de migrer au noyau pour stimuler la transcription des gènes anti-apoptotiques cFLIP, cIAP1, cIAP2, TRAF2, Bcl-2 et Bcl-XL (422). D’autres MAP3K (essentiellement des MAPK/ERK kinases kinases, MEKK) sont activées par le complexe I permettant l’induction de JNK, ERK1/2 et p38 (rev. 388, rev. 411). RIP1 est responsable de l’induction de p38 et de ERK1/2 alors que TRAF2/5 contrôle l’activation de JNK (rev. 108).
La kinase Akt (aussi nommée protéine kinase B, PKB) est activée par le TNFR1 par une voie méconnue impliquant la PI3K (phosphoinositide 3-kinase). Dépendamment du type cellulaire, du niveau et de la durée d’activation, Akt (rev. 210), ERK1/2 (rev. 22) et p38 (rev. 443) peuvent avoir des effets pro- ou anti-apoptotiques en phosphorylant des protéines clés de l’apoptose ou en contrôlant la transcription de gènes impliqués dans l’inflammation et l’apoptose via le facteur de transcription AP1 (activator protein 1) (rev. 333, rev. 419). Par exemple, Akt prévient le déclenchement de la voie intrinsèque en phosphorylant Bad ce qui le séquestre dans le cytosol via la protéine chaperonne 14-3-3 ; Akt phosphoryle également la procaspase-9 inhibant ainsi son activation (Fig. 3) (44, 80, 444). Akt peut également activer NF-κB (309). Puisque les voies de signalisations impliquant Akt, ERK1/2, p38, JNK et NF-κB interagissent entre elles, il est difficile de déterminer avec précision l’impact de chacune d’elle sur la signalisation des récepteurs de mort (rev. 184). Cependant, l’activation de NF-κB précède celles des MAPK permettant ainsi de moduler finement la signalisation de ces dernières pour produire un signal de survie cellulaire (rev. 192, 394).
1.2.4.3.2 Signalisation pro-apoptotique déclenchée par le TNFR1
En plus du complexe I, l’activation du TNFR1 peut mener à la formation de deux complexes cytosoliques assemblés à partir de TRADD : le complexe IIA et le complexe IIB (Fig. 3) (152, 283).
Après internalisation des récepteurs stimulés, des modifications de RIP1 et TRAF2/5, probablement par ubiquitinylation et/ou phosphorylation, permettent à TRADD de recruter la procaspase-8 et/ou la procaspase-10 via FADD formant ainsi le complexe IIA
(Fig. 3) (283, 423). FADD et TRADD interagissent via leur DD tandis que FADD recrute la procaspase-8/10 et cFLIPL/S/R par l’intermédiaire d’une interaction impliquant les DED
de ces molécules. C’est la compétition entre le recrutement des isoformes de cFLIP et de la procaspase-8 qui détermine l’issue de la signalisation du complexe IIA. L’expression des isoformes de cFLIP est induite par les voies de survie impliquant NF-κB et Akt (311, 423) alors que leur dégradation par le protéasome est favorisée par l’ubiquitine ligase E3 Itchy (ITCH) dont l’expression est stimulée par l’activation soutenue de JNK (Fig. 3) (52). En culture cellulaire, l’induction de l’apoptose par le TNFα requière généralement la présence de cycloheximide (CHX), un inhibiteur de la traduction. La CHX diminue l’expression des protéines à demi-vie courte comme cFLIPL et cFLIPS favorisant ainsi l’interaction de la
procaspase-8 avec FADD et par conséquent l’apoptose (221).
Le complexe IIB requière l’oligomérisation de RIP1 et de FADD pour induire l’activation de la procaspase-8 (Fig. 3) (423). La voie du complexe IIB peut-être inhibée par Smac et les « Smac mimétiques » qui provoquent l’auto-ubiquitinylation des cIAP1/2 et donc leur dégradation par le protéasome 26S. RIP1 se retrouve alors privé de l’ubiquitinylation activatrice normalement assurée par les cIAP1/2 et TRAF2/5 (410, 415). La formation du complexe IIB nécessite également l’intervention de la déubiquitinylase CYLD (cylindromatosis gene product) suggérant que la déubiquitinylation de RIP1 est requise pour son oligomérisation et son interaction avec FADD (Fig. 3). Contrairement au complexe IIA, le complexe IIB ne contient ni TRADD ni TRAF2/5. La délétion génique de TRADD facilite l’assemblage du complexe IIB confirmant que RIP1 peut interagir directement avec le TNFR1 pour transmettre un signal pro-apoptotique (326, 423).
Le complexe IIA (TRADD/FADD/caspase-8) induit donc l’apoptose par une voie dépendant de TRADD pouvant être inhibée par cFLIP alors que le complexe IIB (RIP1/FADD/caspase-8) signale l’apoptose par une voie dépendant de RIP1 pouvant être inhibée par Smac et les « Smac mimétiques » (Fig. 3) (423). L’importance de chaque complexe II dans l’apoptose dépendrait du type cellulaire, notamment du niveau d’expression de RIP1, et du contexte de la cellule au moment de la stimulation du TNFR1.
Quel que soit le complexe II formé, la procaspase-8 et éventuellement la procaspase-10 sont activées et déclenchent l’apoptose en clivant directement la caspase-3
(cellule de type I) et/ou en provoquant le clivage de Bid en tBid qui engage la voie apoptotique mitochondriale (cellule de type II) (Fig. 3).
Plusieurs boucles d’amplification permettent de sensibiliser les cellules à l’apoptose. Par exemple, la caspase-8 clive RIP1 en position D324 ce qui inhibe l’induction de NF-κB par le fragment N-terminal de RIP1 et favorise l’interaction du fragment C- terminal de RIP1 avec FADD et la procaspase-8 (258). L’activation de la voie intrinsèque conduit au disfonctionnement de la mitochondrie et à la production de ROS lesquels initient une boucle d’amplification du signal pro-apoptotique basée sur l’activation soutenue de JNK par les kinases ASK1 (apoptosis signal-regulating kinase 1) et les MAPK kinases : MKK4 ou MKK7. La kinase JNK active ITCH, induit le clivage de Bid en jBid de manière indépendante de la caspase-8 et active d’autres protéines de la famille des Bcl-2 à domaine BH3 unique comme Bim et Bmf (Fig. 3) favorisant ainsi l’apoptose (rev. 86).
Figure 3 : Voies de signalisation induites par le TNFR1.
Modèle des voies apoptotiques et non apoptotiques induites par la stimulation du récepteur de mort TNFR1 par le TNFα. Se référer au texte pour les détails mécanistiques.