ETUDE DE L TMPLICA TION DE LA PROSTAGLANDINE E2 DANS LA SIGNALISATION CELLULAIRE M EN A N T
A LA CHIMIOTAXIE D E S M ONOCYTES VERS LE S LIGANDS
CCL19/CCL21 E T L ’IM PACT DE LA MA TURA TION D E S MONOCYTES E N M ACROPHAGESSUR LEUR RECEPTEUR CCR7
par
Marc-Andre Allaire
Memoire presente au Departement de biologie en vue de I'obtention du grade de maitre es sciences (M.Sc.)
FACULTE DES SCIENCES UNIVERSITE DE SHERBROOKE
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Le 29janvier 2013
le ju ry a accepte le memoire de Monsieur Marc-Andre Allaire dans sa version finale.
Membres du jury
Professeure Nancy Dumais Directrice de recherche Departement de biologie
Professeure Jana Stankova Evaluatrice interne Departement de biologie
Professeur Brian Geoffrey Talbot President rapporteur Departement de biologie
Sommaire
Le Recepteur de chimiokine CCR7 joue un role important dans la migration des cellules immunitaires, permettant ainsi l’initiation de la reponse immunitaire. Des etudes ont demontre qu’une deficience dans l ’expression de ce recepteur ou de ces ligand CCL19 et CCL21 a un impact considerable sur la mise en place de la reaction immunitaire suite a un stimulus. D’autre part la prostaglandine de serie E2 a ete identifier comme un agent regulateur important
sur l’expression et la fonctionnalite du recepteur CCR7 dans l’etablissement de la reponse immunitaire, principalement au niveau des cellules dendritiques. L’elevation du niveau de prostaglandine E2, lors de certaine infection, induit une augmentation importante de la
migration des cellules immunitaires, lors de l’activation du recepteur CCR7. Ces cellules vont alors migrer vers ses ligands qui sont produit principalement au niveau des ganglions lymphatique, permettant ainsi la presentation antigenique aux cellules du systeme immunitaire adaptatif. Recemment, des travaux on permis de mettre en evidence l’expression du recepteur CCR7 chez les monocyte et du role important de la PGE2 dans 1’expression et la fonctionnalite
du recepteur chez ces cellules.
Les travaux realises dans le cadre de cette maitrise avaient pour but, dans un premier temps, de determiner les mecanismes moleculaires permettant la migration cellulaire des monocytes suite a l’activation du recepteur CCR7 par la presence de son ligand CCL19. Nous avons egalement verifle f implication de la PGE2 dans ce processus. Partant des mecanismes connus
chez les cellules dendritiques et des cellules T, nous avons etablie que la participation des MAPK p38, ERK et JNK sont importantes dans ce processus. La presence de PGE2 permet
une phosphorylation plus rapide de ses MAPK. Nous avons ensuite verifle la participation de la voie RhoA/ROCK, importante dans le rearrangement du cytosquelette d ’actine. L ’activation du recepteur CCR7 par son ligand CCL19 permet une activation de RhoA. Cette activation survient plus rapidement lorsque les cellules sont en presence de PGE2. Lorsque ces voies
metaboliques sont bloquees par des inhibiteurs pharmacologiques, la migration des monocytes est alors inhibee, demontrant 1’importance de ses voies pour la migration des monocytes vers
les ligands CCL191
Dans un second temps, nous avons etudie 1’impact de la maturation des monocytes en macrophage sur le recepteur CCR7. Jusqu'a maintenant, il est connu que la PGE2 permet une
augmentation de 1’expression de CCR7 chez les monocytes et augmente la reponse chimiotactique des cellules vers les ligands de CCR7. De plus on sait que lors de la maturation des monocytes en cellules dendritique mature, une forte augmentation de 1’expression du recepteur CCR7 est observe et que la presence de PGE2 est essentiel pour
assurer la fonctionnalite du recepteur. Toutefois, l’impact de la maturation des monocytes en macrophage sur le recepteur CCR7 est encore inconnu. Nous avons alors demontre que lors de la maturation des monocytes en macrophages, il y a une importante perte de l’expression du recepteur CCR7 et que la presence inflammatoire de la PGE2 ne permet pas une augmentation
de l ’expression du recepteur et de la migration des cellules chers les ligands de CCR7. La migration des macrophages vers les ganglions lymphatique ne serait alors pas attribute a la chimiotaxie de CCR7 vers ses ligands.
Ces travaux ont permis de mettre en lumiere les principaux acteurs moleculaires implique dans la migration des monocytes suite a l ’activation du recepteur CCR7 et que la PGE2 permettrait
aux monocytes de migrer preferentiellement vers ses ligands au lieu de transmigrer vers les tissus ou ils se differencieraient en macrophage. Suite a la differentiation des monocytes en macrophages, nous avons egalement pu demontrer qu’ils n ’ont plus la capacite d ’ exprimer le recepteur CCR7 et amorcer leur migration vers les ligands CCL19 et CCL21 exer9ant ainsi
leur fonction en tant que cellules residente des tissus.
Mots cles :
Remerciements
La realisation de ce projet de recherche a ete rendue possible grace a la participation de plusieurs personnes. Je tiens tout d ’abord a remercier ma directrice de recherche Nancy Dumais pour son accueil dans son laboratoire et de m ’avoir propose ce projet. Merci de nT avoir fait confiance, de ton support tout au long de ma maitrise et de tes bons conseils.
Je souhaite egalement souligner ma reconnaissance envers mes conseillers, Dr. Brian G. Talbot et Dr. Jana Stankova pour leur temps, leur conseils et de m ’avoir dirige vers des reflexions qui m ’ont permis d’assimiler davantage les composantes de m on projet. Je tiens egalement a souligner la participation de la faculte des sciences de l’Universite de Sherbrooke ainsi que l’appui financier du IRSC.
Merci egalement aux membres du laboratoire pour le temps partage ensemble, les discussions et l’entraide apporte qui ont permis l’accomplissement de ce projet. Merci egalement aux donneurs de sangs qui ont permis la realisation de ce projet projet.
Merci egalement a famille pour leur appui tout au long de mes etudes et plus particulierement a ma conjointe Anne St-Amaud sans qui mes etudes aurais ete beaucoup plus difficile. Merci a ma fille Maxim qui est arrivee parmi nous vers la fin de mes etudes comme un petit rayon de soleil et qui a rempli notre de vie de bonheur.
Table des matieres
Sommaire...ii
Remerciements...iv
Table des matieres... v
Liste des abreviations... vii
Liste des figures...ix
Introduction...1
1. La prostaglandine de serie E2...1
1.1. Synthese de la PGE2...2
1.1.1. Les etapes de synthese... 2
1.1.1.1. Phosoholipase A2... 2 1.1.1.2 Cyclooxygenases... 3 1.1.1.3. Prostaglandine E synthase... 5 1.1.2. Recapitulatif...7 1.1.3. Le transport de la PGE2...8 1.1.4 La degradation de la PGE2... 9
1.2 Les effets de la PGE2... 10
1.2.1 Les recepteurs...11
1.2.2 Les roles physiologiques et pathologiques de la PGE2... 13
1.2.2.1 Fonctions associees aux enzymes COX et PGES... 14
1.2.2.2 Roles specifiques des recepteurs E P ... 16
1.2.2.3 Roles de la PGE2 lors de I 'inflammation... 17
2 Le recepteur de chimiokine CCR7... 19
2.1 Les ligands de CCR7... 19
2.2 Les fonctions de CCR7 au niveau du systeme immunitaire... 21
2.2.1 Chez les cellules lymphoi'des... 21
2.2.1.1 Migration des cellules T via le recepteur CCR7...23
2.2.2 Chez les lymphocytes B ... 25
2.2.3 Chez les cellules dendritiques... 25
2.2.4 Chez les monocytes... 27
2.2.5 Interaction entre la PGE2 et le recepteur de chimiokine CCR7...28
2.2.6 Signalisation induite par CCL19/CCL21...29
2.2.6.1 Chez les cellules dendritiques... 29
2.2.6.2 Chez d 'autres types cellulaires... 31
3 Hypotheses de recherche et objectifs des travaux... 33
3.1 L’importance de la PGE2 dans la signalisation et la fonctionnalite du recepteur CCR7 chez les monocytes... 34
3.2 L’impact de la differenciation des monocytes en macrophages sur le recepteur CCR7? 35 Chapitre 1 : Implication des MAPKs et RhoA/ROCK dans la signalisation menant a la migration mediee par la PGE2 des monocytes via le recepteur CCR7... 36
1.1. Preambule...36
1.2. Article 1 ...37
Chapitre 2 : La prostaglandine E2 ne module pas l’expression et la fonctionnalite de CCR7 apres la differenciation des monocytes sanguins en macrophages... 52
2.1 Preambule...52
2.2 Article 2 ...53
Discussion... 77
Conclusion... 87
Liste des abreviations
AA Acide Arachidonique
AINS anti-inflammatoires non steroi'diens
AMPc Adenosine monophosphate cyclique
ARN Acide ribonucleique
ATCH Adrenocorticotrophine
ATP Adenosine triphosphate
BLR De T anglais « Burkitt lymphoma receptor »
C/EBP De 1’anglais « CCAAT-enhancer-binding proteins »
CaMPK De l’anglais « calmodulin dependent kinases »
CD De Tanglais « cluster of differenciation »
CMH Complexe majeur d’histocompatibilite
COX Cyclooxygenase
CREB De l’anglais « CRE-binding protein »
DC De Tanglais « dendritic cell »
DN Double negatif
DP Double positif
EP Recepteur des prostaglandines
ERK De Tanglais « extracellular signal-regulated kinases »
GAG Glycosaminoglycans
G-CSF De Tanglais « Granulocyte-Colony Stimulating Factor »
GPCR De Tanglais « G-protein coupled receptor »
GTP Guanosine Triphosphate
HEV De Tanglais « high endothelial venule »
HSP De Tanglais « Heat Shock Protein »
ICAM De Tanglais « intercellular ashesion molecule »
IL Interleukine
INF Interferon
JNK De Tanglais «c-Jun N-terminal kinase»
LIMK De Tanglais « LIM domain kinase 1 »
LPS Lipopolysaccaride
LTB Leukotriene B
MAPK De Tanglais « mitogen-activated protein kinase »
MCP De Tanglais « monocyte chemoattractant protein »
MDM Macrophage derive des monocytes
MDMM1 Macrophage derive des Mono Mac 1
MIP De Tanglais « macrophage inflammatory protein »
MLC De Tanglais « Myosin Light Chain »
MM1 Mono Mac 1
MRP De Tanglais « multidrug resistance proteins »
PG Prostaglandine
PGES Prostaglandine E synthase
PGHS Prostaglandine G/H synthase
PGT De Tanglais « Prostaglandin Transport »
PI3K Phosphatidylinositol 3-kinase
PKA Proteine Kinase A
PLA Phospholipase A
PLC Phospholipase C
PNAD De Tanglais « peripheral-node addressins »
RhoA De Tanglais « Ras homolog gene family, member A »
ROCK De Tanglais « Rho-associated coilded-coil forming protein kinase »
SP Simple positif
Tcm Lymphocyte T a memoire centrale
TCR De Tanglais « T-cell receptor »
TGF De Tanglais « Transforming growth factor »
TNF-a De Tanglais « Tumor necrosis factor-alpha »
TReg Lymphocyte T regulateur
Liste des figures
Figure 1 Figure 2 Figure 3 Figure 4 Figure 5 Figure 6 Figure 7 Figure 8 Figure 9 Figure 1 Figure 1 Figure 1 Figure 1 Figure 1: Structure chimique de la prostaglandine E2. ... 1
: Transformation de l’AA en PGH2 ...2
: Interaction des differentes PGES avec COX-1 et C O X -2 ...7
: Synthese des prostaglandines...8
: Le catabolisme de la PGE2 ... 10
: Association des proteines G au GPCR liant la PGE2 ... 11
: Distribution des recepteurs de la PGE2 dans les tissus de l’organism e 12 : Representation des differents effets associes a la PGE2 ... 14
: Representation des roles associes aux CO X -1/2 et des PGE sy n th ases...15
0 : Schema representant le developpement des thymocytes et 1’ implication de CCR7 a travers le processus de m aturation... 22
1 : Schema representant le processus de migration des cellules T a travers les HEV pour rejoindre les ganglions lym phatiques...24
2 : Signalisation cellulaire orchestree suite a l’activation du recepteur CCR7 .... 30
3 : Schema recapitulatif de la signalisation cellulaire menant a la chimiozoxie des monocytes suite a l’activation du recepteur C C R 7 ...81
4 : Schema representatif de 1’impact de la differenciation des monocytes en
Introduction
1. La prostaglandine de serie E
2Les prostaglandines font partie de la famille des eicosanoides, des acides gras a 20 carbones composes d’un cycle a 5 carbones. Ils sont produits par la majorite des cellules humaines (Smith, 1989). La plus importante prostanoide du corps humain est la prostaglandine de serie E2 (PGE2) (Serhan and Levy, 2003), dont la structure est illustree a la Figure 1. Elle est
impliquee dans differentes fonctions dont le maintien de l’homeostasie, 1’inflammation et dans
certains cas, elle possede des effets anti-inflammatoires (Park et al., 2006). Les enzymes responsables de la synthese de la PGE2 sont presentes de fa<?on ubiquitaire ou specifique a
certains tissus dans le corps humain permettant ainsi sa production par un tres grand nombre de cellules. Les principaux types cellulaires produisant la PGE2 sont les monocytes (Tripp et
al., 1986); (Penglis et al., 2000), les macrophages (Kurland and Bockman, 1978), les cellules dendritiques (Heinen et al., 1986) et les fibroblastes (Frey et al., 1986). La PGE2 est produite
de fa?on constitutive ou inductible via la presence de stimuli inflammatoire telle que 1’IL -lp (Cao et al., 1996), le TNF-a (Cao et al., 1998) et le LPS (Murakami et al., 2000) entre autres. La regulation et F inhibition de cette prostaglandine represented une strategic anti- inflammatoire importante via entre autres l’utilisation d’inhibiteur telle que l’aspirine qui inhibe Fenzyme COX, enzyme cle dans la synthese de diverse prostaglandine, dont celle de la serie E2 (Vane and Botting, 2003).
0
HO
OH
1.1. Synthese de la PGE2
1.1.1. Les etapes de synthese
1.1.1.1. Phosoholipase A2
La prostaglandine E2 est un mediateur lipidique important derive d ’un acide gras polyinsature,
1’acide arachidonique (AA), present dans la membrane cellulaire. Cet acide est libere de la membrane phospholipidique via l’hydrolyse en position sn-2, sous Taction de l’enzyme phospholipase A2 (PLA2) (Funk, 2001). II existe trois differentes families de PLA2, soit
secrete (SPLA2), cytosolique (CPLA2) et intracellulaire (iPLA2)(1974) (Park et al., 2006).
Jusqu'a maintenant, onze isoformes ont ete repertories de l ’enzyme SPLA2 qui ont de faibles
poids moleculaires variant entre 14 et 19 KDa ((Murakami et al., 2011). Cette enzyme necessite la presence de calcium en concentration elevee (mM) pour assurer l’hydrolyse de l’acide arachidonique du phospholipide. Son site catalytique est compose de la paire d ’acide amine histidine/aspartate et agit de fa<?on independante a un stimulus ((Kudo and Murakami, 2002). Cette enzyme peut egalement relacher plusieurs autres acides gras dont l’acide oleique, linoleique et des omega-3 (Murakami et al., 2011). Elle est principalement retrouvee dans differents tissus immunitaires dont la rate, les amygdales, le thymus, la moelle osseuse ainsi que dans les organes du systeme gastro-intestinal dont le colon, le foie et le pancreas (Park et al., 2006).
L’iPLA2 a pour sa part un poids moleculaire de 85 a 90KDa et n ’a pas besoin de calcium pour
etre fonctionnelle. Le genome humain exprime 9 enzymes iPLA2 divisees en deux categories,
phospholipases ou lipases. Son site catalytique est compose d ’une serine, histidine et d ’un aspartate. Elle est presente de fa<?on ubiquitaire dans la plupart des cellules et tissus (Murakami et al., 2011). La CPLA2 ressemble beaucoup a la iPLA2. En effet, iPLA2 et CPLA2
semblent avoir evolue a partir d ’un gene ancestral commun (Murakami et al., 2011). L’enzyme CPLA2 a un poids moleculaire variant entre 85-110 KDa et a besoin d ’une plus
serine et d’un aspartate. Elle est retrouvee de fa9on ubiquitaire dans la plupart des cellules et
tissus et sa principale fonction est de liberer specifiquement 1’ acide arachidonique en reponse
a des stimuli extracellulaires (Murakami et al., 2011; Leslie, 2004)
1.1.1.2 Cyclooxygenases
Suite a la liberation de l’acide arachidonique, via Taction de la phospholipase A2, Tenzyme
cyclooxygenase (COX) aussi nomme PGHS est responsable d ’une double transformation de Tacide arachidonique via son action cyclooxygenase et peroxidase (Blackwell et al., 2010). Premierement, COX initie la cyclisation de Tacide arachidonique et ajoute un groupement 15-hydroperoxy pour former la PGG2. La COX reduit par la suite le groupement
nouvellement forme de la PGG2 pour former la PGH2, un produit tres instable, comme
illustre a la Figure 2. Une enzyme synthase specifique transforme ce produit en prostanoi'des plus stable (Smith et al., 2000). II existe trois differents types de cyclooxgenases, so it la COX-1, la COX-2 et la COX-3 (Park et al., 2006).
PHOSPHOLIPIDE PHOSPHOLIPASE A i | j « » w « * v 'S / C O O H ACIDE ARACHIDONIQUE CYCLOOXYGENASE { / * v W V ’COCN O | PEROXIDASE i 2«' COOM W3M* OH
L
Fig. 2. Transformation de 1’AA en PGH2. Representation de la voie de biosynthese transformant Tacide arachidonique en PGG2 sous Taction cycloocygenase des COX-1 et
COX-2, puis en PGH2 sous Taction peroxidase de ces memes enzymes. Adapte de Smith et al., 2000
COX-1 et COX-2 ont tous les deux un poids moleculaire de 72 KDa, elles sont presentes au niveau du reticulum endoplasmique et au niveau de l’enveloppe nucleaire et possedent le meme mecanisme catalytique. COX-1 est exprime de fa?on ubiquitaire et sa presence est constitutive dans les cellules. Elle est responsable de la synthese basale des prostaglandines et assure le maintien de l’homeostasie en induisant l’agregation plaquetaire, en assurant le fonctionnement renal ainsi que de la cytoprotection gastrique (Morita, 2002). La COX-2 n ’est normalement pas presente dans les cellules. Elle est cependant induite suite a differents stimuli dont le TNFa, les LPS et l’IL-1. Ces principales fonctions biologiques comprennent, entre autres la desagregation des plaquettes, 1’ inflammation, la vasodilatation, la resorption des os
(Morita, 2002). La COX-1 agit sur l’acide arachidonique lorsqu’elle est presente a de faibles concentrations, soit <2.5pM. La production endogene de AA est relachee a cette concentration. COX-2 agit preferablement sur l’AA a des concentrations plus grandes, soit autour de 10 pM et plus. Cette plus grande concentration survient lorsque 1’acide arachidonique provient d ’une source exogene ou relachee durant une inflammation aigtie ou d’une lesion cellulaire (Shitashige et al., 1998).
La presence constitutive de COX-1 est responsable de la generation de la PGE2 durant la
premiere phase de 1’inflammation, permettant ainsi a la COX-2 d’etre genere et d’assurer la synthese des prostaglandines inflammatoires (Park et al., 2006). L’activite de biosynthese de ces deux enzymes est inhibee par l’aspirine ainsi que par des anti-inflammatoires non steroi'diens (AINS). L ’aspirine inhibe le site actif de la cyclooxygenase, mais n ’a pas d’effet sur la portion peroxidase de l’enzyme PGHS (Roth et al., 1975). Les AINS pour leur part, competitionnent avec l’acide arachidonique pour se Her au site actif des deux enzymes. Le site actif des deux enzymes a la meme structure, mais COX-2 a une taille plus grande, du au remplacement de 1’isoleucine-434 de COX-1 par une valine-434 (Gierse et al., 1996). Malgre la difference de taille au niveau du site actif, le K m pour l’acide arachidonique reste similaire, soit autour de 5pM (Smith et al., 2000).
La cyclooxygenase-3 (COX-3) est un variant de COX-1 qui differe par la presence d ’un intron qui est absent chez COX-1, dormant une taille de l’ARNm de 5,2 Kb pour COX-3 au lieu de 3 kb pour COX-1 (Chandrasekharan et al., 2002) La transcription de ce gene est constitutive comme COX-1 et est presente au niveau du reticulum endoplasmique et de la membrane nucleaire des cellules. Le km de cette enzyme est toute fois beaucoup plus faible soit de 0,54 pM. Cette enzyme est presente principalement au niveau du cortex cerebral et dans l’aorte (Park et al., 2006). Cette enzyme est inhibee par l’acetaminophene contrairement a COX-1 et COX-2 ou cet AINS n ’a aucun effet (Chandrasekharan et al., 2002). L ’inhibition de COX-3 par l’acetaminophene entraine une diminution de la production de PGE2 au niveau
du cerveau (Botting and Ayoub, 2005).
1.1.1.3. Prostaglandine E synthase
La PGH2 est un produit tres instable qui est rapidement transforme en prostanoi’des stable via
l’action de differentes enzymes synthases specifiques a la formation de PGE2, PGI2, PGD2,
PGF2 et thromboxane A2 (Park et al., 2006). L ’inhibition de COX-2 engendre une inhibition
beaucoup plus importante de PGE2 que les autres prostaglandines, suggerant une interaction
plus specifique entre COX-2 et PGES que les autres PG synthases (Harada et al., 1998). Dans le cas de la PGE2, il existe trois differentes PGE synthases, soit la prostaglandine E synthase-1
microsomal (mPGES-1), la prostaglandine synthase cytosolique (cPGES) et la prostaglandine E synthase-2 microsomal (mPGES-2) (Park et al., 2006).
1.1.1.3.1. Prostaglandine E synthase-1 microsomal
La mPGES-1 possede 38% d’homologie avec l’enzyme MGST1-L1 de l’anglais « microsomal glutathione S-transferase 1-like-1 », un membre de la superfamille de MAPEG de l’anglais « membrane associated proteins involved in eicosanoid and glutathione metabolism ». Elle est retrouvee principalement au niveau de la prostate, des testicules, du placenta, des glandes mammaires et de la vessie (Jakobsson et al., 1999). Son activite est induite lors d ’un stimulus
et est situee au niveau de la membrane nucleaire cellulaire. L ’expression de mPGES est augmentee en reponse a differents stimulants, dont le LPS, TN Fa et IL -1 p. Chez les rats, l’expression basale de m-PGES-1 est faible, mais suite a l’administration de LPS, une forte augmentation de mPGES et de COX-2 est observee, resultant a une importante augmentation de PGE2 (Mancini et al., 2001). Les enzymes mPGES-1 et COX-2 agissent preferentiellement
ensemble pour assurer la production retardee de la PGE2 une fois que COX-2 est induite, ou
pour augmenter la production immediate de PGE2 si COX-2 est deja presente dans les cellules.
L’enzyme mPGES-1 peut egalement agir via COX-1 si la quantite d’acide arachidonique est suffisamment elevee (figure 3) (Murakami et al., 2000).
1.1.1.3.2. Prostaglandine E synthase-2 microsomal
L’enzyme mPGES-2 a ete decouverte par la presence de deux differentes mPGES chez le rat. Contrairement a mPGES-1, mPGES-2 n’est pas dependante de la presence de glutathione pour assurer son activite (Watanabe et al., 1997). Cette enzyme est principalement retrouvee dans le cerveau, le coeur, les muscles squelettiques, les reins et le foie (Tanikawa et al., 2002). Son expression est constitutive dans la plupart des cellules et tissus. Elle est synthetisee au niveau de l’appareil de Golgi et relachee dans le cytoplasme. L’enzyme mPGES-2 peut interagir avec COX-1 et COX-2 (Fig.3) pour synthetiser la PGE2 en reponse a une inflammation aigue ou
chronique respectivement (Murakami et al., 2003).
1.1.1.3.3. Prostaglandine E synthase cytosolique
La prostaglandine E synthase cytosolique est identique a la proteine p23 qui sert de chaperon pour la fonctionnalite de l’enzyme HSP-90 de Tanglais « Heat Shock Protein-90 ». L ’enzyme cPGES est exprime de faqon constitutive et n ’est pas affecte par des stimulations inflammatoires. Elle est retrouvee de fa?on ubiquitaire, principalement au niveau des testicules, du cceur, du cerveau, et de l’estomac. Sont activite est dependante de la presence de glutathione comme m-PGES-1. La synthese de PGE2 via cPGES se produit principalement en
presence de COX-1 (Fig.3). Effectivement, une cotransfection de cPGES avec COX-1 augmente de fa<?on importante la production de PG E2, contrairement a COX-2 ou une
augmentation minimale est observee. L’enzyme cPGES semble interagir preferentiellement avec COX-1 afin de maintenir la production de PGE2 pour assurer l’homeostasie cellulaire et
tissulaire (Tanioka et al., 2000).
eWil S mlH.I v rofxd s I
Fig. 3. Interaction des differentes PGES avec CO X-I et COX-2. La fleche foncee indique
une forte interaction entre les enzymes, la fleche pale indique une faible interaction tandis que la fleche en pointille indique une interaction incertaine.
Adapts de Mattila et al., 2009.
1.1.2. Recapitulatif
En resume, la synthese de la PGE2 se deroule en trois etapes et necessite 1’ implication de trois
differentes enzymes comme illustree a la Figure 4. Premierement, la phospholipase A2 libere
l’acide arachidonique de la membrane phospholipidique. Ensuite, l’acide arachidonique est transforme en un interm ediate PGG2 via Faction cyclooxygenase de la COX-1/ 2 puis en
produits terminal et stable via 1’action d’une prostaglandine synthase specifique, dont une
PGES, qui est responsable de la synthese finale de la PGE2.
Phospholipides membranaires
I
Phospholipase A2 A r a c h id o n ic A cid PGG, Cyclooxygenases (COX-I et COX-2) Peroxidase PGH,PGF synthase j PGD synthase
T
PGi synthaseT
PGE synthase I TxA synthasep g d2 p g i2 p g e2 TxA 2
Fig. 4. Schema de la synthese des prostaglandines. Adapte de Milatovic et al., 2011.
1.1.3. Le transport de la PGE2
Puisque les enzymes impliquees dans la synthese de la PGE2 sont principalement situees au
niveau de la membrane nucleaire et du reticulum endoplasmique, e’est done a cet endroit que la PGE2 est principalement synthetisee (Morita, 2002). La PGE2 n’etant pas emmagasinee
dans les cellules, elle doit se rendre au milieu extracellulaire pour exercer ses effets (Funk, 2001). A l’origine, il avait ete propose que les prostaglandines pouvaient diffuser passivement a travers la membrane pour sortir de la cellule due a leurs proprietes anioniques a pH physiologique et au caractere electronegatif de l’interieur des cellules (Schuster, 2002). Cependant, la vitesse de reponse des prostaglandines suivant une stimulation ne peut pas dependre uniquement de ce processus plutot lent (Chan et al., 1998). Un transporteur de
prostaglandines (PGT) a ete identifie et associe au transport rapide des PGEi, PGE2 et PGF2a
(Kanai et al., 1995). Le mecanisme de transport de PGT est independant de la concentration de Na+, K+, Cl', et H+ des fluides extracellulaires (Chan et al., 1998); (Kanai et al., 1995). Le transport des prostaglandines via les PGT semble toutefois etre dependant d’un echange anionique, ce qui est altere en presence d ’inhibiteur d’echange anionique (Chan et al., 1998), ainsi qu’un echange lactate/prostaglandine. Lorsque la concentration intracellulaire de lactate est elevee, l’absorption des prostaglandines est favorisee, tandis que Tinverse, lorsque le lactate exteme est en plus forte concentration, il y a liberation des prostaglandines (Chan et al., 2002). Ce mecanisme favorise toutefois Tabsorption plutot que le relachement de la PGE2, et n ’explique pas comment cette prostaglandine est liberee suite a sa synthese (Park et al., 2006).
Un nouveau transporteur a depuis ete identifie, ou celui-ci assure specifiquement le transport des PGEi et PGE2 a Texterieur des cellules plutot que Tabsorption comme c’est le cas des
PGT. II s’agit de MRP4 pour « multidrug resistance protein 4» de Tanglais (Reid et al., 2003) MRP4 est une pompe membranaire responsable egalement du transport de nucleotide cyclique, de folates et de steroi'des conjugues (Chen et al., 2001; Zelcer et al., 2003); (Chen et al., 2002). La fonction de la pompe MRP4 est inhibee par des anti-inflammatoires non steroldiens (AINS) inhibant done la secretion de la PGE2 a Texterieur des cellules au meme
titre que Tinhibition de la synthese de cette prostaglandine (Reid et al., 2003).
1.1.4 La degradation de la PGE2
Suit a son metabolisme, la PGE2 est rapidement degrader en 15-keto-PGs via T action de
Tenzym e 15-PG D H p o u r 15-Hydroxyprostaglandin dehydrogenase puis en 13,14-digydro-15 k eto-P G E 2 par P acion de la 13-P G R /L T B 4-1 2 -D H (Tai, 2011)) comme illustre a la figure 5. Le catabolisme de la PGE2 est tres rapide et est rapidement dim ine des tissus et de la circulation. En effet sa demi-vie est estim.e entre 15 et 30 secondes dans le systeme circulatoire (Bygdeman, 2003);(Fitzpatrick et al., 1980).
Acide Arachidonique c m *2 PG H P C I, PC D , P G E , P G E ,. TXA, + 12-IIIIT i i g p g d h l 5 k 'r l » K ; < U , l 4 - m h v d r o - l < k e l « P G »
Fig 5 Le catabolime de la PGE2. Suite a sa synthese, la PGE2 est rapidement cataboliser par la 15-
PGDH (Tai, 2011)
1.2 Les ejfets de la PGE2
La prostaglandine E2 est un important mediateur lipidique produit par une tres grande variete
de cellules dans 1’ensemble du corps humain. Ses effets sont tres vastes et affectent la regulation de divers types tissulaires ou cellulaires, autant de fa<?on physiologique que pathologique. Les prostaglandines ne sont pas emmagasinees dans les cellules une fois produite, elles sont immediatement relachees et agissent de fa9on locale (Funk, 2001). Les
effets de la PGE2 surviennent lorsque celle-ci interagit avec Fun de ses quatre recepteurs EPi a
EP4 et vont varier selon le type cellulaire ou tissulaire avec qui elle interagit.
1.2.1 Les recepteurs
La prostaglandine E2 possede quatre recepteurs, soit EPiR, EP2R, EP3R et EP4R. Ces
recepteurs possedent 7 domaines transmembranaires tous couples a une ou deux proteines G comme le montre la Figure 6. Les effets de la PGE2 vont varier selon le type de recepteur qui
est lie et active. Le recepteur EP( qui est couple a une protein Gaq, induit une augmentation de la concentration de Ca2+ libre suite a la liaison de la PGE2 (Narumiya et al., 1999). Cette
augmentation est dependante de la concentration extracellulaire de Ca2+ et survient en absence d’une reponse phosphatidylinoside suggerant l’implication d’une proteine G non identifiee pouvant reguler les canaux calciques (Katoh et al., 1995).
(I) (H) (W)
EP2R
EP4R EP3R EPIR
CAMP
Fig. 6. Association des proteines G au GPCR liant la PGE2. Les fleches pleines indiquent la signalisation impliquee tandis que la fleche en pointille indique une signalisation incertaine.
Adapte de Blackwell et al., 2010 ;(Bos et al., 2004).
Les recepteurs EP2 et EP4 sont tous deux couples a une proteine Gs. Suite a leur activation,
suivant la dissociation de la sous-unite a et Py de la proteine G heterodimerique, une augmentation de la concentration de l'adenosine monophosphate cyclique (AMPc) est observee suite a l’activation de l’adenylate cyclase qui catalyse la conversion de l’ATP
cytoplasmique en AMPc. Les recepteurs EP3 qui existent sous trois differents isoformes (a p
y), sont differentiables selon la longueur de la queue C-terminale qui fait respectivement 30, 26 et 29 acides amines (Sugimoto et al., 1993); (Irie et al., 1993). Ces recepteurs sont couples a la proteine Gi et inhibent Taction de T adenylate cyclase. Une diminution de la concentration cellulaire d ’AMPc est done observee lors de leur activation. II y a quelques differences structurales permettant de differencier les quatre recepteurs. EP4 possede la plus longue queue
C terminale intracellulaire ainsi qu’une longue troisieme boucle intracellulaire. EP] possede egalement une longue troisieme boucle tandis qu’ EP2 et EP4 sont plus compactes. Les quatre
types de recepteurs vont Her la PGE2 avec une constante de dissociation similaire variant entre
1 a 40 nM (Sugimoto and Narumiya, 2007).
Ces quatre recepteurs sont distribues de fa<?on differente dans Torganisme comme le demontre la Figure 7. EPi est retrouve principalement au niveau des reins, des poumons et de Testomac (Watabe et al., 1993). EP2 est le moins abondant, retrouve principalement au niveau de
Tuterus (Honda et al., 1993). EP3 et EP4 sont les plus repandus a travers Torganisme. Ils ont
effectivement ete identifies dans T ensemble des tissus examines (Sugimoto et al., 1992); (Katsuyama et al., 1995L 3 * S 3 j* o ^ o o 10 k P § § <U 5 g .B S C JS* © 5 ’S t t 3 -8 q ,5 EPi EP2 EP3 EP4 M k
■
A
m• 9
Fig. 7. Northern Blot representant la distribution des recepteurs de la PGE2 dans les tissus de l’organisme. Adapte de Sugimoto and Narumiya, 2007
Les recepteurs de la PGE2 sont egalement retrouves au niveau des cellules immunitaires. Les
principaux recepteurs a jouer un role au niveau de l’activation des cellules sont EP2 et EP4.
Ces deux recepteurs sont exprimes sur les cellules T (Boniface et al., 2009), (Yao et al., 2009), les cellules dendritiques (Legler et al., 2006);(Yao et al., 2009), les monocytes (Cote et al., 2009 ; Meja et al., 1997), les macrophages (Aronoff et al., 2004); (Akaogi et al., 2004) ainsi que les microglies (Shi et al., 2010); (Carlson et al., 2009). Chez ces cellules, le principal effet de la PGE2 est la modulation inflammatoire, done la production de cytokines, chimiokines et
recepteurs de chimiokines. Les recepteurs EPi et EP3 sont quant a eux retrouves chez les mastocystes, ou il vont induire la degranulation des cellules (Nakayama et al., 2006); (Wang and Lau, 2006). Les quatre recepteurs sont retrouves chez les cellules B, mais e ’est principalement les recepteurs EP2 et EP4 qui vont moduler les fonctions de ces cellules, dont
leur differenciation, la commutation isotypique, l’inhibition de la presentation d ’antigene et la proliferation (Fedyk and Phipps, 1996).
1.2.2 Les roles physiologiques et pathologiques de la PGE2
La PGE2 a des effets sur 1’ensemble de Torganisme, que ce soit pour maintenir Thomeostasie
generate, lors d’une situation inflammatoire ou pathologique. Ces effets vont etre specifiques aux types tissulaires et cellulaires selon Tenzyme et le recepteur impliques. La Figure 8
resume Fensemble des fonctions reliees a Taction de la PGE2 que ce soit le maintien des
fonctions renales, gastro-intestinales, cardiovasculaires, des os, du systeme reproducteur et immunitaire, de T inflammation et du cancer (Serhan and Levy, 2003).
Acide Arachidonique
Cyclooxygenase^
Intermediate
endop ero rk iaae
PGEji Syotbaee microKnuU Inf tammotion Cancer Axe Neoro-Feriorjinien
Fig.8. Representation des differents effets associes a la PGE2.
Adapte de Serhan and Levy, 2003
1.2.2.1 Fonctions associees aux enzymes C O X et PGES
La COX-1 ainsi que cPGES agissent preferentiellement ensemble pour la production de la PGE2, tandis que la COX-2 et mPGES vont interagir ensemble. Les enzymes COX-1 et
cPGES vont etre impliquees dans la reponse immediate de la PGE2 du a leur presence
constitutive et seront responsables de la douleur aigue, de la protection de la muqueuse gastrique et des fonctions neuronales (Murakami et al., 2002). La combinaison COX- 2/mPGES est plutot impliquee dans la reponse retardee de la PGE2 au niveau de
1’inflammation, la douleur et la fievre comme le montre la Figure 9. En effet, la PGE2 est un
important mediateur de l’inflammation pouvant causer l’augmentation de la permeabilite vasculaire, la contraction ou la dilatation des muscles lies a 1’inflammation. L’inhibition de COX-2 par des inhibiteurs specifiques a cette isoforme a demontre une correlation entre l’inflammation et COX-2 (Crofford et al., 2000). L’induction de mPGES suivant un stimulus proinflammatoire soit via l’IL-ip, le TNF-a ou le LPS assure la synthese de PGE2 durant les
reponses inflammatoires (Murakami et al., 2000). La PGE2 derivee de COX-2 sensibilise les
nocicepteurs peripheriques terminaux ce qui produit une hypersensibilite a la douleur locale et
des tissus avoisinants du a l’augmentation de l’excitabilite neuronale au niveau de la moelle epiniere occasionnee par l’augmentation de la PGE2 (Samad et al., 2 0 0 1).
p q e2 p g e2
Rapoase igaadiate Raponsa jatardaa
(minutes) (htores)
I
\
Douteur si sua IrJUmma tior. Protection des muqueua* HyjwatftM*
piaiqM
Fonction nsuransla '-aaeef Gfossesse Osteoporose MaUdte dAlifieimsr
Fig. 9. Roles associes aux COX-1/2 et aux PGE synthases. Les fleches foncees represented
une forte interaction entre les differentes enzymes, tandis que les fleches en pointille indiquent line interaction secondaire. Adapte de Murakami et al., 2002
La fievre est une autre consequence de l’augmentation de PGE2 lors de diverses maladies et
infections, du a la presence de cytokines proinflammatoires. L ’induction de la fievre est occasionnee par l’interaction entre la PGE2 et le recepteur EP3 (Ushikubi et al., 1998). La
PGE2 est egalement impliquee dans certains cancers dont le cancer colorectal, des poumons,
de l’uterus et du sein ou sa production est beaucoup plus eleve que chez les cellules saines (Murakami and Kudo, 2006); (Wang and Dubois, 2006). D ’autre part la PGE2 derivee de la
COX-2/m-PGES est egalement impliquees au niveau de la fertilisation, de 1’ovulation et de l’implantation du foetus chez la femme (Lim et al., 1997) ainsi que dans le metabolisme des os. En effet la PGE2 est produite abondamment par les osteoblastes ce qui peut stimuler a la fois la
done etre impliquee dans differentes pathologies impliquant les os, dont l’osteoporose (Murakami et al., 1999); (Miyaura et al., 2000).
1.2.2.2 Roles specifiques des recepteurs EP
Les fonctions de la prostaglandine E2 vont varier selon le recepteur lie et selon le tissu
implique. Par exemple, dans les reins, on retrouve tous les recepteurs de la PGE2 a l ’exception
d’ EP2. Les recepteurs EP3, EPi et EP4 vont etre distribues a des endroits strategiques et seront
responsables entre autres de la regulation du transport des ions, de la reabsorption de l’eau et de la filtration glomerulaire respectivement (Sugimoto et al., 1994). Plus speciflquement, le recepteur EPi est implique dans l’induction du stress. Le signal emis suite a son activation converge vers le noyau paraventriculaire de 1’hypothalamus et induit une reponse
neuroendocrine facilitant le relachement de l’hormone ATCH (Matsuoka et al., 2003). Ce recepteur est egalement responsable de l’hyperalgesie, une augmentation de la sensibilite a la douleur (Moriyama et al., 2005). Le recepteur EP2 est pour sa part implique au niveau de
l’ovulation et de la fertilisation (Hizaki et al., 1999), de la suppression de la differentiation des cellules dendritiques (Yang et al., 2003) et dans le recrutement des neutrophiles via la production de G-CSF (Sugimoto et al., 2005). Le recepteur EP3 est plutot responsable de
l’initiation de la fievre en cas d ’infections et de l’inflammation (Ushikubi et al., 1998) ainsi que dans la suppression de l’allergie de type 1 (Kunikata et al., 2005). Ce recepteur est egalement implique dans 1’amelioration de la perception de la douleur (Ueno et al., 2 0 0 1) ainsi
que la de la douleur associee a une infection au virus de l ’immunodeficience humaine de type- 1 (HIV-1) (Minami et al., 2003) ou du virus varicella-zoster causant le zona suite a sa reactivation chez l’adulte (Takasaki et al., 2005). Finalement, le recepteur EP4 est implique
dans la formation osseuse (Yoshida et al., 2002), dans la protection contre les maladies inflammatoires intestinales chroniques (Kabashima et al., 2002). Le recepteur EP4 facilite
egalement la migration et la maturation des cellules de langerhans (Kabashima et al., 2003) ainsi que Finduction de l’inflammation des joints dans la maladie de l’arthrite, en combinaison avec le recepteur EP2 (Honda et al., 2006).
1.2.2.3 Roles de la PGE2 lors de I ’inflammation
La PGE2 possede d ’importants effets modulateurs sur differentes cellules du systeme
immunitaire engendrant ainsi une inflammation au site pathologique. La PGE2 induit la
modulation de l’expression de diverses cytokines pro-inflammatoires, ce qui influence la differenciation, la maturation, la proliferation chez ces cellules dont les macrophages, les cellules dendritiques, les cellules T ainsi que les cellules B (Akaogi et al., 2006). Les macrophages representent une importante source de synthese de PGE2 en situation
d ’inflammation (Kurland and Bockman, 1978). La PGE2 possede des effets autocrine sur les
macrophages en inhibant la production de cytokines inflammatoires telles que IL-6, TN Fa et
IL-12, en augmentant la production d ’IL-10 (Strassmann et al., 1994); (van der Pouw Kraan et al., 1995), et en supprimant l’expression de chimiokines dont MCP-1, IL-8, M IP -la et P ainsi
qu’IP-10 (Takayama et al., 2002). De plus, la PGE2 inhibe la capacite phagocytaire des
macrophages (Aronoff et al., 2004).
Le role de la PGE2 sur les cellules T a ete revise depuis quelques annees. Initialement, il avait
ete demontre que la PGE2 inhibait la production d ’IL-2, d’lNFy et supprimait la proliferation
des cellules T. L ’IL-2 et l’INFy sont deux cytokines produites par les cellules T auxiliaire 1 (Th), tandis que les cellules Th2 produisent plutot les cytokines IL-4 et IL-5 ou la PGE2
n ’affecte pas leurs productions (Gold et al., 1994). La PGE2 etait done consideree comme un
facteur crucial ayant un impact important sur le developpement des cellules T hl et Th2 en inhibant les cytokines produites par Thl ainsi que l’activation et la proliferation des cellules T via Timplication de l’AMPc favorisant ainsi le developpement des cellules Th2 (Anastassiou et al., 1992); (Paliogianni et al., 1993). Des etudes recentes ont determine que l’AMPc competitionne avec le TCR pour l’activation d ’une kinase de la famille Scr, soit Lck suggerant que l’AMPc supprime la proliferation des cellules T, mais qu’une forte stimulation du TCR est en mesure de surmonter l’effet inhibiteur de l’AMPc (Mustelin and Tasken, 2003). En renfor?ant la stimulation du TCR, l’equipe de Yao (Yao et al., 2009) a demontre que la PGE2,
ameliorant les effets d’IL-12 via l’activation de la voie phosphoinositide 3-Kinase (PI3K) et non via Taction de l’AMPc. La PGE2 serait done consideree comme un immunoactivateur
facilitant la differenciation des ThO en T h l. La PGE2 inhibe egalement la differenciation des
cellules T na'ives en T h l7 qui necessite la presence d ’IL- 6 et TGF-P (Chen et al., 2009).
Toutefois, en presence d ’IL-23, la PGE2 induit la proliferation des T h l7 deja en place (Yao et
al., 2009). Les cellules Thl 7 sont le principal sous-type de cellules T retrouve dans certaine situation d’inflammation immunitaire (Steinman, 2007).
Chez les cellules dendritiques, la PGE2 est reconnue pour induire la production d'IL-10 et
d’inhiber celle d ’IL-12 (Harizi and Gualde, 2002; Harizi et al., 2002). L ’IL-12 est necessaire pour assurer une presentation antigenique efficace et pour 1’activation des cellules T (Harizi and Gualde, 2006). La PGE2 altere la presentation d'antigene par les cellules dendritiques en
inhibant Texpression du CMH de classe II (Complexe majeur d ’histocompatibilite) (Harizi and Gualde, 2002). La PGE2 est finalement essentielle afin d ’assurer la maturation complete
des cellules dendritiques et leur migration vers les ganglions lymphatiques via le recepteur de chimiokine CCR7 a partir du tissu peripherique (Scandella et al., 2002). En effet, la PGE2
permet Taugmentation de Texpression du recepteur CCR7 a la surface cellulaire. Le recepteur CCR7 demeure toutefois inactif en absence de PGE2, ne permettant done pas la migration des
cellules dendritiques en reponse a ses ligands naturels, CCL19 et CCL21 (Scandella et al., 2004b).
2
Le recepteur de chimiokine CCR7
Le recepteur de chimiokine CCR7, tout comme une vingtaine de recepteurs de chimiokine, fait partie de la super famille de recepteur GPCR possedant 7 domaines transmembranaires. II existe quatre families de recepteurs de chimiokines, soit les recepteurs CC (CCR1-10), CXC (CXC1-7), CX3C1 et XC1. Tous ces recepteurs exercent leurs fonctions via des interactions avec une ou plusieurs des 50 chimiokines connues jusqu'a maintenant. Les chimiokines/ recepteur de chimiokines sont impliques dans I’immunosurveillance, 1’inflammation ainsi que le developpement des lymphocytes et la communication dans le systeme nerveux central. (Allen et al., 2007); (Adler et al., 2005). Le recepteur CCR7 est exprime principalement par les cellules dendritiques semi-matures et matures (Ohl et al., 2004), les thymocytes (Misslitz et al., 2004), les cellules B na'ives, les cellules T (Reif et al., 2002); (Sallusto et al., 1999a), les cellules T regulatrice (Treg) (Szanya et al., 2 0 0 2), les cellules T a memoire centrale (Tcm)
(Sallusto et al., 1999a) ainsi que les monocytes (Cote et al., 2009) et par d ’autres cellules non immunitaires associees a des cancers (Shields et al., 2007).
2.1 Les ligands de CCR7
Le recepteur CCR7 possede deux ligands. II s’agit des chimiokines CCL19 (ELC; MIP-3J3) et CCL21 (SLC, 6Ckine). Ces deux ligands sont exprimes de fa<jon constitutive, principalement
au niveau des ganglions lymphatiques afin d ’assurer le mouvement cellulaire pour maintenir l’homeostasie (Rot and von Andrian, 2004). CCL19 et CCL21 sont exprimes par les cellules stromales des zones riches en cellules T des ganglions lymphatiques (Luther et al., 2000). CCL19 est egalement exprime par les cellules dendritiques (Luther et al., 2000); (Sallusto et al., 1999b) et CCL21 par les cellules endotheliales des vaisseaux lymphatiques ainsi que les HEV de l’anglais « High endothelial venuless » (Gunn et al., 1998). La chimiokine CCL21 possede une longue queue C-terminale unique contenant 32 acides amines, dont 12 qui sont
basiques, ce qui permet une liaison de la chimiokine aux glycosaminoglycans (GAGs) (Yoshida et al., 1998). Cette liaison de CCL21 a ces molecules permet une presentation efficace de cette chimiokine a la surface des cellules endotheliales (Stein et al., 2000) ainsi qu’a d’autres types cellulaires, dont les cellules dendritiques presentes dans les ganglions lymphatiques afin d ’assurer la motilite et la reactivite des cellules T presentes a cet endroit (Friedman et al., 2006). CCL19 subit pour sa part une transcytose vers la surface des HEVs ou elle se lie egalement aux GAGs afin d’etre presentee aux cellules exprimant le recepteur CCR7 (Baekkevold et al., 2001).
Bien que ces deux chimiokines aient la meme affinite pour CCR7, leur liaison au recepteur engendre des effets differents sur la signalisation emise suite a leur liaison au recepteur. En effet, CCL19 stimule la phosphorylation de CCR7 et assure 1’internalisation du recepteur tandis que CCL21 n ’est pas en mesure d’effectuer cet effet chez les cellules T (Bardi et al., 2001); (Kohout et al., 2004). La rapide internalisation de CCR7 par CCL19 cause une diminution de l’habilite des cellules a repondre a une seconde stimulation, ce qui n ’est pas observe avec CCL21 (Bardi et al., 2001). Les recepteurs internalises peuvent cependant etre reexprimes a la surface tandis que CCL19 est degrade par les lysosomes (Otero et al., 2006). Ce phenomene permet done aux cellules T d ’entrer dans les ganglions lymphatiques via une reponse a CCL21 et de poursuivre leur route vers la zone riche en cellules T en reponse cette fois a CCL21 et CCL19 (Bardi et al., 2001). Ce phenomene observe chez les cellules T ne l’est toutefois pas chez les cellules dendritiques ou CCL19 n’induit pas d ’internalisation du recepteur CCR7 (Sallusto et al., 1999b).
Les ligands de CCR7 ne sont toutefois pas presents qu’au niveau des organes lympho'ides. Ils sont egalement retrouves au niveau de la barriere hemato-encephalique permettant ainsi la migration des lymphocytes T lors de l’immunosurveillance et lors d’inflammation chronique (Alt et al., 2002). Le ligand CCL19 est egalement retrouve de fa£on constitutive au niveau du systeme nerveux central (Krumbholz et al., 2007) et dans le liquide cephalo-rachidien (Pashenkov et al., 2003) tandis que CCL21 n ’est pas retrouve a ces endroits.
2.2 Les fonctions de CCR7 au niveau du systeme immunitaire
Le recepteur de chimiokine CCR7 a pour principale fonction d ’assurer la circulation des lymphocytes T et des cellules dendritiques et leur retour dans les ganglions lymphatiques via une migration transendotheliale a travers les HEVs (Sallusto et al., 2000); (Cyster, 1999); (Forster et al., 1999). Des etudes sur des souris ou le gene de CCR7 a ete inactive ou deficientes pour Texpression des ligands CCL19 et CCL21 ont demontre Timportance de ce recepteur dans le recrutement des cellules T et des cellules dendritiques dans les ganglions lymphatiques afin de generer efficacement la reponse immunitaire adaptative (Vassileva et al., 1999); (Forster et al., 1999); (Hopken et al., 2007). En effet, ces etudes ont demontre une deficience dans la migration des cellules exprimant CCR7 vers les ganglions lymphatiques. De plus, une alteration architecturale des organes lymphoides a ete observee en absence de CCR7. En effet, on retrouve une distribution irreguliere des cellules B et des cellules T via Tabsence caracteristique des follicules et des zones paracorticales, zones riches en cellules B et cellules T respectivement (Forster et al., 1999), suggerant un second role d ’importance pour le recepteur CCR7, soit T organisation architecturale des ganglions lymphatiques.
2.2.1 Chez les cellules lymphoides
Le recepteur de chimiokine CCR7 est implique dans le developpement et la maturation des lymphocytes T au niveau du thymus. Le thymus est un organe essentiel permettant le developpement initial, la differenciation des lymphocytes T (Hogquist et al., 2005) et le maintien d’un niveau adequat de cellules T (Forster et al., 2008b). Le recepteur CCR7 joue un role dans la coordination de la migration des cellules en developpement a Tinterieur et a Texterieur du thymus (Misslitz et al., 2004); (Petrie, 2003); (Takahama, 2006). En effet, la presence de CCL19 et CCL21 dans le cortex et dans la medulla permet au recepteur CCR7 de guider de fa9on efficace les thymocytes dans les differents compartiments du thymus (Misslitz
Le d ev e lo p p e m en t d es th y m o cy tes (Fig. 10) c o m m e n c e lo rs de le u r entree d a n s le th y m u s au n iv eau de la jo n c tio n co rtic o m e d u lla ire ou ils so n t d o u b le n e g a tif d u stade 1 (D N 1 ) p o u r C D 4 et C D 8. La m ig ratio n des DN1 v ers le co rte x , ou ils se d iffe re n c ie ro n t en D N 2 e st a ssu re p a r la p resen ce de C C R 7 et de ces lig an d s. La p re se n c e d e C C R 7 a ce n iv eau est tra n sito ire su r les cellules. Les D N 2 v o n t p ar la su ite m a tu re r en D N 3 v ers le haut d u co rtex e t fin a le m e n t en D N 4 dan s la zone su b ca p su la ire o u ils v o n t s ’ac cu m u ler. A ce stad e, les D N 4 v o n t d e v e n ir double p o s itif (U en o et al., 2 0 0 4 ) e t m ig re r en sen s in v erse v ers la m ed u lla (F o rs te r et al., 2008). Les D P sont C C R 7 ' et v o n t c o m m e n c e r a F e x p rim e r a l ’a p p ro c h e d e la m e d u lla (U e n o et al., 2004). U ne fois dans la m ed u lla, les D P v o n t d e v e n ir SP o u ils v o n t a c c o m p lir leu r m atu ra tio n en C D 4 + ou C D 8 +, le re c e p te u r C C R 7 sera a lo rs h a u te m e n t ex p rim e (M is s litz et al., 2004); (D a v alo s-M isslitz et al., 2007).
Fig. 10. Schema representant le developpement des thymocytes et l’implication de CCR7 a travers le processus de maturation. A d a p te de F o rster et al., 2 0 0 8 .
EpiHwliun 4
sou*<ap*ul*i«
L’expression de CCR7 a ce stade du developpement des thymocytes a un effet de retention des cellules SP dans la medulla pour qu’ils puissent terminer le processus de maturation. D ’autre part, CCR7 serait implique dans le positionnement des thymocytes matures pres des vaisseaux sanguins avant leur sortie du thymus (Petrie, 2003). L’absence de CCR7 dans le thymus affecte l’architecture de cet organe (Worbs and Forster, 2007) ainsi que la selection negative des thymocytes suite a la stimulation du TCR (Davalos-Misslitz et al., 2007) et de l’elimination des cellules auto-reactives pouvant favoriser le developpement de maladies auto- immunes (Kurobe et al., 2006).
2.2.1.1 Migration des cellules T via le recepteur CCR7
Une fois dans la circulation, les cellules T nai'ves et vont migrer vers les ganglions lymphatiques. Cette migration necessite une transmigration a travers les HEV de l’anglais « high endothelial venule » afin de penetrer les organes lymphoides. La transmigration des cellules T s’effectue en plusieurs etapes comme le montre la Figure 11. Premierement, les L- selectines presentes a la surface des lymphocytes T vont se lier au PNADs de l’anglais « peripheral-node addressins ». Cette interaction transitoire permet l’attachement des cellules et leur roulement engendre par le debit sanguin. Le roulement des lymphocytes permet au recepteur CCR7 d’interagir avec ses ligands presents a la surface des GAGs (Glycosaminoglycans) sur les HEV. Le recepteur CCR7 induit alors un changement de conformation des integrines aL [32 qui vont se lier fortement sur les ICAM1 de l’anglais
« intercellular adhesion molecule 1 » et ICAM2 ce qui immobilise completement les cellules a la surface des HEV. Les lymphocytes vont par la suite orchestrer leur transmigration a travers les HEV soit de fa?on transcellulaire ou paracellulaire. Cette transmigration est assuree par la presence des ligands de CCR7 de part et d ’autre des HEV. Cette migration des lymphocytes T nai'fs s’applique egalement aux cellules Treg et Tcm generees lors de la reponse immunitaire adaptative (Forster et al., 2008b). Les lymphocytes T peuvent egalement entrer dans les ganglions lymphatiques par les vaisseaux lymphatiques via 1’implication du recepteur CCR7 (Bromley et al., 2005).
Attach«ment et Activalkm mediee
roulement parC€R7 Airet Transmigration
Cellule* T roulement naive*
m
L-seiectm PNAd CR7 CR7 ligand GAG0^ P j-ln teg rn Trarucelhilaire Piraoettuliire ICAM1 o r 1GAM2
Cellule endotbelijle Membrane buale
F ig .ll. Processus de migration des cellules T a travers les HEV pour rejoindre les ganglions lymphatiques. C e p ro c essu s im p liq u e des se le c tin e s, in teg rin es, le re c e p te u r de ch im io k in e C C R 7 ain si que ses ligands. A d a p te d e F o rste r et al., 2 0 0 8 .
U ne fois dan s les g an g lio n s ly m p h atiq u e s, les ce llu le s T naiv es v o n t c irc u le r d an s l ’org a n e ly m p h o id e via le re c e p te u r C C R 7 et se re n d re d a n s la z o n e riche e n cellu les T a la re c h e rc h e d ’a n tig en e s p re sen ts su r les ce llu les p re se n ta tric e d ’antig en e, so it les c e llu le s d e n d ritiq u e s. (B an c h ere au a n d S teinm an, 1998). S uite a la re n c o n tre a v e c un an tig en e, le ly m p h o c y te T n a if se d iffe ren c ie en deu x types de ce llu les T m em o ire e ffec tric e (T EM) o u en c e llu le T de m em o ire ce n trale (Tcm> Les ce llu le s T Em n ’e x p rim e n t p a s C C R 7 (S allu sto e t al., 1999a), lui p erm e tta n t de m ig rer vers les fo llicu les a la re n c o n tre des c e llu le s B o u v e rs les tissu s p erip h e riq u es o u T on retro u v e u n e in flam m atio n (M a c L e n n a n et a l., 1997) . L es c e llu le s Tcm
e x p rim e n t C C R 7 (S allu sto et al., 1999a) et v o n t c irc u le r co m m e le s ly m p h o cy tes T n a if a la rech erch e d ’u n e d eu x iem e stim u latio n p a r le m em e an tig e n e (D u tto n et al., 1998). L a p re se n c e d e C C R 7 a la surface des T Cm CD4 ain si q u e les ce llu le s T C D 8 e t les c e llu le s B p e rm e t la sortie des g an g lio n s p a r les v aissea u x ly m p h atiq u e s a fin de p a tro u ille r les a u tre s o rg a n e s ly m p h o id es (D e b es et al., 2005).
2.2.2 Chez les lymphocytes B
C’est chez les cellules B que le recepteur CCR7 a ete pour la premiere fois observee. A l’origine, il a ete nomine EBI 1 de Fanglais « Epstein-Barr virus induced gene 1 », puisque les cellules B etaient infectees par ce virus (Birkenbach et al., 1993). Le recepteur CCR7 a par la suite ete identifie chez les cellules B saines (Kim et al., 1998). Les cellules B repondent beaucoup moins efficacement a la presence des ligands de CCR7 que les cellules T. En effet, le pourcentage de migration cellulaire est beaucoup plus eleve pour les cellules T que les cellule B dans les meme conditions (Hromas et al., 1997 ; Gunn et al., 1998). Comme les cellules T, les cellules B vont entrer dans les organes lymphoides via les HE Vs puis migrer vers les zones riches en cellules T ou les ligands de CCR7 sont presents, pour se rendre par la suite vers les follicules (Goodnow, 1997) via d’autres chimiokines specifiques, dont le ligand de BLR1 (Forster et al., 1996). Lorsque les cellules B rencontrent un antigene et s’activent, ils vont migrer rapidement vers la zone riche en cellules T en reponse aux ligands de CCR7 contrairement aux cellules B immatures qui vont migrer beaucoup moins efficacement. Les cellules B expriment davantage le recepteur CCR7 une fois active (Ngo et al., 1998). L’interaction entre les cellules B et les cellules T est essentielle pour assurer l’initiation de la reponse adaptative et permettre la formation d’anticorps contre 1’antigene rencontre.
2.2.3 Chez les cellules dendritiques
Les monocytes sont des leucocytes immatures circulant dans les vaisseaux sanguins et qui, lors d’une infection, vont migrer vers les tissus peripheriques ou il vont amorcer leur differenciation en cellules dendritiques ou en macrophages (Serbina et al., 2008). Les cellules dendritiques, cellules presentatrices d’antigene professionnelles, resident dans la majorite des tissus peripheriques dont la peau et les muqueuses des differents organes. (Banchereau and Steinman, 1998). Les cellules dendritiques, alors immatures vont rencontrer des antigenes, ce qui induit leurs activation et maturation en cellules dendritiques matures (Sallusto et al., 1999b). Lors de leur maturation, differents recepteurs a leur surface vont etre reprimes dont
CCR1-6 ainsi que CXCR1-2 necessaires pour les guider vers les sites inflammatoires. Le recepteur CCR7 et CMH-II vont plutot etre exprimes davantage a la surface de ces cellules mature. (Banchereau et al., 2000a); (Yanagihara et al., 1998). Les cellules dendritiques quittent alors la region des tissus peripheriques et migrent vers les ganglions lymphatiques a la rencontre de cellules T dans la zone riche en cellules T (Banchereau and Steinman, 1998) etablissant ainsi un lien entre l’immunite innee et 1’induction de l’immunite adaptative (Del Prete et al., 2007). Cette migration est dependante de la presence du recepteur de chimiokine CCR7 en reponse a ses ligands naturels, CCL19 et CCL21, principalement presents au niveau des organes lymphoides (Worbs and Forster, 2007).
Afin que le recepteur CCR7 soit fonctionnel chez les cellules dendritiques, celui-ci necessite la presence d’un signal de costimulation via soit cysteinyl-leukotriene et son transporteur MRP1 (Robbiani et al., 2000) ou la leukotriene B4 (LTB4) (Del Prete et al., 2007) ainsi que la prostaglandine E2 (Scandella et al., 2002). La presence de LTB4 a court terme, soit de 15 a 30
minutes d’exposition, permet une augmentation de la migration des cellules dendritiques, due a l’augmentation du recepteur CCR7 a la surface cellulaire. En effet, LTB4 permet l ’exposition de CCR7 intracellulaire vers l’exterieur de la cellule. De plus, apres 6 heures d ’incubation des
cellules dendritiques avec LTB4, une augmentation de l’ARN messager de CCR7 est observee. En resume, LTB4 permet la sortie de CCR7 intracellulaire a court terme et 1’augmentation de l’ARN messager a plus long terme (Del Prete et al., 2007) permettant ainsi la migration des cellules dendritiques vers les organes lymphoides.
Mis a part d’assurer la chimiotaxie des cellules dendritiques vers les organes lymphoides, CCR7 possedent d’autres fonctions chez ce type cellulaire. En effet, ce recepteur regule la cytoarchitecture des cellules dendritiques en regulant l’organisation du cytosquelette d ’actine facilitant ainsi 1’extension des dendrites afin d ’augmenter leur surface de contact et d’interagir
plus facilement avec les lymphocytes T (Yanagawa and Onoe, 2002), favoriser son habilite endocytique (Yanagawa and Onoe, 2003), d’accentuer la maturation des cellules dendritiques presente dans la rate et dans les organes lymphoi'des (Marsland et al., 2005) ainsi que d’assurer la survie en inhibant l’apoptose des cellules dendritiques (Sanchez-Sanchez et al., 2004).
2.2.4 Chez les monocytes
Les monocytes sont en mesure d ’exprimer de nombreux recepteurs de chimiokine dont CCR2 et CCR5 et des recepteurs d ’adhesion favorisant leur migration des vaisseaux sanguins vers les tissus lors d’une infection et produire des cytokines et mediateurs inflammatoires, dont le TNFa et la PGE2. Une fois dans les tissus, les monocytes peuvent se differencier soit en
macrophages ou en cellules dendritiques, differenciation determinee par le
microenvironnement du milieu inflammatoire present. Les monocytes peuvent contribuer directement a la defense immunitaire contre les pathogenes, entre autres via l’expression du CMH II, permettant la presentation d ’antigene aux cellules T (Serbina et al., 2008). Lors d ’une infection au virus de l’immunodeficience humaine de type 1 (VIH-1), le niveau serique du mediateur pro-inflammatoire PGE2, produit principalement par les monocytes infectes, est
eleve tout le long de 1’infection (Abel et al., 1992); (Foley et al., 1992). La presence importante de PGE2 regule entre autres la migration des monocytes en reponse au chimiokines
MCP-1, RANTES et SDF-1 vers les tissus (Panzer and Uguccioni, 2004).
D ’autre part, en condition inflammatoire, un recrutement des monocytes vers les ganglions lymphatiques suite a une transmigration a travers les F1EV a ete observe (Marchesi and Gowans, 1964). La chimiokine responsable de ce recrutement est MCP-1 (CCL2) pour « monocyte chemoattractant protein-1» de l’anglais, liant le recepteur CCR2 present chez les monocytes. MCP-1 est produit au site inflammatoire et peut etre transports vers les organes lymphatiques via les vaisseaux lymphatiques afferents, permettant ainsi un recrutement des monocytes via les HEV (Palframan et al., 2001). Toutefois, la presence de MCP-1 a la surface des HEV n’a pas ete detectee, ne permettant done pas l’attachement des monocytes suite au roulement des cellules. Cependant, la presence de MIG (CXCL9) a la surface des HEV, liant le recepteur CXCR3 present sur une sous-population de monocytes serait impliquee dans le recrutement des monocytes vers les organes lymphoides en combinaison avec MCP-1 (Janatpour et al., 2001). En situation normale, ces chimiokines ne sont pas retrouvees au niveau des organes lymphoides. Toutefois, en situation inflammatoire, un important transport
