JBIS
2000
médecine/sciences 2000 ; 1 6 : 745-50Implication du trafic intracellulaire
dans trois maladies héréditaires
du système hématopoïétique
... Plusieurs défauts génétiques chez l'homme et chez la souris associent systématiquement des anomalies fonctionnelles des mêmes types d'organites, les mélanosomes, les lysosomes et les granules des plaquettes. La caractérisation très récente des anomalies moléculaires
responsables de trois de ces phénotypes pathologiques permet d'identifier de nouveaux
constituants du trafic
intracellulaire, l'existence de mécanismes de transport communs entre ces différents types cellulaires et révèle un rôle insoupçonné du trafic
intracellulaire dans la régulation de la réponse immune . ...
TIRÉS À PART
---G. de Saint Basile.
L
e t r a n sport des p roté i n es
dans l a cel l u le et leur sécré
tion hors de la cel l u le font
appel à des mécanismes de
rég u l at i o n e x t rê m e m e n t
complexes q u i nécessi tent l ' i nterven
tion de nombreuses protéi nes et leurs
i nteractions. Ces processus molécu
l a i res ont en effet l a charge d'assu rer,
pour chaque p rotéine synthét i sée,
son déplacement j usqu'au site précis
de son action, et sa sécrétion à un
moment donné de la fonction cel l u
l a i re. On sait aujourd'h u i que, pour
attei ndre cet objectif, les protéi nes
n o u v e l l e m e n t s y n t h ét i sées s o n t
triées, empaquetées dans des vés i
cu les navettes q u i sont véhiculées,
grâce à des récepteurs spécial isés, à
l ' i ntérieur de l a cel l u l e [ 1 ] . Certa i nes
protéi nes, comme cel les destinées à
entrer dans l a constitution des mem
branes cel l u l a i res, sont exportées
di rectement vers l a membrane plas
m ique le long de la voie de sécrétion
d i te constitutive. D'autres protéi nes
sont stockées dans des granu les de
séc rétion q u i n e seront déchargés
d a n s l e m i l i e u e x té r i e u r q u ' e n
réponse à un agent stimu lant. E l les
empruntent alors l a voie de sécrétion
soum ise à régulation
(reguled secre tory pathway).E nfi n, certa i nes pro
té i n es pou rront rej o i n d re l a vo i e
endocytique pou r être soit recyclées,
soit d i ri gées vers les lysosomes de
Geneviève de Saint Basile
G. de Saint Basi le : Inserm U. 429, Hôpital Necker-Enfants Malades, 1 49, rue de Sèvres, 7501 5 Paris, France.dégradation. La plupa rt des cel l u les
sécrét r i ces a cc u m u lent l es const i
tuants qu'el les des ti n e nt à la sécré
t i o n d a n s des g ra i n s spéc i f i q u es,
a lors q u e les prod u i ts voués à l a
dégradation sont di rigés vers les lyso
somes. Dans l es cel l u l es hémato
poïétiques, le processus est différent.
Les lysosomes jouent un· double rôle
de sécrétion et de dégradation [2] .
C'est l e cas des cel l u les cytotoxiques
dont les l ysosomes, ou gra n u les cyto
tox i q u es , c o n t i e n n e n t d es g r a n
zymes, d e l a perforine e t d'autres
agents cytolytiques ; des mastocytes
dont les l ysosomes conti ennent de
l ' h i sta m i ne et des rég u l ateu rs de
l ' i nflam mation ; des p l aquettes dont
les lysosomes, ou gra n u l es denses,
conti e n ne n t des facte u rs a c t i v a n t
l'agrégation plaquettai re ou l ' i nflam
mation. Des effecteu rs communs à
ces deux voies de sécrétion sou m i ses
à ré gu la ti on, la voie c l assique et l a
voi e lysosomiale, o n t été identifiés :
la proté i ne Rab, les
v- vesicule-et t
(target membrane)-SNARES (soluble
NSF attachement protein receptor).
L'observation de pl usieurs patholo
g i es a ffectant p r i n c i pa l e m e n t l e s
niélanosomes (granu les des mélano
c ytes) et l es l ysosomes à acti v i té
sécrétrice démontre toutefois c l a i re
ment l 'existence d'effecteu rs spéci
fiques de la voie de sécrétion sou
m ise à contrôle.
IIJ/S
2000
1
Albinisme, désordres
hématologiques
et trafic intracellulaire
L'assoc i ation d ' u n a l b i n i sme de la
peau et des cheveux et d'un défaut
morphologique et/ou fonctionnel des
lysosomes de sécrétion des cel l u les
hématopoïéti ques (plaquettes, lym
phocytes) est observée dans trois
pathologies héréd ita i res, le syndrome
de Ched iak-H igashi (CHS)
(mis 1 997, n o 3, p. 4 1 nle syndrome de Grisce l l i
(GS) e t le syndrome d e Hermansky
Pudlak (HPS)
(Tableau 1).L'attei nte de ces structures lysoso
m iales est particu l i èrement manifeste
d a n s l e s y n d ro m e de C H S, d a n s
lequel la ta i l l e des lysosomes anor
maux est gigantesque et leur fonction
de sécrétion pertu rbée, expl iquant le
phénotype de la maladie. Chez ces
patients, le défaut de l i bération de la
mél a n i ne des méla nosomes est à
l 'origi ne du défaut de pigmentation,
le défaut de l i bération des granules
denses des plaquettes entraîne u n
a l longement d u temps d e saignement,
et cel u i des enzymes cytotoxi ques
des lymphocytes T et
NKexpl ique la
faible activité cytotox ique des lym
phocytes
[3 ] .La protéi ne L YST
(lysa
soma/ trafficking regulator)a été m ise
en cause dans cette pathologie a i nsi
que chez la souris
beige,l ' homo
logue m u r i n du CHS humain
[4, 5 1 (Tableau Il).Sa très grande tai li e et
l'absence d'analogie de sa séquence
avec ce l l e d ' a u t res p roté i n es o u
même de motifs protéiques connus
rendent d i ffi c i l e l a caractérisation
précise de sa fonction. L YST semble
préférentie l l ement cytosol ique et par
ticipe à l 'adressage de protéi nes lyso
somiales
[6] .Le défaut d'adressage
observé dans le CHS détournerai t
cer-Tableau 1
tai nes protéines lysosom iales vers une
voie d e transport a l ternative, q u i
entraînera it leur accumulation dans
un comparti ment cel l u la i re i ncapable
d'assu rer normalement leur sécrétion,
ampl ifiant a i nsi la tai l le de ces orga
n ites
(figure 1). L YST pourrait aussi
avo i r un rôle plus d i rect dans le trans
port ou dans la fission de ces struc
tures en les d i rigeant vers la voi e
d'exocytose soum i se à régu lation.
La sécrétion de ces différentes pro
téi n es lysoso m i a l es est éga lement
affectée dans le syndrome de Gris
cel l i (GS), qui partage beaucoup de
caractéristiques phénotypiques avec
le CHS
(Tableau 1). Dans cette pathologie, c'est un défa ut du tra nsport
vésiculaire qui est en cause, comme
en témoigne la loca l i sation préféren
t i e l l e des mél a nosomes autour du
noya u ; très peu atteignent l 'extrémité
des dendrites du méla nocyte, l ieu
CARACTÉRISTIQUES DES SYNDROMES DE HERMANSKY-PU DLAK, CHEDIAK-H IGASHI ET G RISCELLI
Clinique Hermansky-Pudlak
Symptomatologie
Pig mentation Albinisme oc
u
lo-
cu
tan
éAutres signes - Tendance hémorragique
- Fibrose p u l monaire - Co lite g ranulomateuse et macrophagique sévère
Âge du décès 20-55 ans
Cause d u décès Accum u lation des corps céroïdes - Fibrose pulmonaire (fréquente)
- Colite g ranulomateuse ( ra re)
- Hémorragie (ra re) Organites affectés
Mélanosomes Forme atypique
irrégulièrement pigmentés G ra n u les denses Absents ou très dimin ués plaquettes
Lysosomes - Corps céroïdes autofluorescents dans les lysosomes des cellu les
réticulo-endothélia les - Défaut d'adressage
de certaines protéines lysosomiales
7 46 n ' 6-7, vol. 16, juin-juillet 2000 IDIS2000
1
Chediak-Higashi G riscelli
Albinisme oculo-cutané partiel + agrégats de pigments dans les cheveux
Temps de saig nement allongé
Défaut de cytotoxicité T et NK Synd rome d'activation lymphocytai re
et macrophagique sévère
Troubles neurologiq ues (i nconstant)
< 20 ans < 1 0 ans
Syndrome d'activation lymphocytaire
et macrophagique
Géants Accumu lation autour d u noya u Dimi nués (i nconstant)
- Lysosomes géants Lysosomes présents - Défaut d'adressage de taille normale de certaines protéines
habituel de leur déchargement [7] .
Nous venons de montrer que deux
d éfa u t s m o l éc u l a i res re n d a i e n t
compte d e l 'ensemble des cas analy
sés
(Tableau Il).L'un i m p l ique u n
moteur moléculaire, l a myosine SA
[8] . Cette protéine a la facu lté de se
fixer simu ltanément à des structures
vés i c u l a i res et à d es fi l a m e n t s
d'actine le long desquels e l l e assure
le transport centrifuge des vésicu les
associées [9] . E l l e exerce son action
p r i n c i pa l ement d a n s les dern i ères
étapes de l'exocytose en permettant
la capture et le stockage, à proxi m ité
de la membrane plasm ique, de vési
cu les c h a rgées [ 1 0]
(figure 7 ).L e
second défaut i m p l ique l a protéine
R A B 2 7 A [ 1 1 ] , un m e m b re de l a
grande fami l le des protéi nes Rab, à
a c t i v i té GTPase. Sous l e u r for m e
GTP, ces protéi nes s'associent à l a
face externe de tous l e s comparti
ments impl iqués dans le transport des
protéi nes et confèrent à chaque étape
du trafic intrace l l u l a i re sa spécificité
[ 1 2 ] . Le transport des mélanosomes
est affecté de façon identique par une
anoma l ie de la myosine SA ou de
RAB27 A, suggérant que ces protéi nes
i nteragissent ou agissent à une même
étape du transport des mélanosomes.
Cependant, l ' a l b i n i sme part i e l est
associé à des troubles neurologiques
chez les sujets présentant une anoma
lie de la myosine SA (GS1 ), et à une
pathologie i m m u n ita i re chez ceux
qui ont une anomalie de la protéine
RAB 2 7A (GS2), ce qui démontre éga
lement l 'existence d'une spécifici té
tissu la i re de ces effecteurs du trans
port vésiculaire
[1 1 ] .
Le syndrome de Hermansky-Pudlak
(mis 7 9 9 7, no 2, p . 2 5 8)
e s t u n
exemple supplémenta i re de l a réa l ité
et de l ' i mportance du contrôle de
cette voie de secrétion commune aux
mélanocytes et aux cel l u les hémato
poïétiques. Le défa ut de p l u s i eu rs
protéines i ntervenant dans les méca
nismes de transport ou de tri i ntracel
l u laire est responsable d e l'anomalie
de pigmentation et des troubles de l a
coagu lation qui caractérisent c e syn
drome [ 1 3 ]
(Tableau Ilet
figure 7).La
protéi ne H PS ( H PS-1 ), par sa capacité
à s'associer à des vésicu les proches
du Golgi, semble nécessai re à la bio
genèse de ces organ ites [ 1 4] ; quant à
l a proté i n e a daptatrice AP-3, des
m utations dans sa sous- u n i té �3A
(H PS-2 et mutants murins
pear�[1 S ] ,
ou dans sa sous- u n i té
8(m uta nts
m u ri ns
mocha)[ 1 6 ] , entraînent un
défaut d'adressage des protéi nes lyso
som iales. Sa caractéristique de pro
téi ne adaptatrice et sa loca l isation au
n iveau des endosomes précoces sug
gèrent que AP-3 i ntervient dans le tri
et le transport des protéines du réseau
post-golgien et/ou du compartiment
e ndoso m a l vers l es. l ysosomes de
sécrétion. Il est i ntéressant de remar
q u e r l ' e x i s t e n c e, c h ez t o u s ces
mutants, d'une anomal i e rénale qui
se traduit par un défaut de sécrétion
des hydrolases par les cel l u les tubu
l a i res du rein, cel lu les qui possèdent
également des l ysosomes sécrétants.
Il est fort probable que la sécrétion ou
l'expression d'autres protéi nes soient
également perturbées à l ' i ntérieur ou
à l 'extérieur de ces tissus. Cependant,
les conséquences fonctionnelles, peu
Tableau I l
i m porta n tes, restent c l i n i q u ement
silencieuses. I l reste toutefois impor
tant de tenter de repérer ces défauts
qui permettraient de défi n i r les méca
nismes de transport communs à des
types cel l u l ai res d ifférents.
1
Le lysoso!"e de sécrétion,
un orgamte
indispensable
au maintien
de l'homéostasie
G râce aux lysosomes de sécrétion, les
cel l u l es d isposent d'un moyen très
efficace pour l i bérer dans le compar
ti ment extrace l l u l a i re, rapidement et
de façon contrôlée, à la fois des pro
d u its s o l u b l es et des const i tu a nts
membranai res. L'uti l isation de com
parti ments vésicu l a i res de stockage
permet de plus d'apporter en un l ieu
précis de la cel l ule u ne concentration
très i mportante de produ its, tout en
l im itant leur effet aux seu les cel l u les
en contact. Toutes ces ca ractéris
tiques sont probablement essentiel les
pour permettre à des cel l u les hémato
poïétiques comme les lymphocytes T
de s'adapter et d'exercer rapidement
une activité activatrice ou inhibitrice
en fon c t i o n de l ' évo l u t i o n de l a
réponse immune. L a dérégu lation du
système immun i ta i re observée chez
les sujets présentant un CHS ou un
GS est en fave u r de ce con cept.
Presque tous les patients présentant
un CHS ou un GS2 développent, plus
ou moins rapidement après la nais
sance, une prolifération i ncontrôlée,
polyclonale et souvent fatale de lym
phocytes T activés COB+ qui, associés
DÉFAUTS G É N ÉTIQUES AFFECTANT À LA FOIS LES MÉLANOSOMES ET LES LYSOSOMES
Homme Souris Gène Fonction
Syndrome de Chediak-Higashi (CHS) beige LYST Adressage des protéines
Syndrome de G riscelli - G S 1 di lute Myosine 5 A M oteu r moléculaire Syndrome de G riscelli - GS2 ashen RAB 27A Trafic vésiculaire
Syndrome de Hermansky - H PS 1 pale-ear H PS Formation/fonction des mélanosomes et lysosomes
Syndrome de Hermansky - HPS2 pearl Sous-unité � 3A Tri et transport des protéi nes
de AP-3
H PS 7 mach a Sous-unité ô 3 Tri et transport des protéi nes de AP-3
Ill/S
2000
Granules cytotoxiques Contrôle1
Hermansky-Pudlak1
défaut du gène HPS1
Hermansky-Pudlak1
défaut du gène AP3Figure
1 . Schéma des altérations des voies de transport intracellulaire dans des maladies de Chediak-Higashi, Gris ce/li et Hermansky-Pudlak. Les protéines nouvellement synthétisées sur les membranes du réticulum endoplasmique rugueux (RER), entrent dans la lumière du réticulum et s'acheminent vers un ensemble de compartiments membra naires formant le complexe de Golgi. Au niveau du réseautrans
du Golgi (TGN), les protéines sont empaquetées dans des vésicules de transport pour être sécrétées soit de façon constitutive (transport direct à la membrane), soit après stimulation cellulaire (sécrétion réglée). Les protéines destinées à la sécrétion régulée sont stockées temporai rement dans des grains de sécrétion, ou lysosomes de sécrétion dans le cas des cellules hématopoiëtiques. Pour atteindre ces organites de stockage, elles sont sélectionnées au niveau du TGN, en particulier à J'aide de protéine adaptatrices (AP- 1, Ap-3) et dirigées vers les endosomes tardifs (ET), soit directement, soit par un passage préalable par les endosomes précoces (EP). Le tri des protéines -s'opère entre le TGN et les endosomes et entre les endosomes précoces et tardifs. Finalement, les protéines sont transportées des endosomes tardifs aux lysosomes. Des moteurs moléculaires spécifiques permettent aux vésicules de se déplacer le long des microtubules et des filaments d'actine. La localisation probable du défaut fonctionnel dans chacune des pathologies discutées est indiquée. Dans le syn drome de Hermansky-Pudlak (bleu) : la protéine HPS qui s'associe à des membranes vésiculaires non recouvertes de clathrine et proches de l'appareil de Golgi serait nécessaire à la biogenèse de ces vésicules précoces. Un défaut d'AP-3 entraÎnerait un défaut de tri de certaines protéines à partir du TGN ou des endosomes précoces. Dans le syn drome de Chediak-Higashi (rouge) : une anomalie de L YST conduirait à un défaut de tri sur ces mêmes voies, les pro téines s'accumulant dans un macrolysosome incapable de libéré son contenu. Les enzymes lytiques sont séques trées dans un granule géant, souvent unique (marquage en vert de la perforine) et le pigment du cheveu apparaÎt sous forme d'agrégats en microscopie optique. Dans le syndrome de Grisee/li, une anomalie de la myosine SA (vert) affecterait la capture en périphérie des vésicules de transport et leur stockage à proximité de la membrane plas mique. Rab27A semble également participer aux dernières étapes de l'exocytose, en contrôlant J'assemblage correct à cette étape de vésicules de transport. Le défaut de la myosine Sa ou de RAB27 A conduit au même défaut de pig mentation, caractérisé par la présence de mottes de pigment au niveau des cheveux.à des macrophages activés, envahis
sent progressivement le foie, la rate,
la moe l l e osseuse, et j usqu'au sys
tème nerveux centra l [ 1 7] . Le l ien
entre perturbation du transport i ntra
cel l u l a i re et régulation de la réponse
immune commence à être compris.
C'est par le contrôle de leur transport
i ntracel l u l a i re qu'est assurée l'expres
sion transitoire de certains récepteu rs
membranaires qui semblent essentiels
a u contrô l e négati f de l a réponse
immune. C'est le cas de la molécule
CTLA-4
( cytotoxic T lymphocyte associated antigen 4ou CD1 52) qui
748 11' 6-?, vol. 16, jui1ljuillel 2000 IJIIS2000
contient, dans sa partie i ntracytoplas
m ique, les motifs spécifiques d'adres
sage vers les lysosomes de sécrétion .
L'activation lymphocytai re i nduit l a
sécrétion des lysosomes e t l 'expres
sion membranaire de cette molécu le
qui exerce a lors son action i n h ibitrice
en s'opposant aux effets activateurs
de la molécule CD28 avec laquel le
e l l e p a rtage le m ê m e l i g a n d .
L'absence d e CTLA-4 chez l a souris
est associée au développement de
prol i férations lymphoïdes et à des
manifestations auto-immu nes. Chez
les patients atteints de CHS, CTLA-4
hémopha-gocytose, pathologie qui entraîne les
mêmes anomal ies immun itai res que
cel les qui sont observées dans le CHS
et GS2 . La perforine semble non seu
lement indispensable à l 'érad ication
de la cel l u le cible activatrice (effet en
trans)mais pourrait également partici
per à l 'él i m i nation des cel l u les T acti
vées (effet en
cis).C'est encore u n
défaut de l 'exocytose des gra n u les
cytotoxiques qui résu lte des a noma
l ies de la protéi ne RAB2 7A respon
sables du syndrome de Grisce l l i dans
son e x p ress i o n i m m u n o l o g i q u e
(GS2), a lors qu'aucun défaut n'est
observé chez les sujets présentant u n
défaut de la myosi ne SA (GS 1 )
[ 1 1 ] .Par sa capacité à transporter et à l i bé
rer de façon réglée des constituants
sol u bles et des protéi nes membra
na i res, le lysosome de sécrétion, et en
part i c u l ier l e gran u l e cytotox i q ue,
acquiert a insi progressivement u n sta
t u t d ' o rga n i te rég u l a t e u r de l a
réponse imm une.
Ce même mécanisme pourrait régler
l'expression d'autres protéi nes, parti
cul ièrement cel les dont la présence
est requ ise de façon transito i re et à un
moment très préc i s de l a réponse
immune. C'est le cas du l igand de Fas
(mis 1 998, n° 4, p. 5 1 1),également
présent dans ces structu res [20], ou
des molécules inhibitrices de type KIR
(kil/er inhibitory receptor)[2 1 ]
(mis 1 997, n o 12, p. 1494)par exemple.
JI est i n téressant de constater que
d'autres cellules uti lisent cette même
voie de contrôle de la sécrétion : les
plaquettes, lors du relargage de fac
teurs de la coagulation, les polynu
cléa i res et les macrophages, lors de la
l i bération des effecteurs de l'i nflam
mation ou de la phagocytose, ces
fonctions éta nt partiellement défec
t u e u ses d a n s l e C H S . Cette v o i e
semble également importante dans l a
régulation des compartiments conte
nant les molécules H LA de classe
I limpl iquées dans l a présentation anti
gén i q ue [ 2 2 ] . Ces compart i m ents,
dénom més M I IC, sont vol u m i neux
dans les cel l ules B des patients CHS et
leur contenu n'est dél ivré que tardive
ment à la membrane des lymphocytes
B
[ 6 ] ,sans conséquence phénotypique
apparente. Enfi n, la pl upart de ces
lysosomes assurent le transport non
seulement de protéi nes membranai res
et de constituants solubles, mais égale
ment de petites vés i c u l es i nternes,
dénommées exosomes, qui semblent
être douées de propriétés biologiques
remarquables [23]
(mis 1 998, n°6-7, p. 826 et 7 999, n° 8-9, p. 939).1
Conclusions
Compte tenu du rôle central joué par
ces organites dans la physiologie de
la cel l u le, on pourrait s'attendre à ce
que des anomal ies de leur formation
ou de leur fonction aient des consé
quences phénotypiques encore plus
importantes que cel les qui sont obser
vées chez les patients. Cependant,
aucune des anoma l ies moléc u l a i res
identifiées n'entraîne un a rrêt com
plet d'une étape donnée du transport
i n t r a c e l l u l a i re , ce q u i ex p l i q u e
l
'a bsence d e défa uts m a j e u rs d u
développement d e l'organ isme. J I est
clair que de mu ltiples voies alterna
tives du transport vésicu laire de ces
protéi nes existent, et qu'une certaine
redondance ou un échappement du
contrôle permet à un nombre l i m ité
de ces organites de se former et de
fon c t i o n n er. J I est i n té ress a n t d e
remarquer que les conséquences phé
notypiques les plus importantes sont
observées chez les patients présentant
un syndrome de G riscel l i, dans lequel
les défauts moléculaires concernent
les étapes les plus tard ives du trans
port de ces organel les. Ceci tendrait à
m o n t r e r q u e c ette redo n d a n c e
concerne davantage les étapes pré
coces du trafi c, à un moment où
s'entrecroisent encore les d ifférentes
routes possi bles, alors que les étapes
les plus en aval semblent plus spéci
fiques.
JI
est probable que ces trois patholo
g i es ne représentent q u ' u ne petite
fraction des pathologies qui résu ltent
d'un défaut du transport i ntracel l u
l a i re d e ces o r ga n i te s . D ' a u tres
m u ta nts de p i gmentat i o n ont été
d é c r i t s c h e z la sou r i s, a u x q u e l s
s'associent également des anomalies
de sécrétion des granu les denses des
plaquettes ou d'autres lysosomes de
séc rét i o n , et q u i peuvent corres
pondre à autant de patho
l
ogies équ i
va lentes chez l'homme. L'analyse de
ces modèles pathologiques devrai t à
nouveau être extrêmement i nforma
tive, non seu lement pour la compré
hension de ces pathologies mais éga
l e m e n t p a rce q u ' e l l e offre u n e
approche un ique d'étude des proces
s u s p h y s i o l o g i q u e s a u x q u e l s i l s
s'adressent
•Remerciements
Je remercie Françoise Le Deist et Alain Fischer pour la lecture critique du manuscrit.
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Inserm
•Institut national
de la santé et de la
recherche médicale
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MÉTHODES DE QUANTIFICATION PAR PCR
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Public : Chercheurs, I ngén ieurs, Tech niciens
(ayant une connaissance en Biologie Molécu laire et une pratique en PCR) Objectifs : Acquérir une a utonomie dans les techniques
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