Récepteurs et signalisation des chimiokines
L’une des premières chimiokines à être identifiée, l’interféron-γ (IFN-γ) IP-10 (CXCL10), a été découverte en 1985 lorsqu’elle a été détectée en réponse à l’IFN-γ recombinant dans les cellules mononucléaires humaines, les fibroblastes et les cellules endothéliales.7 L’homologie significative des acides aminés entre CXCL10 et le facteur plaquettaire 4 (PF4) et la β-thromboglobuline, deux protéines chimiotactiques dérivées des plaquettes, a suggéré l’implication de CXCL10 dans la chimiotaxie, et les similitudes dans leur organisation génomique ont suggéré que ces protéines pourraient appartenir à une plus grande famille de protéines impliquées dans l’inflammation7,8.
Les chimiokines RANTES (regulated on activation, normal T cell expressed and secreted, ou CCL5), IL-8 (CXCL8) et MCP-1 (CCL2) ont ensuite été découvertes.9-11 La CXCL8 a d’abord été identifiée comme un facteur d’activation des neutrophiles. Des expériences visant à comprendre le mécanisme d’activation des neutrophiles par CXCL8 ont révélé que le traitement des neutrophiles par la toxine de Bordetella pertussis abrogeait la signalisation par CXCL8, de la même manière que la signalisation par le peptide bactérien f-Met-Leu-Phe (fMLP) était abrogée par cette toxine, ce qui implique que le récepteur de CXCL8 était un RCPG, spécifiquement couplé à la sous-unité Gαi12. Le clonage du récepteur de l’IL-8 en 1991 a confirmé l’appartenance de ce récepteur à la superfamille des RCPG.13,14 Avec environ 1000 membres, les RCPG sont largement utilisés pour détecter de faibles variations de concentration de substances biologiquement actives dans l’organisme et participent à de nombreuses voies de transduction du signal et à de nombreuses réponses biologiques. Les récepteurs chimioattractifs qui médient la chimiotaxie constituent une sous-famille distincte de la superfamille des RCPG.
Les RCPG ont une extrémité NH2 extracellulaire, sept domaines transmembranaires et une extrémité COOH cytoplasmique (figure 7-2). Les boucles intracytoplasmiques des domaines transmembranaires sont étirées le long de la face interne de la membrane plasmique, et l’extrémité COOH est positionnée latéralement, ce qui confère à ces récepteurs une surface d’interaction avec les protéines de liaison au guanosine triphosphate (GTP), ainsi qu’avec d’autres molécules effectrices et d’échafaudage en aval, supérieure à celle attendue en raison de leur taille de 40 kD.15 Les RCPG émettent des signaux par l’intermédiaire de protéines hétérotrimériques de liaison au GTP constituées de sous-unités α, β et γ. Après avoir lié son ligand, le RCPG modifie la conformation de ses hélices α transmembranaires, exposant ainsi les sites de liaison au GTP. Après la liaison du GTP, la sous-unité Gα liée au GTP et les sous-unités Gβγ se dissocient du récepteur et signalent par des voies distinctes en aval. Il existe quatre sous-classes de sous-unités Gα de mammifères -αs, αi, αq, ou α12/13 – et le type de signal en aval généré par la sous-unité Gα dépend de la sous-classe impliquée.
Dans le cas des récepteurs des chimiokines, on pense que la sous-unité Gαi dissociée couplée au GTP n’est pas nécessaire pour l’induction du chimiotactisme. C’est plutôt la sous-unité Gβγ qui médierait la chimiotaxie. Cependant, seule la sous-unité Gβγ qui était autrefois associée à une sous-unité Gαi est capable d’induire la chimiotaxie.15 La sous-unité Gβγ active la phospholipase C (PLCβ2 et PLCβ3), ce qui entraîne une augmentation des niveaux d’inositol-1,4,5-triphosphate (IP3), de diacylglycérol (DAG) et une augmentation transitoire des ions calcium libres intracellulaires (Ca2+). L’augmentation du Ca2+ libre intracellulaire est un test communément utilisé pour évaluer la réactivité des récepteurs des chimiokines. Le DAG active le Rap-1 par l’intermédiaire d’un facteur d’échange de nucléotides de guanine (GEF), ce qui entraîne l’activation des intégrines au niveau du bord antérieur de la cellule. Une autre molécule effectrice générée par la signalisation de la sous-unité Gβγ est la phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K), qui déclenche l’activation de la protéine kinase B (PKB, ou AKT, AKT1) et sa translocation ultérieure vers la membrane du bord d’attaque15. En outre, les voies dépendantes et indépendantes de PI3K ainsi que les voies dépendantes et indépendantes de DOCK2 (dedicator of cytokinesis 2) induisent Rac, ce qui entraîne la formation rapide de nouvelle F-actine dans le bord d’attaque. Alors que le bord d’attaque s’organise pour propulser la cellule vers l’avant, les GTPases de la famille Rho se déplacent vers le bord de fuite de la cellule et régulent la formation de complexes actine-myosine nécessaires à la rétraction du bord de fuite. Les GEF régulent l’activité des petites GTPases, telles que Ras, Rac, Rho et Rap-1, et à ce titre participent également à la régulation de la chimiotaxie (figure 7-2).
Il existe de nombreuses autres voies de signalisation en aval de l’engagement des récepteurs des chimiokines, notamment la protéine kinase activée par des agents mitogènes (MAPK), Ras et la kinase régulée par le signal extracellulaire (ERK), chacune ayant des mécanismes de régulation spécifiques à la cellule. La diversité des voies de signalisation en aval de la liaison des récepteurs des chimiokines permet à différents récepteurs des chimiokines, exprimés sur la même cellule, de signaler par des voies distinctes et au même récepteur des chimiokines d’induire une variété de réponses inflammatoires.
La signalisation par les récepteurs des chimiokines est rapide et transitoire. L’arrêt de la signalisation se fait par la phosphorylation du récepteur, sa désensibilisation et son internalisation. Comme mentionné, la sous-unité Gβγ dissociée active le PLC. L’un des événements en aval du PLC est l’activation de la protéine kinase C (PKC), qui, avec les kinases des RCPG, phosphoryle les récepteurs des chimiokines. Le récepteur de chimiokine phosphorylé se lie aux arrestines, un événement qui conduit à la désensibilisation du récepteur. Le complexe récepteur-arrestine est ensuite internalisé par la voie d’internalisation médiée par la clathrine.15
Il existe sept récepteurs CXC, dix CCR, un XCR et un CX3CR. La plupart des récepteurs de chimiokines se lient à plus d’une chimiokine, ce qui entraîne un niveau de redondance qui assure un recrutement adéquat des leucocytes. L’expression des récepteurs des chimiokines dépend du type de cellule ainsi que de l’état d’activation et de différenciation de la cellule. Par exemple, CCR3 est le récepteur de chimiokine le plus fortement exprimé sur les éosinophiles et les basophiles. Alors que les lymphocytes T naïfs expriment CXCR4 et CCR7, les lymphocytes Th1 expriment CXCR3 et CCR5, les lymphocytes Th2 expriment CCR4 et CCR8, et les lymphocytes Th17 expriment CCR6 (tableau 7-3).
Un certain chevauchement de l’expression des récepteurs des chimiokines entre les types de cellules affine la capacité des lymphocytes T à circuler en réponse à des pathogènes et des stimuli inflammatoires spécifiques. Par exemple, bien que les cellules T CCR4+CCR6+CD4+ produisent de l’interleukine-17 (IL-17) et répondent à Candida albicans, les cellules T CXCR3+CCR6+CD4+ peuvent produire de l’IFN-γ seul ou de l’IFN-γ avec de l’IL-17 et répondre à Mycobacterium tuberculosis.4 L’expression sélective des récepteurs des chimiokines par différentes cellules permet un recrutement différentiel des leucocytes dans les sites tissulaires en fonction des types de chimiokines générées. Par exemple, l’expression coordonnée des chimiokines CXCL9, CXCL10 et CXCL11 dépendantes de STAT1) recrute les cellules Th1 porteuses de CXCR3 dans les sites inflammatoires Th1, tandis que l’expression des chimiokines CCL1, CCL17 et CCL22 dépendantes de STAT6) attire les cellules Th2 porteuses de CCR4- et CCR8 dans les sites d’inflammation Th2 dans un modèle murin d’asthme.4 (STAT est le transducteur et l’activateur de transcription du signal.)