renouvellement des matrices...

Renouvellement

des matrices extra-cellulaires

•

Composition des matrices : maladies humaines dues à

des modifications des

composants des matrices et leurs modéles expérimentaux

•

Le rôle des protéases impliquées dans le renouvellement des matrices

matrice

extracellulaire

: généralitésPrésentes dans tous les tissusTissus riches en MEC : os

cartilage

Synthétisée par c. mésenchymateuses

:Cellules stromales

= précurseur

fibroblastesfibroblastes spécialisés :

ostéoblasteschondrocytes

Composée de :

protéoglycannesprotéines fibreuses :

structurales = collagène et élastineadhésive = fibronectine

et cie

Composition matrice

extracellulaire

Remodelage des matrices

•

MEC constamment renouvelée :•

Équilibre synthèse ↔ dégradation

•

Dégradation : due à

des protéases synthétisées par c. mésenchymateuses ou macrophages ou leucocytes

Rôle des matrices en physiologie

•

Rôle de stockage de facteurs de croissance

•

Cohésion des tissus•

Rôle dans la mobilité

cellulaire

Physiopathologie des matrices

•

MEC de mauvaise qualité

: maladies génétique affectant un des composants de la MEC)

•

Excès de matrice extracellulaire = fibrose

•

Pas assez de matrice extracellulaire (synthése↓

ou dégradation ↑)

–

Arthrose, ostéoporose–

Arthrites

Composition des matrices

Patholgies

résultant de l’altération (mutation génétique) de un des

composants e la matrice

collagèneTrois

chaînes

polypeptidiques

enroulées

en

hélice

dans

une

partie

de la molécule

Rôle

important de la glycine

Hétéro

ou

homo trimères

Modification post traductionnelles (hydroxylation Et glycosylation) avant la formation de la tripe hélice

Clivage des pro peptides après la formation de l’hélice et avant la formation de fibrille

Synthése du collagène

STRUCTURE DES COLLAGENES•

Les molécules

peuvent

se grouper en fibres

= collagènes

fibrillaires–

majeurs

(I,II, III)

–

mineurs

(V,XI)

•

Les collagènes non fibrillairess'associent aux fibrillaires (IX,X XII)forment des réseaux (IV,VII)

Collagène non fibrillaire (IX)associé à unCollagéne

fibrillaire majeur (II)

cartilage

Les différents collagènes

PATHOLOGIES DES COLLAGENES

•

Mutation dans la séquence codante d’un collagène → maladies génétiques rares. Génotypage

difficile

•

Mutation dans la séquence codante du collagène I

= maladie de Lobstein. Phénotype uniquement osseux.

•

Mutation dans la séquence codante du collagène II

= arthroses à

début précoce + dysplasies + myopie

•

Mutation du collagène III

= Ehlers-Danlos

:•

Peau fragile (fine, ecchymoses )Rupture des organes (colon, uterus)Anévrysmes vasculaires

Ostéogénése

imparfaite, maladie des os de verre Muation

dans le gène codant pour COL1A1

Pepin et al N Engl J Med 2000

Syndrome d’Ehlers

Danlos

: mutation dans le gène codant pour le collagène III

Pepin et al N Engl J Med 2000

Fibre élastique

Elastine

: protéine fibreuseRiche en prolineLiaisons de pontage entreles différentes molécules

Fibre élastique•

La fibre élastique = noyau d'élastine entourée d'un manchon de microfibrilles

de 10 nm de diam.

•

Les microfibrilles

son formées de glycoprotéines (fibrilline) et peuvent exister dans les MEC indépendamment de l'élastine

SYNDROME DE MARFAN

Amenophis

4 Lincoln

Syndrome de Marfan

SYNDROME DE MARFAN

Due à

des mutations dans le gène de la fibrilline

Incidence 1/10 000

-

Allongement excessif et gracilité

des membres et des doigts-

Hyperextensibilité

cutanée

-

Ectopie du cristallin-

Altération de la paroi des artères (média),

anévrysmes vasculaires-

Fréquemment formes incomplètes

TGFβ et Marfan•

Le syndrome de Marfan

peut être du à

des

mutations activatrices du récepteur type 2 du TGF beta

•

Les fibrillines

ont une homologie importante avec le LTBP

•

Les LTBP, latent TGFβ binding protein, lient le petit complexe latent du TGFβ

dans les

matrices

TGF-β : synthèse

279 3901 29

SignalPeptide

LatencyAssociatedPeptide (LAP)

MaturePeptide

Long latent complex (LLC) = SLC+latent TGF-β

binding protein (LTBP)

Famille

de la fibrilline

Formation du small latent complex(SLC) = dimére

LAP+ mature peptide

Fibrilline et LTBP

Les souris invalidées pour la fibrilline

ont une hyper-activité

de TGF-β

Neptune et al Nature 2003

Neptune et al Nature 2003

Un anticorps anti TGF-β rétabli des une structure

normale des poumons des souris invalidées pour la fibrilline

Le syndrome de MarfanPourrait être du à

une hyperactivité

Du TGF-b

PROTEINES ADHESIVES

Médient

l'adhésion

entre la MEC et les cellules

Contiennent

la séquence

d'acides

aminésR = ArginineG= GlycineD= Acide

aspartique

Elles ne sont pas spécifiques d'un tissu

FibronectineVitronectineThrombospondineTénascineLaminine

: membranes basales

Fibronectine

Dimére

de deux

sous

unités

liées par un pont

disulfure

Fomée

de 3 modules répétés

Circulante

: sécrétée

par les hépathocytes

Matricelle

: sécrétée

par les fibroblastes

Contient

plusieurs

domaines

d'adhésion:-aux cellules (un RGD et l'autre

pas)

-aux autres

molécules

de la MEC : collagène, héparanes, fibrine

ProtéoglycannesGlycosaminoglyannes

= chaîne

polysaccharidique

faite

d’unités

disaccharidiques

répétitives

Forte charge négative (groupement sulfaté

et carboxyle) donc elles attirent des ions Na+ et absorption de grandes quantités d'eau

Particularité

: structure très

étirée

→

volume considérable

→ résistance

Présents

en grande

abondance

dans

le cartilage

Acide hyaluroniqueAcide

hyaluronique

: particularité

:

ubiquitaire, très

long

non sulfaté, non lié

aux protéinestrès

long (25 000 disaccharides)

disaccharides identiques

Présent

dans

tous

les tissus

Remplissage des espaces permettant la migration des cellules

protéglycannes

Protéglycannes

: liaison d’un ou plusieurs glycosaminoglycannesà

un noyau protéique

Protéoglycannes

Plusieurs familles en fonction des glycosaminoglycannes

Taille très variable petit (décorine) ou gros (aggrécan)

Protéoglycannes

trans-membrannaires

(syndécan..)

Liaison des facteurs de croissance dans la matrice et surles membranes

C. Superficiel

C. Intermédiaire

C. Profond

C. CalcifiéOs

Cartilage articulaire : organisation

Cartilage articulaire : les composants

Proteoglycannes

récepteurs membranaires du FGF et TGF-b

Taille

des molécules

de la matrice

Lames basales

Séparent le plus souvent un tissu épithélial d’un tissu mésenchymateux

Sont formés d’un constituant spécifique dechaque famille de composant de la matrice

Lames basales

:Pathologies

Affection acquises (développement d’auto anticorps) ou héréditaires entrainant des manifestations essentiellement cutanées ou rénales

Epidermolyse

chez une souis

ayant un allèle de laminine

hypomorphe

Dégradation de la matrice : les protéases

PROTEASES

•

Sécrétées

sous

forme

de pro-enzymze

inactive•

peuvent

s'activer

les unes

les autres

•

Présence

constante

d'un inhibiteur

•

Système qui en physiologie est à

l'équilibre

Protease localisation pH activité

Inhibiteur

Cathepsine lysosomes 3-6 a2M

plasmine Extra-c 7 PAImetalloprotease Extra-c 7 TIMP

Protéases: rôle en physiologie

Renouvellement

normal des matrices

Réparation

des plaies

:

-«shedding»

des molécules

transmembranaires-clive

les facteurs

de croissance

associés

des

protéines

matricielles-clive directement les facteurs de croissance sécrétés sous forme de pro-peptides

Protéases: rôle en physiologie et pathologie

Migration des leucocytes clivage

des composants

de la matrice

extracellulaire

: clivage des molécules de la matrice, des intégrines, des cadhérines

Métastases

Destruction du cartilage dans

les maladies inflammatoires

Angiogènése

: relargage

du VEGF,

Cathepsines

le pH acide

des endosomes

clive

le prodomaine et la protéase

est

active dans

le lysosome

ou

règne

un pH acide

A l'état

physiologique

elles

sont

pas ou

peu sécrétées

: enzymes de dégradation

intra-

celluaire

Maladie lysosomiales

= "maladies de surcharges" dues à

une absence de

dégradation des protéines intracellulaires dans le lysosome et certaines par un mauvais routage des cathepsines

Les Les MMPsMMPs

MMP1MMP2MMP3MMP7MMP8MMP9MMP10MMP11MMP12MMP13MMP14MMP15MMP16MMP17MMP18MMP19MMP20MMP21MMP22MMP23MMP24MMP25MMP26MMP27MMP28

Collagénase-1Gélatinase AStromélysine-1MatrylisineCollagénase-2Gélatinase BStromélysine-2Stromélysine-3Macrophage metallo-élastaseCollagénase-3MT1-MMPMT2-MMPMT3-MMPMT4-MMPCollagénase-4

EnamelysineXMMPCMMP

MT5-MMPMT6-MMPMatrylisine-2

epilysine

D’après Uchida et coll, J Cell Physiol, 2000

MMP-13

GAPDH

MMP-3

MMP-2

MMP-14

MMPs ostéoblastiques

D’après Andersen et coll, Bone, 2004

MMP-1

MMP-14

MMP-2

MMP-9MMP-3

MMP-12

28S

µg total ARN0,1 1,00,5 5,00,05

MMPs ostéoclastiques

0

Métalloprotéases

: fonctions28 MMP différentes

capables

de dégrader

tous

les composants

des matrices extra cellulairesCertaines sont liées à

la membrane cellulaire

: MT-MMP

Redondance, pas de spécificité

nom Substrats usuels

Autressubstrats

Molécules activées

MMP1Collagènase1

Collagène I,II, III, VII,XAgrégan, ténascine

PerlecanIGF-BPPro-MMP1,2Pro-TNFa

FGF actifIGF actifMMP1, 2,TNFa

MMP3Stromélysine

ProtéglycansCollagèneII,IV,V,IXlamines

PerlécanDécorinesPlasminogènePro-MMP1,3,7

TGFbFGFMMP1,3,7

Disintegrin : ADAM

• Domaine de liaison auxintégrines• Idem MMP• ADAM17 = TACE cliveet active le pro TNFa

Différentes actions des MMP

Adhésion intercellulairre

Activation de pro –peptidesFacteurs de croissanceCytokines

Libération de facteurs de Croissance de la matrice

Migration cellulaire

Métalloprotéases

: activation

latence

due à

l'interaction

du Zn

avec une

cystéine

(SH)

du prodomaine

domaine

catalytique

qui contient

un Zn.prodomaine

qui doit

être

clivé

pour que

la molécule

soit

active.

inactive

active

Métalloprotéases

: inhibiteurs

inhibée par les TIMP 1 et 2(se lient aux MMP)

Les MMPs: RLes MMPs: Réégulation de lgulation de l’’expression et de lexpression et de l’’activitactivitéé

Page-McCaw et coll, Nat Rev Mol Cell Biol 2007

Régulation transcriptionnelle

Régulation post-transcriptionnelle

Activation des MMPs

Inhibition des MMPs

Sécrétion des MMPs

Métalloprotéases

: activation en cascade

-Activation par d’autre

protéases

(cascade) dans

les matrices

Ex : dégradation des protéoglycannes du disque inter vertebral par macrophages activés :

MMP7 produite par le macrophage permet le »shedding » du TNFa membranaires → augmente la production et activation de MMP3 des chondrocytes → dégradation protéoglycannes

ou

par les MT-MMP à

la surface des cellules active les autres MMP

Controllée

(induites ou réprimées) par les facteurs de croissance (inhibent) et cytokines (activent)

Complexité

des metalloprotéases

•

Système redondant : beaucoup de protéases ont le même substrat

•

Dans un voie la MMP peut avoir plusieurs substrats

•

Les MMP s’activent les unes les autres et aussi autres protéases → difficulté

d’interpréter modèles souris KO

Souris invalidées pour MMP14

Zhou

et al

JCI 1999

Famille des Furines

•

Protéase trans-membranaires•

Présentes dans le trans

Gogli

•

Clive et induit la maturation de récepteurs, hormones, facteurs de croissance, MMP au niveau d’une séquence consensus d’aa

•

Protéine pro-convertase

Sérines protéases : les activateurs

du plasminogéne

les activateurs

du plasminogéne

convertissent

le zymogéne (plasminogéne) en plasmine

-plasmine dégrade

tous

les composants

de la matrice

excepté

le collagène

natif

et l'elastine

-Inhibiteur de l’activateur du plasminogène (PAI) prévient

la conversion du plasminogène

en plasmine. Stabilisé

dans les

matrices par la vitronectine

Activateurs du plasminogène

Pro-urokinase/récepteur

Urokinase

(uPA)

Tissue plasminogène

activator (tPA)

Plasminogéne

Plasmine

PAI

Tissue plasminogène

activateur

a) type tissulaire

(tPA)

CirculantProduit

uniquement

par les CEndothéliales

Activité

déclenchée

par la fibrine

Impliqué

dans la dégradation du caillot

urokinase

b) urokinase

(uPA)

sécrétés

sous

forme

inactive (pro-uPA) par de nombreuses

cellules

-uPA

a un récepteur

cellulaire

spécifique

uPAR-La liaison au récepteur

entraine

l'activation

de pro-uPA

en uPA.

-uPA

est

régulé

par les facteurs

de croissance

et des oncogènes

-uPAR

intéragit

avec les intégrines

et

peut lier la vitronectine

→ rôle

dans

l’adhésion

cellulaire

Sérine

protéase

Protéases et métastases

Rationnel

Cascade métastatique

Cascade métastatique•

Dans la tumeur primitive : perte de la connexion des cellules tumorales entre elles et dégradation du stroma de la tumeur, angiogénése, puis rupture de la membrane basale

•

Migration vers les ganglions puis vers les vaisseaux sanguins (rupture de la basale des vaisseaux

et passage entre les cellules

endothéliales)

•

Extravasation du vaisseau, dégradation du stroma du tissu hôte de la métastase, angiogénése,

adhésion et prolifération dans le

tissu métastatique

Matrice et métastases : rationnel

sécrétion

de

protéases

par les cellules tumorales

↑

+++

dégradation de la MEC autour de la tumeur (stroma tumoral)dégradation de la basale des Vxdégradation de la MEC de la tumeur primitive et de l'organedans lequel va se développer la métastase

Libration de la MEC des facteurs de croissance (VEGF, FGF) stimulant l’angiogénése

Modèles utilisés

-

Test in vitro

: invasion des cellules à

travers une matrice synthétique

-

Modèles in vivo

chez le rongeur

-

Application humaine : les mêmes facteurs prédisposant sont ils retrouvés chez l’homme?

Modèles in vivoCellules tumorales injectées dans un vaisseau(mauvaise approximation du phénomène métastatique)

Modifications expérimentales -

des cellules tumorales

-

de l’animal (fond génétique ou traitement pharmacologiques)

PROTEASES ET METASTASES résultats expérimentaux (1)

Arguments expérimentaux

in vivo

-

On injecte

dans

la circulation à

des souris

nude des lignées

de cellules tumorales

humaines

transfectées

avec protéases (métalloprotéase ou urokinase) ↑→ ↑ caractère invasif

avec des inhibiteur des métalloprotéases (TIMP) ou d’urokinase (PAI) → ↓ leurs capacités invasives.

Métastases osseuses chez la souris : effet du TIMP

MDA = cellules issues d’un cancer du sein

humain

transfectéesavec soit

vecteur

vide (EV) soit

TIMP

Test d’invasivité in vitroTaille des métastases osseusesAprés injection dans la veine de la queue de souris

PROTEASES ET METASTASES (2)

Etudes prospectives chez les patients

:

Evaluation du niveau d’expression d’un gène ou de la protéine dans la tumeur primitive (tumorothéques). puis suivi prospectif des patients. Analyse de leur survie sans récidives

Preuve du concept et intérêt pronostique

-Activateur du plasminogéne

(urokinase) et cancer du sein et de la prostate

-Cathépsine

D et cancer du sein-Collagénases

de type IV (lames basales) et cancers du poumon

Pronostic du cancer du sein et contenu en urokinase

Utilisation thérapeutique d’inhibiteurs de MMP

Utilisation thérapeutique d’inhibiteurs de MMP

Absence de sélectivité

desInhibiteurs utilisés

Absence d’efficacité

Effets secondaires mais modestes

L’invalidation de la MMP 8 augmente le développement de tumeurs

Balbin et al Nature Gene 2003

MMP8 protége de l’invasivité

du mélanome

La transplantation de moelle WT (neutrophiles) restaure le phéotypeet vice versa

Un polymorphisme de la MMP8 est associé

à une moindre invasivité

des cancers du sein

Decock et al Cancer Res 2007

Résultats décevants des inhibiteurs de MMP

•

Les MMP peuvent avoir des effets positifs ou négatifs sur l’invasivité

des cancers en fonction

–

de leur cibles cellulaires différentes (cellules de l’immunité, cellules du stroma tumoral)

–

des produits de dégradation qu’ils génèrent•

Dégradomique

: évaluer in vivo tous les produits

de dégradations d’une MMP•

Les métalloprotéases

sont elles encore des

cibles thérapeutiques?