Annales Pharmaceutiques Françaises (2011) 69, 3—6

MISE AU POINT

Bases moléculaires de l’adhérence des globulesrouges à l’endothélium�

Molecular basis of red blood cell adhesion to endothelium

J.-L. Wautiera,b,c,∗, M.-P. Wautiera,c

a Université Paris Diderot Paris-7, 75013 Paris, Franceb Groupe hospitalier Lariboisière, 75010 Paris, Francec Inserm, UMRS 665, Institut national de la transfusion sanguine,6, rue Alexandre-Cabanel, 75015 Paris, France

Recu le 2 aout 2010 ; accepté le 19 octobre 2010Disponible sur Internet le 3 decembre 2010

MOTS-CLÉSAdhérence ;Globule rouge ;Paludisme ;Drépanocytose ;Diabète ;Polyglobulie vraie

Résumé L’adhérence anormale des globules rouges à l’endothélium est un facteur détermi-nant dans la gravité et l’évolution de la drépanocytose, du paludisme, du diabète et de lapolycythemia vera ou maladie de Vaquez. Dans la drépanocytose plusieurs anomalies molé-culaires sont responsables de l’adhérence à l’endothélium : l’intégrine Very Late Antigen-4(VLA-4) érythrocytaire et la phosphatidylserine (PS) de la membrane se lient respectivementà Vascular Adhesion Molecule (VCAM-1) et au récepteur cellulaire de la phosphatidylserine.Les molécules Inter Cellular Adhesion Molecule (ICAM-1), CD31, CD36 et les glycanes sont desrécepteurs potentiels pour la protéine PfEMP1 des globules rouges infestés par Plasmodiumfalciparum. Dans le diabète la BAND 3 glycosylée de facon non enzymatique est le ligand durécepteur pour les produits de glycation (Receptor for Advanced Glycation End Products ouRAGE). L’adhérence des globules rouges de patients diabétiques est corrélée avec la sévéritéde l’atteinte vasculaire. Les thromboses des vaisseaux mésentériques ou cérébraux sont descomplications majeures et fréquentes de la polycythemia vera. Les globules rouges de patientsatteints de polycythemia vera adhérent à l’endothélium vasculaire et de facon spécifique à lalaminine alpha 5. Cette adhérence est due à la phosphorylation spontanée du CD239 (Lu/BCAM)

érythrocytaire, secondaire à la mutation de la Janus kinase JAK2 (V617F). L’ensemble de cesrésultats démontre qu’en dehors des facteurs thrombophiliques et des anomalies plaquettaires,des anomalies érythrocytaires peuvent être la cause de thromboses vasculaires.© 2010 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.

� Cet article a fait l’objet d’une communication orale à l’Académie nationale de pharmacie lors de la séance académique du22 septembre 2010.

∗ Auteur correspondant.Adresse e-mail : jlwautier@ints.fr (J.-L. Wautier).

0003-4509/$ — see front matter © 2010 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.doi:10.1016/j.pharma.2010.10.003

4 J.-L. Wautier, M.-P. Wautier

KEYWORDSAdhesion;Red blood cell;Malaria;Sickle cell anemia;Diabetes;Polycythemia vera

Summary The extent of red blood cell adhesion is correlated with the incidence of vascularcomplications and the severity of the disease. Patients with sickle cell anemia (HbSS) experiencevasoocclusive episodes. The adhesion of RBCs from HbSS patients is increased and related toVLA-4 exposure, which binds to vascular cell adhesion molecule (VCAM-1). Inter Cellular Adhe-sion Molecule (ICAM-1), CD31, CD36 and glycans are potential receptors for PfEMP1 of RBCsparasited by plasmodium falciparum. The incidence of vascular complications is very high inpatients with diabetes mellitus. RBC adhesion is increased and statistically correlated with theseverity of the angiopathy. Glycation of RBC membrane proteins is responsible for binding tothe receptor for advanced glycation end products (RAGE). Polycythemia Vera (PV) is the mostfrequent myeloproliferative disorder and characterized by a high occurrence of thrombosis ofmesenteric and cerebral vessels. PV is due to a mutation of the Janus kinase 2 (JAK2 V617F).This mutation stimulates erythropoiesis and is the cause of Lu/BCAM (CD239) phosphorylation,which potentiated the interaction with laminin alpha 5. The couple laminin alpha 5 endothelialand phosphorylated Lu/BCAM explained the increased adhesion of RBCs from patients PV toendothelium.© 2010 Elsevier Masson SAS. All rights reserved.

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ntroduction

es interactions entre sang et vaisseaux sont essentiellesans les pathologies inflammatoires infectieuses et throm-otiques. Depuis un peu plus de deux décennies les basesoléculaires et les paramètres physiques de ces phéno-ènes ont fait l’objet de nombreux travaux. C’est plus

écemment qu’a été reconnue l’importance de l’adhérencees globules rouges à l’endothélium dans la survenue deomplications thrombotiques. Nous avons été pionniers danse domaine de la recherche et avons choisi pour cette miseu point quatre exemples dans lesquels les bases molécu-aires ont été bien identifiées. L’analyse biochimique desomposants de la membrane, le séquencage des protéines etes glycoprotéines ont permis de découvrir qu’elles appar-enaient à des familles de molécules dont la fonction étaitarfois déjà connue.

a drépanocytose

es syndromes drépanocytaires, grâce aux progrès faitsans la connaissance des hémoglobines et des paramètresémorrhéologiques, ont été les premiers dans lesquels unenomalie de structure pouvait être associée à des anoma-ies fonctionnelles. La falciformation observée lorsque laression partielle d’oxygène est réduite et la polymérisatione l’hémoglobine S s’accompagnent d’une déformabilitééduite, voire nulle des globules rouges. C’était un pre-ier élément pouvant expliquer les phénomènes d’occlusion

asculaire en particulier ceux observés en altitude et lorses voyages aériens. Cependant les sujets atteints de dré-anocytose, homozygotes (HbSS) ou double hétérozygotesHbSC), ont des occlusions vasculaires en dehors de périodee privation d’oxygène, il fallait donc trouver d’autres

écanismes physiopathologiques. L’antériorité revient à R.ebbel [1] qui a été le premier à démontrer que les glo-ules rouges de patients drépanocytaires ont une adhérenceathologique à l’endothélium vasculaire. C’est grâce à laulture de cellules endothéliales et à l’utilisation de glo-

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ules rouges marqués au Chrome 51 qu’il a été possible deémontrer une adhérence augmentée des globules rougese patients drépanocytaires. Nous avons pu montrer que’adhérence est d’autant plus forte que le sang est prélevéorsque les patients ont une crise vaso-occlusive [2]. De pluse phénomène est augmenté par des protéines telles que lebrinogène [3]. Ce n’est que plus de deux décennies plusard que le mécanisme de l’adhérence a été identifié. Larotéine associée au groupe sanguin Lutheran Lu/BCAM qui,orsque la protéine kinase A est activée, est phosphorylée4]. Cette phosphorylation augmente de facon considérableon affinité pour la laminine, protéine présente dans le sous-ndothélium mais aussi exprimée au pôle apical de la cellulendothéliale [5], cela explique en grande partie l’adhérencexcessive des globules rouges. Les réticulocytes exprimentun niveau relativement élevé une molécule déjà connue

our ses propriétés d’adhérence sur les leucocytes, il s’agite VLA-4 (integrine �4�1), La molécule contrepartie de VLA-est Vascular Cell Adhesion Molecule 1 (VCAM-1) (Fig. 1A).e couple est aussi impliqué dans l’adhérence des globulesouges de patients atteints de drépanocytose [6].

e paludisme

e paludisme à Plasmodium falciparum est responsable delus d’un million de morts par an touchant principalementes enfants en Afrique [7] mais est aussi un problème essen-iel de santé publique dans le Sud-est asiatique [8]. Laonséquence de la séquestration des globules rouges dans laicrocirculation est un élément important de la physiopa-

hologie. L’adhérence à l’endothélium est médiée par unerotéine parasitaire, P. falciparum erythrocyte membranerotein 1 (PfEMP1) qui est une large molécule comprenantes domaines analogues à la région externe de Duffy. P. fal-

iparum possède environ 60 gènes chacun codant pour unefEMP1 protéine. Inter Cellular Adhesion Molecule (ICAM-1)erait impliquée dans la forme cérébrale du paludisme etpparaît comme un ligand possible de PfEMP1 [9]. CD36 estrésent sur l’endothélium et peu exprimé au niveau céré-

Bases moléculaires de l’adhérence des globules rouges à l’endothélium 5

Figure 1. Représentation schématique de l’adhérence des globules rouges à l’endothélium. A. Les globules rouges de patients drépa-nocytaires (GR HbSS) via l’intégrine Very Late Antigen-4 (VLA-4) adhèrent à la molécule Vascular Cell Adhesion Molecule (VCAM-1). B. Lesglobules rouges parasités par Plasmodium Falciparum exprimant la molécule PfEMP1 se lient aux molécules endothéliales Inter Cellular Adhe-sion Molecule-1 (ICAM-1), CD36 et CD31. C. Les globules rouges de patients diabétiques dont la BAND 3 membranaire est glyquée, adhèrentau récepteur pour les produits de glycation avancée (RAGE). D. Lu/BCAM (CD239) phosphorylé des globules rouges de sujets atteints depolycythemia vera permet l’attachement à la laminine alpha 5 endothéliale.Molecular basis of erythrocyte adhesion. A. RBC adhesion from patients with Sickle Cell anemia (HbSS) is mediated by Very Late Antigen-4(VLA-4) and Vascular Cell Adhesion Molecule-1 (VCAM-1). B. RBC parasited by Plasmodium Falciparum expressed PfEMP1 which bind to

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Intercellular Adhesion Molecule-1 (ICAM-1), CD36, CD31. C. RBC BAdvanced Glycation End Products (RAGE). D. In polycythemia vera Lto endothelial laminin alpha 5.

bral. Il pourrait être impliqué dans l’adhérence des globulesrouges infestés par le parasite. D’autres structures endothé-liales comme CD31 et les glycosaminoglycanes se lient aussià PfEMP1 [7] (Fig. 1B). L’interaction globules rouges avecl’endothélium est complexe, variable selon la localisationde l’endothélium. L’expression des molécules d’adhérenceendothéliales peut être modulée par les cytokines comme leTNF-alpha ou le TGF-bêta. Les thérapeutiques du paludismeinterfèrent aussi avec la production de PfEMP1 et ont doncune conséquence sur le phénomène d’adhérence.

Le diabète sucré

Depuis que le diabète a été défini par Claude Bernardon sait que c’est le premier facteur de risque de throm-bose vasculaire. L’augmentation de la glycémie est souventassociée à des désordres lipidiques et une hyperréacti-vité plaquettaire. C’est en 1981 [10] que nous avons pumettre en évidence, utilisant le même système que celuidécrit par Hebbel que les globules rouges de patients dia-bétiques ont pour une partie d’entre eux une adhérenceaugmentée à l’endothélium et qu’elle est corrélée avec

la sévérité de l’atteinte vasculaire [10]. Nous avons, dansun groupe de diabétiques suivis pendant un an, observéque chez le même patient l’adhérence évoluait parallè-lement aux taux de l’hémoglobine glyquée HbA1c [11].Il a fallu attendre 13 ans pour que nous puissions décou-

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from patients with diabetes mellitus adhere to the Receptor forAM (CD239) is phosphorylated and is responsible for RBC adhesion

rir quelle était la molécule endothéliale responsable de’adhérence [12]. Grâce à des anticorps et des moléculesecombinantes que nous avons développés, en collaborationvec David Stern et Ann-Marie Schmidt (Columbia Univer-ity, New York, États-Unis), nous avons démontré que leécepteur Receptor for Advanced Glycation End ProductsRAGE) pour les produits de glycosylation non enzymatiquest le récepteur endothélial pour les globules rouges deatients diabétiques [13]. La protéine de la BAND 3 des glo-ules rouges subit une glycation due en partie à la réactionécrite par Louis Camille Maillard en 1912 mais aussi à uneéaction de glyco-oxydation. La liaison des globules rougese patients diabétiques au récepteur RAGE (Fig. 1C) induitne série de réactions intra-endothéliales mettant en jeu laADPH oxydase produisant des radicaux libres. Ces radicaux

ibres activent le facteur de transcription NF�B et par voiee conséquence la production de protéines codées par desènes sous le contrôle de NF�B [14]. La glycation des pro-éines est associée à un risque de complications vasculaireslevé, en particulier dans la microcirculation responsablee la rétinopathie et de la néphropathie diabétique [15].’inhibition de la formation des AGE dans des modèlesnimaux prévient ou réduit la survenue de complications

asculaires [16]. Chez l’homme les stratégies les plus effi-aces sont actuellement un bon équilibre du diabète, desraitements ayant des propriétés antiradicaux libres. Mal-eureusement la vitamine E n’est pas efficace aux dosesuxquelles on peut l’administrer chez l’homme. La modu-

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ation de l’expression du récepteur RAGE [17] ou le blocagee sa fonction apparaissent comme des pistes prometteuses18].

a polycythemia vera ou maladie deaquez

a polycythemia vera (PV) fait partie des syndromes mye-oprolifératifs. Elle est caractérisée par une augmentatione l’hématocrite et de la masse sanguine. L’évolution estarquée par des complications thrombotiques, en parti-

ulier mésentériques et cérébrales. Récemment, il a ététabli que l’érythropoïèse non contrôlée responsable de’augmentation de la masse sanguine était due à une acti-ation spontanée du récepteur de l’érythropoïèse. Cettectivation est secondaire à une mutation de la Janusinase ou JAK2 [19]. La mutation la plus fréquente est la617F (95 % des patients). Nous avons étudié l’adhérence à

’endothélium des globules rouges de patients atteints de PV5]. L’adhérence est augmentée d’au moins trois à quatreois. Dans un système de mesure d’adhérence en flux onote qu’il faut appliquer des forces de cisaillement supé-ieures à 0,2 Pa pour obtenir le détachement des globulesouges de patients atteints de PV, alors qu’au-delà de 0,07 Paous les globules rouges normaux sont détachés. Cette adhé-ence est médiée par la molécule Lu/BCAM érythrocytairet la laminine endothéliale (Fig. 1D). Dans la polycythemiaera la molécule Lu/BCAM érythrocytaire est spontanémenthosphorylée. Dans un modèle de cellules érythroïdes K562-u transfectées avec JAK2 sauvage ou JAK2 muté (V617F) onbserve que seules les cellules transfectées avec JAK2 mutént un LU/BCAM phosphorylé et une adhérence augmentée5]. Cette augmentation de l’adhérence semble, dans unetude préliminaire, réduite par l’hydroxyurée.

onclusion

es différents exemples démontrent que les molécules’adhérence érythrocytaires peuvent être impliquées dansa physiopathologie des complications vasculaires et repré-entent une nouvelle cible thérapeutique.

onflit d’intérêt

ucun.

éférences

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