renouvellement des matrices...
TRANSCRIPT
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?