-Dans cette partie, nous allons expliquer en détail le mécanisme de destruction des cellules β du pancréas.
Il existe deux moyens de mort cellulaire : la nécrose et l’apoptose. Voici un tableau comparatif de ces 2 voies de destruction :
Apoptose |
Nécrose |
|
Evènements |
Actif, entraine la mort programmée de la cellule (activation de gènes spécifiques) | Passif |
Volume de la cellule |
Diminution | Augmentation |
Chromatine |
Condensation et fragmentation de l’ADN | Pas de condensation |
Organites |
Maintien de l’intégrité des organites | Destruction des organites |
Membrane plasmique |
Bourgeonnement, constitution de corps apoptotiques | Rupture cellulaire |
Cellules voisines |
Phagocytose des corps apoptotiques par les macrophages, les cellules voisines restent intactes | Libération du contenu intracellulaire (dont substances inflammatoires) au contact des cellules voisines qui sont lésées |
Mise en place de l’inflammation à la suite de la mort cellulaire |
Non | Oui |
Les cellules β sont détruites par apoptose. Nous nous intéresserons donc plus spécifiquement à ce mécanisme.
L’apoptose des cellules est un mécanisme spontané d’origine endogène (il est programmé par l’organisme lui-même). Au cours de ce processus, la cellule subit des modifications dans son métabolisme, aboutissant à son suicide.
L’apoptose suit toujours le même déroulement :
- Rétrécissement de la cellule
- Condensation de la chromatine
- Fragmentation internucléosomale de l’ADN
- Formation de corps apoptotiques par la suite phagocytés par des macrophages.
La mort programmée d’une cellule est déclenchée par des signaux moléculaires provenant de cellules environnantes, on parle de signaux apoptotiques. Ils vont déclencher l’activation des caspases, molécule jouant le rôle essentiel dans l’apoptose.
Il existe différentes voies d’apoptose liées aux différentes voies d’activation des caspases.
Apoptose par la voie des récepteurs de mort:
Cette voie implique les récepteurs de mort, c’est une famille de récepteurs cellulaires appelés TNF-R (tumor necrosis factor receptor) qui sont impliqués dans l’induction de l’apoptose. Une fois ces récepteurs stimulés, les caspases sont activées. Nous allons expliquer plus précisément cette voie avec le récepteur TNF-R1 et le ligand TNF, qui sont impliqués dans la l’apoptose des cellules β.
- Les macrophages, activés par le système immunitaire, exposent des récepteurs au TNF-α sur leurs surfaces membranaires. Les TNF-α se fixent sur le récepteur TNF-R1 (Voie des récepteurs à domaine de mort ou voie extrinsèque)
- Maintenant activé, le récepteur TNF-R1 recrute une molécule particulière dénommée TRADD (Tumor necrosis factor receptor type 1-associated DEATH domain protein) qui recrute FADD (Fas-Associated protein with Death Domain), une protéine adaptatrice. Elle possède en plus de son DD (domaine de mort) un domaine effecteur de mort cellulaire (DED). Ce DED est nécessaire et suffisant pour induire l’apoptose.
Mécanismes moléculaires de l’apoptose (Source image : www.123bio.net)
- FADD, à son tour, recrute, par l’intermédiaire de ses DEDs, soit une procaspase-8 ou une procaspase-10 ce qui les active en caspases-8 et en caspases-10 par protéolyse (cf plus bas pour l’activation de ces caspases). Le complexe formé par TNF-R1/TRADD/FADD/procaspase-8 est dénommé DISC (death-inducing signallins complex)
- Les molécules de caspase-8 activées activent en aval d’autres caspases (les caspases effectrices) notamment la caspase-3 selon le processus en cascade, et les caspases-10 activées activent caspase-7. Les caspases-3, -6 et -7 sont les caspases effectrices qui induisent à la mort programmée de la cellule…
Apoptose par la voie Perforine/Granzyme :
Cette voie implique l’activation des caspases sans implication des récepteurs de mort.
1. Les Lymphocytes T cytotoxiques (LTc) sont des LT CD8 différenciés (Cf. Les cellules du système immunitaire). Ils possèdent des granules (vésicules) qui sont des lysosomes modifiés. Ils sont remplis de perforines (protéines cytotoxiques) et de granzymes (protéases à sérine).
Photographie au microscope électronique d’un lymphocyte T cytotoxique (à droite) en train de tuer une celle (à gauche) par libération de granzyme/perforine. (Source image: http://svtvr.e-monsite.com/pages/3eme/immunologie-protection-de-l-organisme/les-leucocytes.htlm)
Lorsque que le complexe antigène-CMHI (des cellules β) se lie au récepteur TCR du LTc, cela déclenche une cascade d’évènements et active notamment la voie calcique. A la suite du complexe CPA/LT, une protéine tyrosine kinase Lck est recrutée non loin du complexe TCR/CD3 et est activée.
Schéma de la voie de signalisation du complexe TCR (Source image : Livre « Signal Transduction » KRAMER im, academic press/elsevier)
Lck phosphoryle des tyrosines sur les motifs ITAM des régions intracellullaires du complexe CD3. La protéine tyrosine kinase ZAP-70 est recrutée au niveau des motifs ITAM phosphorylés. Ce recrutement se fait par les domaines SH2 de ZAP-70 et celle-ci est ensuite activée par phosphorylation par Lck.
Ensuite ZAP-70 active une protéine LAT (Linker for Activation of T cells) qui joue un rôle essentiel dans la connexion et la mise en place des différents de voies de transduction du signal.
Pour la voie calcique, la Phosphalipase C (PLCG1) est recrutée par LAT via ses domaines SH2 et est activée par une protéine tyrosine kinase ITK qui la phosphoryle.
La Phosphalipase C hydrolyse le PIP2, son substrat membranaire, en 2 molécules : diacylglycérol et l’IP3 (Inositol 1,4,5 triphosphate). L’IP3 se fixe sur ses récepteurs spécifiques au niveau du réticulum endoplasmique ce qui aboutit à la libération des stocks de calcium dans le cytoplasme. A la suite de la libération de Ca2+ dans le cytoplasme, les canaux calciques CRAC s’ouvrent au niveau de la membrane des LT, ce qui entraine l’entrée importante de calcium du milieu extracellulaire vers le cytoplasme.
Schéma de la voie calcique (Source image: Livre « Signal Transduction » KRAMER im, academic press/elsevier)
Remarque : Le calcium qui rentre se fixe sur la calmoduline qui active la calcineurine. C’est une phosphatase qui désphophoryle le facteur de transcription NFAT1, ce qui aboutit à la translocation de NFAT1 dans le noyau du LT. NFAT1 forme alors un complexe avec d’autres facteurs de transcription et entraine l’expression de gènes codant notamment pour des médiateurs chimiques comme TNF-alpha, IL-2 et IL-4.
Cette forte augmentation de Ca2+ entraine la polarisation des microtubules du cytosquelette et des granules qui est responsable d’une relocalisation des granules cytoplasmiques. Ces granules vont migrer et s’accumuler au pôle qui est au contact de la cellule cible. On va alors avoir une exocytose de Ca2+, mais aussi une sécrétion par exocytose de monomères de perforine présents dans ces granules ainsi que des granzymes. Enfin, on aura aussi la libération d’enzymes qui permettent la polymérisation de la perforine. En présence du calcium, ces enzymes catalysent la formation de canaux poly-perforines dans la membrane des cellules cibles.
2. Les granzymes sécrétées par exocytose par les LTc pénètrent dans la cellule cible par les canaux de perforines.
Exocytose des granzymes par le LTc et passage à travers les canaux de perforine de la cellule bêta (Source image: http://www.microbiologybook.org)
Remarque: À noter que les récepteurs mannose-6-phosphate (MPR) peuvent aussi servir de récepteurs aux granzymes lorsqu’ils sont en sur-expression sur certaines cellules. Normalement, la majorité des MPR se trouve dans le réseau transgolgien et dans les endosomes tardifs mais peu se trouvent à la surface des cellules. Ce sont ces résidus mannose-6-phosphate qui permettent le trafic intracellulaire précis des granules contenant les granzymes.
3. Les granzymes peuvent directement activer les caspases-3 ou bien peuvent activer des protéines codées par les gènes de la famille Bcl-2. C’est cette dernière voie que nous allons décrire. Certains membres faisant partis de la famille du BCL-2 inhibent l’apoptose tandis que d’autres la promeuvent. Granzyme a l’action de cliver BID qui appartient aux membres inhibiteurs de la famille BCL-2. La destruction de BID permet l’assemblage de BAX et BAK. Ils forment alors un complexe de pores au niveau de la membrane externe de la mitochondrie.
Schéma des rôles de Granzyme (Source image : http://www.nature.com/cdd/journal/v15/n2/fig_tab/4402244f2.html#figure-title )
4. Ce complexe de pores au niveau de la mitochondrie, permet la libération des cytochromes c dans le cytosol. Il semblerait qu’un canal de la membrane interne s’ouvre pour laisser passer le cytochrome c. Le cytochrome est ainsi déversé dans le cytosol.
(Source image : www.columbia.edu)
5. Le cytochrome c induit la formation de l’apoptosome. Il se lie à une protéine Apaf-1. La protéine Apaf-1 existe dans le cytosol sous une conformation repliée inactive et lorsqu’elle se lie au cytochrome, elle subit un changement conformationnel. Elle expose son domaine CARD où vont venir se fixer deux procaspases-9. Il y a oligoméraisation des Apaf-1/Cytochrome c pour former l’apoptosome.
Formation de l’apoptosome (Source image : Les multiples voie de la signalisation cellulaire – Article scientifique)
6. La liaison des procaspases-9 à l’apoptosome entraine son activation en caspase-9 qui va ensuite activer une caspase-3 effectrice, aboutissant à la destruction de la cellule.
Zoom sur le rôle des caspases et leur mode d’activation :
Les caspases (cysteine-aspartic proteases) sont une famille d’enzymes jouant un rôle essentiel dans la mort des cellules (apoptose et nécrose). Nous nous intéresserons aux rôles qu’elles jouent dans l’apoptose.
Les caspases sont biologiquement inactives et se présentent sous la forme de procaspases ou zymogènes qui nécessitent d’être activées. Pour comprendre leur processus d’activation, nous prendrons l’exemple de la procaspase-8 liée à la protéine adaptatrice FADD (Cf. Apoptose par voie extrinsèque).
Processus d’activation de deux Procaspases-8 et une caspase-8 active (Source image : en.wikipedia.org)
La procaspase-8 est composée d’un pro-domaine qui lui permet de se lier avec le DED (domaine effecteur de mort cellulaire) de la protéine adaptatrice FADD. Deux procaspases-8 se lient donc de cette façon. Les deux procaspases subissent un clivage par autocatalyse au niveau des croix rouges sur le schéma ci-dessus. Un hétérotetramère est alors formé à la suite de l’autocatalyse et de l’assemblage des deux procaspases. On obtient ainsi une caspase-8 active.
Formation d’une capsase-8 hétérotétramère active par assemblage de deux caspases-8 hétérodimères (Source image : en.wikipedia.org)
La capsase-8 active va ensuite activer les procaspases-3 inactives en caspases-3 actives. Pour cela, la caspase-8 clive la procaspase-3 au niveau des croix rouges sur le schéma ci-dessous.
Processus d’activation de deux procaspases-3 en une caspase-3 active (Source image : en.wikipedia.org)
On obtient ainsi la formation d’une caspase-3 hétérotétramère active par clivage et assemblage de deux caspases-3 hétérodimères inactives.
Formation d’une caspase-3 hétérotétramère active (Source image : en.wikipedia.org)
Voici un schéma récapitulatif l’activation en chaîne des caspases :
Processus d’activation des caspases (Source image : PDF Apoptose 1)
Les caspases effectrices (caspases-3, -6 et -7), une fois actives, vont entraîner la protéolyse de substrats :
- Elles vont entraîner la fragmentation de l’ADN via la protéine CAD (caspase activated DNAse). Cette protéine CAD est biologiquement inactive car la protéine ICAD inhibe son activité. Toutefois les caspases effectrices activées, coupent la protéine ICAD, elle n’exerce alors plus d’activité inhibitrice sur CAD. Celle-ci rentre dans le noyau et coupe l’ADN au niveau des liens internucléosomiques.
Fragmentation de l’ADN via CAD (Source image : PDF Apoptose 2)
- Entre autres, les caspases effectrices activent des protéines telles que la gelsoline qui entraîne la coupure des microfilaments d’actine. Cela contribuerait à l’arrondissement des cellules et à leur détachement de la matrice extracellulaire. Elles activent également des molécules rompant la kératine, la laminine (responsable de la structure du noyau) et rompant les interactions cellule-cellule.
- Elles entraînent la translocation de la phosphatidylsérine de la face interne à la face externe de la membrane plasmique. Cette phosphatidylsérine va être reconnue par les phagocytes afin d’activer le processus de phagocyte des corps apoptotiques.
Translocation de la phosphatidylsérine (Source image : PDF Apoptose 3)
Enfin, voici un petit schéma récapitulatif du rôle des caspases dans l’apoptose des cellules :
Rôle des caspases dans l’apoptose
Date de publication de l’article: 13 avril 2016
Dernière mise à jour: 17 juin 2016
Immunologie et Diabète de type 1 