ASA 1 Les chimiokines et leurs rcepteurs spcifiques

ASA 1 Les chimiokines et leurs récepteurs spécifiques dans les poumons I. Propriétés générales des chimiokines/récepteurs II. Rôles dans le contexte physiopathologique - Asthme - Cancer

ASA 2 RECRUTEMENT DES LEUCOCYTES DANS LES TISSUS membrane basale vaisseau sanguin roulement Adhérence ferme Leucocyte diapédèse endothélium Activé matrice extracellulaire TAN inflammation infection tumeur facteurs chémo-attractants tissu adjacent • • f-Met-Leu-Phe, PAF (platelet activating factor) facteur C 5 …. . . • Chimiokines

ASA 3 3 LES CHIMIOKINES/CHEMOKINES chemotactic cytokines Protéines sécrétées de faible poids moléculaire (7 à 14 k. Da). Plus de 50 molécules identifiées. Fonction initialement décrite : attraction des leucocytes. Structure tridimensionnelle: -trois feuillets plissés -partie C terminale en hélice Présence dans la séquence de 4 Cystéines dans des positions très conservées permettant la formation de ponts disulfures.

ASA 4 4 LES SOUS FAMILLES DE CHIMIOKINES 1ère classification Famille CXC chimiokine CC chimiokine Structure C XC C 3 �N 1 2 feuillets C 1 C 2 C 3 C 2 1 CX 3 C chimiokine 2 1 1 C chimiokine C 4 2 C 3 C 1 XXXC 2 1 2 3 C 4 Chromosome �C 14 q 12 -21 Hélice 17 q 11. 2 -12 1 q 23 3 C 4 3 16

ASA 5 LES CHIMIOKINES Importance des cystéines Formation de ponts disulfures forme globulaire des chimiokines * C 4 1 * C X C 2 C 1 3 3 C 4 C C 2 C CC chimiokine CXC chimiokine 4 C * C 2 3 C Cystéine X 1 C XX X C 3 XC chimiokine C * Acide aminé quelconque C 4 2 C CX 3 C chimiokine (domaine chimiokine) * extrémité N terminale

ASA 6 1ère LES CHIMIOKINES classification et nomenclature Première classification basée sur des critères structuraux CXC : 17 membres CC : 28 membres XC : 2 membres CX 3 C : 1 membre CXCL 1 à CXCL 17 (ELR+, ELR-) CCL 1 à CCL 28 XCL 1, XCL 2 CX 3 CL 1 numéro correspondant à l’ordre de dépôt de séquence dans la base de données cytokines c. DNA database : http: //cytokine. medic. kumamotu. ac. jp/CFC/CK/chemokine. html

ASA 7 LES CHIMIOKINES autre classification Classification basée sur des critères fonctionnels chimiokines homéostatiques ou constitutives produites et sécrétées en faible quantité par les organes dans les conditions physiologiques normales chimiokines inflammatoires ou inductibles produites massivement uniquement dans un contexte pathologique (inflammatoire, infectieux ou tumoral) par le tissu lui même ou par les leucocytes infiltrant les tissus

ASA 8 Les chimiokines et leurs récepteurs Chimiokines : 4 sous-familles C C CC CXCL(1 à 17) Récepteurs : C CCL(1 à 28) XCL 1, 2 CXXXC C CX 3 CL 1 4 sous-familles ext membrane int CXCR (1 à 7) CCR(1 à 10) XCR(1, 2) CX 3 CR

ASA 9 Les chimiokines et leurs récepteurs CCR 3 CCR 4 CCR 5 CCR 2(A, B) CCR 7 CCR 1 CCR 8 CXCR 7 une cinquantaine de chimiokines … CXCR 3 CCR 10 une vingtaine de récepteurs … CCR 11 20 récepteurs CXCR 2 XCR 1(A, B) relation chimiokine-récepteur de type polygamique CXCR 1 CCR 6 CCR 9 DARC CX 3 CR 1 D 6 3 récepteurs silencieux ou leurres CCXCKR CXCR 4 CXCR 5 CXCR 6 D’après Balkwill, Nat Rev Cancer (2004), 4, 540 -550

ASA 10 Les chimiokines et leurs récepteurs CCL 3, 5, 6, 7, 8, 11, 13, 15, 24, 26, 27, 28 CCL 17, 22 CCL 2, 3, 6, 7, 8, 12, 13, 16, 27 CCL, 5, 6, 7, 9, 10, 13, 14, 15, 1, 23, CCL 3 L 1 CXCL 11, 12 CCR 4 CCR 3 CCR 5 CCR 2 CCL 3, 4, 5, 8, 14, CCl 3 L 1, CCL 4 L 1 CCL 19, 21 CCR 7 CCR 1 CXCR 7 récepteurs partagés CXCL 1, 6, 7, 8 récepteurs silencieux CCR 9 D 6 CCL 19, 21, 25 CXCL 13 CX 3 CR 1 CCXCKR CCL 20 CCR 6 récepteurs non partagés DARC CCL 2, 3, 5, 7 CCL 17, 22 XCL 1, 2 XCR 1 CCL 2, 5 CXCL 1, 8 CCL 19, 21, 25 CCR 11 CXCR 2 CXCL 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8 CCL 27, 28 CCR 10 CXCR 3 CXCL 9, 10, 11 CCL 1, CCL 3 L 1 CCL 4 L 1 CCR 8 CCL 25 CX 3 CL 1 CXCR 4 CXCR 5 CXCR 6 CXCL 12 CXCL 13 CXCL 16 D’après Balkwill, Nat Rev Cancer (2004), 4, 540 -550

12 ASA 11 Les récepteurs des chimiokines Récepteurs à 7 domaines transmembranaires couplés aux protéines G trimériques Récepteurs formés d ’une chaîne polypeptidique de 350 à 360 acides aminés Extrémité N terminale extracellulaire et extrémité C terminale intracellulaire NH 2 Ext membrane Int interaction G trimériques COOH

14 ASA 12 Modèle d’interaction chimiokines/récepteurs D’après O’ O’Hayre M et al, Biochem. J. (2008) 409, 635 -649

ASA 13 Cascades de signalisation induites par les interactions chimiokines/récepteurs , Apoptosis D’après O’ O’Hayre M et al, Biochem. J. (2008) 409, 635 -649

ASA 14 Les chimiokines et leurs récepteurs … fonctions Chémoattraction: recrutement cellulaire leucocytes: réponse immunitaire Chimiokines constitutives et inductibles cellules tumorales: domiciliation métastatique Chimiokines constitutives Prolifération/Survie/Apoptose Chimiokines constitutives et inductibles

ASA 14’ Spécificité cellulaire des chimiokines - Spécificité assez large vis à vis des sous-populations leucocytaires et des cellules normales/cancéreuses - Redondance importante des chimiokines entre elles

ASA 15 Les CXC chimiokines et leurs cibles cellulaires Famille ERL+ C X C IL-8 (CXCL 8) GRO- (CXCL 1) GRO- (CXCL 2) GRO- (CXCL 3) ENA-78 (CXCL 5) GCP-2 (CXCL 6) NAP-2 (CXCL 7) Cellules cibles N, T, Ba, CE, NK, K, Me N, Me, CE, T, Ba N, Ba, CE, T N, CE N, Ba, F, CE Motif ERL = glutamate-leucine-arginine ERLchimiokines constitutives M = Monocyte N = Neutrophile L = Lymphocyte Chimiokines PF 4 (CXCL 4) IP-10 (CXCL 10) MIG (CXCL 9) SDF-1 (CXCL 12) BCA-1(CXCL 13) ITAC (CXCL 11) CE = Cellule Endothéliale F = Fibroblaste Ba = Basophile T, F, CE T, NK, M, CE T, EC L, L, CD 34+, M CD 34+, N, N, , M T, souches B, T T = Lymphocyte T B = Lymphocyte B NK = Natural killer K = Kératinocyte Me = Mélanocyte

7 ASA 16 LES CXC CHIMIOKINES CXC ELR + : chimiokines angiogéniques CXCL 8: IL-8 (Interleukin-8) CXCL 5 : ENA-78 (Epithelial cell-derived neutrophil-activating factor-78) CXCL 1: GRO- (Growth Related Oncogene- ) CXCL 2: GRO- (Growth Related Oncogene- ) CXCL 3: GRO- (Growth Related Oncogene- ) CXCL 6: GCP-2 (Granulocyte chemotactic protein-2) CXCL 3: PBP (Platelet basic protein) CXCL 3: CTAP-III (Connective tissue activating protein-III) CXCL 13: -TG ( -thromboglobulin) CXCL 7: NAP-2 (Neutrophil-activating peptide-2) CXC ELR - : chimiokines angiostatiques CXCL 4: PF 4 (Platelet factor 4) CXCL 10: IP-10 (Interferon-g-�inducible protein) CXCL 9: MIG (Monokine induced by interferon-g) CXCL 12: SDF-1 (Stromal cell-derived factor-1)

ASA 17 Les CC chimiokines et leurs cibles cellulaires Chimiokines MCP-1 : CCL 2 MCP-2 : CCL 7 MCP-3 (CCL 8) MCP-4 (CCL 13) MCP-5 (CCL 2) MIP-1 (CCL 3) MIP-1 (CCL 4) RANTES (CCL 5) Eotaxin 1(CCL 11) I-309 (CCL 1) HCC-1 (CCL 14) MIP-3 (CCL 20) MIP-3 (CCL 19) TARC (CCL 17) TECK (CCL 25) 6 CKine/SLC (CCL 21) MDC (CCL 22) DC-CK 1/PARC (CCL 18) Eotaxine-2 (CCL 24) Eotaxine-3 (CCL 26) Cellules cibles M, Ba, Tm, NK, CD, CMS M, Ba, E, Tm-n, NK, CD M, Ba, E, Tm, NK, CD M, E, T, Ba M, E, T M, Ba, N, T, souches, NK, CD, B M, T, souches, NK, CD M, Tm, E, Ba, CD, NK E M, T, M M, souches chimiokines L L, M, constitutives L, M M, T M, CD, Ma, CD, thymocytes T, souches CD, NK, T CD M, Tm, E, Ba, CD, NK M = Monocyte B = Lymphocyte B CD = Cellule dendritique MA=Macrophage Ba = Basophile NK = Natural killer Tm = T mémoire CMS = Cellule de Muscle Squelettique L = Lymphocytes Tn = T naïf E = Eosinophile

ASA 18 Les familles C et CX 3 C chimiokines Famille XC CX 3 C Chimiokine Cellules cibles Lymphotactine �� Thymocyte, Lymphocyte T, NK, Cellule dendritique Fractalkine CX 3 CL 1 Lymphocyte T, NK, Cellule dendritique, Monocyte XCL 1, XCL 2

ASA 19 Chimiokines non conventionnelles: CX 3 CL 1 et CXCL 16 Chimiokines conventionnelles = protéines sécrétées de faible poids moléculaire (7 à 14 k. Da) Chimiokines non conventionnelles = protéines de haut poids moléculaire une forme membranaire (92 -95 k. Da) et une forme soluble (90 -92 k. Da) domaine mucine domaine transmembranaire C C C XX X C C zone de clivage CX 3 CL 1 domaine intracellulaire C X C C domaine chimiokine : 10 -12 k. Da CXCL 16

Les chimiokines et leurs récepteurs spécifiques dans le contexte pathologique - Asthme - Cancer

15 ASA 20 Les cellules impliquées dans la réponse immunitaire Le rôle du système immunitaire consiste à : - reconnaître les agents potentiellement dangereux pour l’organisme - mettre en place une réponse adéquate pour assurer la défense de l’organisme Le système immunitaire répond selon deux phases 1: Réponse innée Cellules Natural Killer macrophages/monocytes cellules présentatrices d’Antigènes Granulocytes : (éosinophiles, neutrophiles, monocytes Elimination du pathogène/allergè ne basophiles) 2: Réponse adaptative Lymphocytes B Lymphocytes T (CD 4 et CD 8) cellules dendritiques Développement mémoire immunologique

ASA 21 La réaction allergique Allergène : substance étrangère ‘inoffensive’ personne sensible Réponse immunitaire inappropriée/mal contrôlée allergène aérien Symptômes respiratoires

ASA 22 L’asthme et les chimiokines L’asthme est accompagnée d’allergie : asthme allergique - Augmentation du taux Ig. E circulants - Obstruction des voies respiratoires - Augmentation de la réactivité bronchique - Infiltration importante de leucocytes (éosinophiles, basophiles, TCD 4 th 2…. ) radicaux libres oxygénés protéases , histamine cytokines IL 4, IL 5, IL 13… leukotriènes prostaglandines…. . . Altération de l’épithélium bronchique Les chimiokines sont les molécules responsables du recrutement massif de leucocytes dans le tissu bronchique du sujet asthmatique

ASA 23 LES CHIMIOKINES IMPLIQUEES DANS L’ASTHME chimiokines inductibles Chimiokines majeures: RANTES (CCL 5) LES MCPs Ø MCP 4 (CCL 13) Ø MCP 3 (CCL 7) LES EOTAXINES Ø éotaxine 1 (CCL 11) Ø éotaxine 2 (CCL 24) Ø éotaxine 3 (CCL 26) Chimiokines mineures: MDC (CCL 22) MIP-1 (CCL 3) MCP-3 (CCL 8) Nouvelle chimiokine : fractalkine (CX 3 CL 1)

ASA 24 RANTES (CCL 5) üChimiokine la plus abondante dans les fluides lavages bronchoalvéolaires chez les patients asthmatiques üNiveaux comparables de CCL 5 après challenge allergène chez les sujets asthmatiques et non asthmatiques üParfaite corrélation entre la concentration de CCL 5 et le nombre d’éosinophiles dans les fluides lavages broncho-alvéolaires üNiveau de CCL 5 maximal dans les lavages broncho-alvéolaires 4 à 6 heures après le challenge puis retour à un niveau basal après 24 heures

ASA 25 LES MCPs: MCP-3 et MCP-4 (CCL 8, CCL 13) ü Aussi efficaces que CCL 5 pour l’attraction des éosinophiles ü Propriété d’induction de la sécrétion d’histamine par les basophiles activés (intensification de l’inflammation au niveau des voies respiratoires) ü Après un challenge allergène, la production est beaucoup plus importante chez les sujets asthmatiques par rapport aux sujets non asthmatiques ü Niveau maximal dans les lavages broncho-alvéolaires 4 à 6 heures après le challenge allergène puis retour à un niveau basal après 24 heures

ASA 26 LES EOTAXINES (CCL 11, CCL 24, CCL 26) CCL 11 et CCL 24 aussi efficaces que CCL 5 en terme de recrutement des éosinophiles, CCL 26 moins efficace Niveau des CCL 11, CCL 24, CCL 26 maximal dans les lavages bronchoalvéolaires 4 à 6 heures après le challenge puis retour à un niveau basal après 24 heures CCL 11 = marqueur de sévérité - induit le recrutement des basophiles et des lymphocytes T CD 4 - stimule la production de radicaux libres oxygénés par les éosinophiles - Agit en synergie avec l’IL 5 produite par les T CD 4 et les éosinophiles activés pour le recrutement des éosinophiles de la moelle osseuse CCL 24 = marqueur de sévérité - Induit la sécrétion d’histamine et de leukotriènes par les basophiles activés

ASA 27 La fractalkine (CX 3 CL 1): une nouvelle chimiokine impliquée dans la maladie asthmatique üChez les patients présentant une dermite atopique, le niveau de CX 3 CL 1 membranaire exprimée par les cellules endothéliales est augmenté et la concentration en CX 3 CL 1 soluble dans le sérum est importante üPrésence de CX 3 CL 1 dans le sérum associée à la sévérité de la maladie üAprès challenge allergène le niveau de CX 3 CL 1 dans les lavages bronchoalvéolaires est plus important chez les sujets asthmatiques par rapport aux sujets non asthmatiques üRécepteurs de CX 3 CL 1 absents sur les éosinophiles et présents sur les lymphocytes T CD 4

ASA 29 LES RECEPTEURS DES CHIMIOKINES IMPLIQUES DANS L ’ASTHME üPour les éosinophiles (CCL 5) (CCL 3) (CCL 8) (CCL 5) (CCL 11) (CCL 21, CCL 24) (CCL 8) (CCL 13) üPour les basophiles: implication de CCR 3 (CCL 8, CCL 13, CCL 24) üPour les lymphocytes T CD 4: implication de CCR 4 (ligand CCL 22) CX 3 CR (ligand CX 3 CL 1)

ASA 30 Origine de la production des chimiokines impliquées dans l’asthme üFibroblastes pulmonaires üCellules épithéliales pulmonaires üMacrophages alvéolaires üCellules endothéliales üPlaquettes sanguines üLeucocytes recrutés

Implication des chimiokines et de leurs récepteurs spécifiques dans les métastases pulmonaires

ASA 31 Effets protumoraux des couples chimiokines/récepteurs Domiciliation des métastases vaisseau sanguin tumeur primaire organes secondaires domiciliation récepteurs de chimiokines surexprimés expansion chimiokines constitutives récepteurs Les couples (nature et nombre) impliqués dépendent de la tumeur d’origine et de l’organe cible où vont se nicher les métastases Croissance tumorale: contrôle de la prolifération, la survie et l’apoptose des cellules tumorales

Couples chimiokines/récepteurs de chimiokines impliqués dans la domiciliation des métastases CXCL 12 chimiokine constitutive ext membrane int CXCR 4 : anormalement exprimé dans la plupart cancers

ASA 32 Couples chimiokines/récepteurs de chimiokines impliqués dans la domiciliation des métastases cellules tumorales surexprimant des récepteurs de chimiokines sécrétées constitutivement par les tissus Adénocarcinomes mammaires CXCR 4 CXCR 3, CXCR 7 Mélanomes CXCL 12 poumons CXCL 9 à 11 CXCR 4 CXCR 3, CXCR 7 Ostéosarcomes CXCR 4 CXCR 3, CXCR 7 CXCL 12 moelle osseuse Adénocarcinomes prostatiques CXCR 4 Rhabdomyosarcomes CXCR 4 Adénocarcinomes coliques CXCR 4 CXCR 3, CXCR 7 CXCL 9 à 11 CXCL 12 CXCL 19 à 11 ganglions lymphatiques CXCL 12 CXCL 19 à 11 foie

ASA 33 ü Conclusions Les chimiokines et leurs récepteurs spécifiques représentent de nouvelles cibles thérapeutiques: - Bloqueurs pharmacologiques des récepteurs essai de phase II sur métastases pulmonaires des cancers mammaires avec des bloqueurs de CXCR 4 - Anticorps bloquants anti-chimiokines et anti-récepteurs - Récepteurs solubles