Apoptose

Olivier MeilhacUnité INSERM 698

CHU X. Bichat Paris 18e

Olivier.meilhac@inserm.fr01-40-25-86-11

1. Introduction

Apoptosis - (Gr. "falling") a process seen in multicellular organisms, by which specific cells are killed and removed for the benefit of the organism.

Kerr, J.F.R., Wyllie, A.H. and Currie, A.R. 1972. Br. J. Cancer 26:239.

Définition – rôle physiologique

« mort cellulaire programmée » homéostasie : évite l’excès de cellules éliminer les cellules potentiellement dangereuses celles qui gênent le développement

signaux de prolifération incompatibles avec l’état cellulaire signaux de mort :

perte des signaux de survie (facteurs de croissance, contacts)

- récepteur-médiés- non récepteur médiés

événements inducteurs :

proliférationapoptoseprolifération

apoptose

Déséquilibre pathologie

• SIDA• Maladies dégénératives• anémie aplasique• troubles ischémiques (infarctus du myocarde…)• maladies du foie induites par toxine (alcool…)

• Cancer• Maladies auto-immunes• Infections virales

Apoptose vs nécrose

Hengartner, M.O. 2000. Nature. 407:770.Green, D. and Kroemer, G. 1998. Trends Cell Biol. 8:267.

Mitochondrial PathwayDeath Receptor PathwayFasL

Caspase 3

DDD D

Fas/Apo1/CD95

FADD

Procaspase 8

DISC

Caspase 8

BID

oxidants ceramide others

Bcl-2D

Cytochrome c

dATP

Procaspase 9Apaf -1

dATPApaf -1

Caspase 9

Procaspase 3

apoptosome

DNA damage

Cellular targets

2. Voie extrinsèque

Les récepteurs de mort • TNF-R1 TNF• Fas FasL• DR3 Apo3L• DR4 Apo2L/TRAIL• DR5 Apo2L/TRAIL• CAR 1 ?

DDDD

DD

• développement • apprentissage du système immunitaire• cellules tumorales

Elimination des cellules en excès ou dangereuses :

TNFR1

TNF

DISC

caspase 8 active

TRADD

FasL

Pro-caspase 8

Fas

FADD

DD

DEDDED

DD

DED

DD

DED

DD

DED

DD

DED

DD

Le lymphocyte T reconnaît un antigène tumoral (CMH)Il augmente l’expression de FasL, mais la cellule tumorale est résistanteLymphocyte T activé exprimant Fas, c’est lui qui meurt

2004, 4:321-6

FasL métastase : survie des cellules en milieu immunologique hostile ?

Les cellules tumorales contre-attaquent

3.Voie intrinsèque

• radiations ionisantes• chimiothérapie• dommages mitochondriaux : oxydants, calcium, céramide

Elimination des cellules en réponse à une agression modérée :

Dec 2002. 14(6):715-20

Formation de l’apoptosome

activent floppase inhibent translocase

Voie extrinsèque voie intrisèque

BH4 : anti-apoptotiqueBH1-3 : pro-apoptotiques

BH : Bcl-2 Homology

Curr Opin Cell Biol. 2003 Dec;15(6):691-9.

Ex :

4. Famille Bcl-2

BH3-only: pro-apoptotiques indirectsActivent les pro-apoptotiquesInhibent les anti-apoptotiques

Bad –Bik : inactivent Bcl-2 et BclXLBid- Bim : activent Bax et Bak

BID Truncated BID

Caspase 8

p53 : pro-apoptotique ou arrêt du cycle cellulaire

Lésions de l’ADNDéficit en facteurs

de croissance

p53

c-myc

+ Bax + p21waf+ Fas, DR5 + cycline G+ PUMA/NOXA + gadd45+ APAF1 + mdm2- Bcl-2…

apoptose Arrêt du cycle cellulaire

transcription

Si accumulation de cellules mutantes par perte de controle apoptotique (ex: bcl-2 augmentée, mutation p53) formation de tumeur

• Pas de prodomaine Nter (dépourvu d’activité enzymatique)• 3, 6, 7• responsables des événements destructeurs

caspase cascade

5. Caspases effectrices ou exécutrices

Substrats des caspases

• 65 en 1998 :

• plus de 280 en 2003

protéines de structure (cytoplasme et noyau) transduction de signal transcription / régulation contrôle du cycle cellulaire réplication / réparation de l’ADN

spécifiques de certains types cellulaires conséquence du clivage souvent inconnu clivage parfois tardif,

(accessoire, conséquence de la cascade d’activation)

Cell Death and Differentiation, 2003; 10:76-100

Substrats en rapport avec les changements morphologiques

• ICAD : lève l’inhibition d’une DNAse fragmentation de l’ADN• ADN hélicase condensation de la chromatine, remodelage nucléaire• gelsoline dépolymérisation de l’actine F • kinases ROCK-1, PAK2 P° chaine légère de la myosine• filaments intermédiaires : cytokératine 18, vimentine• organisation des filaments : gas-2, plectine• « tenségrité » : liaison cellules-cellules, cellules -matrice extracellulaire

Fodrine, FAK, paxilline inh° signaux de survie via intégrines-caténine, E-cadhérine, plakoglobine, desmogléine… Condensation cellulaire, rétraction, détachement

• protéines du RE, Golgi, vésicules de transport• protéines nucléaires lamina, pores (transport perturbé)

réparation de l’ADN : PARP-1… protéines stabilisant la chromatine RNA hélicase A, facteurs de splicing no transcription Facteurs d’initiation de traduction eIF2,3,4…

« blebbing »

Substrats des caspases et signalisation

• protéines antiapoptotiques :

• kinases :

Bcl-2, BclX-L : antiproapoptotiques c-FLIP : inhibiteur de la caspase 8 Bid c-Bid : libération de cytochrome c virus : leurres Bcl-2 like

Akt et Raf-1 phosphorylent et inactivent Bad NFK-B : fragment de p65 lie l’ADN mais pas de transactivation IK-B : fragment n’est plus dégradé par le protéasome MEKK1 :fragment active d’autres caspases

6. Méthodes de détection de l’apoptose

Changements morphologiques

• Microscopie photonique : - condensation de l’ADN, fragmentation nucléaire, corps apoptotiques

• Microscopie électronique : - balayage - transmission

control apoptotic

Fragmentation de l’ADN

Chromatin Fragmented Chromatin

Agarose gelelectrophoresis

Activation des caspases, changements mitochondriaux

substrats chromogènes spécifiques anticorps spécifiques : western blot, immunodétection in situ western-blot cytochrome c : extraits cytosoliques / mitochondriaux cytométrie

Exposition des phosphatidyl-sérinesPr

opid

ium

iodi

de

Annexin V-FITC

A- controlB-spontaneous apoptosisC- actinomycin DD- calcium ionophore

Quandrants1 – viable cells2 – early apoptosis; PSexposed, intact membrane3 – late apoptosis; PS exposed,disrupted membrane4 – necrosis; disrupted & membrane loss

1 2

34

Abréviations :TNF: Tumor Necrosis FactorTRADD: TNF Receptor-Associated Death Domain TRAF2 : TNF Receptor-Associated Factor 2RIP: Receptor-Interacting Protein SODD: Silencer Of Death DomainsFADD: Fas-Associated Death DomainDISC: Death Inducing Signaling Complex TRAIL: TNF Related Apoptosis Inducing Ligand DR: Death ReceptorIAP : Inhibitor of Apoptosis ProteinFLICE : FADD Like Interleukin-1 Converting Enzyme (caspase 8)cFLIP: FLICE Inhibitory ProteinAPAF: Apoptosis Protease Activating FactorBH: Bcl-2 HomologyBcl-2: B Cell Lymphoma 2

7. Anoïkis : apoptose par détachement

Signaux de survie

Protéines liant l’actine

Collagène, fibronectine, vitronectine

RTK

actine

Akt

(ex: TrkB)

Signaux anti-apoptotiques :

membraneplasmique

PI3K

INTEGRINES

FAKILK

Facteurs de croissance

Cadhérines

-caténineProtéines adaptatrices

Cytosquelette

Pinch, Nck2, IRS-1 ?

• Inhibition de Bad, caspase 9• Transcription d’IAP, bcl-2…• Inhibition de la transcription de FasL, bim…

Cellule 1

Cellule 2

Bad

14.3.3

FoxO

14.3.3

YAP

14.3.3P P P

Transcription de gènes pro-apoptotiques

Transcription de gènes anti-apoptotiques bcl-2, IAP…

FasL, bim…

FoxOYAP p73

NOYAU

JNK/p38

Caspase 9

iKB-kinase CREB

Bcl-2

séquestrés dans le cytosol

AKT

--

Dégradation d’IKB

Translocation de NFKB

NFKB

mdm2

E3 Ubiquitine-ligase

Dégradation de p53

+

8. Nouvelles formes d’apoptose 8.1 ETosis

Elastase DAPI Histones

Elastase Histones

8.1 Eryptosis

AnévrismeAnévrisme

Changements dégénératifs dans la médiaChangements dégénératifs dans la média Elastine Collagène ProtéoglycanesElastine Collagène Protéoglycanes disparition des CMLdisparition des CML

Anatomique : perte de parallélisme des bords de l’aorte réalisant une Anatomique : perte de parallélisme des bords de l’aorte réalisant une masse battante et expansivemasse battante et expansivePhysiopathologique : perte de la fonction de contention de l’artère Physiopathologique : perte de la fonction de contention de l’artère due à une protéolyse progressive de la matrice extracellulairedue à une protéolyse progressive de la matrice extracellulaire

DéfinitionsDéfinitions

thrombus

NT T

NT T

NT T

NT T

NT

media

adventice