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Ronéo n°4 Cours n°7 UE1 1 sur12

UE1 : Biologie cellulaire Pr Hang Korng Ea Le 18/10/2017 à 15H30 Ronéotypeur : Yanis Saidi Ronéoficheur: Alexandre Marlès

Communication intercellulaire

Les Cytokines


Sommaire Introduction I- Généralités

1- Rôle et mécanisme d’action des cytokines

2- Les récepteurs des cytokines et leur régulation

3- Régulation de la transduction du signal

4- Régulation de la voie de transduction

5- Étude du rôle des cytokines II.- L’interleukine 1

1- Généralité

2- Source et mode d’action de l’IL-1

3- Activation de l’IL-1

4- Récepteur et modulation

5- Activité et régulation de l’IL-1 III- L’interleukine 6 (IL-6)

1- Récepteurs et activation cellulaire

2- Comment bloquer l’IL-6

IV- TNF

1- Récepteurs 2- Rôle du TNF

3- Inhibition du TNF

V- Interféron

1- Rôles et fonctions

2- Régulation


Généralités Les cytokines font office de messagers/médiateurs dans le dialogue moléculaire entre les différentes cellules de l’organisme. Via des voies autocrine, paracrine et à distance (de type hormonale). Ce sont des petits polypeptides impliqués dans des réactions physiologiques mais également pathologiques. Exemple d’actions physiologiques : -défense immunitaire - migration cellulaire - développement embryonnaire - induction des signaux de vie et de mort (apoptose, nécrose) . Il existe différents types de cytokines : -Les cytokines constitutives qui sont fabriquées de façon physiologique. -Les cytokines inductibles (forme majoritaire) qui font suite à l’activation cellulaire, elles même activées par d’autres signaux. Les cytokines contrôlent les principales fonctions cellulaires : prolifération, différenciation, apoptose Les cytokines forment un groupe étroitement coopératif, elles ne sont jamais isolées. Elles agissent en coopération (synergie) ou en antagonisme. La réponse cellulaire résulte donc d’une intégration de tous les signaux (intégration des cytokines activatrices et inhibitrices). Elles sont synthétisées par de nombreuses cellules puis amplifiées ou freinées par d’autres cytokines (une cytokine primitive peut en induire d’autres) et comme tout système d’amplification celui-ci possède un frein. Ici ce sont les cytokines induites qui exercent un rétrocontrôle négatif.

1- Rôle et mécanisme d’action des cytokines Les cytokines, pour être actives, doivent être reconnue par un récepteur membranaire. Plus l’affinité du récepteur est grande plus la réponse induite est forte. La fixation du ligand (cytokine) au récepteur induit une modification conformationnelle de celui-ci. Cela permet la transduction du signal en intra cellulaire et l’activation de 3 grandes voies de signalisation : - MAP-K - NF-KB - JAK/STAT (Attention ce ne sont pas les seules voies à être activées, mais ce sont les plus importantes selon le professeur)


Le signal transduit active in fine des facteurs de transcription qui vont stimuler l’expression gènes cibles et induire une une réponse cellulaire.

Chaque étape de cette cascade de signalisation induite par les cytokines peut être régulé. La régulation peut avoir lieu au niveau du ligand, du récepteur, des voies de signalisations ou encore de la transcription. Chaque étape peut ainsi être « bloquée ». Ce sera approfondis plus loin dans le cours.

2- Les récepteurs des cytokines et leur régulation Il existe 7 grandes familles de cytokines dont 4 importantes qui sont : - Interleukines - Interférons (α, β, γ) - Tumor necrosis factor α/β (TNF) - Transforming growth factor (TGF) Les mécanismes d’actions des récepteurs sont les suivants :

La fixation d’une cytokine spécifique au récepteur induit une dimérisation des chaînes du récepteur définissant les modifications de conformation de celui-ci.

Æ Un récepteur est composé de 2 ou 3 chaines distinctes α, β, γ. De manière générale, la chaine α reconnaît le ligand tandis que β ou γ s’associent à α pour

transmettre l’information (le signal) en intra cellulaire.

Æ L’activation des récepteurs dépend ainsi de l’affinité de liaison du ligand au récepteur (induisant une réponse cellulaire plus ou moins forte) ainsi que de la dimérisation des chaines des récepteurs membranaires)

La régulation des récepteurs peut se faire lentement, c’est à dire par destruction, ou bien la régulation peut être plus rapide via une internalisation par phosphorylation ou bien un clivage protéolytique de la portion extra cellulaire du récepteur aboutissant à une forme soluble du récepteur. Notons que le récepteur sous forme soluble peut être obtenu directement pas synthèse via un épissage alternatif de l’ARNm du récepteur. L’action des cytokines n’est possible qu’avec la liaison entre une cytokine et un récepteur MEMBRANAIRE ; ainsi les récepteurs solubles permettent d’inhiber l’action des cytokines sans avoir à les dégrader. Les récepteurs solubles agissent comme des inhibiteurs compétitifs des récepteurs membranaires (action antagoniste qui augmente la ଵ

ଶ vie des cytokines) ex : I1-4.

Ou en stockant la cytokine. Attention dans certains cas les récepteurs solubles peuvent activer le récepteur membranaire et amplifier l’effet des cytokines (cas de l’IL-6). Donc une action agoniste c’est-à-dire que le ligand plus le récepteur soluble induisent une transmission du signal.


3- Régulation de la transduction du signal

Précision sur les voies de signalisation : Il existe 7 Stats différentes qui possèdent toutes le domaine SH2 qui leur permet de lier les tyrosines spécifiques des récepteurs activés par les cytokines liées au récepteur membranaire ou à une tyrosine phosphorylée d’une autre STAT. Les Stats phosphorylées forment des dimères ou hétérodimères pour entrer dans le noyau et activer des gènes cibles. Il existe 4 types de JAK. (1-2-3 et TyK2) L’information essentiel à retenir selon le professeur est qu’il existe plusieurs combinaisons entre JAK ET STATS, en effet plusieurs JAK peuvent lier une même STAT et inversement : il existe un effet pléiotrope. Les récepteurs des cytokines n’ont pas d’activité kinase intrinsèque. Le domaine cytoplasmique du récepteur comporte un résidu tyrosine reconnu par la protéine JAK. Une mutation de JAK peut entrainer un certain nombre de pathologies comme la leucémie ou des tumeurs. Les souris déficientes en Jak2 meurent in utero, une incapacité à synthétiser des érythrocytes….

4- Régulation de la voie de transduction Comme chaque voie métabolique qui a la capacité de s’amplifier il existe un système de frein. Ici ce frein est représenté par des phosphatase (MAP-K-PHOSPHATASES et SOCS) qui sont chargé de déphosphoryler les voies de signalisation intracellulaire induites par la liaison cytokine/récepteur en extracellulaire. Nous avons aussi les PIAS en intra nucléaire qui sont chargés d’inhiber les facteurs de transcription que sont les STATS dimérisées. En résumé :


5- Étude du rôle des cytokines Prenons un exemple concret (le nom des protéines, récepteurs et symptômes sont totalement inventé, ils ne sont là que pour faciliter la compréhension) : Vous possédez une cytokine A et vous vous demandez à quoi elle peut bien servir dans le corps (quel est son rôle, ses effets etc.) Vous effectuez alors un K.O (Knock Out) de son gène (c’est-à-dire que vous faites « sauter » le gène) Vous observez alors théoriquement les effets causés par l’absence de la Cytokine A et comprenez par la même occasion son rôle. Sauf qu’en pratique c’est différent ! Si vous n’observez pas d’effets attendus après avoir K.O la cytokine A vous n’allez pas en conclure qu’elle ne sert à rien (en tout cas pas directement). En effet cela peut très bien être due à une redondance protéique (dans ce cas précis une cytokine B peut très bien avoir pris le relais) En effet les Cytokines fonctionnent en synergie elles ne sont pas isolées les unes des autres il faut donc s’assurer que l’effet produit par le K.O de la protéine d’intérêt est bien lié à l’absence de celle-ci. Plusieurs techniques existent pour contrer la redondance :

Les études avec des cellules isolé (cependant limité car on réduit le panel d’interaction des cytokines)

¾ Les triples K.O (on peut par exemple K.O les cytokines A, B ET C)

Les K.O conditionnelles spécifiques qui permettent de déléter un gène dans un tissus spécifique (et

ainsi voir l’effet de la protéine d’intérêt sur un tissu en particulier)

Les K.O conditionnelles dans le temps, par exemple la délétion d’une protéine par K.O total peut induire une mort in utero. En mettant le promoteur du gène sous le contrôle d’un médicament il sera alors possible d’effectuer le K.O à l’Age adulte et ainsi voir les effets de l’absence de la protéine sur un organisme adulte.

Exemple de K.O de certaines cytokines et de l’interprétation des résultats : IL1β Pas de réponse inflammatoire, ni de fièvre (nous comprenons alors que IL1β est un pro

pyrétique et pro inflammatoire)

IL6 Infection bactérienne ++, baisee taux d’Ac viral (nous comprenons alors que IL6 est lié à l’immunité et à son efficacité)

IL10 Baisse de croissance, entérocolite chronique

TGF-β1 Décès à 24 jours, augmentation inflammation tissulaire

gp 130 Trouble du développement du cœur, décès à 16 jrs


II.- L’interleukine 1

1- Généralités L’IL1 ou interleukine 1 est une cytokine produite par de très nombreux type tissulaire différents : cellules de l’immunité innée, les macrophages, les kératinocytes, les cellules hématopoïétiques… Elle est très importante car elle est amplificatrice de la synthèse de nombreuses cytokines. L’IL 1 a plusieurs activités tissulaires : Î Modulation de la réponse inflammatoire

• activation des lymphocytes B et T induisant une augmentation de la production d’anticorps • SNC : fièvre et augmentation du sommeil • Cardio-vasculaire : Æ Augmentation de l’adhérence des leucocytes aux vaisseaux Æ Augmentation du rythme cardiaque Æ Hypotension • Métaboliques :Æ Augmentation de l’absorption des lipides Æ Augmentation de l’excrétion du Na Æ Augmentation de la synthèse d’albumine. • Cellulaires : Augmentation de la prolifération des lymphocytes B et des kératinocytes La famille IL-1 est assez grande mais on distingue trois membres assez bien connus :IL-1, IL-18 et IL-33 (IL-1F1-F11). Tous possèdent le récepteur TIR (Toll Interleukine Receptor). Tous induisent la même réponse intra cellulaire lors de leur liaison avec TIR (les TIR doivent se dimériser pour être actif). Tous les précurseurs sont synthétisés sous forme immature et stockés dans le cytoplasme (donc en intracellulaire) sous forme inactive. Tous maturent grâce à la Caspase-1 (également appelé ICE) via un complexe que l’on nomme l’inflammasome. ( maturation d’IL1 principalement dépendante de ICE)

2- Source et mode d’action des IL1 L’IL-1 existe sous deux formes : IL-1α et IL-1β IL-1α (forme stockée) est membranaire et a plutôt un rôle local paracrine tandis qu’IL-1β (forme libérée) à plutôt un rôle local et systémique. IL-1β qui est relargué via l’activation cellulaire dans la circulation systémique, et l’IL-1α agit localement suite à l’activation cellulaire ou suite à la mort de la cellule par apoptose ou nécrose. Il faut bien comprendre que l’IL-1 est une cytokine de l’inflammation


Si l’on effectue un K.O de la caspase 1 (ICE), nous assistons à une diminution de l’apoptose du tissus nerveux aboutissent in fine à une dégénérescence neuronale, il n’y a plus de production d’interleukine 1 β et donc pas de choc septique possible. Néanmoins nous assistons à un développement normal.

3- Activation de l’IL-1b L’IL-1β est activé en 2 étapes : Î Dans un premier temps la synthèse de la pro IL-1β qui passe

par la voie NF-KB Î Puis il y’a une maturation de la pro IL-1β via la caspase 1

(ICE) qui est-elle même activée par l’inflammasome.

4- Récepteurs et modulation L’organisme a mis en place un système de régulation pour activer ou stopper les réponses induites par les IL-1. Trois types de récepteurs ont été identifié : les récepteurs 1,2 et 3. Les récepteur 1 et 3 se dimérisent pour lier l’IL-1 et activer la voie de signalisation. Différents mécanismes existent au niveau des récepteur pour inhiber l’action d’IL-1:

Le récepteur 2 n’a pas de portion intracellulaire. Le récepteur 2 est donc un antagoniste de la signalisation de l’IL 1 E. Î La production d’un antagoniste du récepteur (IL-1RA) qui ressemble à l’IL-1 est réalisée.

Il se lie au récepteur 1 et empêcher sa dimérisation avec le récepteur 3. Des portions solubles des récepteurs 1,2 et 3 vont entrer en compétition avec les récepteurs membranaires. Ils vont donc se lier a l’IL1 circulant qui va être bloqué et conservé ce qui empêchera la signalisation. ( la portion intracellulaire du récepteur 2 va stocker la pro IL 1)

5- Activité et régulation de l’IL-1 Attention le professeur a insisté pour que nous comprenions comment il est possible de bloquer l’action d’une molécule à différents niveaux du trajet de l’information Il est possible de bloquer IL-1β en synthétisant de l’IL-1Ra recombinant qui est un inhibiteur compétitif d’IL-1β et d’IL-1α ( traitement connu sous le nom Anakinra ) Il est possible de bloquer IL-1β en administrant des récepteurs TIR solubles qui entre en compétition des TIR membranaires qui sont les seuls à induire une réponse ( traitement connu sous le nom Rilonacept ) Il est possible de bloquer IL-1β avec un anticorps anti IL-1β (traitement connu sous le nom Canakinumab ) Exemple de traitement avec Rilanocept du syndrome d’auto inflammation : urticaire familiale avec mutation du gène CIAS.


III- Interleukine 6 (IL-6) Elle est produite par de nombreuses cellules grâce à d’autre cytokines ( TNF, Il, IFN etc..).

1- Récepteur de l’IL-6 et activation cellulaire.

La spécificité de l’interleukine 6 c’est son récepteur (IL6-R) Son récepteur n’est activé que sous deux conditions. La première est qu’il doit fixer l’IL-6 (jusque-là rien d’anormale). La deuxième condition est que le récepteur interleukine 6 une fois qu’il a lié IL-6 doit ensuite recruter 2 autres récepteurs GP130. En effet ce sont les domaines intra cellulaire des 2 GP130 qui font transiter l’information et non pas le domaine intracellulaire α IL-6-R qui lui est inactif. Cette particularité permet à l’IL6 de pouvoir s’amplifier via sa forme soluble ( via la trans-signalisation ) IL-6R est exprimé par les hépatocytes, les PNN, les monocytes, les mégacaryocytes, les cellules épithéliales, intestinales et lymphocyte CD4+. Il est tissu spécifique. Le gp130 est exprimé par toutes les cellules. Il est ubiquitaire. Il faut également savoir que la réponse cellulaire induite par la fixation d’IL6 n’est pas la même en fonction du type de récepteur IL6 sollicité. La forme soluble n’induit pas les mêmes effets que la forme transmembranaire La forme soluble à des propriétés inflammatoire (réponse catabolique). La forme membranaire à des propriétés anti inflammatoire (réponse anabolique). En utilisant une forme soluble de l’IL6-R nous allons pouvoir étendre l’action de l’interleukine 6 à tous les tissus ( car GP130 ubiquitaire ) et ainsi avoir un effet pléiotrope.


2- Comment inhiber l’IL6 La encore même raisonnement que pour l’IL1 Tocilizumab : anti-IL-6R (bloque IL-6R membranaire et IL- 6R soluble). Il est utilisé dans la polyarthrite rhumatoïde : maladie autoimmune responsable de gonflement articulaire inflammatoire récidivant. Non traitée, elle évolue vers les destructions et déformations articulaires. L'inflammation au cours de la polyarthrite rhumatoïde dépend de plusieurs cytokines dont l'IL-6, le TNF-a.. Est aussi utilisé dans le traitement de l’arthrite chronique juvénile. Gp130 soluble (en cours d’évaluation) qui permet de stocker l’IL6 circulante. Inhibiteurs de JAK: tofacitinib., médicament utilisé dans la polyarthrite rhumatoïde par exemple. IV- Le TNF Il possède une production ubiquitaire réalisé par un grand nombre de cellules (hématopoïétiques, muscles, hépatocytes, fibroblastes, neurones, ovariennes…)

1- Récepteurs Il possède 2 types de récepteurs membranaires : TNF-R1 TNF-R2

Ubiquitaire Inductible Les deux possèdent des fonctions différentes. Les récepteurs solubles vont entrer en compétition avec les récepteurs membranaires. Ils vont se lier au TNF et inhiber son action quand ils sont présents à fortes concentrations et permettre le stockage du TNF à faibles concentrations. TACE est une protéase qui clive le TNF-R (membranaire) qui devient alors soluble (mais il peut très bien rester sous forme membranaire quand il est sous forme soluble il est mono ou trimérique). Le TNF-R1 induit une mort cellulaire Le TNF-R2 induit une survie cellulaire ( cellules immunitaires, endothéliale, neuronale…) Cependant les deux doivent obligatoirement lier le TNF-α pour pouvoir se trimériser et devenir actif. Une fois trimérique TNF-R1 recrute un domaine de mort ce qui vas induire l’apoptose, TNF-R2 lui vas activer les voies NF-KB et JNK ( voie des MAPK).


La voie NF-KB NF-KB est présent sous forme de pool cytoplasmique inactif car il lie son inhibiteur I-KB. Cet inhibiteur peut lui même être inhibé par une phosphorylation permettant à NF-KB de migrer dans le noyau et de jouer son rôle de facteur de transcription en activant des gènes cibles.

2- Les rôles du TNF Métaboliques Cachexie ( La cachexie est un état de profonde diminution de l'état général d'un individu,

avec un catabolisme accru et fonte des muscles. ), Hypotension, choc septique.

Vasculaire Diminution de l’angiogenèse et augmentation de la perméabilité vasculaire.

Foie Augmentation de la synthèse de protéine inflammatoire et diminution de la synthèse d’albumine.

Peau Nécrose, Œdème

Poumon Inflammation, œdème, infiltration cellulaire Sans oublier l’atteinte osseuse et cartilagineuse (lyse du tissu) et les pathologies qui en découle comme la polyarthrite rhumatoïde ou bien la maladie de Crohn.

3- Inhibition du TNF

Le TNF est la cible d’anticorps dans de nombreuse maladie inflammatoire car augmenté dans de nombreuses maladies, donc peut être une cible thérapeutique. Les biothérapies anti TNF-α sont les premières à être développées Ou bien on le bloque par l’utilisation des récepteurs solubles pour bloquer la signalisation intra cellulaire : Etanercept Les traitements sont utilisés dans les rhumatismes et entérocolopathies inflammatoires et les psoriasis. Actuellement, il y a 5 molécules qui permettent de bloquer le TNF : 1 récepteur soluble et 4 anticorps. V- Les interférons

1- Rôle et fonction.

Ce sont une famille de cytokines composé de 3 types principaux INF 1,2,3 Les 3 types d’INF activent des récepteurs différents qui activent des JAK et des STATS différents Les Récepteurs type I et II sont exprimés par nombreuses cellules tandis que le récepteur IFNLR1 (type III) est exprimé uniquement dans les cellules épithéliales Les modifications de l’action des interférons ( via mutations) sont grandement impliquées dans des maladies comme la sclérose en plaque ou encore le lupus. Les interférons ont pour fonction de limiter l’ infection virale dans les cellules infectées et les cellules saines limitrophes. Ils stimulent l’immunité innée en activant les cellules présentatrice d’antigène et stimulent également l’immunité adaptative


2- Régulations

Ils sont régulés (comme toutes les cytokines) Au niveau du récepteur, IFNAR peut être internalisé. Il peut aussi y avoir une inhibition de la signalisation intracellulaire JAK/STAT par SOCS qui inhibe la phosphorylation des STATs,, ou par ubiquitination. Enfin, des miRNA sont synthétisées pour réguler la traduction des récepteurs. Dédicace à mon ronéoficheur préféré Alexandre qui a peur des bébés chats (tes chats ont la rage en même temps !) Dédicace à Shadi AKA la fille aux gâteaux (et arrête de tout le temps m’engueuler T-T) Dédicace à ceux qui ne liront que la fiche parce que les partiels c’est de l’eau (qui pique un peu quand même) Dédicace à Lucile et Carméliane qui ont ronéotypé le cours du cholestérol (28 pages, c’est clairement du masochisme, c’est plus que nos deux ronéos additionnées, mais elle est super ;) ) Dédi à Grégoire et Clarisse mes carrées d’amour, sans oublier Lydia et Inès, qui liront tous cette ronéo l’année prochaine. Je te fais une dédicace à toi aussi Diane parce que tu le vaux bien. Et bien sûr dédicace à ma ronéo qui s’est fermée sans prévenir et sans sauvegarder (bolossssss) Dédicace à Yanis ce merveilleux ronéotypeur et à sa maitrise catastrophique de la langue et de l’histoire française (non la prise de la Bastille n’a pas eu lieu en 1898 et oui il m’a fallu 7h pour tout corriger) Sur ce kiss et bon courage !! Yanis et Alexandre

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