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UE 2 BIOLOGIE CELLULAIRE

MORT CELLULAIRE PAR APOPTOSE

Mort cellulaire par apoptose Apoptose!: mort cellulaire programmée = suicide cellulaire ▪ Mécanisme physiologique régulateur essentiel ▪ Elimine les cellules non souhaitées

Mécanisme physiologique!: •

Tissus adultes!: 2 rôles importants o elle équilibre la division cellulaire : elle régule la taille des tissus adultes o elle élimine les cellules défectueuses!(cellules infectées par un virus, cellules avec ADN endommagé)

•

Développement embryonnaire!(ex : elle élimine les neurones sans connections)

Apoptose / nécrose!: •

Apoptose!: o mort «!programmée!», étroitement régulée par des protéines o mort cellulaire sans inflammation, pas de lésions des tissus

•

Nécrose!: o mort «!désordonnée!» o mort cellulaire avec inflammation et lésions cicatricielles des tissus o A lieu si signal de mort est très intense

I)

Altérations cellulaires 1. Apoptose

•

La cellule se rétrécit.

•

Au niveau du noyau!: o la chromatine se condense, elle peut se coller contre la face interne de l’enveloppe nucléaire et elle peut se fragmenter o la lamina (Filaments Intermédiaires) se fragmente mais reste en place donc l’enveloppe nucléaire reste présente P a g e 1 | 11

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• Au niveau du cytoplasme : il émet des expansions : o

Elles entourent des organites

o

Cela forment des vésicules qui contiennent ces organites : les corps apoptotiques.

2. La nécrose ➢ La cellule augmente de volume ➢ Les organites gonflent et finissent par éclater ➢ Rupture des mb!: MP et mb des organites ➢ Chromatine reste intacte

3. Evolution finale des 2 types de mort •

Corps apoptotiques!: présentent des marqueurs de surface reconnus par les macrophages (ex!: translocation PS du feuillet interne vers le feuillet externe) o phagocytés par les macrophages o pas d’inflammation

•

Nécrose!: cellules et organites éclatent o libération de leur contenu (lysosomes libèrent de l’acidité et enzymes) o inflammation

II)

Les acteurs moléculaires de l’apoptose!: les caspases

Caspase!: Cystéine ASPartate protéinASE •

Protéinases!: dégradent des protéines vitales

•

Cystéine!: elles contiennent un résidu cystéine dans leur site actif

•

Aspartate!: les protéines cibles contiennent un résidu aspartate dans leur site de clivage

Précurseurs inactifs!: procaspases Localisés dans!: ✓ le cytosol ✓ l’espace intermembranaire des mitochondries P a g e 2 | 11

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Activation des pro-caspases en caspases!: •

1ère étape!: clivage o pro-caspase inactive présente 3 régions : un prodomaine, une

et une

o Le clivage sépare le pro-domaine de la et la

de la

et la

o

vont

s’assembler pour former un dimère. •

2ème étape!: dimérisation de ce dimère o obtention d’un tétramère o tétramère représente la caspase sous sa forme active.

1. Classification des caspases •

Familles de plusieurs protéines (14) o ex!: caspases 1,2,3,… 14 o la plupart interviennent dans l’apoptose o certaines dans la réaction inflammatoire

•

On distingue!: o caspases initiatrices o caspases effectrices

•

Elles possèdent des modes d’activation différents.

a) Caspases initiatrices Les pro-caspases initiatrices possèdent un pro-domaine long : •

Dans le pro-domaine long des pro-caspases initiatrices!: on trouve une région conservée reconnue par des protéines adaptatrices.

•

Exemples de régions conservées!: o pro-caspases 8 ou 10!: domaine DED (Death Effector Domain) P a g e 3 | 11

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o pro-caspases 9!: domaine CARD (Domaine Recrutement et d’Activation des Daspases) •

Caspases initiatrices sont capables de s’autoactiver à partie des pro-caspases initiatrice!: o stimulus de l’apoptose va entrainer le recrutement de protéines adaptatrices o protéines adaptatrices reconnaissent des régions du pro-domaine long, ce qui entraine : -

l’agrégation des pro-caspases

-

leur auto-activation

-

leur auto-clivage

-

auto-dimérisation

! elles deviennent des caspases actives

b) Caspases effectrices Les pro-caspases effetrices possèdent un pro-domaine court. •

Dans le pro-domaine court des pro-caspases effectrices!: pas de régions reconnues par des protéines adaptatrices ➜ pas d’autoactivation

•

Le clivage est réalisé par!: ✦ les caspases initiatrices déjà activées ✦ d’autres caspases effectrices déjà activées

2. Rôle des caspases dans l’apoptose Les caspases effectrices sont à l’origine de la plupart des évènements biochimiques et structuraux qui ont lieu pendant l’apoptose.

Effet des caspases effectrices!: ▪

Altération de certains éléments du cytosquelette (ex!: filaments intermédiaires de la laminine, microfilaments d’actine)

▪ Inhibition de systèmes protéiques de survie (ex!: enzymes de réparation de l’ADN) ▪ Activation d’enzymes de dégradation de l’ADN!: nucléases P a g e 4 | 11

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Mort cellulaire

▪

III)

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Voies d’activation de l’apoptose

•

MP via des récepteurs membranaires!: voie extrinsèque

•

Mitochondrie!: voie intrinsèque!

1. Voie extrinsèque a) Récepteurs membranaires Les récepteurs membranaires : récepteur de mort o

Ils appartiennent à la famille des TNFR (récepteur au TNF (Tumor Nécrosis Factor))

o

Homotrimères

o

Présents sur la MP de la cellule cible qui subira l’apoptose

Structure!des récepteurs membranaires : o au niveau extra cellulaire!: domaine EC qui est le site de liaison au ligand o au niveau de la MP!: domaine transmembranaire o au niveau intracellulaire!: région conservée appelée domaine de mort (DD!: death domain)

b) Ligands des récepteurs membranaires •

Ligands : protéines extracellulaires qui représentent le stimulus initial de l’apoptose.

•

Homotrimères de la famille du TNF.

Exemples de ligands et récepteurs associés

•

Ligands

Localisation ligands

Récepteurs de mort

FasL

membranaire

Fas (CD95)

TNF (tumor necrosis factor)

Soluble

TNFR1

Les ligands sont!soit : P a g e 5 | 11

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o membranaires!: présent au niveau de la MP d’une cellule activatrices de la mort cellulaire (Ex!: mFasL) o solubles : (Ex!: TNF)

c) Protéines adaptatrices Comme les récepteurs, elles possèdent un domaine de mort (DD). Interactions entre le DD de la protéine adaptatrice et le DD du récepteur de mort : •

Les protéines adaptatrices peuvent être recrutées par interaction entre les 2 DD : ➢ Ex de récepteur de mort!: Fas ➢ Ex de protéine adaptatrice!: FADD (Fas Associated Death Domain)

Domaine DED des protéines adaptatrices •

Les protéines adaptatrices possèdent en plus un domaine effecteur de mort (DED).

•

Comme certaines pro-caspases initiatrices où le DED est situé dans leur pro-domaine.

Interactions entre protéine adaptatrice et procaspases •

Les protéines adaptatrices peuvent recruter certaines pro-caspases initiatrices par interaction entre les 2 DED.

•

Ex de procaspases initiatrices!: pro-caspases 8 et 10

Formation de DISC •

Au niveau de la MP se forme un énorme complexe protéique DISC ( death induct signalisation complex ) !: Complexe de Signalisation Induisant la Mort.

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Récepteur de mort •

Le récepteur de mort est un trimère : il peut recruter plusieurs protéines adaptatrices qui a leur tour vont recruter plusieurs pro-caspases initiatrices.

•

Le DISC permet le recrutement de plusieurs pro-caspases initiatrices sur un même site, ce qui va permettre leur auto-activation.

d) Exemple de mort par voie extrinsèque Exemple : de cellule activatrice de mort!: lymphocyte T cytotoxique Exemple : de cellules cibles subissant l’apoptose : cellule infectée

1- Les ligands activateurs de mort sont présents au niveau de la MP du LT. 2- Ces ligands reconnaissent et se lient à des récepteurs de mort présents dans les cellules cibles qui subiront l’apoptose. ➢ Cela entraine la formation du DISC au niveau de la MP de la cellule cible. ➢ DISC entraine auto-activation des pro-caspases initiatrices qui deviennent des caspases initiatrices actives ➢ Les Caspases initiatrices actives entrainent une cascade d’activation pour obtenir au final des caspases effectrices actives. ➢ La cellule cible meurt par apoptose.

2. Voie intrinsèque •

Concerne les cellules stressées ou endommagées

Stimuli de la voie intrinsèque : o manque de nutriments o absence de facteurs de survie o dommages à l’ADN

Etapes de la voie intrinsèque : •

Modification (augmentation) de la perméabilité de la mb externe de la mitochondrie P a g e 7 | 11

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o par formation ou ouverture de pores mitochondriaux •

Libération de facteurs pro-apoptotiques à partir de l’espace intermembranaire vers le cytosol!: o le cytochrome C o la pro-caspase initiatrice 9

Apaf-1!: la protéine adaptatrice pour la voie intrinsèque •

Apaf-1 présente dans le cytosol (sous forme inactive)

•

Elle possède un domaine d’interaction avec les pro-caspases initiatrices!: domaine CARD o

Pro-caspase initiatrice concernée par l’interaction!: pro-caspase de type 9 (possède également ce domaine CARD)

o

Avant interaction avec la pro-caspase initiatrice, l’Apaf-1 nécessite une activation par le cytochrome C pour exposer le domaine CARD.

Différentes étapes pour la voie intrinsèque!: o Stimulus initial ! ouverture de pores mitochondriaux dans la membrane externe de la mitochondrie qui vont permettre la libération du cytochrome C. o Le cytochrome C permet le changement de conformation de l’APAF-1 : il expose son domaine CARD. o En présence d’ATP, l’APAF-1 forme un heptamère en forme de roue appelé apoptosome. o L’apoptosome permet le recrutement/ l’agrégation de plusieurs pro-caspases initiatrices sur un même site ! auto-activation, auto-clivage et dimérisation des pro-caspases o Les pro-caspases initiatrices de type 9 peuvent venir s’agréger au niveau de cet apoptosome et subir une auto-activation à partir de cette agrégation. o La cascade des caspases va entrainer l’activation de nucléases et donc la mort cellulaire par apoptose.

IV)

Régulation de la mort cellulaire programmée P a g e 8 | 11

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1. Facteurs intracellulaires!: protéines de la famille Bcl-2 •

Régulateurs de la voie intrinsèque

•

Famille d’une 20aine de protéines

•

On distingue!: o protéines pro-apoptotiques o protéines anti-apoptotiques

a) Protéines anti- apoptotiques de la famille Bcl-2 •

Possèdent 4 régions conservées appelées BH (Bcl-2 Homology).

•

Bcl-2 ; bcl-X ; bcl-XI elle possede 4 regions conserve BH4 BH3 BH1 BH2

•

Résidant dans la membrane externe de la mitochondrie.

•

Rôle!: préserver l’intégrité de la mb externe!(empêche la libération des facteurs proapoptotiques : cytochrome C et pro-caspases initiatrices)

b) Protéines pro-apoptotiques de la famille Bcl-2 •

Elles sont cytosoliques

•

Suite à leur activation elles peuvent migrer dans la membrane externe de la mitochondrie.

•

2 sous familles!de protéines pro-apoptotique : o Les protéines BH123!: pas le domaine BH4 (Bax, Bak) (BH1 BH2 BH3 ) o Les protéines BH3 «!only!»!: que BH3 (Bad, Bid, Bim, Puma, Noxa)

Rôles des protéines pro-apoptotiques de la famille Bcl-2!: •

Les BH123 et certaines «!BH3!only!» entrainent la formation de pores au niveau de la membrane externe : elles favorisent la libération de cytochrome C et des pro-caspases.

•

Les protéines anti-apoptotiques de la famille Bcl-2 résident dans la membrane externe et vont préserver intégrité de la membrane externe donc inhiber la formation de pores.

•

Rôle essentiel de BH3! «!only!»!: P a g e 9 | 11

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o forment les hétérodimères avec les protéines anti-apoptotiques ce qui inhibe l’effet des protéines anti-apoptotiques (elles ne peuvent plus préserver la mb externe). o rôle fondamental dans l’initiation •

Le stimulus initial de l’apoptose de la voie intrinsèque va activer ces protéines BH3 «!only!» pour inhiber l’effet des protéines antiapoptotiques.

2. Facteurs extra cellulaire!: les facteurs de survie La plupart des cellules doivent recevoir en permanence des signaux en provenance des autres cellules pour éviter l’apoptose o

Exemples de facteurs!: facteurs de croissance

o

En leur absence, les cellules peuvent déclencher la mort cellulaire par apoptose.

•

Le mécanisme moléculaire permettant de protéger les cellules est un système qui fait intervenir une protéine kinase type Akt!: o le facteur de survie comme le facteur de croissance va se lier à son récepteur au niveau de la MP o il va activer une cascade de signalisation qui active une protéine kinase Akt o Cette protéine kinase Akt va phosphoryler!: ✓ Différents éléments de la cascade pro-apoptotique -

Ex!: phosphorylation des protéines pro-apoptotiques de la famille Bcl-2 ! elles deviennent inactives une fois phosphorylée

✓ Des caspases -

Ex!: la caspase 9 qui lorsqu’elle est phosphorylée devient inactive

➔ Ensemble de ces éléments inhibent l’apoptose

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Conclusion •

Apoptose est mécanisme physiologique régulateur

•

Dysrégulation peut entrainer des pathologies!: o Inhibition!de l’apoptose : processus de cancérisation o Stimulation!de l’apoptose : phénomènes qui participent au développement!: ✓ maladies neurodégénératives (maladie d’Alzheimer, de Parkinson) ✓ ischémie cérébrale ou cardiaque ✓ SIDA

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