BRASSIER Julia BMCP Dr M. Gastaldi 26 pages Apoptose ou mort

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BRASSIER Julia BMCP Dr M. Gastaldi 26 pages Apoptose ou mort
BMCP – Apoptose ou mort cellulaire programmée
24/02/2015
GEOFFROY Mathilde L2
CR : BRASSIER Julia
BMCP
Dr M. Gastaldi
26 pages
Apoptose ou mort cellulaire programmée
Plan :
A. Introduction – définition
B. Description morphologique et biochimique – mise en évidence – modèles animaux
C. Mécanismes moléculaires
I. Gènes de l'apoptose : de C. elegans aux mammifères
II. Les caspases
III. Ced-4 et ses homologues
IV. La famille Bcl-2
V. Mitochondrie et cytochrome C
VI.Nucléases
VII.
Les récepteurs de mort cellulaire
VIII.
Régulation de l'apoptose
D. Exemples d'apoptose
E. Conclusion : apoptose et pathologies
[email protected]
En ce qui concerne l'ED2 :
Prérequis disponible sur l'ENT pour les Eds. Il est à connaître et peut faire l'objet de questions à la fin de l'Ed,
c'est le document de base.
Pour l'ED3 :
prérequis + 6 articles scientifiques disponibles sur l'ENT à connaître (la prof a dit : lu et compris pour les
articles) pour l'ED3 : les questions pourront porter sur les prérequis, et aussi porter sur l'un des articles.
Le plan du cours et certains schémas seront disponibles sur l'ENT (seuls ceux mis sur le site de l'ENT sont à
apprendre).
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BMCP – Apoptose ou mort cellulaire programmée
A. Introduction – définition
L'apoptose est un des mécanismes au cours duquel les cellules meurent. Elle peut être physiologique ou
pathologique.
La particularité de l'apoptose est qu'elle est contrôlée génétiquement : on parle de programme génétiquement
contrôlé.
Historique :
En 1842 : la mort cellulaire est considérée comme un processus normal au cours du développement. C'est
d'ailleurs au cours du développement des vertébrés que les premières morts cellulaires ont été mises en
évidence par le professeur Vogt.
En 1951 : la première description morphologique de l'apoptose est réalisée par Gluckmann.
En 1964 : on parle de mort cellulaire programmée, au départ chez les invertébrés, défini comme un processus
prévisible dans les tissus donnés, à un stade précis du développement.
En 1969 : il y eu un parallèle morphologique chez les vertébrés et l'hypothèse d'un processus commun
d'apoptose chez les vertébrés et les invertébrés.
En 1972 : on donne à la mort cellulaire programmée la terminologie d'apoptose chez les vertébrés. Le terme
apoptose est en lien avec la chute des feuilles...
En 1974 : on commence à parler d'activation d'enzymes et dégradation de l'ADN.
Pourtant, les endonucléases ne seront identifiées que 23 ans plus tard.
En 1982 : est décrit le premier programme génétique spécifique chez le ver C. elegans
On s'aperçoit que la mort cellulaire est un processus régulé.
En 1988 : on commence à identifier chez les vertébrés des protéines anti-apoptotiques, comme Bcl-2 chez les
mammifères.
Depuis, on a découvert que l'altération de l'apoptose était présente dans de nombreuses pathologies.
Importance physiologique - rôle de l'apoptose :
La vie ne peut exister sans mort cellulaire. L'apoptose est donc un processus normal et pas seulement pendant le
développement.
Plusieurs exemples :
• Elle se produit au cours du développement des organismes pluricellulaires.
• Elle maintient l'homéostasie tissulaire (surtout chez l'adulte): en effet, au cours du renouvellement tissulaire,
le nombre de cellules néoformées doit être comparable, du même ordre de grandeur au nombre de cellules qui
meurent.
• Elle assure également une défense contre les agents pathogènes.
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Apoptose et développement : quelques exemples :
● Modelage/formation d'organes :
L'apoptose intervient dans la formation des doigts par la disparition des espaces interdigitaux (A)
Elle intervient aussi dans la mise en place d'une cavité au sein d'un organe initialement plein (cavité préamniotique en B).
exemple d'anomalie d'apoptose lors de la formation d'organes : lors de la formation des espaces interdigitaux
● Élimination de structures :
Ces structures qui disparaissent sont appelées des structures vestiges : elles étaient nécessaire à une espèce
ancestrale mais qui font toujours partie du programme de développement.
–
–
À un stade donné du développement (ex : queue du têtard (C)).
dans un sexe donné (ex : canal de Müller éliminé chez les mâles (à gauche), canal de Wolf éliminé chez
les femelles (à droite) (D)).
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● Ajustement du nombre de cellules : par exemple au niveau du système nerveux : 50% des cellules sont
éliminées au cours du développement. Les cellules qui « restent » sont celles qui ont établis des connexion avec
les cellules nerveuses (neurones, oligodendrocytes). (E)
● Contrôle de la qualité des cellules :
– élimination des cellules anormales, non fonctionnelles, mal localisées ou dangereuses pour l'organisme
(95% des cellules du système immunitaires peuvent être décrites de cette façon). (F)
– élimination des cellules endommagées ne pouvant pas être réparées. (G)
L'apoptose se produit aussi dans les tissus adultes :
Elle intervient dans le maintien de l'homéostasie : elle assure l'équilibre entre prolifération et mort cellulaire.
→ Le corps humain détruit environ 60 milliards de cellules/jour par apoptose en réponse à des stimuli
physiologiques, pathogènes ou cytotoxiques. C'est autant de cellules qui devront être renouvelées.
B. Description morphologique et biochimique – mise en évidence – modèles animaux
I. Caractéristiques morphologique et biochimique
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Parallélisme entre nécrose et apoptose : ce sont 2 processus de mort cellulaire totalement différents :
NECROSE
APOPTOSE
- Mort accidentelle en réponse a une agression
- Mort programmée déclenchée par la cellule elle
même
MORPHOLOGIE :
- les organites intracellulaires sont touchés en
premier
- le noyau longtemps intact
MORPHOLOGIE :
- les organites sont longtemps intacts
- l'ADN est détruite au hasard
- lyse cellulaire
- le noyau est atteint en premier : condensation de la
chromatine et fragmentation de l'ADN
- l'ADN se fragmente régulièrement entre chaque
nucléosome
- bourgeonnement de corps apoptotiques
La plus grande différence morphologique entre apoptose et nécrose est que pour la nécrose, les organites sont
touchés en premier, alors que pour l'apoptose, c'est le noyau qui est touché en premier.
A titre indicatif, un troisième processus de mort cellulaire existe : l'autophagie : c'est la dégradation des
constituants cellulaires par les lysosomes avec vacuolisation du cytoplasme. On constate comme pour la
nécrose une atteinte d'abord cytoplasmique.
Caractéristique biochimique : la biochimie de l'apoptose :
– c'est un processus actif : l'apoptose est énergie dépendante.
– il y a intervention de nombreuses enzymes : l'apoptose nécessite donc une importante synthèse
protéique.
– Il y a modification de la perméabilité des mitochondries, qui permet une libération de facteurs dans le
cytosol.
– il y a activation de cascades enzymatiques spécifiques, faisant intervenir des caspases.
– des résidus phosphatidylsérine (PS) sont transloqués du milieu intracellulaire vers le milieu
extracellulaire, par phénomène de flip-flop. Ceci permet de mettre en évidence l'apoptose.
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–
–
l'ADN se fragmente de manière régulière, entre chaque nucléosome, soit toutes les 180 bp.
pas de réaction inflammatoire
De fait de la fragmentation régulière de l'ADN lors de l'apoptose : si on fait migrer de l'ADN extrait de cellules
sur un gel d'agarose, on pourra discerner les cellules en apoptose et les cellules non-apoptotiques :
→ plus l'ADN est fragmenté, plus il migre (à droite du schéma par exemple).
Les cellules apoptotiques ont un ADN fragmenté. Et cela donnera un aspect « en échelle » sur le gel d'agarose :
l'échelle d'ADN (ou DNA Laddering), qui se manifeste par des fragments réguliers et multiples de 180 bp.
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II. Mise en évidence de l'apoptose
On peut mettre en évidence l'apoptose de 4 manières :
1. Essai TUNEL (Terminal deoxynucleotidyl transferase-dUTPNickEndLabeling)
Cette expérience permet de mettre en évidence la fragmentation de l'ADN.
TUNEL est le nom de l'enzyme, abrégée par TdT (terminal transférase), qui rajoute aux extrémités terminales
3'OH du dUTP.
Dans un tube à essai, on met :
– l'ADN de la cellule,
– la TdT,
– des nucléotides marquées/fluorescentes (le plus souvent le marqueur est la biotine, on dit que les
nucléotides sont biotinylés).
L'enzyme rajoute aux extrémités OH libre de chaque coupure du dUTP marqué.
On pourra détecter ce marquage (via une réaction enzymatique colorée) et donc visualiser les noyaux
apoptotiques :
– si il y a coupure, il y aura incorporation du dUTP.
– s'il n'y a pas de coupure, il ne pourra pas y avoir d'incorporation du dUTP dans l'ADN.
L'essai TUNEL est donc une méthode qui permet de quantifier le nombre de cellules apoptotiques dans un
échantillon (en pourcentage). Ex : 30% de cellules apoptotiques.
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2. Iodure de propidium (IP) et cytométrie de flux :
Le cytomètre de flux est un appareil qui permet de trier les cellules, soit en fonction de leur taille, soit en
fonction de l'existence ou non d'un marqueur.
On utilise un marqueur qui s'intercale au niveau des coupures de l'ADN : ce fluorochrome est en général de
l'iodure de propidium (IP), qui donne une coloration rouge.
principe : on perméabilise des cellules, et on ajoute de l'IP, puis on analyse en cytométrie de flux.
- Si la cellule n'est pas en apoptose : on a que la partie droite de la figure, c'est à dire des cellules comportant 2n
ou 4n d'ADN.
→ la plupart des cellules sont en phase G1 (l'étape la plus longue du cycle cellulaire) ou sont diploïdes : elles
ont 2n d'ADN. On observe aussi une petite quantité de cellules en phase G2/M (synthèse d'ADN et duplication
du contenu en ADN) : ces cellules possèdent 4n d'ADN.
- Si les cellules sont en apoptose : leur ADN sera de plus petite taille, inférieure a 2n : c'est ce qui correspond à
la partie gauche du schéma.
En fonction du temps, on remarque l'apparition de cellules apoptotiques dans la colonie cellulaire : en effet le
pic a droite augmente avec le temps.
Ainsi, cette technique se base également sur la fragmentation de l'ADN au cours de l'apoptose.
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3. Annexine V
L'annexine V est un marqueur utilisé au niveau de la surface externe de la cellule, elle a une forte affinité pour
la phosphatidylsérine (PS).
Rappel : la PS est un phospholipide qui est situé sur la face cytosolique de la membrane plasmique, en temps
« normal » (= hors apoptose).
But de cette technique : mettre en évidence la phosphatidylsérine (PS) sur la face externe des cellules.
En effet, une des caractéristiques biochimiques de l'apoptose est la translocation par flip-flop de la PS sur le
versant extracellulaire de la membrane plasmique.
L'annexine V est couplée à un fluorochrome : le FITC, qui donne un marquage vert
L'annexine V est une protéine Ca++ dépendante, à haute affinité pour la PS.
Ainsi, une cellule qui n'est pas apoptotique n'aura pas de PS sur le versant extracellulaire de sa membrane
plasmique : il n'y aura pas de fixation de l'annexine V et donc pas de marquage vert.
En revanche, une cellule apoptotique aura transloqué sa PS à l'extérieur de la cellule. L'annexine V se fixera
dessus et les cellules seront marquées.
On peut éventuellement utilisé l'iodure de propidium.
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4. Caspases
Les caspases sont des enzymes activées au cours de l'apoptose.
On peut soit mesurer leur activité, soit détecter les caspases activées (plus fréquent).
Dans ce dernier cas, on utilise un inhibiteur des caspases : le FLICA qui se lie de façon covalente et
irréversible uniquement aux caspases activées, sur leurs résidus cystéines et ainsi inhiber leur activité
enzymatique. Le FLICA non lié est éliminé par lavage.
Le signal fluorescent vert sera proportionnel au nombre de caspases activées présentes.
Le nuage de points représentent les différents états des cellules dans l'échantillon :
– L pour les cellules vivantes (en bas a gauche)
– A pour cellules apoptotiques (en bas a droite)
– D pour les cellules mortes qui ne sont pas en apoptose (en haut)
III. Modèle animaux
Le C. elegans (nématode/ver) : c'est le premier organisme sur lequel a été étudié l'apoptose. Les études ont porté
sur :
– la régulation de l'apoptose
– le lignage des cellules
La drosophile : les études ont porté sur :
– la régulation apoptose
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La souris, qui est un organisme à durée de vie longue : les études ont porté sur :
– les protéines pro- et anti-apoptotiques
Le xenopus laevis : les études ont porté sur :
– des analyses biochimiques
– les phénomènes de signalisation
C. Mécanismes moléculaires
L'apoptose comporte 3 phases :
– phase d'induction : la cellule reçoit des signaux inducteurs de l'apoptose. Ils sont très variables :
stimulus toxique, signalisation extracellulaire via récepteurs, ADN lésé, carence en facteurs de
croissance …
Cette phase d'induction est réversible.
– phase effectrice : les signaux, une fois reçus par la cellule, vont être intégrés. Il s'ensuit une activation
des caspases, ainsi que des phénomènes intracellulaires.
Cette phase est réversible au départ, jusqu'à l'atteinte d'un point de non retour où elle devient
irréversible. On dit qu'elle est régulable.
– phase de destruction : elle est irréversible.
I. Gènes de l'apoptose : de C. elegans aux mammifères
Les gènes de l'apoptose ont été découverts chez le nématode C. elegans, puis on s'est aperçu que des gènes
homologues étaient présents chez les mammifères.
Les gènes de mise en place de l'apoptose (pro-apoptotiques) sont appelés des « gènes de mort » ou « cell death
genes » (ced). (Ils ont été découverts en 2002 par Bob Horvitz, John Sulston et Sydney Brenner, qui ont obtenu
un prix nobel).
Le nématode Caonorhabditis elegans est un animal qui présente de nombreux avantages :
– il est transparent
– il a une reproduction rapide
– il a un plan de développement prévisible et constant
– sa cinétique est déterminée
→ c'est donc un animal plutôt « facile » à étudier : on peut marquer et suivre chaque cellule individuellement.
Les auteurs ont montré qu'il existe un équilibre entre les gènes anti et les gènes pro-apoptotiques.
Par exemple : sur 1090 cellules de C. elegans, il y en a toujours 959 qui se développent et 131 qui rentrent en
apoptose (c'est le plan de développement constant et prévisible).
Parallèle des gènes/protéines homologues entre le nématode et le vertébré :
NÉMATODE
VERTÉBRÉS
pro-apoptotique
ced-3
ced-4
Caspase (protéases à cystéine)
Apaf-1
anti-apoptotique
ced-9
Ex : Bcl-2 (inhibiteur des caspases)
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L'apoptose est un processus régulé et séquentiel.
- Un facteur causal entraîne l'induction de l'apoptose : ce facteur permet d'activer une voie apoptotique et de
mettre en place un signal d'apoptose. La phase d'induction est réversible.
- S'en suit la phase d’initiation : elle est régulable. Il y a une modification de la perméabilité des mitochondries
et une activation des caspases 8 et 9.
- Puis, c'est la phase effectrice : elle est irréversible. Il y a activation d'autres caspases : les 3,6, et 7, ainsi que la
mise en place d'un flux de calcium. Cette phase marque le début morphologique de la dégradation des cellules
avec :
• l'activation des endonucléases qui fragmentent l'ADN
• la fragmentation du noyau
• le bourgeonnement cellulaire
Il existe 2 voies d'initiation de l'apoptose :
- La voie intrinsèque ou mitochondriale :
Elle est induite en réponse à un stimulus (signaux internes à la cellule) : lésion d'ADN, stress (lié a une
hypoxie, une privation d'un facteur de croissance par exemple), etc.
Elle est régulée par la mitochondrie : le stimulus provoque la perte d'intégrité membranaire de la mitochondrie
qui permet la libération de facteurs :
– le cytochrome C
– la protéine Diablo
– avec activation des caspases
Cette voie est caspase dépendante.
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- La voie extrinsèque ou non mitochondriale :
Elle est induite par la fixation de ligands sur des récepteurs membranaires (signaux externes): on parle de
signalisation par un récepteur. Ce récepteur est un récepteur de mort (ex : Fas), activé par un ligand (ex : FasL).
Cette voie est aussi caspase dépendante.
Il y a interaction entre les 2 voies.
Les acteurs moléculaires intervenant dans ces 2 voies :
– les récepteurs membranaires de « mort » et les protéines recrutées par les récepteurs (FADD).
– les protéines de la famille Bcl-2.
– les protéines cytosoliques :
• protéines Apaf-1 (apoptosome)
• Caspases
• Protéines régulatrices (IAP)
• Récepteur leurre (FLIP)
– les protéines mitochondriales :
• cytochrome C
• protéines régulatrices (Smac/Diablo)
• Protéines AIF
– la protéine p53
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II. Les caspases
Les caspases tirent leur nom de : Cystéine catalytic ASPartique targeting protéASE : ce sont des cystéineprotéases qui clivent les protéines après un acide aspartique.
Elles ont initialement été identifiées comme enzyme activant l'IL-1ß.
Elles sont toutes activées par protéolyse, c'est à dire par coupure de leur chaîne protéique, après un acide
aspartique.
Certaines peuvent s'auto-activer et activer d'autres caspases : il va donc y avoir des cascades d'amplification
d'activation dans les cellules.
Les substrats « apoptotiques » des caspases sont nombreux (supérieurs à 40).
On compte 14 caspases différentes chez l'homme :
elles sont toutes cytosoliques et existent toutes sous 2 formes :
– la forme immature/inactive : procaspase
– la forme active : caspase
On distingue 2 grandes familles de caspases :
• les caspases initiatrices (2,8,9 et 10):ce sont les seules à avoir la propriété d'auto-activation
• les caspases effectrices (3,6 et 7) :
– leur activation se fait par les caspases initiatrices
– c'est elles qui entraînent la protéolyse de substrats spécifiques.
Activation des caspases :
Les pro-caspases sont clivées au niveau de leurs extrémités N et C terminales : le pro-domaine N terminal est
perdu. Le domaine C terminal devient la « petite sous unité » et la protéine s'homodimérise ou s'hétérodimérise
pour devenir une caspase active.
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Les caspases actives peuvent activer à leur tout d'autres procaspases inactives, ce qui donne lieu à une cascade
d'activation. Cette cascade aboutira finalement au clivage d'une protéine nucléaire.
• Substrats des caspases :
Pour les caspases initiatrices : les substrats sont les procaspases.
Pour les caspases effectrices : les substrats sont des protéines cellulaires dont la dégradation est observée au
cours de l'apoptose :
– protéines structurales (actine, fodrine, gelsoline, kératines, lamines)
– protéines de signalisation : cf plus loin, nombreuses kinases
– protéines du métabolisme ARN/ADN
- polyADP ribose polymérase, DNA-dépendant
- Protein kinase, Histone H1 …
– protéines « facteurs nucléaires » et du cycle cellulaire
-pRb, cycil A2
(les noms des protéines ne sont pas à savoir)
Le clivage des substrats des caspases effectrices peut avoir des conséquences très variées selon la cellule
considérée et conduisent à l'apoptose.
III. Ced-4 et ses homologues Apaf1chez les vertébrés
Ced-4 est un gène de mort.
La protéine Apaf 1 (= apoptotic peptidase activating factor 1) est une des protéines activatrices des caspases.
C'est donc une protéine pro-apoptotique.
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IV. La famille Bcl-2
Cette famille regroupe à la fois :
– des protéines anti-apoptotiques/de survie : Bcl-2, Bcl-XL …
–
des protéines pro-apoptotique/de mort : Bax, Bad, Bid...
Ces protéines agissent sous la forme d'homo- ou d' hétéro-dimères. En fonction du dimère formé, il va y avoir
soit apoptose, soit survie.
Leurs rôles sont :
– de contrôler l'ouverture des pores de la membrane mitochondriale : contrôler la sortie ou non du
Cytochrome C.
– de former des protéines d'ancrage pour les régulateurs de l'apoptose (Bcl-XL, Bcl-2, Apaf1)
Les protéines de la famille Bcl-2 regroupent 3 sous-familles :
- la famille anti apoptotique Bcl-2 : les protéines de cette famille comportent
• des domaines BH1, 2, 3 et 4 qui sont des domaines transmembranaires,
• des domaines de régulation,
• des domaines pour la formation d'un canal
• des domaines d'ancrage à la membrane
• un large domaine de dimérisation
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- la famille pro-apoptotique Bax : il n'y a pas de domaine BH4, la protéine est plus courte. Elle comporte un
domaine de dimérisation
- la famille pro-apoptotique Bik : encore plus petite. Elle a aussi un domaine de dimérisation.
Relation entre les protéines de la famille Bcl-2, les mitochondries, les caspases :
C'est le rapport entre le nombre de dimères pro-apoptotiques et anti-apoptotiques qui permet de déclencher ou
non l'apoptose : ce rapport détermine la susceptibilité de la cellule à l'apoptose.
ex : Bcl-2 < Bax = apoptose : au niveau du mégapore de la mitochondrie : le cytochrome C sort dans le cytosol
et active les caspases (à droite sur le schéma)
Bcl-2 > Bax = survie : le mégapore reste fermé, et le cytochrome reste dans l'espace intermembranaire de
la mitochondrie (à gauche sur le schéma)
sur le schema :
Bcl-2 = losange
Bax = rond
V. Mitochondrie
cytochrome C
et
En l'absence d'apoptose,
Bcl-2 est libre sur la mitochondrie.
Il n'y a pas de libération de cytochrome C,qui reste
dans l'espace intermembranaire mitochondrial.
En condition apoptotique,
Bcl-2 est inhibé :
Il y a libération de cofacteurs, de
cytochrome C, et activation de procaspase 9
Une fois le cytochrome C libéré, il y a formation de l'apoptosome :
c'est un complexe pro-apoptotique. Il est formé en présence d'ATP et se compose de 7 fois 3 protéines :
– Apaf1
– cytochrome C
– procaspase (puis caspase) 9
→ au total : 21 protéines dont 7 cytochromes C, 7 Apaf-1, et 7 caspases 9 assemblées 3 par 3
Cet apoptosome va activer la procaspase 3 en caspase 3 (effectrice).
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La libération dans le cytosol du cytochrome C est secondaire à l’augmentation de la perméabilité de la
membrane mitochondriale.
Cette augmentation de perméabilité est liée au rapprochement des membranes externes et internes de la
mitochondrie par l'intermédiaire d'une structure composée de 2 intervenants :
– le VDAC (voltage dependant anion channel) : c'est une porine, canal ionique voltage dépendant. Elle est
située sur la membrane externe mitochondriale.
– l'ANT (adenin nucleotide translocator) : c'est une molécule impliquée dans l'exportation de l'ATP en
échange d'ADP. Elle est située sur la membrane interne mitochondriale.
2 hypothèses existent quant à l'augmentation de perméabilité de la mitochondrie :
• ouverture d'un pore transitoire de perméabilité par Bax : c'est lui qui permet la formation du pore avec
rupture partielle de la membrane externe qui entraîne la sortie du cytochrome C.
• interaction de Bax avec le canal ionique VDAC qui génère la formation du mégacanal.
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Intervention de p53 (facteur pro-apoptotique) :
Suite à un stimulus pro-apoptotique intrinsèque, la p53 se fixe sur le promoteur du gène Bax et augmente sa
transcription.
VI.Nucléases
Ce sont des enzymes présentent dans le noyau : on parle d'endonucléases. Elles sont responsables de la
fragmentation de l'ADN tous les 180 bp ; entre chaque nucléosome.
VII.
Les récepteurs de mort cellulaire ( voie extrinsèque)
Les récepteurs de mort sont des récepteurs pro-apoptotiques. Il en existe plusieurs types :
–
récepteur Fas :
protéine transmembranaire de 45kDa,
elle est ubiquitaire dans les tissus
son ligand FasL :
glycoprotéine de surface de 40kDa,
son expression est restreinte à 3 types cellulaires : LT activés, cellules NK, et macrophages
–
récepteur TNF-R1 : produit par les macrophages activés et les LT en réponse à une infection (c'est
donc un médiateur physiologique majeur de l'inflammation)
ce récepteur est impliqué dans l'apoptose, mais aussi dans les phénomènes prolifération et de
différenciation cellulaire.
son ligand : le TNF-α
–
récepteur TRAIL-R (Tumor necrosis factor Related Apoptosis Induction Ligand)
Après fixation du ligand et activation du récepteur de mort, il y formation du complexe DISC (death signaling
complex) : il est composé de plusieurs intervenants :
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–
–
–
le ligand : par exemple FasL
le récepteur dimérisé : par exemple Fas
le récepteur possède au niveau intracellulaire un domaine DD : domaine de mort ou death domain sur
lequel va se fixer une protéine adaptatrice FADD (Fast Associated Death Domain) .
Cette protéine possède un domaine DD homologue au récepteur et un domaine DED (death effector
domain).
Enfin, sur le complexe DISC, va venir se fixer une procaspase (par exemple la procaspase 8) : elle s'autoactive
puis active d'autres caspases et la cascade d'activation a lieu.
VIII.
Régulation de l'apoptose
Importance de la régulation de l'apoptose
L'apoptose est un des processus de la vie cellulaire (la
cellule peut également proliférer, se différencier, ou peut
rentrer en sénescence), elle doit donc être régulée.
2 voies principales conduisent donc à l'apoptose : une voie mitochondriale et une voie extra-mitochondriale.
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- Pour la voie extra-mitochondriale (récepteurs de mort) : d'un point de vue moléculaire, on constate que jusqu'à
la procaspase 8, il y a encore réversible (phase d'induction), puis dépassé le stade de la caspase 3, l'apoptose
devient irréversible (phase de dégradation). Entre ces 2 stades, l'apoptose est régulable (phase d'initiation).
Sur le schéma on remarque que ces voies interagissent entre elles via 2 intervenants :
– Bid : il permet une régulation de la voie mitochondriale par la voie non-mitochondriale.
– IAP : c'est l'inverse : il permet une régulation de la voie non-mitochondriale par la voie
mitochondriale.
Interrelation entre les 2 voies :
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Rôle de la p53 dans la régulation : c'est la gardienne de l'intégrité cellulaire
→ elle induit la transcription de gènes pro-apoptotiques (comme Bax)
→ elle réprime aussi la transcription de gènes anti-apoptotiques (comme Bcl2, Bcl-XL)
La p53 est une protéine pro-apoptotique.
Acteurs moléculaires de l'apoptose : (résumé)
Les récepteurs membranaires de « mort »
Les protéines de la famille Bcl-2
Les protéines cytosoliques
– protéine Apaf-1 (apoptosome)
– caspases
– protéines régulatrices
– récepteurs leurre (FLIP)
Les protéines mitochondriales :
– cytochrome C
– protéines régulatrices (Smac/Diablo)
– protéines AIF
La protéine p53
Les miRNAs :
Ils sont impliqués dans beaucoup de phénomènes, dont l'apoptose : on en trouve une trentaine impliqués dans
ce phénomène, surtout étudiés dans des lignées cancéreuses :
– certains sont anti-apoptotiques : ils protègent les cellules de l'apoptose
– certains sont pro-apoptotique : leur expression induit l'apoptose, souvent en relation avec p53
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BMCP – Apoptose ou mort cellulaire programmée
En fait, le caractère anti ou pro-apoptotique n'est pas très claire : un même miRNA peut être pro-apoptotique
dans une cellule, et anti-apoptotique dans une autre.
Ce caractère varie en fonction du type cellulaire et du panel de gènes exprimé par la cellule.
Apoptose et voie de signalisation : intégration de l'apoptose dans les voies de signalisation: tout est en
relation (pas a savoir) :
D. Exemples d'apoptose
Expérience de Rita Levi Montalcini (prix nobel médecine en 1985) : elle travaillait dans sa salle de bain
(important...) sur des ailes d'embryons de poulet.
– Sur une aile normale : les ganglions sensitifs qui innervent l'aile (14,15,16) sont plus grands en taille que
ceux qui innervent le thorax.
– Mais si on sectionne l'aile de poulet : les ganglions diminuent de taille.
– Et si on greffe une aile supplémentaire : les ganglions augmentent de taille.
Elle a ainsi mis en évidence la prolifération ou l'apoptose des cellules en fonction du développement
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BMCP – Apoptose ou mort cellulaire programmée
L'apoptose est nécessaire au cours du développement :
exemples :
– disparition de la queue du têtard
– formation des doigts du fœtus
– formation de la cavité utérine
– formation de connexion entre les neurones
L'apoptose est nécessaire pour détruire les cellules :
exemples :
– cellules infectées par les virus
– cellules du système immunitaire régulant certaines populations cellulaires
– cellules dont l'ADN est trop endommagée
– cellules cancéreuses
Chez l'homme adulte : l'apoptose est nécessaire :
– au renouvellement des épithéliums : l'épithélium intestinal, de l'endomètre, de l'épiderme ...
– à l'élimination des granulocytes matures dans le sang au bout de 1-2j.
– À l'élimination des lymphocytes en surnombre après réaction immunitaire.
Ainsi l'apoptose est un processus bénéfique : apoptose des neurones pendant le développement du cerveau :
au cours du développement, il y a 2 cellules nerveuses pour une « cible » d'où l'élimination physiologique par
apoptose des doublons afin qu'il ne reste qu'une cellule nerveuse par cible.
Mais l'apoptose peut aussi être un processus non bénéfique : cerveau du patient atteint de maladie de
Huntington (à gauche : cerveau malade).
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BMCP – Apoptose ou mort cellulaire programmée
E. Conclusion : apoptose et pathologies
Dérèglement du processus apoptotique :
SYSTÈME
EXEMPLE
APOPTOSE
suractivée
Maladies neurodégénératives
Alzheimer
SLA
Parkinson
+
+
+
Désordres immunitaires
Maladies auto-immunes
SIDA
Diabète
Thyroïdite
+
+
+
Ischémie
Reperfusion
Infarctus du myocarde
AVC
+
+
Néoplasie
Lymphomes
Astrocytomes
Hépatomes
Mélanomes
autres
Vieillissement
(physiologique)
Alopécie (perte des
cheveux)
Divers
inhibée
+
+
+
+
+
+
+
+
Exemples d'approches thérapeutiques anticancéreuses :
–
–
Bcl-2 surexprimé dans certains cancers (prostate, ovaire, col utérus, sein, pancréas …)
Dans certains cancers, il y a une résistance des cellules cancéreuses aux drogues cytotoxiques. Et cette
résistance est corrélée aux taux de Bcl-XL
–
Des études essayent de réduire l'expression de Bcl-2 en utilisant des oligonucléotides antisens.
Essais prometteurs chez la souris (mélanome)
Des études tentent d'inactiver à la fois Bcl-2 et Bcl-XL en créant des antisens bi-spécifiques.
–
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BMCP – Apoptose ou mort cellulaire programmée
Dédicace à Paul pour les photos (à nous la belle vie de D1 !) et à Solène pour l'enregistrement !
Dédicace a Nicol', mon allié du weekend, à Paupau, ma partenaire culinaire (pour le dire joliement), à
Doriane et Lisa, à Anne-Laure et Coline mes super cotutrices, et aussi à cette chère madame Rita Levi
Montalcini qui a disséqué des poulets dans sa douche ...
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