l'apoptose

L'apoptose

1. généralités

1. définitions

• mort cellulaire programmée (MCP)

• apoptose

• mort indépendante des caspases

• nécrose

• mort par catastrophe mitotique

• mort par autophagie

1. apoptose et nécrose

Apoptose	Nécrose
Intervient dans des cellules isolées activité endonucléasique observée les organelles restent en général intact condensation nucléaire et cytoplasmique condensation de la chromatine fragmentation du noyau bourgeonnement de la membrane plasmique formation de corps apoptotique sans altération des organites, sans rupture de la membrane plasmique. pas de réactions inflammatoires processus actifs	Concerne les groupes de cellules voisines pas d'activité endonucléasique observée dilatation de certains organites et compartiments dilatation cytoplasmique gonflement de la cellule lyse de la membrane plasmique, de la membrane nucléaire et des organiques noyau piknotique réactions inflammatoires événement passif, accidentel quand la cellule a un problème, mort non contrôlée.

1. caractéristiques biochimiques et génétiques de l'apoptose

• clivage double brin par des endonucléases de l'ADN nucléaire dans les zones internucléosomiques en fragments multiples de 180 à 200 paires de bases.

• Translocation de la phosphatidylsérine de la face interne à la face externe de la membrane plasmique.

• Dans certains cas, nécessité d'une synthèse protéique.

• Programmes génétiques conservés au cours de l'évolution.

• Processus résultant de l'activation des caspases par lequel la cellule participe activement à sa destruction (suicide cellulaire). L'apoptose les résultats de l'activation de nombreuses caspases.

1. Description cytoplasmique de l'apoptose

L'apoptose a été décrite grâce à des observations en microscopie électronique à transmission. Elle se déroule en deux phases :

• formation des corps apoptotiques:

la cellule se détache de sa voisine

la chromatine se condense et se colle à l'enveloppe nucléaire.

Le noyau et le cytoplasme se condense

les organites s'agglomèrent

le noyau se fragmente, l'ADN se fragmente.

• phagocytose de ces corps.

Ceci est abouti à la formation de protubérances à la surface des cellules qui est lorsqu'elle se détache donne les corps apoptotiques. Ces corps sont donc de composition très différentes. Les modifications de la chromatine sont le résultat d'une fragmentation internucléosomiques réalisé par une DNAse.

1. apoptose rôle physiologique/généralités

L'apoptose est impliquée dans le développement embryonnaire et post natal, le développement du système nerveux (50 % des neurones meurent par apoptose), dans le développement du système immunitaire et, dans la réponse immunitaire et le renouvellement cellulaire.

• Morphogenèse : sculpture des organes, élimination des structures inutiles.

• Ajustement du nombre de cellules et éliminations des cellules mal localisées.

• Homéostasie tissulaire: contrôle de la réponse immunitaire. Il y a un équilibre entre les cellules en divisions et mort cellulaire.

• Élimination des cellules indésirables (infectés, potentiellement cancéreuses, lymphocytes dirigés contre soi).

1. conséquences pathologiques de l'apoptose

• apoptose insuffisante : infection virale, cancer, maladies auto-immunes

• apoptose excessive : sida, maladie neurodégénératrices (mort des neurones), ischémie (manque d'oxygène dans la cellule), mort cellulaire et infarctus.

1. développement

1. les caspases

La découverte des gènes de la mort cellulaire, cell death gènes : génération de mutation par mutagenèse chimique des larves et recherche des mutations aboutissant à une mort cellulaire anormale. Celle-ci a permis la caractérisation du gène de la mort cellulaire.

Les caspases sont des enzymes qui digèrent d'autres enzymes.

• Les caspases sont nécessaires et suffisantes pour induire un l'apoptose.

En 1993, le rôle des caspases a été mis en évidence par la découverte de l'homologie entre Ced3 et l'enzyme ILE (interleukine 1b processing enzyme), aurait nommé de depuis caspase1 et par la démonstration que la surexpression de la caspase1 dans les cellules de mammifère est suffisante pour induire l'apoptose.

• Les caspases sont conservés au cours de l'évolution animale.

• Les caspases sont des protéases : elles sont synthétisées sous forme de zymogène (procaspase) dont l'activité est nulle pour certains de mais il y a des variations selon les caspases. La famille des caspases est celle des cystényl endoprotèase clivant après un aspartate. À quelques exceptions près, ce sont les seules protèases de mammifères à posséder cette spécificité de coupures. Elle possède une triade catalytique formée entre autres par une cystéine. Il y a des caspases effectrice, initiatrice et impliquée dans l'inflammation.

• Les caspases peuvent être classé en deux familles en s'appuyant sur des critères fonctionnels et de structures. Les caspases subissent des modifications post traductionnelle activatrices de type clivage protéolytique lorsque les voies apoptotiques sont activées.

Signaux inducteur de l'apoptose → caspases induite → caspases effectrices → apoptose

1. les voies d'activation des caspases effectrices et la régulation de ces voiesle

1. voix extrinsèques d'activation des caspases

Elle met en jeu des récepteurs extracellulaires sur la membrane plasmique et part vers l'activation des caspases pour induire l'apoptose.

• Super famille TNF et TNFR :

TNF pour Tumor Necrosis Factor et R pour récepteurs.

La structure des différents récepteurs est homologue.

• exemple de rôle dans le système immunitaire : l'apoptose induite par les lymphocytes cytotoxiques

Il y a reconnaissance de la cellule cible infecter par le lymphocyte T. et par la présence sur le lymphocyte du FasL. Ceci déclenche l'activation des caspases et donc l'entrée en apoptose. Les lymphocytes T. emmènent le ligand FasL qu'il se fixe aux récepteurs Fas de la cellule infectée et déclenche le processus d'apoptose.

Le lymphocyte peut se détruire en faisant sortir son ligand par une métalloprotèase afin que son ligand ce fixe à un récepteur Fas sur le lymphocyte → autodestruction du lymphocyte par apoptose.

• le DISC : Death Inducing Signaling Complex

C'est un système de signalisation qui se déclenche quand le ligand se fixe sur le récepteur → les réactions en chaîne.

FADD = Fas associated death domain

FLIP = FLICE inhibitory protein

Des systèmes inhibiteurs peuvent se fixer pour réguler l'apoptose.

• le complexe I de TNFR1 :

TRADD = TNFR associated death domain

RIP = receptor interacting protein

TRAF = TNFR associated factor

• le complexe II de TNFR1

Le TNF a deux rôles, le contrôle survie/apoptose et l'apoptose par activation de la caspase 8.

1. voix intrinsèque d'activation des caspases

celle-ci se met en place en situation de stress, de radiation, de drogue, de toxines... l'apoptose est contrôlée par la mitochondries.

• Les protéines de la famille Bcl-2

membres anti apoptotiques

membres pro apoptotiques

BH3-only

• les protéines BH3-only, détecteur des stimuli apoptotiques. Ces protéines agissent sur Bcl2 pour lancer l'apoptose.

Régulation par Bad par phosphorylation et séquestration

Bad est séquestré dans le cytoplasme quand il est phosphorylé → inefficace dans une situation normale,quand la cellule est privée de facteurs de croissance, des enzymes (phosphatases) sont actives et desphosphorylent le Bad qui va sur la membrane de la mitochondrie où il se complexe avec une protéine (Bcl) du coup, Bax se dimérise avec un autre Bax, ce qui est active Bax.

Régulation de Bim, l'accumulation de Bim inactive Bcl2 et active Bax

Régulation de Bid par phosphorylation et clivage. Par fixation à Bax → favorise l'action de Bax.

• l'activation de Bax.

Bax est une protéine dans toutes les cellules vivantes actives ou non. Les protéines Bax couplées les unes aux autres forment un pore dans la paroi de la mitochondrie ce qui permet un relargage des substances de la mitochondrie tels que le cytochrome c, smac, omi, il y a plusieurs hypothèses.

• la libération des facteurs apoptogènes de la mitochondrie

-Hypothèse 1 : ouverture du pore de transition de la perméabilité. La protéine Bax favorise l'ouverture du pore pour laisser sortir les facteurs apoptogènes.
-Hypothèse 2 : formation d'un réel canal par les protéines Bax.
-Hypothèse 3 : libération cytochrome c au cours de la fission mitochondriale. Les mitochondries changent de forme, elles ne sont pas toujours aux rondes.

• l'apoptosome

Un fois le complexe formé, il permet la libération de Caspase 9.

Il est formé de la façon suivante : Suite à des signaux apoptotiques, les mitochondries de la cellule vont voir leur perméabilité membranaire modifiée aboutissant à un éclatement de l'organite et le relargage de cytochrome c dans le cytoplasme. C'est l'association qui suivra du cytochrome c et de APAF 1 qui sera à l'origine de la formation de l'apoptosome entrainant la mort programmée de la cellule.

1. Les voies de signalisation en aval des caspases

Le clivage des substrats des caspases déclenche d'autres voies de signalisation qu'ils sont responsables des caractéristiques morphologiques de l'apoptose :

• inactivation de nombreuses protéines kinase (Akt, Raf-1,...)

• clivage et activation de la kinase ROCK1 → bourgeonnement de la membrane plasmique

• ICAD est clivé par la caspase 3 → activation d'endonucléase CAD et dégradation internucléosomale de l'ADN

• clivage et activation de la gelsoline → des organisations du réseau de filaments d'actine entraînant le détachement de la cellule apoptotique

• clivages des lamines A, B1 et C → fragmentation du noyau.

1. les voies d'activation des capables et régulations

1. Les IAPs : ils inhibent l'apoptose en ciblant les caspases inhibitrices et effectrices. Inhibition compétitive (blocage de l'entrée du substrat) ou blocage de la dimérisation donc du changement de conformation.

1. Les points de contrôle des protéines Bcl2 et IAPs :

Le Bcl2 = contrôle précoce

Les IAPs = contrôle tardif

il y a interaction par l'intermédiaire des caspases.

1. Rôle de la protéine 53 dans l'apoptose

la protéine 53 est un suppresseur tumeur et un facteur de transcription.

1. Interaction entre des voies intrinsèques et extrinsèques

Cette action de la protéine 53 pourrait déclencher l'apoptose au entraîner une sensibilisation de la cellule dans un contexte riche en ligand pour les récepteurs de mort.

1. Rôle de la protéine 53 dans l'apoptose

• régulation transcriptionnelle de gènes de la famille Bcl2 : ses régulations peuvent initier l'apoptose

• régulation transcriptionnelle du gène de la machinerie apoptotique : ses régulations ne permettent probablement pas l'initiation de caspase6 l'apoptose, mais contribué à potentialiser la réponse apoptotique dans le contexte d'une libération de cytochrome c

• régulation transcriptionnelle des gènes qui inhibent les voies anti apoptotiques : L'importance de cette régulation dépend des types cellulaires

• les régulations transcriptionnelle de gène codant des IAPs :

des données récentes tendent à montrer qu'en réponse à certains signaux proapoptotique, p53 s'accumule au niveau de la mitochondrie. Cette accumulation provoque la libération du cytochrome c et l'activation des caspases.

1. comment s'effectue le choix de la réponse apoptose ou autre ?

• dépend du type cellulaire considéré

• du signal proapoptotique ou de son intensité

• de l'état d'activation d'autres voies ayant un impact sur les voies apoptotiques (importance du microenvironnement).

1. Les régulations de l'apoptose dépendante de la protéine 53

• un modèle postule que c'est l'amplitude et/où la durée de la « réponse protéines 53 » qui sera déterminante dans la destinée de la cellule, c'est-à-dire, la quantité de forme active de protéine 53 et la durée de vie de cette forme.

• Un autre modèle stipule que les modifications post transcriptionnelles de la protéine 53 peuvent modifier l'activité transcriptionnelle du facteur.

1. schémas bilan

Voir cour

1. Pathologies

L'apoptose participe au développement et à l'homéostasie. Une dérégulation de ce processus de mort peut conduire au développement de pathologie. L'inactivation de l'apoptose peut contribuer à la cancérisation. L'activation anormale de l'apoptose peut conduire à des maladies telles que la maladie d'Alzheimer, la maladie de Parkinson, le sida, ALS, chocs septiques...

Dans la voie intrinsèque, le Bcl2 est une cible particulière des traitements des cancers.

1. techniques d'analyse

• Essais Tunel colorimétrie (TdT-mediated d'UTP nick end labeling)

• Essais Tunel fluorescent

• anticorps spécifiques dirigés contre les caspases activées

• qualification de l'activité de la caspase dans les lysats cellulaires

• mesure de la fragmentation d'ADN sur gel d'électrophorèse