CARACTÉRISTIQUES ET FONCTIONS DU COMPLEXE C-KIT/KIT-LIGAND (SCF)

CARACTÉRISTIQUES ET FONCTIONS DU COMPLEXE C-KIT/KIT-LIGAND (SCF)

Caractéristiques et fonctions du complexe c-kit/kit-ligand

A Mise en évidence de l’action du SCF (= MGF) sur les cellules souches hématopoïétiques

Des facteurs de croissance hématopoïétiques sont connus pour stimuler la moelle osseuse comme le facteur de croissance des granulocytes (G-CSF), le facteur de croissance des granulocytes-macrophages (GM-CSF), le facteur de croissance 1 (CSF-1), l’IL-3 et le multi-CSF (multi Colony-Stimulating Factor) et les cellules cibles prolifèrent rapidement.
Les cellules souches hématopoïétiques, pluripotentes assurent un repeuplement cellulaire à long terme, elles sont dites quiescentes car elles se renouvellent lentement. Aussi pour étudier ces cellules souches qui représentent moins de 0,1 % des cellules totales de la moelle, des enrichissements cellulaires in vivo et in vitro sont nécessaires. Zsebo et al. (1990) ont identifié un nouveau facteur de croissance des précurseurs primaires de l’hématopoïèse, après l’avoir isolé du milieu de culture des cellules de foie de Rat Buffalo (cellules BRL-3A). L’administration in vivo de 5-fluorouracile (5-FU, molécule cytotoxique) à des souris détruit rapidement les précurseurs hématopoïétiques à prolifération rapide mais épargne les cellules souches primaires les plus quiescentes. Deux jours après l’administration de 5-FU, les facteurs de croissance GM-CSF, G-CSF et IL-3 ne parviennent pas à stimuler la prolifération de leur population cellulaire cible. Au contraire, les cibles cellulaires du facteur SCF (= MGF) ne sont pas détruites par le traitement au 5-FU. De plus, la lignée mastocytaire murine MC-9 prolifère en présence du facteur issu du milieu de culture des cellules BRL-3A. En outre, il a 26 été vérifié que les cellules BRL-3A ne sécrètent ni IL-1, 2, 3, 5, 6 ni de GM-CSF ou de G-CSF (Zsebo et al., 1990).

Etude des différentes cibles cellulaires du complexe c-kit/SCF

Les caractéristiques du complexe c-kit/SCF ont été déduites des conséquences qu’ont les mutations sur les gènes respectifs du c-kit et du SCF : en effet, les souris déficientes en c-kit ou en SCF ont des caractéristiques phénotypiques très similaires c’est-à-dire une altération de l’hématopoïèse, de la gamétogenèse et de la mélanogénèse.

Dans le système hématopoïétique

Les mutations de c-kit affectent les lignées érythrocytaire et mastocytaire ainsi que leurs cellules souches.
• Dans la survie des cellules de l’érythropoïèse, le complexe c-kit/SCF joue un rôle essentiel qui est démontré par la survenue d’une anémie lors de mutations. Pour étudier les effets du SCF purifié sur les cellules de la moelle osseuse (MO), des expériences avec de la MO totale, de la MO dépourvue de cellules myéloïdes et de cellules lymphoïdes matures (MO de lignée négative) et de la MO de souris traitée au 5-FU ont été réalisées. Le SCF seul est capable de stimuler la formation de colonies granulocytaires, monocytaires et mégacaryocytaires issues de MO totale. En revanche le SCF seul a peu d’effet sur la MO négative et il agit en synergie avec l’IL-6. Ceci montre que le SCF n’agit pas directement sur les cellules cibles. L’augmentation du nombre de colonies et de leur taille est due à la combinaison de l’action du SCF et d’autres facteurs de croissance, le SCF semblant rendre les cellules cibles plus sensibles aux autres facteurs de croissance.
Le SCF stimule la formation de colonies de MO traitée au 5-FU et agit en synergie avec l’IL-6 et l’IL-1. En effet, seules les cellules capables de repeuplement à long terme (cibles du SCF) sont présentes dans la MO après traitement au 5-FU alors que les cellules à prolifération rapide sont absentes (celles-ci sont les cibles des facteurs de stimulation de type CSF). Aussi, l’IL-6, l’IL-1 et l’IL-3 seules ne peuvent pas stimuler la formation de colonies après traitement de la MO. Le SCF a donc une action ciblée sur les jeunes précurseurs hématopoïétiques (Zsebo et al., 1990).
En effet, le SCF agit à différents niveaux de la hiérarchie de l’hématopoïèse pour promouvoir la survie, la croissance, la prolifération de plusieurs lignées cellulaires. La sensibilité accrue aux radiations des souris mutées sur c-kit montre un rôle du complexe c-kit/SCF dans la dynamique des cellules souches (Huang et al, 1990). En se fixant au c-kit, le SCF agit comme un facteur de survie pour les cellules primitives de l’hématopoïèse mais il ne sert pas à leur propre renouvellement, de plus il ne contribue pas à la survie des cellules différenciées car ces cellules matures fonctionnelles (ex. granulocytes, macrophages) n’expriment pas la protéine c-kit. Le SCF agit en synergie avec l’érythropoïétine (EPO) pour induire la formation de colonies érythroides. Le SCF agit aussi avec le GM-CSF pour induire le développement des neutrophiles. Le complexe SCF/c-kit agit sur les mégacaryocytes en augmentant leur prolifération, cependant en combinant son action avec celle d’autres facteurs de croissance hématopoïétiques comme l’IL-3, l’EPO et le GM-CSF, une forte augmentation du nombre et de la taille des colonies myéloïdes est observée (Avraham et al., 1992). Le SCF stimule la croissance des blastes immatures et agit en association avec l’IL-3, l’IL-1 et l’IL-6 pour activer la survie et la prolifération de cellules hautement prolifératives (McCulloch and Minden, 1993 ; Galli et al., 1994 ; Ashman, 1999).
Le SCF apparaît alors comme un facteur primaire de survie et/ ou de prolifération pour les lignées érythroide, myéloïde et lymphoïde plus qu’un facteur de différentiation ou de maturation.
• Un rôle essentiel du complexe c-kit/SCF dans la prolifération, la différentiation et/ ou la survie des mastocytes a aussi été mis en évidence. En effet, les animaux mutants sont déficitaires en mastocytes. In vitro, les BMMC (Bone Marrow Mast Cells) nécessitent de l’IL-3 et les CTMC (Connective Tissue Mast Cells) isolés de la cavité péritonéale nécessitent l’IL-3 et l’IL-4 pour leur prolifération. Les BMMC et les CTMC peuvent être maintenues en co-culture avec les fibroblastes (lignée 3T3) en absence d’IL-3. Ceci montre donc que le complexe a une fonction dans la survie et la prolifération des mastocytes matures indépendamment de l’IL-3 et l’IL-4 et que le ligand du récepteur c-kit est produit par les fibroblastes (Huang et al., 1990). Le SCF agit seul pour induire le développement des mastocytes à partir des cellules hématopoïétiques immatures dans le sang, la moelle osseuse ou encore le foie fétal. Cependant il agit en synergie avec l’IL-6 pour promouvoir la croissance des mastocytes et avec d’autres facteurs de croissance comme l’IL-3 pour promouvoir la prolifération des mastocytes immatures et l’IL-4 pour aider à la maturation des mastocytes. Le SCF permet ainsi la différentiation et la maturation des mastocytes mais les caractéristiques phénotypiques de ces cellules sont régulées par une interaction complexe entre le SCF et les autres cytokines (McCulloch and Minden, 1993 ; Galli et al., 1994).
Meininger et al. (1992) ont montré que le SCF agit aussi directement sur le fonctionnement des mastocytes en tant que facteur de chimiotactisme. L’interaction SCF/c-kit est indispensable à la migration des cellules embryonnaires. En effet, l’adhésion et la migration sont importantes pour déterminer la localisation cellulaire dans le tissu adapté et cela facilite l’action juxtacrine des facteurs de croissance. Comme pour les mastocytes, le SCF est un agent chimiotactique pour les différentes lignées cellulaires souches. Premièrement, la forme membranaire du SCF fixée à la cellule hématopoïétique génère l’adhésion des cellules et secondairement, un signal venant du complexe c-kit semble augmenter l’attraction des mastocytes et des cellules souches aux fibroblastes. Bien que le mécanisme ne soit pas encore compris, le SCF est un réel agent de mobilisation des cellules hématopoïétiques allant de la moelle osseuse vers le sang périphérique (Ashman, 1999). Cette mobilisation est accompagnée d’une régulation du c-kit.

Dans la gamétogenèse

Les mutations affectent la prolifération et la survie des cellules germinales primordiales et leur migration de la splanchnopleure de l’œuf (embryon) vers les crêtes génitales durant le développement précoce. Il influence la survie et la prolifération des cellules germinales primitives (McCulloch and Minden, 1993).

Dans la mélanogénèse

Le complexe agit probablement sur la prolifération et la migration des mélanoblastes de la crête neurale jusqu’à la périphérie lors du développement précoce aussi bien que pour les mélanocytes matures. Le SCF agit en tant que facteur de survie et de prolifération pour les mélanocytes. Il agit aussi en stimulant la production de mélanine par les mélanocytes (McCulloch and Minden, 1993).
.III Principales localisations (normales ou tumorales) du c-kit
Il est important de préciser que la protéine c-kit est retrouvée chez toutes les espèces animales dans lesquelles elle a été recherchée : souris, rat, porc, chien, chat et aussi chez l’homme.
Le modèle d’expression du c-kit et de son ligand pendant le développement embryonnaire supporte l’hypothèse que ces gènes sont impliqués dans la régulation de la migration et de la distribution spatiale des cellules des lignées hématopoïétique, pigmentaire et germinale aussi bien que dans la prolifération, la différentiation et la maturation de ces cellules à leur site définitif de développement embryonnaire.

Expression du c-kit en fonction du stade physiologique

La protéine c-kit est exprimée dans certaines structures uniquement pendant leur développement comme le placenta, le septum du cœur, les reins, le tube neural, le foie, les poumons. Le c-kit et son ligand sont aussi exprimés dans le cerveau en cours de développement ainsi qu’à l’état adulte et son expression est la plus élevée dans le cervelet.
En ce qui concerne les cellules germinales, leur survie est dépendante de la forme liée du SCF. Pendant le développement embryonnaire des gonades, un gradient d’expression du SCF est mis en évidence le long de la crête germinale où il agit comme un facteur chimiotactique pour conduire les cellules germinales à leur site final de développement : les gonades. Lors de la gamétogenèse post-natale, l’expression du c-kit a été détectée dans les oocytes matures et immatures et dans les spermatogonies A et B aussi bien que dans le tissu interstitiel. Le SCF est aussi présent dans les cellules de la granulosa.
Au niveau de la peau, il existe aussi un gradient du SCF de la crête neurale à l’épiderme qui permet la migration des mélanoblastes et qui joue donc un rôle dans le développement de la pigmentation. Pendant l’embryogenèse, l’expression du c-kit dans la peau semble confinée aux mélanoblastes et aux mastocytes et elle persiste dans les mélanocytes pendant leur prolifération et leur différentiation. Certains kératinocytes semblent aussi exprimer le SCF.
Au stade adulte, le récepteur c-kit est exprimé normalement uniquement par les mastocytes donc on le retrouve dans les tissus sains où il y a des mastocytes (derme, tractus respiratoire, gastro-intestinal et urinaire), les mélanocytes ainsi que par les cellules épithéliales glandulaires mammaires, les cellules de la glande parotide, des glandes oesophagiennes et des glandes sudoripares.
En conclusion, l’analyse de la distribution du c-kit dans les cellules hématopoïétiques indique que le niveau du c-kit est plus élevé pendant les stages précoces du développement et diminue progressivement en parallèle à la maturation des différentes lignées hématopoïétiques.
Les mastocytes représentent une exception, les mastocytes matures expriment le c-kit et répondent au SCF (Galli et al., 1994).

Expression du c-kit en fonction du statut immunologique cellulaire

Les mastocytes sont issus de la multiplication d’une cellule souche hématopoïétique (cellule CD34+). Le c-kit est exprimé par environ 70% des cellules CD34 + de la moelle osseuse incluant les cellules souches et les cellules de la lignée hématopoïétique, chez l’homme.
Les mégacaryocytes sont aussi c-kit+ mais il existe peu de cellules mononucléées de la MO qui co-expriment le c-kit avec les marqueurs lymphoïdes. En effet, le récepteur c-kit est exprimé par les cellules souches hématopoïétiques, les cellules myéloïdes immatures, les précurseurs myéloïdes et lymphoïdes et les lignées cellulaires germinales ainsi que par les mastocytes mais pas par les basophiles matures (Ashman, 1999 ; McCulloch and Minden, 1993).

Expression du SCF

Le SCF existe sous forme soluble (libre) et sous forme membranaire, et ceci est le résultat d’un épissage et d’un clivage protéolytique différentiels. Les formes soluble et membranaire du SCF sont en plus ou moins grande quantité en fonction des tissus et elles ont différents effets sur la survie et la prolifération des cellules de la lignée hématopoïétique. Des expériences en culture cellulaire ont permis de montrer que les cellules stromales hématopoïétiques et les fibroblastes embryonnaires et ceux du tissu conjonctif produisent le SCF. La connaissance des types cellulaires produisant le SCF a permis d’évaluer les fonctions du c-kit dans le système digestif, le système nerveux, le placenta et dans certaines structures crânio-faciales (Huang et al., 1990).

Expression du c-kit en fonction du type tumoral

On retrouve aussi la protéine c-kit dans des tissus tumoraux à des concentrations augmentées (ou diminuées) par rapport au seuil normal et surtout dans des formes mutées. Sa présence conduit à suspecter un rôle étiologique dans les phénomènes néoplasiques. La protéine c-kit est retrouvée lors de leucémies myéloïdes, lymphoblastiques aiguës, myéloblastiques aiguës, et aussi lors de mastocytoses et mastocytomes. Elle est présente aussi lors de mélanomes, de tumeurs des gonades comme les adénomes tubulaires des ovaires, les tumeurs de la granulosa, les séminomes, lors de tumeurs cérébrales (glioblastomes, astrocytomes, neuroblastes), lors de tumeurs pulmonaires (carcinome des petites cellules pulmonaires (56 %), carcinome des grandes cellules pulmonaires (75 %), carcinome des cellules squameuses (30 %) et adénocarcinome (11%)), lors de tumeurs mammaires (adénocarcinomes) et de tumeurs gastro-intestinales (Galli et al.,1994).
Il apparaît important d’étudier la forme d’expression du récepteur c-kit et de son ligand dans différents types tumoraux afin d’établir si possible des corrélations entre le taux de c-kit et le degré tumoral (grading) ou entre une mutation donnée du c-kit et le type tumoral. Cela sera traité dans la troisième partie de cette étude, mais auparavant il est nécessaire de connaître la structure du récepteur et de son ligand afin de comprendre leur mode d’action.

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