La voie de signalisation NF-κB

La première observation d’Incontinentia pigmenti (IP), une génodermatose liée au chromosome X, a été réalisée par le médecin britannique Garrod en 1906. Ce n’est qu’en 2000 qu’elle a été liée à la mutation du gène codant pour la protéine NEMO. Cette protéine est essentielle à l’activation de la voie de signalisation NF-κB, qui joue de nombreux rôles dans le corps humain, tels que dans l’immunité et la régulation de l’inflammation et de l’apoptose. IP ne touche que les femmes et engendre, en plus de l’atteinte cutanée, des problèmes dentaires, oculaires et cérébraux. Les fœtus mâles portant NEMO muté ne peuvent survivre et subissent un avortement spontané.

En dehors de certaines manifestations cliniques d’Incontinentia pigmenti qui peuvent aujourd’hui faire l’objet d’améliorations esthétiques ou de chirurgie, les problèmes liés aux défauts cérébraux d’IP sont difficilement soignables et peuvent être très handicapants. De plus, alors que les mécanismes moléculaires et cellulaires de cette pathologie commencent à être bien compris au niveau cutané, peu d’informations sont connues concernant les manifestations cérébrales. En effet, en dehors des études cliniques sur les cerveaux des patientes atteintes d’Incontinentia pigmenti, aucun travail n’a jamais été réalisé pour comprendre d’où proviennent les lésions cérébrales observées chez ces dernières.

Il est donc aujourd’hui important d’élucider l’origine de ces anomalies cérébrales pour envisager un blocage de leur apparition/développement.

La voie de signalisation NF-κB

Définition

La protéine NF-κB

NF-κB est une protéine ubiquitaire appartenant à la famille des facteurs de transcription. Elle participe aux réponses liées à l’inflammation, à l’immunité et à la régulation de la prolifération et de la mort cellulaire (Karin M 2000) (Hayden MS 2008). Dans la cellule au repos, elle est maintenue inactive dans le cytoplasme, associée à l’inhibiteur IκB. A la suite d’une stimulation, elle migre dans le noyau pour réguler ses gènes-cibles.

Les membres de la famille NF-κB

NF-κB est un terme générique désignant une famille de protéines homo- ou hétérodimèriques formées à partir de cinq sous-unités : NF-κB1 (p50), NF-κB2 (p52), RelA (p65), RelB et c-Rel . Les sous-unités p50 et p52 sont synthétisées à partir des précurseurs p105 et p100, respectivement. Elles sont produites par protéolyse ménagée médiée par le protéasome, de manière constitutive (p105) ou stimulus-dépendante (p100).

Toutes les sous-unités NF-κB ont un domaine N-terminal conservé d’environ 300 acides aminés, appelé Rel Homology Domain (RHD). Il contient le domaine de liaison à l’ADN, le domaine de dimérisation, le signal de localisation nucléaire (NLS) et le domaine d’interaction avec les protéines inhibitrices IκB. Le nom de ce domaine provient de sa similarité de séquence avec l’oncogène v-rel produit par la souche T du virus aviaire de la réticuloendothéliose qui induit des tumeurs lymphoïdes fatales (Walker WH 1992). Les sous-unités RelA, RelB et c-Rel contiennent aussi un domaine de transactivation (TAD), responsable des activités de régulation transcriptionnelle de NF-κB. Les protéines p50 et p52 n’ont pas de capacité transcriptionnelle mais agissent en hétérodimère avec RelA et c-Rel ou RelB, respectivement. En homodimère, p50 peut se comporter comme un inhibiteur ou un activateur quand il interagit avec un activateur transcriptionnel comme Bcl3. La forme la plus commune de NF-κB est l’hétérodimère p50/RelA.

Les membres de la famille IκB 

La famille des protéines IκB contient trois membres: IκBα, IκBβ et IκBε . Leur fonction est d’inhiber les protéines NF-κB en s’associant avec elles grâce à leurs répétitions ankyrine et en masquant leur NLS, ce qui maintient NF-κB à l’état inactif dans le cytoplasme (Karin M 2000). En dehors de ces répétitions d’ankyrine, les IκBs contiennent aussi une séquence conservée de six acides aminés contenant deux résidus sérines phosphorylables (DSGLDS). Cette séquence joue un rôle important durant le processus d’activation de NF-κB [cf. I.B.1 La voie canonique]. En dépit de ces similarités les IκBs sont censés interagir avec des dimères spécifiques de NF-κB. IκBα est le régulateur négatif majeur du dimère RelA/p50 alors qu’IκBβ et IκBε pourraient aussi contrôler des dimères de type p50-c-Rel (Whiteside ST 1997).

L’activation de NF-κB par la voie canonique

La voie canonique 

La voie canonique est induite par un grand nombre de stimuli tels que les cytokines proinflammatoires (IL-1β, TNF-α [Tumor Necrosis Factor]), des protéines virales (LMP-1, Tax), des produits bactériens (LPS, peptidoglycane) ou diverses formes de stress (rayons UltraViolets, stress oxydatif). C’est la voie principale d’activation de NF-κB. Son activation est rapide et indépendante de la synthèse protéique. Elle est étroitement contrôlée par le complexe de kinases IKK, qui contient les deux sous-unités catalytiques, IKK1 (IκB Kinase 1)/IKKα et IKK2 (IκB Kinase 2)/IKKβ, et la sous-unité régulatrice, NEMO (NF-κB Essential MOdulator)/IKKγ.

Activation de NF-κB par le TNF-α

La signalisation initiée par le TNF-α nécessite tout d’abord la liaison du TNF-α à son récepteur trimérique TNF-R1 (Walczak H 2011) . Cela induit le recrutement des molécules adaptatrices TRADD [TNF receptor-associated death domain (DD)] et RIPK-1 (Receptor-Interacting Protein Kinase 1), à travers la liaison de leur DD au DD de TNF-R1. La liaison des E3 ligases TRAF2/TRAF5 (TNF Receptor-Associated Factors 2 et 5) à TRADD induit le recrutement de deux autres E3s, cIAP-1 et cIAP-2 (cellular inhibitor of apoptosis 1 and 2) qui modifient RIPK-1 avec des chaînes de polyubiquitine de type K63. RIP1 polyubiquitiné attire alors le complexe protéique LUBAC (Linear Ubiquitin Chain Assembly Complex), par l’intermédiaire de ses sous-unités Hoip et Hoil-1, le complexe TAK (TGFβActivated Kinase) par ses sous-unités régulatrices TAB2/3, et IKK par NEMO. La polyubiquitination linéaire de RIPK-1 et de NEMO par LUBAC stabilise le TNF-RSC (Receptor Signaling Complex), ou complexe I, en raison de l’affinité de NEMO pour les chaînes linéaires (Rahighi S 2009). L’agrégation induite de ces différents composants se traduit par la phosphorylation d’IKK par TAK1, la sous-unité catalytique du complexe TAK. L’activation d’IKK permet la libération de NF-κB de l’inhibition d’IκB afin d’induire la transcription des gènes cibles.

Table des matières

INTRODUCTION
I. La voie de signalisation NF-κB
A. Définition
La protéine NF-κB
Les membres de la famille NF-B
Les membres de la famille I B
B. L’activation de NF-κB par la voie canonique
La voie canonique
Les principaux constituants de la voie NF-κB canonique
Le complexe IKK
Le complexe TAK
C. L’activation de NF-κB par la voie non canonique
D. Le mécanisme de l’ubiquitination
L’ubiquitine
Le processus d’ubiquitination
Les différentes familles d’E3
Les différents types d’ubiquitination
La monoubiquitination
La polyubiquitination
La déubiquitination
E. Mécanismes moléculaires d’activation
Activation de NF-B par le TNF
Activation de NF-B par le CD40-L
F. Les différents rôles de la voie NF-κB dans l’organisme
NF-B dans le processus inflammatoire
NF-B dans le processus immunitaire
NF-B dans le développement des cancers
G. Les modèles murins d’étude de la voie NF-B
II. Les maladies génétiques associées à la voie NF-κB canonique
A. Maladies associées à NEMO
Incontinentia pigmenti
Historique
Signes cliniques
Bases génétiques et moléculaires
Le phénomène de lyonisation et son impact dans IP
Physiopathologie
Dépistage de la maladie et traitements
(XL-)EDA-ID
OL-EDA-ID
Immunodéficience
B. Maladie associée à IKK1
C. Maladie associée à IKK2
D. Maladie associée à IκBα
E. Maladies associées à NF-κB1
F. Maladie associée à RelA
III. La voie NF-κB dans le cerveau
A. Les différentes cellules du cerveau
B. L’activité de NF-κB dans le cerveau
La localisation cérébrale de NF-κB actif durant le développement
Un rôle mal défini dans le développement cérébral embryonnaire
La signalisation NF-κB dans le neurone
C. Les fonctions de NF-κB dans le cerveau
Rôle dans les neurones
Rôle dans la plasticité synaptique et dendritique
Le rôle de NF-κB dans la neurogénèse et la neuroprotection chez l’adulte
Rôle dans les cellules non-neuronales du cerveau
Rôle dans la myélinisation
D. Conséquences de l’activation perturbée de NF-κB dans le cerveau
Dans les processus pathologiques corticaux
Dans la myélinisation
Dans le vieillissement
RESULTATS & DISCUSSION
I. Système analysé
II. Analyse des cerveaux par IRM
A. Etude sur souris NemoIP
B. Etude sur souris Nestin-Cre/Nemo
III. Analyse des cerveaux IP par iDISCO
MATERIELS & METHODES
I. Lignées murines
A. La lignée Cre-deleter
B. La lignée Nemofl
C. La lignée NemoIP
D. La lignée Nestin-Cre/Nemo
II. Analyse par Imagerie à Résonance Magnétique
A. Préparation des échantillons à P7
B. Préparation des échantillons à E18
C. Protocoles d’IRM
III. La technique de mise en transparence des échantillons
A. La technique iDISCO
Principe
Anticorps utilisés & spécificité
CONCLUSION
Bibliographie
ANNEXES

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