Soutenance mémoire
Les macrophages, cellules clés de l’inflammation
Définition et origine
C’est à la fin du XIXe siècle que le terme macrophage fut employé pour la première fois par Elie Metchnikoff pour décrire l’existence de cellules très mobiles capables de phagocyter des bactéries chez des invertébrés et qui lui vaudront l’obtention du prix Nobel en 1908 (Tauber, 2003). Les macrophages sont issus de la différenciation des monocytes sanguins concomitante à leur passage tissulaire (Figure 1). Les macrophages ont pour origine le CFU-ML (Coloning Forming Unit of Myeloid and lymphoid cells). Sous l’influence de cytokines et de facteurs de croissance comme le GM-CSF (Granulocyte Macrophage Colony Stimulating Factor), le CFU-ML se différencie en CFU-GM (Coloning Forming Unit of Granulocyte and Macrophage Cells), précurseur des granulocytes et macrophages. Sous l’action combinée du facteur de croissance M-CSF et GM-CSF, le CFU-GM se différencie en progéniteur CFU-M (Coloning Forming Unit of Macrophage) puis en monocytes (Auffray et al., 2009). Les monocytes passent dans la circulation sanguine et migrent dans les tissus où ils vont se différencier en macrophages ou en cellules dendritiques myéloïdes et y vivent entre 3 mois et 3 ans.
Les monocytes représentent 3-7% des leucocytes sanguins chez l’Homme. Les monocytes peuvent circuler dans le sang pendant 1 à 3 jours avant d’être recrutés vers les tissus sous l’influence des mécanismes physiologiques de « homing » ou de stimuli inflammatoires. Au cours d’une réponse inflammatoire, les monocytes sanguins sont recrutés vers le tissu via l’expression du récepteur CCR2 (CC chemokine receptor type 2), afin d’augmenter leur nombre au site de l’inflammation (Serbina et al., 2006; Serbina et al., 2008). Une prolifération in situ des macrophages résidents est également observée au sein des tissus (Jenkins et al., 2011; Amano et al., 2014). Le passage des monocytes vers le tissu se fait par adhérence des monocytes à l’endothélium vasculaire via l’expression de molécules d’adhésions reconnues à la surface des cellules endothéliales. La maturation des monocytes en macrophages tissulaires est accompagnée d’une perte d’expression des récepteurs CCR2 et d’une augmentation de l’expression des récepteurs CCR1 et CCR5 (Fantuzzi et al., 1999; Kaufmann et al., 2001). Les macrophages participent activement aux défenses immunitaires innées via la reconnaissance d’une grande majorité de pathogènes (virus, bactéries, parasites, champignons). Cette identification se base sur la reconnaissance de motifs moléculaires très conservés et caractéristiques des microorganismes : les PAMP (Pathogen Associated Molecular Pattern) associés à des récepteurs spécifiques, les PRR (Pathogen Recognition Receptor) exprimés à la surface des macrophages (Gordon, 2002). Parmi ces PPR, ont trouvent les récepteurs Toll-Like (TLR), les récepteurs scavenger, les récepteurs au complément et les récepteurs de type lectine, impliqués dans la reconnaissance des pathogènes mais également des débris cellulaires et des cellules apoptotiques (Gordon, 2002). L’interaction pathogènes/PRR entraîne une activation fonctionnelle des macrophages impliquée dans la réponse immunitaire innée via la sécrétion de médiateurs de l’inflammation (cytokines, chimiokines, espèces réactives de l’oxygène et de l’azote et métabolites lipidiques) et l’activité phagocytaire des macrophages pour neutraliser les microorganismes (Murray et al., 2011a). Les macrophages sont également impliqués dans la réaction immunitaire adaptative via la présentation d’antigènes aux cellules du système immunitaire inné que sont les lymphocytes T et B (Niedergang et al., 2004). Les macrophages sont les garants de l’homéostasie et de l’intégrité des tissus; ils ont un rôle essentiel dans la réparation tissulaire, la résolution de l’inflammation, le remodelage tissulaire et l’angiogénèse (David Dong et al., 2009; Murray et al., 2011a).
Les macrophages sont impliqués dans de nombreuses fonctions. L’environnement spécifique de chaque tissu influence la différenciation des macrophages qui acquièrent une spécificité fonctionnelle au sein du tissu dans lequel ils résident. Ainsi, les macrophages sont divisés en sous-populations en fonction de leur localisation anatomique et leur phénotype fonctionnel (Murray et al., 2011a) .
Les macrophages pulmonaires
Population
Les macrophages pulmonaires sont les seuls macrophages tissulaires à être en contact direct avec le milieu extérieur. De par cette localisation stratégique, les macrophages pulmonaires jouent un rôle clé dans la défense contre les agressions extérieur. Il existe 3 sous populations de macrophages au sein des poumons en fonction de leur localisation et de leur fonction: 1) Les macrophages alvéolaires sont présents à la surface des alvéoles pulmonaires et sont ainsi directement exposés aux particules inhalées. 2) Les macrophages tissulaires résident dans le parenchyme pulmonaire, espace formé entre l’épithélium alvéolaire et l’endothélium vasculaire. 3) Les macrophages intravasculaires sont quant à eux présent au niveau de l’endothélium des capillaires sanguins.
Origine des macrophages pulmonaires
Deux théories ont été mises en évidence sur l’origine des macrophages pulmonaires. La première étant une origine médullaire par chemoattraction des monocytes sanguins vers le tissus pulmonaire (Ungar et al., 1935; Hunninghake et al., 1979; Landsman et al., 2007). L’interstitium pulmonaire produit un environnement favorable à la maturation des monocytes sanguins en macrophages interstitiels qui servent de stade intermédiaire avant leur différenciation en macrophages alvéolaires. Les macrophages alvéolaires sont ainsi considérés comme le stade terminal de différenciation des monocytes sanguins au niveau pulmonaire (Landsman et al., 2007). La deuxième théorie étant une prolifération des macrophages résidant au sein du tissu via l’exposition au Colony Stimulating Factors (CSF) (Golde et al., 1974; Bitterman et al., 1984; Lohmann-Matthes et al., 1994). Une réplication in situ des macrophages pulmonaires est observée dans un modèle d’inflammation au Carbone chez des souris présentant une leucopénie (Evans et al., 1986). Les travaux de Adamson et al., 1980, ont mis en évidence que les macrophages pulmonaires sont dans un premier temps issus d’un influx des monocytes sanguins, suivi par une prolifération/réplication des macrophages pulmonaires (Adamson et al., 1980; LohmannMatthes et al., 1994).
Fonction
Les macrophages pulmonaires interagissent avec leur environnement via l’expression de nombreux récepteurs membranaires. Parmi ces récepteurs, les macrophages pulmonaires expriment les PPR, les récepteurs aux cytokines, les récepteurs au fragment constant des immunoglobulines (Ig) et au complément pour les particules opsonisées (Lohmann-Matthes et al., 1994). Les macrophages pulmonaires participent activement aux défenses immunitaires et antimicrobiennes de par leur activité de phagocytose mais également leur production de médiateurs de l’inflammation comme les cytokines, les chimiokines, les facteurs de croissance, les métabolites lipidiques et les espèces réactives de l’oxygène (Lohmann-Matthes et al., 1994). Une hétérogénéité phénotypique et fonctionnelle existe entre les macrophages alvéolaires et interstitiels. En effet, de par leur localisation en première ligne de défense dans les poumons, les macrophages alvéolaires ont une activité microbicide, enzymatique, phagocytaire et métabolique qui apparait nettement plus intense que les macrophages interstitiels présent en seconde ligne de défense et plus impliqués dans la présentation des antigènes (Lohmann-Matthes et al., 1994).
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Table des matières
INTRODUCTION
I. LES MACROPHAGES, CELLULES CLES DE L’INFLAMMATION
A. Définition et origine
B. Les macrophages pulmonaires
II. LA POLARISATION DES MACROPHAGES
A. L’origine du concept de la polarisation
B. Voie d’activation classique des macrophages en phénotype M1
1) Les agonistes des Toll Like Receptors
2) Les cytokines de type Th1
a) L’interféron-γ
b) Le Tumor Necrosis Factor-α
C. Voie d’activation alternative des macrophages en phénotype M2
1) Les macrophages réparateurs M2a
a) Les cytokines de type Th2: l’Interleukine 4 et l’Interleukine 13
2) Les macrophages régulateurs M2b et M2c
D. Propriétés fonctionnelles des macrophages et polarisation
1) Production de médiateurs de l’inflammation
a) Les chimiokines
b) Les cytokines et facteurs de croissance
2) Activité phagocytaire
a) Récepteurs membranaires des macrophages
b) Production d’agents microbicides
(1) Monoxyde d’azote
(2) Métabolites de l’oxygène
c) Présentation des antigènes aux lymphocytes
3) Production de médiateurs lipidiques : les eicosanoïdes
a) Synthèse des prostanoïdes : voie des cyclooxygénases
b) Synthèse des leucotriènes et acides eicosatétraénoïques : voie des lipoxygénases
(1) La 5-lipoxygénase
(2) La 12-lipoxygénase
(3) La 15-lipoxygénase
c) Synthèse des lipoxines, résolvines et protectines
III. POLARISATION DES MACROPHAGES DANS LES MALADIES INFECTIEUSES ET INFLAMMATOIRES
A. Infections bactériennes, virales et parasitaires
B. Allergie/Asthme
C. La Broncho Pneumopathie Chronique Obstructive
D. Obésité
E. Cancer
IV. SYSTEME CHOLINERGIQUE ET RECEPTEURS NICOTINIQUES Α7 DANS LES MACROPHAGES
A. Le système cholinergique neuronal et non neuronal
1) Les récepteurs cholinergiques
a) Les récepteurs muscariniques
b) Les récepteurs nicotiniques
(1) Les différents sous-types de récepteurs nicotiniques
(2) Structure des récepteurs nicotiniques
(3) Expression des récepteurs nicotiniques
B. Les récepteurs nicotiniques α7
1) Structure du récepteur nicotinique α7
2) Rôle du récepteur nicotinique α7 dans les fonctions des macrophages
3) Voie de signalisation du récepteur α7
4) Les récepteurs nicotiniques α7 : une cible thérapeutique
V. INTRODUCTION AUX TRAVAUX DE THESE
MATERIELS ET METHODES
I. ISOLEMENT ET CULTURE DES MACROPHAGES PULMONAIRES HUMAINS
A. Isolement des macrophages pulmonaires
B. Culture des macrophages pulmonaires
1) Traitement pharmacologique des macrophages pulmonaires humains
2) Transfection des macrophages par la technique de siARNs
II. BIOLOGIE MOLECULAIRE
A. Transcriptomique
1) Extraction des ARNs
2) Vérification de la qualité des ARNs
3) Transcription inverse
4) Réaction en chaîne par polymérase
5) Puces génomiques à ADN
III. DOSAGE IMMUNOLOGIQUE DES CYTOKINES/CHIMIOKINES
IV. DOSAGE DES METABOLITES LIPIDIQUES
A. PGE2 et 15(S)-HETE
B. 13(S)-HODE
V. PHAGOCYTOSE DES MACROPHAGES PULMONAIRES HUMAINS
VI. PHENOTYPAGE DES MACROPHAGES POLARISES
VII. EXPRESSION DES RESULTATS ET STATISTIQUES
A. Biologie moléculaire
B. Dosage immunologique et lipidique
C. Test de phagocytose et phénotypage des macrophages
D. Analyse statistique des résultats
CONCLUSION
