Signalisation et implication de bmp-7 dans l’invasion cellulaire et la carcinogenèse colique

La protéine Bone Morphogenetic Protein 7 (BMP-7) est une cytokine multifonctionnelle qui appartient à la superfamille du TGF-B impliquée dans de nombreux phénomènes biologiques importants. La voie de signalisation canonique des TGF-B, la voie des SMADs, constitue une voie transcriptionnelle complexe soumise à de nombreuses régulations. Un déséquilibre de la voie SMAD dépendante entraîne une modification des effets de ces cytokines aboutissant à de graves pathologies, comme les maladies auto-immunes, le développement de fibroses ou l’initiation du processus de cancérisation.

LA SUPERFAMILLE DES TGF-B

La superfamille des TGF-B comprend plus d’une quarantaine de protéines. Les membres de cette famille sont impliqués dans la plupart des grands mécanismes cellulaires, comme le développement embryonnaire, la prolifération et la différentiation cellulaires ou l’apoptose. Les nombreux effets de ces facteurs biologiques, qui varient selon le type cellulaire considéré et le contexte physio pathologique de la cellule, expliquent leur implication dans de nombreuses pathologies, notamment les cancers.

LES DIFFERENTES SOUS-FAMILLES 

Les protéines appartenant à la superfamille des TGF-B sont caractérisées par l’existence de sept résidus cystéines invariants, dans leur région C-terminale, au sein de leur domaine actif. Six de ces cystéines sont impliquées dans la formation de trois ponts disulfure, générant une structure centrale rigide appelée « nœud de cystéines» (Fig. 1). La septième cystéine permet l’association avec un second monomère, ce qui laisse sous-entendre que toutes ces protéines peuvent s’associer en dimères.

L’analyse comparative des séquences correspondant à leur domaine actif a permis la classification de cette superfamille en huit sous-familles. Elles sont classées selon un ordre décroissant correspondant au pourcentage d’identité des séquences protéiques des différentes formes matures par rapport à BMP-2. On distingue la famille BMP2, puis celle de BMP-5, de GDF-5 (Growth and Differentiation Factor-5), de Vg1, de BMP-3, des membres intermédiaires, des Activines, des TGF-B, et enfin celle des facteurs éloignés (Tableau 1). Il existe aussi d’autres classifications, notamment pour la famille des BMPs classée en sous-familles en fonction de leur pourcentage d’identité et de leur homologie avec les orthologues chez la drosophile (dpp, 60A et Scw).

LES BMPS 

Les BMPs, comme les autres protéines de la superfamille du TGF-B, sont synthétisées sous la forme de précurseurs contenant un peptide signal hydrophobe, un pro-domaine de taille variable contenant des sites potentiels de N-glycosylation et un domaine C-terminal. Ces précurseurs sont clivés au niveau d’un domaine RXXR par des pro-protéines convertases (PC), ce qui permet la libération du domaine C terminal actif (Fig. 2). Les protéines convertases appartiennent à une famille de sept sérines endoprotéases parmi lesquelles, au moins une, la furine, induit une coupure après un motif R-X-R/K-R. Cette PC, localisée dans l’appareil de Golgi est décrite comme impliquée dans le processus de clivage du pro-domaine du précurseur du BMP-4 (Cui, Jean et al. 1998).

Si les domaines matures (C-terminal) des cytokines sont très conservés entre les sous-groupes, il y a par contre une plus grande variabilité entre les pro-domaines des différents BMPs. Le rôle de ce pro-domaine est encore mal défini. Il semble toutefois impliqué dans la stabilité de la cytokine et dans sa spécificité, il est nécessaire à la formation du dimère (Gray and Mason 1990). Pour BMP-4, il a été décrit un second site de clivage en aval du premier site, dont l’utilisation favoriserait sa sécrétion (Cui, Jean et al. 1998). Nous avons vu que le domaine mature des membres de la superfamille du TGF-B présente une structure en « nœud de cystéines ». Six des sept cystéines présentes dans le domaine mature forment des ponts disulfure. La septième cystéine, située en amont de la cystéine quatre, est impliquée dans la formation du dimère (Vitt, Hsu et al. 2001). Cependant, toutes les protéines de la famille ne possèdent pas la cystéine supplémentaire impliquée dans la dimérisation. Dans BMP-15 et GDF-9 par exemple, cette cystéine est remplacée par une sérine, ce qui suggère un autre mécanisme pour la dimérisation de ces molécules. Les BMPs peuvent former des hétérodimères dont certains possèdent une activité biologique supérieure à celle des homodimères. Par exemple, les héterodimères BMP-2/BMP-7 ou BMP-2/BMP-6 montrent une action biologique 5 à 10 fois supérieure sur la formation du cartilage et de l’os, par rapport à l’homodimère BMP-2/BMP-2 (Israel, Nove et al. 1996). C’est également ce qui est observé pour l’héterodimère BMP-4/BMP-7 sur la formation du mésoderme ventral chez l’embryon du Xenope (Suzuki, Kaneko et al. 1997).

L’HISTOIRE DES BMPS 

En 1889, Senn observe que l’os décalcifié peut réparer l’os endommagé. Il traitait les dommages ostéomyélitiques en utilisant un résidu décalcifié d’os avec l’iodoforme. Son principal but était l’utilisation de l’iodoforme comme antiseptique pour traiter les ostéomyélites, et le résidu décalcifié d’os comme transporteur. Il avait observé par la suite que non seulement l’infection était contrôlée mais que la formation d’un nouvel os était favorisée autour de l’os défectueux. En 1930, Levander observe que l’extrait d’os dans l’alcool induit la néoformation de l’os après injection dans le muscle. En 1961, Sharrard et Collins reportent l’usage de greffes d’os décalcifié par l’acide ethylenediaminetetraacétique chez les enfants. La découverte de l’activité des BMPs à été publiée en 1965 by Urist (Urist 1965). Marshal Urist était le directeur du Laboratoire de Recherche de l’Os à l’Université de Californie, Ecole de Médecine de Los Angeles, et était un chirurgien praticien orthopédique. Dans les expériences initiales, il avait été capable d’identifier un mélange de protéines isolées de la moelle osseuse. Ces protéines étaient activées quand l’os était endommagé. C’est à la fin des années 80 que chaque composant a pu être séparé et identifié. Les tests utilisés pour déterminer la capacité d’induire la formation d’os de chaque composant individuel consistaient à placer une petite quantité de ce matériel au-dessous de la peau des animaux. Un composant, BMP-7, a été capable de stimuler le tissu local mésenchymateux pour le transformer en tissu en voie d’ossification.

BMP-7

BMP-7 (Bone Morphogenetic Protein 7), aussi connu sur le nom d’OP-1 (Osteogenic Protein 1), a été décrit dans le contexte osseux (Ozkaynak, 1990). Le gène bmp-7 se trouve sur le chromosome 20q13.1-q13.3 et code pour un polypeptide d’environ 431 acides aminés. C’est une molécule soluble dans l’eau, de 54kDa dans sa version de pro-protéine et de 16 kDA pour la protéine mature (16KDa), qui diffuse facilement dans les fluides de l’organisme. Elle est active sous forme de dimère (homodimère ou héterodimère avec une autre cytokine de la superfamille du TGF-) en agissant via ses récepteurs de type II et type I. Groppe et al. ont montré par cristallographie que noggin se lie à BMP-7 (Fig. 3). Cette ilustration montre que noggin est capable d’inhiber la signalisation dépendante de BMP-7 en bloquant les sites de reconnaissance des deux types de récepteurs. L’échafaudage crée par noggin contient une topologie de « nœud de cystine » (la forme oxydée de la cystéine) similaire à celle des BMPs (Groppe, Greenwald et al. 2002).

SIGNALISATION

Les protéines membres de la superfamille du TGF-B interagissent avec leurs récepteurs de surface dans leur forme dimèrique. Contrairement aux récepteurs de l’EGF (Epidermal Growth Factor), du PDGF (Platelet-derived Growth Factor), ou du FGF (Fibroblast Growth Factor), ces récepteurs du TGF-B ont une activité intrinsèque Sérine/Thréonine Kinase, et induisent des voies de signalisation différentes.

Les récepteurs de type II 

Trois récepteurs de type II sont impliqués dans la signalisation des BMPs : BMPR-II, ActR-II et ActRIIB. Les récepteurs de type II de l’activine peuvent également participer à la signalisation des BMPs, mais leur affinité pour BMP-7 est différente. Par exemple, BMP-7 lie le récepteur ActR-II avec une affinité deux à trois fois plus faible que l’activine A (Kawabata, Chytil et al. 1995; Rosenzweig, Imamura et al. 1995; Yamashita, ten Dijke et al. 1995). Les récepteurs de type II sont constitutivement actifs, leur phosphorylation n’est pas régulée par la liaison du ligand (Wrana, Tran et al. 1994). BMPRII possède un domaine de liaison au ligand en Nterminale, un domaine transmembranaire et un domaine kinase cytoplasmique (Fig. 4). Contrairement aux récepteurs ActR-II et TBRII qui possèdent une partie C terminal cytoplasmique de 30 résidus, BMPRII possède un long domaine C-terminal de 530 acides aminés riches en sérine et thréonine (Kawabata, Chytil et al. 1995).

Table des matières

INTRODUCTION
RAPPELS BIBLIOGRAPHIQUES
I. La superfamille des TGF
Les Différentes Sous-Familles
Les BMPs
L’histoire des BMPs
II. BMP-7
Signalisation
Les Récepteurs
Les récepteurs de type II
Les récepteurs de type I
Régulation de l’activité des récepteurs
Les récepteurs accessoires
Le pseudo-récepteur
Les autres protéines interagissant avec les récepteurs
La voie de signalisation canonique de la superfamille du TGF- : La voie SMAD
Structure des R-SMADs et Co-SMADs
La localisation cellulaire des SMADs
Régulation transcriptionnelle et gènes cibles
Les autres voies de signalisation Contrôlées par la superfamille du TGF-
Les voies des MAPK
La voie des Rho GTPases
La régulation négative de la signalisation BMPs
Les antagonistes des BMPs
SMAD7
Ubiquitination
La régulation de la voie SMAD par des interactions avec d’autres voies de signalisation
Effets Biologiques du BMP-7
Utilisation clinique de BMP- 7
BMP-7 au Cours de la Progression Tumorale
Le rôle suppresseur de tumeurs de BMP-7
Le rôle promoteur de tumeurs
III. Cancer du côlon
Aspects Cliniques
FAP
HNPCC
Carcinogenèse Colique
La muqueuse colique normale
Aspect histologique du CC
Les lésions hyperplasiques
Les lésions adénomateuses
Les carcinomes
Bases génétiques du CC
Traitement du cancer du côlon
Pronostic
Thérapeutique
Les molécules anti-angiogéniques
Les molécules ciblant la signalisation de l’EGF
IV. Mécanismes moléculaires et cellulaires de la progression tumorale
De la cellule normale à la cellule cancéreuse
Progression des tumeurs vers la métastase
Angiogenèse tumorale
Hypoxie
VEGF
Micro-environemment tumoral
Interactions cellule-cellule : Ig-CAM et cadhérines
Interactions cellule-MEC : Intégrines
Protéases matricielles
Migration et invasion cellulaires
Dissémination et envahissement métastatique
CONCLUSION

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