MORT CELLULAIRE NECROSE APOPTOSE AUTOPHAGIE desousa@sophia.inra.fr

NECROSE La nécrose est une mort anormale de la cellule (cf. apoptose) Causes possibles : Perte de l’homéostasie cellulaire Réduction de l’afflux sanguin Trop peu d’oxygène dans le sang Toxines, trauma, radiation, T°, etc.. Conséquences : Les cellules gonflent, éclatent et relarguent leurs contenus dans les espaces interstitiels Importante réaction inflammatoire

Fonctions cellulaires altérées Dérégulation de la perméabilité membranaire et donc influence les mécanismes de transport Réduction du métabolisme cellulaire Plus de synthèse protéique Dommage aux lysosomes : fuite d’enzyme dans le cytoplasme Destruction des organelles cellulaires

MECANISMES MOLECULAIRES L’absence d’oxygène entraine : Déplétion d’ATP Synthèse et dégradation des phospholipides Fuite de calcium de la mitochondrie Ischémie/Reperfusion Création d’oxygène radicalaire O2- (anion superoxyde), OH- (radical hydroxyde), H2O2 Molécules très réactive qui attaquent tous les constituants cellulaires Les capacités de détoxication de ces molécules sont très limités au niveau cellulaire

Atteinte cellulaire liée aux ROS Anion Superoxyde formés par les P450 et détoxication par les superoxyde dismutase Hydrogène peroxyde détoxication par : catalase et glutathion peroxydase Radical hydroxyl .OH initie une peroxydation lipidique et les atteintes à l’ADN

Comment les radiations tuent les cellules Radiolyse de l’eau H20 donne .H et .OH Dommage aux membranes Dommage à l’ADN Les cellules non proliférative sont aussi tuées mais les doses doivent être plus importante

1ère Mise en évidence de l’apoptose Date du milieu du XIXème siècle puis remis au jour dans les années 30 pour vraiment être caractérisé en 1972 Décrit chez les organismes pluricellulaires: Embryogenèse Métamorphose

Apoptose histoire 1842 : Carl Vogt remarque la disparition de noyaux dans certains tissus 1951 décrit la mort de certaines cellules dans les tissus embryonnaire 1964 Première utilisation du terme mort programmée 1972 Kerr Wyllie et Currie utilise le terme d’apoptose

APOPTOSE Caractéristiques d’une cellule en apoptose Condensation cellulaire Condensation de la chromatine Fragmentation de l’ADN « blebbing »de la membrane Exposition sur la membrane externe des phosphatidylserine Sécrétion de cytokines qui inhibe l’inflammation Ces caractéristiques sont régulés par des signaux

AUTOPHAGIE Sorte de « self »cannibalisme Manque de nutriment Digestion d’organelle intracellulaire Réarrangement de la membrane séquestration des composants dans des autophagosomes puis fusion avec lysozomes (dégradation enzymatique)

APOPTOSE versus NECROSE

FRAGMENTATION DE L’ADN

BLEBBING DES CELLULES

Pourquoi l’apoptose Nombre de cellules dans l’organisme : 1014 Sans apoptose surplus de cellules, équilibre entre mort / prolifération Durée de vie d ’une cellule très variable selon l ’origine vie post-embryonnaire 200 types de cellules possédant toutes une durée de vie différente Cell. Intestinales 1 semaines Erythrocyte 120 jours Cell. Hépatiques 1 ½ an Cell. Osseuses 25-30 ans Neurones, Cell. Cardiaques, rétine, ne sont jamais remplacées Peau renouvelée tout les 23 jours

Différenciation cellulaire implique que toute cellule soit au bon endroit au bon moment Toutes cellules en trop doit disparaître Période et vie cellulaire cellule en G0 importance du réveil

Importance de l’apoptose Homéostasie cellulaire, développement embryonnaire, synapse système immunitaire …(PCD : Programm cell death) Trop d’apoptose : maladie dégénératives Trop peu d’apoptose Cancer, maladies auto-immunes

Fonctions of apoptosis Sculpture du corps, formation des doigts Élimination d’organe non nécéssaire Elimination selon le sexe canal de Müller éliminé chez les mâles, canal de Wolf éliminé chez les femelles Neurones produits en excès: -50% des neurones initiaux synaptogenèse* (1011 neurons, 7000 synapses) -importance des facteurs de croissance Permet la sélection des connections synaptiques

Système immunitaire : élimination des cellules lésées Selection des lymphocytes fonctionnels (95% sont éliminés)

Caenorhabditis elegans 1090 cellules somatiques 131 meurent par apoptose 116 de ces 131 appartiennent au système nerveux et à l’ectoderme 959 se développent chez l’adulte

MECANISMES GENERAUX Très conservés des espèces les plus élémentaires aux mammifères Premières études chez Caenorhabditis elegans 2 gènes ced-3 ced-4 «killer gene»  1 gènes ced-9 «survival gene»

Conservation des gènes Pro apop.

Voie Apoptotique

Différence entre les voies récepteur et mitochondriale Médié par le stress Synthèse de protéines 12-24 heures Récepteur Pas de synthèse de prot Très rapide qqs heures

Les grandes familles de proteines impliquées dans l’apoptose : bcl-2 Homologue de ced-9 famille conservée, séquence homologue BH domains (dimèrisation pour activation) Famille contenant des gènes pro et anti- apoptotiques Homo et hétérodimère (balance entre mort et survie cellulaire)

Découverte de Bcl-2 En 1986 3 groupes indépendants clone ce que l’on appellera Bcl-2 oncogène En 1988 bcl-2 conduit a certain cancer en empêchant la mort cellulaire

Les grandes familles de protéines impliquées dans l’apoptose : Bcl-2 (CED-9) Bcl-2 homology domains BH1, (antagonistes de la mort) BH2, BH3, (death domain) BH4, (anti apoptotique) Dimérisation BH3, BH1, BH2 Liaison Apaf-1 BH4

Association de proteines

Les Caspase (CED-3) Cystéine protéase (17 membres) sont synthétisée à l’état de précurseur (QACXG) Comment les caspases tuent la cellule Destruction de protéines indispensable a la vie de la cellule Régulation des caspases : activation en cascade, IAP inhibiteur de caspase

Activation des caspases

Proteines cibles des caspases FAK (focal adhésion kinase): l’inactivation de cette kinase pertube l’adhésion cellulaire, le détachement de la cellulae apoptotique de ses voisines. Lamines: Proteines de la membrane nucléaire, son clivage entraine la condensation du noyau. Proteines Structurales: actine, filaments intermédiares, etc. Destructuration cellulaire et formation des blebs. Endonuclease CAD: Fragmentation des chromosomes. CAD coupe L’AND en petit fragment. CAD est normalement inhibé . Les Caspases détruise la proteine inhibitrice et active CAD. Enzymes de réparation de l’ADN: pas de réparation si mort

Voie de mort : la voie mitochondriale et la voie des recepteurs Apoptosome Cell stress: oxidants Fas L TNFa TNFR1 Fas/CD95 Mitochondrion Bax/BcL2 MPT Cyt c Apaf-1 Caspase-9 Procaspase-9 Caspase effectrice (e.g. caspase-3) APOPTOSIS Caspase-8 Death domains Bid / tBid

La voie de mort récepteur dépendant Les récepteurs de mort :ils sont placés dans les membranes et détecte les signaux extracellulaire et initie rapidement la machinerie apoptotique Ils appartiennent à la famille des récepteurs au TNF car il contiennent un domaine extracellulaire riche en cystéine et dans le cytoplasme des séquences conservés appelés « Death Domain » Leurs ligands sont eux aussi très conservés

Le récepteur Fas

Apoptosis Ligand -TNF Receptor TNFR1 TNFR associated death Récepteur TNRF1 : active des facteurs de transcription (gènes inflammation, immunologie) induit l’apoptose si synthèse protéique bloqué Ligand -TNF Receptor TNFR1 Caspase 8 Effector caspases Apoptosis Death domain, DD TNFR associated death domain, TRADD Fas-associated death domain, FADD Receptor interacting protein, RIP TNFR-associated factor 2, TRAF2 IKK NFkB JNKK JNK c-Jun

Mitochondrie et apoptose La mitochondrie est impliqué dans l’exécution et joue un rôle pivot 3 mécanismes Dérégulation de la synthèse d’ATP Altération du statut REDOX Fuite de facteurs apoptogène qui vont activer des caspases

Famille bcl-2

Protéines activatrices des caspases Cyt c va former l’apoptosome Procaspase 3«dans certains tissus comme Apoptosis inducing factor AIF

Activation des caspases par la mitochondrie Cell death triggers Oxidants, calcium Bax, ceramide Channels open, outer membrane intact Matrix swelling, outer membrane ruptures Cytochrome c & other caspase activators Necrosis ATP, Dy ROS Inactive Apaf-1 Active Apaf-1 Caspase 9 Caspases activated Apoptosis

Substrat des caspases Protéines structurales •Actine •gelsoline •keratine •Lamine •Fodrine Protéines du métabolisme ADN/ARN •Poly ADP ribose polymérase Protéines inhibitrices de l’apoptose •ICAD: Inhibiteur de la CAD •Bcl-2 et Bcl-xL

Inhibitors of Apoptosis Proteins (IAPs) Identifié à partir de baculovirus Consiste en diverses protéines : NAIP, MIAP XIAP, cIAP1, cIAP2, and survivine Suppression de l’apoptose en empêchant l’activation des caspases et leur activités (caspase-3, -7, and -9) liaison spécifique Expression of cIAP1/2 is stimulated by NF-κBmediated survival signals. Negative regulators of IAPs: Smac/DIABLO, XAF1, and OMI/HTRA2

Apoptose et cycle cellulaire

Atteinte de l’ADN

La proteine P53 Dans les cellules normales (non stressé) la p53 est rapidement dégradé après association avec son régulateur MDM2. p53 forme un complexe avec une proteine E3 (ubiquitin ligase) et ainsi p53 est guidé vers le proteasome. Dans les cellules normales p53 est un régulateur positif de la prolifération cellulaire Dans les cellules « stressées » p53 arrête la division par un phénomène apoptotique mitochondrial dépendant (Bax oligomérisation). Dans les cellules cancéreuses p53 est un facteur de transcription (Puma, Noxa, p53AIP1,Bax, Apa-1)

MDM2 : Mouse Double Minute 2 Le gène mdm2 encode pour une protéine (zinc finger) qui inhibe p53 pendant la phase de croissance dans une cellule normale Au niveau du noyau « bind » p53 N-Terminal et masque son domaine de transactivation Au niveau du cytoplasme MDM2 est responsable de l’ubiquitylisation et donc de la dégradation de p53, MDM2 est une cible de p53 MDM2 est une ubiquitin ligase (p53 dégradation)

Comment p53 est elle activée et stabilisée lors d’une atteinte à l’ADN Phosphorylation Inhibition du transport hors du noyau

Pas de blocage de la division cellulaire Cancer Si p53 est nécessaire pour supprimer des cellules altérées, que peut on attendre alors si p53 est muté ? Pas de blocage de la division cellulaire Cancer

Apoptose et immunité

Foie : apoptose et nécrose Ischémie : Baisse du niveau des IAPs No –Flow : affecte tous les hépatocytes Low Flow : affecte centrolobulaire vs périportal Ischémie reperfusion activation des cellules de Kupffler ; 1-2 jours pH > Nécrose (rapide) Death recepteurs: * Aggrégation des récepteurs (Fas et TNFR) Sécrétion de FasL par lymphocyte cyto. (CTL) et le NK (hepatite alcoolique) Cholestase Fas Médicementeuse Acétaminophène : nécro/apoptose

•DED: death effector domain •CARD: caspase recruitment domain •CAD: caspase-activated deoxyribonuclease (CAD) •ICAD: CAD inhibitor •FADD: Fas-associated death domain •FLICE: Fas-like interleukin-1β converting enzyme •DISC: death inducing signaling complex •AIF: apoptosis inducing factor •Apaf-1: Apoptotic protease-activating factor-1 •Apoptosome: Cyt. C Apaf-1, dATP/ATP and pro-caspase 9 •Smac: second mitochondria-derived activator of caspase. •DIABLO: direct IAP binding protein with low pI Bcl-2 proteins : B cell leukemia/lymphoma 2 Caspases : cysteine-dependent asparate-specific proteases; IAPs: Inhibitor of apoptosis