Les chimiokines et leurs récepteurs spécifiques dans la pathologie tumorale 1

membrane basale roulement Leucocyte diapédèse Adhérence ferme endothélium Activé matrice extracellulaire inflammation infection tumeur RECRUTEMENT DES LEUCOCYTES DANS LES TISSUS TAN facteurs chémo-attractants f-Met-Leu-Phe, PAF facteur C 5 …... Chimiokines 2

LES CHIMIOKINES une nouvelle famille de cytokines chimiotactiques  Protéines sécrétées de faible poids moléculaire (7 à 14 kDa).  Plus de 50 molécules identifiées.  Fonction principale initialement décrite: attraction des leucocytes.  Structure tridimensionnelle: -trois feuillets plissés  -partie C terminale en hélice   Présence dans la séquence de 4 Cystéines dans des positions très conservées permettant la formation de ponts disulfures. 3

LES SOUS FAMILLES DE CHIMIOKINES Famille StructureChromosome CXC chimiokine CC chimiokine C chimiokine CC C CC 14q q q23 16 CC CXC CC C CXXXC 11 22 33 11 22 33 11 22 33 11 22 33 CX3C chimiokine feuillet Hélice  4

C chimiokine CX3C chimiokine (domaine chimiokine) CXC chimiokine CC chimiokine C X X X C C C C Cystéine C C C X C * C C C C * C C * * X Acide aminé quelconque * extrémité N terminale LES CHIMIOKINES C

Les CXC chimiokines et leurs cibles cellulaires Famille Chimiokines IL-8 (CXCL8) GRO-  CXCL1  GRO-  CXCL2  GRO-  CXCL3  ENA-78 (CXCL5) GCP-2 (CXCL6) NAP-2 (CXCL7) PF4 (CXCL4) IP-10 (CXCL10) MIG (CXCL9) SDF-1  (CXCL12) BCA-1(CXCL13) ITAC (CXCL11) Cellules cibles N, T, Ba, CE, NK, K, Me N, Me, Ba, CE, T N, Ba, CE, T N, CE N, Ba, F, CE F, CE T, NK, M, CE T, EC L, CD34+, N, M T, souches B, T CXCCXC ERL+ ERL- M = Monocyte CE = Cellule Endothéliale N = Neutrophile F = Fibroblaste L = Lymphocyte Ba = Basophile T = Lymphocyte T K = Kératinocyte B = Lymphocyte B Me = Mélanocyte NK = Natural killer Motif ERL = glutamate-leucine-arginine 6

LES CXC CHIMIOKINES CXC ELR + : chimiokines angiogéniques CXCL8: IL-8 (Interleukin-8) CXCL5 : ENA-78 (Epithelial cell-derived neutrophil-activating factor-78) CXCL1: GRO-  (Growth Related Oncogene-  ) CXCL2: GRO-  (Growth Related Oncogene-  ) CXCL3: GRO-  (Growth Related Oncogene-  ) CXCL6: GCP-2 (Granulocyte chemotactic protein-2) CXCL3: PBP (Platelet basic protein) CXCL3: CTAP-III (Connective tissue activating protein-III) CXCL13:  -TG (  -thromboglobulin) CXCL7: NAP-2 (Neutrophil-activating peptide-2) CXC ELR - : chimiokines angiostatiques CXCL4: PF4 (Platelet factor 4) CXCL10: IP-10 (Interferon-g-  inducible protein) CXCL9: MIG (Monokine induced by interferon-g) CXCL12: SDF-1 (Stromal cell-derived factor-1) 7

8 Les CC chimiokines et leurs cibles cellulaires Chimiokines MCP-1 (CCL2) MCP-2 (CCL7) MCP-3 (CCL8) MCP-4 (CCL13) MCP-5 (CCL2) MIP-1  (CCL3) MIP-1  (CCL4) RANTES (CCL5) Eotaxin (CCL11) I-309 (CCL1) HCC-1 (CCL14) MIP-3  (CCL20) MIP-3  (CCL19) TARC (CCL17) TECK (CCL25) 6CKine/SLC (CCL21) MDC (CCL22) DC-CK1/PARC (CCL18) Cellules cibles M, Ba, Tm, NK, CD, CMS M, Ba, E, Tm-n, NK, CD M, Ba, E, Tm, NK, CD M, E, T, Ba M, E, T M, Ba, N, T, souches, NK, CD, B M, T, souches, NK, CD M, Tm, E, Ba, CD, NK E T, M M, souches L L,M M, T Ma, CD, thymocytes T, souches CD, NK, T CD M = Monocyte B = Lymphocyte B CD = Cellule dendritique MA=Macrophage Ba = Basophile NK = Natural killer Tm = T mémoire CMS = Cellule de Muscle Squelettique L = Lymphocytes Tn = T naïf E = Eosinophile

9 Les familles C et CX3C chimiokines Famille C CX3C Chimiokine Lymphotactine    XCL1, XCL2 Fractalkine CX3CCL1 Cellules cibles Thymocyte, Lymphocyte T, NK, Cellule dendritique Lymphocyte T,Cellules NK, Cellule dendritique, Monocyte

10 la forme membranaire kDa la forme soluble kDa le domaine chimiokine kDa Chimiokines non conventionnelles: CX3CL1 et CXCL16 domaine intracellulaire domaine mucine domaine transmembranaire C X X X C C C zone de clivage C X C C C CX3CL CXCL16

11 Les sources de production des chimiokines Les différentes chimiokines peuvent être produites par des cellules adhérentes et par des cellules circulantes. Les chimiokines sont très souvent produites par les cellules qu ’elles attirent. Les chimiokines peuvent être produites soit de manière constitutive soit de manière inductible Expression constitutive Expression inductible

12 Les récepteurs des chimiokines Récepteurs à 7 domaines transmembranaires couplés aux protéines G trimériques Récepteurs formés d ’une chaîne polypeptidique de 350 à 360 acides aminés Extrémité N terminale extracellulaire et extrémité C terminale intracellulaire NH2 COOH Ext membrane Int interaction G trimériques

Les chimiokines et leurs récepteurs Chimiokines: 4 sous familles CCL (1 à 28) CXCL (1 à 16) XCL 1,2 CX3CL C C C C X X X C C C C X C C C C C C C CXCR (1 à 6) Récepteurs: 4 sous familles 20 molécules clonées et identifiées XCR (1,2) CX3CR  CCR (1 à 10)  13

14 Signalisation intracellulaire des chimiokines NeutrophilesMonocytesLymphocytes T Activation des protéines Go/Gi sensibles à la toxine pertussique IL-8 CXCR1/2 MCP1RANTES CCR2 CCR5          Augmentation du calcium intracellulaire Activation de certaines MAPKs Activation de certaines tyrosines kinases

Rôles des couples chimiokines/récepteurs dans les cancers 15

Développement des tumeurs primitives et des métastases à distance Rôle des couples chimiokines/récepteurs dans la progression tumorale chimiokines extravasation Prolifération cellules tumorales transformation cellulaire migration matrice extra cellulaire Angiogenèse prolifération des cellules tumorales intravasation 16

Effet direct des chimiokines sur la transformation et la croissance cellulaires carcinomes épidermoïdes de la tête et du cou, carcinomes pulmonaires et pancréatiques CXCR2 ligands: CXCL1, CXCL2, CXCL3 et CXCL8 mélanocytes malins Activité de facteurs de croissance CXCR2 CXCR4 CXCR4 ligand: CXCL12 stimulation autocrine et paracrine CXCL1, CXCL2, CXCL3 CXCL8 Transformation Cellulaire CXCR2 cellules épithéliales des poumons et du pancréas mélanocytes CCR6 et CCL20 17

Régulation de l’angiogenèse par les chimiokines CXCR2 ligands, ERL+ CXCL1,CXCL2,CXCL3 CXCL8 CCL2: CC chimiokine CXCR2 cellules endothéliales stimulation prolifération et migration des cellules endothéliales CCR2 CCR7 CCL21 : CC chimiokine CXCR3 ligands, ERL- CXCL4, CXCL9, CXCL10 inhibition prolifération et migration des cellules endothéliales CXCR3 destruction cellules endothéliales cellules NK CXCR3 CX3CL1, CXCL10 CX3CR 18

Rôle des chimiokines dans la dissémination des tumeurs tumeur primaire matrice extracellulaire paroi vasculaire Métalloprotéases Matricielles (MMPs) chimiokines métastases intravasation extravasation 19

Les chimiokines stimulent la production et l ’activation des MMPs par les tumeurs Effet direct Effet indirect Cellules tumorales Chimiokines monocyte s MMPs Cellules tumorales Chimiokines Vaisseau sanguin Mélanome CXCL8 MMP-2 collagènase invasivité Cancer prostate CXCL8 MMP-9 gélatinase invasivité 20

Implication des couples chimiokines/récepteurs dans la domiciliation des métastases chimiokines sécrétées constitutivement par les tissus cellules tumorales sur exprimant des récepteurs de chimiokines Adénocarcinomes mammaires Mélanomes Ostéosarcomes Adénocarcinomes prostatiques Rhabdomyosarcomes CXCR4 poumons moelle osseuse ganglions lymphatiques foie CXCL12 CCR7 CCL21 21

Les chimiokines sont les médiateurs essentiels du recrutement des leucocytes dans les tumeurs Neutrophiles Lymphocytes B Lymphocytes T Cellules dendritiques Cellules Natural Killer Monocytes Macrophages Cellules tumorales Chimiokines Réponse anti-tumorale < Effet pro-tumoral Infiltration leucocytaire 22

CCL2 dans les tumeurs Corrélation entre le niveau d’expression de CCL2 et le nombre de monocytes-macrophages. Cancers du colon, poumons, sein, os, col de l ’utérus, ovaire et vessie. Production de CCL2 par les monocytes-macrophages infiltrants  boucle d’amplification 23

Le double jeu des monocytes macrophages Effet pro tumoral des TAMs  FGF,vEGF,MMPs, IL-10,PGE2, Fibrine … Phagocytose, Cytotoxicité, TNF-  … Effet tumoricide des TAMs TAMs (Tumor Associated Macrophages) MCP-1 ? Régression de la tumeur Croissance de la tumeur 24

CCR5 CXCR3 CCR7 CCL3,5 CXCL9 CCL21 CXCR3 CCR7 CXCL9,10 CCL21 CXCR3 CCR7 CCR2 CXCL9,10 CCL21 CCL2 CD8 NK Réponse anti-tumorale de l’hôte - Rejet ou régression des tumeurs - Diminution des métastases - Augmentation de la survie Recrutement CD4 Th1 Recrutement des lymphocytes T et des cellules NK dans les tumeurs Essais pré-cliniques d’immunothérapie génique 25

Quelles sont les chimiokines responsables du recrutement des lymphocytes T et des NK dans les tumeurs humaines  Carcinomes du nasopharinx et de l’ovaire : CCL5 et CCL3  via CCR5  responsables recrutement des CD4 Th1  Carcinome mammaire : CCL19 (via CCR6) responsable du recrutement des CD4 et CD8 mémoires  Carcinome colique : CX3CL1 (via CX3CR) responsable du recrutement des CD4 Th1, CD8 et NK  Carcinome du pancréas : CXCL16 (via CXCR6) responsable du recrutement des CD4 Th1, CD8 et NK 26

Infiltration des tumeurs humaines par les cellules dendritiques (CD) - estomac - nasopharinx - poumon - rein - tyroïde - sein - prostate ? Corrélation pronostic et présence de CD dans les tumeurs cellule dendritique : cellule présentatrice d’antigènes ‘professionnelle’ - phénotype des CD (mature/immature) - localisation des CD (intra/peri ;tumorale) - type de tumeur 27

28 Conclusions Les couples chimiokines/récepteurs spécifiques représentent de nouvelles cibles thérapeutiques et permettent de proposer de nouvelles stratégies anti-cancéreuses - Bloqueurs pharmacologiques des récepteurs - Anticorps bloquant anti-chimiokines et anti-récepteurs - Récepteurs solubles - Immunothérapie génique par certaines chimiokines