Dominique Kerboeuf et Yves le Vern L’apoptose Dominique Kerboeuf et Yves le Vern INRA, IASP, 37380 Nouzilly

I. Définitions et processus

La mort cellulaire apoptose Nécrose 2 types de mort cellulaire : Apoptose = Mort cellulaire « programmée » ou « Programmed Cell Death » (PCD) PCD = phénomène essentiel dans de nombreux processus physiologiques et pathologiques

Rôles de la mort cellulaire Elimination des « surplus » de cellules saines : Embryologie (cavités, morphogénèse, structures vestigiales, cellules « en trop ») homéostasie = constance de la masse cellulaire processus physiologiques (cellules mammaires, endomètre, cellules épithéliales…) Suppression des cellules endommagées (défauts génétiques, vieillissement, maladies, agents toxiques…) Régulation des populations cellulaires (ex. élimination régulée de certaines populations cellulaires immunitaires)

Apoptose et Nécrose Se différencient par : Leurs mécanismes et modalités de déclenchement la morphologie des cellules les conséquences tissulaires leurs significations biologiques

Apoptose vs Nécrose Atrophie Intégrité organelles et membrane Condensation du noyau Bourgeonnement de la membrane Fragmentation (« corps apoptotiques ») Phagocytose / C voisines Pas d ’inflammation Turgescence Lyse des organelles et des membranes Pas de condensation Rupture des membranes Libération du contenu cellulaire Lyse de la chromatine Phagocytose tardive Inflammation

Apoptose Nécrose

1. Nécrose : membrane et organelles Altérées, noyau + conservé x 10 000 (TEM) 2. Apoptose (A) réarrangement de la chromatine (vs normal N), membrane ++ x 8000 (TEM) 3. Nécrose (SEM) x 5000 4. Apoptose (SEM) bourgeonnements 5. Cellule normale : pores nucléaires x 30 000 (FF) 6. Apoptose : confluence des pores nucléaires x 35 000 (FF)

Remarques Etats intermédiaires : facteurs déclenchants communs importance des ressources énergétiques (ATP) succession apoptose puis nécrose Etat apoptotique « fugitif » inaperçu (phagocytose très rapide)

Un schéma simple : Caenorhabditis elegans 3 étapes : 1) apparition de signaux (externes ou internes) 2) activation de protéases cellulaires 3) formation des « corps apoptotiques » et phagocytose Signal Inactivation Inactivation EGL-1 ----> CED-9 ----> CED-4 ----> CED-3 ----> Apoptose + CED-3 activé Membrane C Etape intra cellulaire

Conditions physico-chimiques Perforin Granzyme B Bcl2-pro Bcl2-anti Schéma général de l ’apoptose T cell CD8 TNF Fas Ca ++ NK Conditions physico-chimiques Perforin Granzyme B Bcl2-pro Bcl2-anti Récepteurs de mort Caspase 8 Mitochondrie Dégranulation P53 AIF Cytochrome C Cyclines Caspase 9 Caspases effectrices Caspase 3 (Caspases 6 et 7) ADN, noyau

Les signaux déclencheurs Déclencheurs extra-cellulaires : Souvent communications entre cellules insuffisance de signaux suppresseurs de « PCD » augmentation de signaux inducteurs Déclencheurs intra-cellulaires réponse à des stimuli ou à des perturbations métaboliques

Insuffisance de signaux suppresseurs Signaux extra-cellulaires Insuffisance de signaux suppresseurs Cultures cellulaires : concentration, sérum, diverses molécules solubles ou liées à la membrane (variations selon le type cellulaire) Liaison cellules cibles ex. neurones = adaptation au nombre de cibles Augmentation de signaux inducteurs Ex = perte queue des têtards = rôle de l ’hormone thyroïdienne

Signaux intra-cellulaires = lésions de la cellule produites par : drogues, toxines, chaleur, radiations, hypoxie, virus… qui ne sont pas des « inducteurs » spécifiques = « seuil de lésions » déclenchement de la PCD = activation des caspases, de protéines proapoptotiques (voie p53 dépendante) ou protéines kinases

Induction in vitro Fas ou Ac anti Fas (CD95) TNF ou ligands du TCR Pas de sérum ou de facteur de croissance UV H2O2 Glucocorticoides Ionophore calcium Camptothecine Contact lymphocytes T cytotoxiques ou NK activés + concentration cellulaire, équilibre de populations Temps nécessaire = 2 à 6 h

Voie Fas-L (CD 95) Fas Membrane cellulaire Fas Associated protein FADD Fas-Ligand Membrane cellulaire Fas (trimérisation) FADD Fas Associated protein with Death Domain Pro Cas 8 Cas 8 Pro Cas 3 Autres Cas

Apoptosome AIF = Apoptosis Inducing Factor Cytochrome C dATP Pro Cas 9 Cyt C (AIF) Apaf-1 Caspase 9 Apaf-1 Cyt C Pro Cas 9 AIF = Apoptosis Inducing Factor Apaf-1 = Apoptosis protease activating factor 1

Les caspases = C aspases Cystéines protéases, résidus acide aspartique 14 caspases et pro-caspases 3 groupes, selon affinité de substrat I = 1, 4, 5 ---> inflammation II= 2, 3, 7 + CED-3 ---> apoptose III = 6, 8, 9 ---> «  Activation des caspases « entre elles » = « cascade » irréversible

Rôle très important de la caspase 3 exécuteur-clé (qq soit le stimulus) Régulation de la cascade par des protéines activatrices inhibitrices APAF1 Bcl2 FADD RIP FLASH Bcl2 Activation en présence de : ATP + cytochrome C (rôle de la mitochondrie)

La famille des Bcl2 Mbrane mitochondrie (Bad Bid = cytosol) Action sur les membranes mitochondriales = libération ou non du cytochrome C (proApo ou antiApo) Bax Bak Bok Bik Bin Bad Bid… Mbrane mitochondrie (Bad Bid = cytosol) Bcl2* Bclxl* Bclw Mcl1 Nr13 Al/Bfl1 (*= inhibe Cas9) + formation homodimères ou hétérodimères = régulation