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Les modèles de mastocytes primaires humains
Chez l’Homme, la difficulté pour obtenir des quantités suffisantes de tissus primaires pour extraire les mastocytes a poussé les chercheurs à développer des modèles de mastocytes in vitro. Il existe des lignées cellulaires de mastocytes humains (LAD-2, HMC-1, ROSA,…) qui présentent certains avantages, notamment sur la quantité de cellules pouvant être générées, mais ces lignées sont souvent issues de patients présentant des anomalies ou mutations dans les mastocytes. Ces mutations ou autres modifications génétiques rendent les résultats obtenus, avec ces lignées, facilement discutables et difficilement relevant de la véritable biologie du mastocyte. Il existe principalement deux modèles, chez l’Homme, de mastocytes primaires : les CBMC (cord blood-derived mast cell) et les mastocytes dérivés de progéniteurs du sang périphérique. Les CBMC comme leur nom l’indique sont dérivés de progéniteurs CD34+ issus de sang de cordon ombilical [99,100]. La présence de SCF est indispensable à ce modèle et l’IL-3 améliore la prolifération des cellules pendant la première semaine de culture. Les mastocytes dérivés du sang périphérique proviennent aussi de progéniteurs CD34+ que l’on peut trouver dans le sang de tout donneur [16,101]. Ce modèle nécessite du SCF en permanence et de l’IL-3 pendant la première semaine de culture [15]. L’ajout d’interleukine 6, pendant la culture, permet le maintien des cultures à long terme et exerce une activité anti-apoptotique [61,102,103]. Au bout de huit semaines de culture, les mastocytes présentent un phénotype mature avec une expression constitutive des récepteurs caractéristiques des mastocytes comme le CD117 et le RFcI. De plus, comme mentionné dans le chapitre précédent, ces mastocytes expriment dans leurs granules une variété importante de protéases (tryptase, chymase,…) et autres molécules caractéristiques des mastocytes matures [31,32,92]. Ce modèle, utilisé pendant ma thèse, est intéressant et présente de nombreux avantages. Les échantillons sanguins sont facilement récupérables et en quantité importante. Le nombre de cellules obtenu est important mais varie considérablement en fonction des donneurs et la durée de vie de ces cultures est extraordinairement longue jusqu’à six mois en présence de SCF (données non publiées).
Mécanismes d’activation des mastocytes
Au début de l’infection de l’organisme ou de la réponse inflammatoire, le premier rôle des mastocytes est de reconnaître le pathogène ou la situation inflammatoire. Cette information est intégrée, analysée et une réponse adéquate du mastocyte a lieu pour permettre la cascade d’évènements qui permet le retour à l’équilibre de l’environnement. Les mastocytes sont, parmi les cellules de l’immunité, celles qui possèdent un des plus larges panels de mécanismes d’activation une fois mature ce qui en fait de redoutables sentinelles. L’étude de ces mécanismes d’activation a souvent été cloisonnée à des modèles pathologiques comme l’asthme et il reste encore beaucoup de choses à découvrir notamment sur l’activation des mastocytes dans l’homéostasie des tissus et les réponses aux pathogènes.
Les mastocytes expriment de façon constitutive certains récepteurs pour les immunoglobulines qui permettent la reconnaissance spécifique de pathogènes via les anticorps. Ils peuvent aussi exprimer des récepteurs couplés à des protéines G comme le récepteur au complément C5a ou des récepteurs pour des neuropeptides. Ces cellules possèdent aussi de nombreux récepteurs pour des cytokines ou encore d’autres récepteurs comme les TLR ou CD48.
Les récepteurs au fragment constant des immunoglobulines (RFc)
Les anticorps exercent de nombreuses fonctions biologiques en se liant à des récepteurs cellulaires via leur partie Fc (fragment cristallisable) : les RFc. Les RFc sont définis par leur spécificité pour leurs isotypes d’immunoglobuline. Les récepteurs Fc pour les IgG sont nommés RFc, pour les IgE RFc, pour les IgA RFc et ainsi de suite. Parmi ces récepteurs, on peut encore distinguer différents sous-groupes qui sont définis par des structures distinctes : par exemple parmi les RFc on distingue trois familles : RFcI, RFcII, et RFcIII. Tandis que les RFc sont séparés en deux groupes : RFcI et RFcII [104]. Ces différents sous-groupes ont des affinités différentes pour leurs immunoglobulines ce qui permet une séparation entre les récepteurs de haute affinité comme le RFcI et le RFcI qui ont des affinités respectives de 108-109M-1 et 1010M-1 et les récepteurs de faible affinité comme le RFcII qui a une affinité de l’ordre de 107M-1. Les récepteurs de haute affinité peuvent directement lier des anticorps monomériques par le phénomène dit de « sensibilisation ». Ces anticorps, une fois liés, peuvent reconnaître l’antigène et ce complexe peut rester actif pour une longue période [105] comme il a été montré pour le RFcI [106]. Les récepteurs de faible affinité reconnaissent des complexes immuns où l’antigène est recouvert d’anticorps ou « osponisé ».
La plupart des cellules immunitaires expriment des RFc (Figure 6) et ces récepteurs sont pour la plupart activateurs et certains inhibiteurs. Les RFc activateurs contiennent des nombres variables de motifs ITAM (immunoreceptor tyrosine-based activation motifs) dans leur domaine cytoplasmique propre ou les sous-unités qui leur sont associées. La famille des RFc activateurs comprend : le RFcI, le RFcI, le RFcI et aussi les récepteurs de faible affinité pour les IgG (RFcIIA, RFcIIC, RFcIIIA). Les récepteurs inhibiteurs contiennent des motifs ITIM (immunoreceptor tyrosine-based inhibition motifs). Le principal RFc inhibiteur est le RFcIIB qui une fois co-agrégé avec d’autres RFc par des complexes immuns induit un signal inhibiteur [107-109].
Les mastocytes expriment de façon constitutive le récepteur de haute affinité pour les IgE (RFcI) mais aussi certains récepteurs aux IgG qui seront détaillés par la suite.
L’activation des mastocytes médiée par le RFcI
Le RFcI est un récepteur tétramérique qui comprend une chaine, une chaine (exprimée spécifiquement par le RFcI des mastocytes et basophiles [110,111]) et un homodimère de deux sous-unités reliées par un pont disulfure [105,112,113] (Figure 7). Les deux sous-unités sont responsables de l’initiation du signal qui va aboutir à l’activation du mastocyte car elles présentent les principaux ITAM. La sous-unité quant à elle sert à amplifier le signal. Cette sous-unité est d’ailleurs la cible d’un nouveau modèle de souris déficiente en mastocytes et basophiles (voir encadré ci-dessous).
Fixation de l’IgE sur son récepteur
Le RFcI est spécifique pour les IgE mais pas entièrement espèce spécifique. Les IgE murines peuvent se fixer sur le RFcI murin et humain tandis que les IgE humaines se lient uniquement au RFcI humain [116]. Une littérature riche a documenté la liaison de l’IgE sur son récepteur et le consensus de ces études indique que l’IgE se lie sur la chaîne via son domaine C3 [116] (Figure 7). La fixation seule de l’IgE va permettre de stabiliser le RFcI et empêcher sa dégradation. De plus, certaines études ont pu montrer que cette liaison avai un effet anti-apoptotique via l’activation de BCLXL, favorisait la prolifération des mastocytes murins, et la libération de cytokines (IL-13, IL-6, IL-4 et TNF-) [117,118].
Agrégation et signalisation du RFcI
L’agrégation des immunorécepteurs est un élément essentiel à l’initiation du signal de transduction. Des études pionnières ont montré que des ligands bivalents étaient suffisants pour induire l’activation des mastocytes via le RFcI, les travaux de l’équipe de Metzger ont mis en évidence que des monomères d’IgE reliés de façon chimique étaient suffisants pour induire la dégranulation des mastocytes [119,120]. Un faible nombre de récepteurs engagés étant suffisant pour activer les mastocytes, on peut alors penser que l’expression abondante de RFcI permet la liaison de nombreuses IgE ayant des spécifiés différentes ce qui permet aux mastocytes de répondre à de nombreux antigène à la fois. De façon intéressante, l’agrégation du RFcI a été montrée comme indispensable dans des expériences où le rajout d’un large excès de ligands monovalents lors d’une stimulation avec des ligands multivalents bloque l’activation des mastocytes [121]. Ce rajout de ligand monovalent va favoriser la dissociation des ligands multivalents avec l’antigène mais aussi possiblement induire le recrutement de phosphatases comme SHP-1. L’agrégation physique des RFcI induit des déplacements latéraux dont la vitesse moyenne est de l’ordre de 2-4×10-10cm2/s, une fois suffisamment de récepteurs agrégés le complexe va s’immobiliser et la signalisation intracellulaire est initiée [122,123].
Suite à l’agrégation du récepteur, les kinases de la famille SRC phosphorylent les ITAM du récepteur [124]. Chez les mastocytes, la principale kinase SRC qui est recrutée est la kinase LYN qui réside principalement dans les radeaux lipidiques ou « rafts » [125]. Il existe certaines contradictions dans la littérature quant au rôle de LYN dans la signalisation du RFcI : par exemple il a été reporté que les souris déficientes en LYN ne présentent plus de réaction allergique [126] tandis que dans certains modèles de réactions anaphylactiques l’absence de LYN dans les souris exacerbent la pathologie [127]. De même les BMMC, dérivés de souris déficientes en LYN, présentent une réponse dégranulatoire en réponse à l’engagement du RFcI qui peut être diminuée [128] ou équivalente [129] ou même supérieure [130] à leur contrôle WT. Ces résultats contradictoires restent énigmatiques mais des disparités dans les modèles de souris utilisés, l’âge des souris et les conditions de culture des BMMC pourraient expliquer ces différences. Une explication possible à ces contradictions aurait été apportée par Hernandez-Hansen et al. qui montrerait que LYN peut être à la fois un régulateur positif et négatif de la signalisation de ce récepteur [131,132]. Les résidus phosphorylés par LYN sont présents sur les ITAM des chaines et du RFcI. Une fois ces résidus phosphorylés, ils fournissent un site liaison de haute affinité pour les kinases LYN et SYK (spleen tyrosine kinase) [133,134]. Ces deux kinases phosphorylent ensuite la molécule adaptatrice LAT (linker for activation of T cells) qui est cruciale dans la suite des évènements de transduction du signal intracellulaire[135].
LAT est une molécule adaptatrice qui agit comme une plateforme de recrutement, découverte à l’origine dans les lymphocytes T activés [136], sa phosphorylation induit la mobilisation de nombreuses molécules comme : GRB2 (growth-factor-receptor-bound protein2), GADS (GRB2-related adaptor protein), SHC (SH2-domain-containing transforming protein C), SLP76 (SH2-domain-containing leukocyte protein of 65 kDa), VAV, PLC1 (phospholipase C1) [137]. Cet énorme complexe macromoléculaire génère de nombreuses voies de signalisation comme les kinases MAP ou un flux calcique intracellulaire. Malgré l’importance de LAT dans la transduction du signal, son absence n’induit pas l’abrogation totale de la réponse dégranulatoire [135]. En 2002 et 2003, une nouvelle molécule a été identifiée ayant des fonctions proches de LAT : NTAL (non-T-cell activation linker) [138] et LAB (linker for activation of B cells) [139]. Cette molécule a depuis été renommée LAT2. Son rôle a été identifié chez les mastocytes par utilisation de siRNA contre LAT2 dans les mastocytes humains et murins qui ont montré une réduction de la réponse dégranulatoire
[140]. L’intensité du signal reçu par le RFcI semble importante pour réguler si la voie de signalisation induite passe par LAT1 ou LAT2. L’équipe de Juan Rivera a montré récemment qu’une faible stimulation du RFcI déplace le signal intracellulaire de LAT1 vers LAT2 induisant une réponse dégranulatoire moins importante mais une production de chimiokines améliorée [141]. Cette différence fine dans la signalisation du RFcI est capable de modifier la réponse immunitaire. Une des principales enzymes qui va être activée par LAT est la PLC. Une fois activée, la PLC1 (majoritairement chez l’Homme) ou la PLC2 catalysent l’hydrolyse du phosphatidyl inositol 4,5-biphosphate (PI-4,5-P2) en deux produits : l’inositol -1,4,5-triphosphate (IP3) et le diacylglycérol (DAG) [142,143]. L’IP3 induit ensuite la mobilisation du calcium intracellulaire et le DAG l’activation de la protein kinase C (PKC).
Comme mentionné précedemment, la chaine du RFcI a un rôle d’amplification du signal initié par les chaines. Le groupe de Juan Rivera a pu apporter la première preuve qu’une autre kinase de la famille SRC était recrutée en addition de LYN : FYN. Ils ont pu montrer que cette kinase était requise pour la dégranulation et la production de cytokine par les mastocytes [130]. Cette kinase ne nécessite pas la molécule LAT et n’induit pas l’activation des PLC. Par contre, elle est capable d’activer la phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) [144]. La PI3K est ensuite capable de phosphoryler certains phosphoinositides à la membrane plasmique, ce qui permet l’ouverture de sites de liaisons pour certaines molécules comme les PLC, VAV ou encore BTK (Burton’s tyrosine kinase) [145]. Le schéma de la signalisation principale et complémentaire du RFcI est présenté en Figure 8.
La signalisation du RFcI aboutit entre autre à l’induction d’un flux calcique à l’intérieur du mastocyte. L’activité des canaux ioniques est un mécanisme fondamental des cellules de nos organismes. Ce groupe de protéines permet le passage de différents ions comme le Na+, K+ et Ca2+ à travers les membranes cellulaires. Ces transferts d’ions sont impliqués dans de nombreux processus biologiques comme la transcription des gènes, la prolifération des cellules et le relargage de cytokines [146]. Chez les mastocytes, le canal calcique principal est le canal CRAC, formé par six protéines transmembranaires Orai1 [147]. Ce canal a été identifié à la fois dans les mastocytes murins [148] et humains [149]. L’importance de ces canaux a été identifiée chez les souris déficientes en Orai1, où la dégranulation, les productions de LTC4 et de TNF- sont largement diminuées [150]. Chez l’homme, l’inhibition pharmacologique de ces canaux diminue la dégranulation et la production de LTC4 par les mastocytes pulmonaires suggérant qu’un blocage pharmacologique de ces canaux serait une thérapie possible chez les patients asthmatiques [151]. Mais ce traitement apparaît difficilement envisageable étant donné l’expression de ces canaux par de nombreuses autres cellules de l’organisme.
L’activation des mastocytes est aussi affectée par le blocage de STIM-1 (stromal interaction molecule-1). STIM-1 est une protéine présente sur le réticulum endoplasmique qui couple la perte des stocks intracellulaires de calcium et l’influx de calcium par les canaux Orai [152]. Une fois que les stocks de calcium intracellulaires seront épuisés, STIM-1 se transloque à la membrane plasmique où il facilite l’assemblage des canaux Orai. La déficience de STIM-1 dans les mastocytes induit, comme pour les canaux Orai, une diminution du flux calcique médiée par le RFcI et une réponse dégranulatoire moins efficace [153].
Régulation positive du RFcI, l’exemple du récepteur c-Kit
Il existe de nombreux régulateurs du RFcI qui contrôlent de façon positive ou négative le signal intracellulaire ou même l’expression de récepteur, revue dans Kraft et Kinet [154]. J’exposerai, ici, l’importance du SCF mais il existe d’autres molécules dont les voies de signalisation croisent avec les voies de signalisation du RFcI.
Le SCF et son récepteur c-Kit sont cruciaux pour le développement des mastocytes mais les voies de signalisation induites par le SCF peuvent aussi influencer positivement l’activation des mastocytes via le RFcI. Des études réalisées chez l’Homme [155] et la souris [156] ont pu montrer que le SCF était capable de fortement potentialiser la dégranulation des mastocytes suite à l’activation du RFcI. La présence simultanée de SCF et de l’antigène peuvent aussi augmenter l’expression d’ARNm de nombreuses cytokines chez les mastocytes humains [157] et murins [158]. Cette potentialisation peut être expliquée par de nombreuses voies de signalisation qui sont communes entre le récepteur c-Kit et le RFcI comme par exemple : l’activation de la PI3K, la PLC ou encore les MAP kinases [157]. L’activation de ces voies par le SCF n’est pas capable d’induire la dégranulation des mastocytes et ce phénomène peut être expliqué par l’absence de phosphorylation de la molécule LAT et de la PKC [157].
Régulation négative du RFcI
Le RFcI est finement régulé pour éviter une activation trop forte des mastocytes et par conséquent, une réponse inflammatoire délétère pour l’organisme. La kinase Lyn par exemple a été décrite comme impliquée dans la régulation positive du RFcI mais aussi négative. Elle est capable d’induire la phosphorylation des motifs ITIM inhibiteurs et ainsi le recrutement de SHIP [127]. SHIP est une phosphatase cruciale pour générer la désensibilisation du RFcI et arrêter le signal activateur [159]. D’autres protéines comme RabGEF1 ou RGS13 vont aussi pouvoir réguler négativement le RFcI en agissant sur les voies ERK et PI3K respectivement [160,161].
Le RFcIIB est un récepteur au fragment constant qui va induire un signal inhibiteur sur le RFcI [162,163]. L’expression de ce récepteur est toujours controversée chez les mastocytes humains : certains mastocytes humains peuvent le présenter [164] mais les mastocytes retrouvés dans la peau eux ne l’expriment pas [165].
Les récepteurs aux cytokines
L’interleukine 33
L’interleukine 33 (IL-33) est une cytokine nucléaire décrite initialement par l’équipe de Jean-Philippe Girard, à Toulouse, dans les cellules endothéliales des HEV (high endothelial venules) [185-187]. Elle est capable d’activer ses cellules cibles via son récepteur, ST2 ou IL-1 RAcP, qui induit les voies de signalisation dépendantes de la protéine Myd88 [188]. De nombreuses cellules immunitaires peuvent être activées par l’IL-33 [189] notamment : les cellules lymphoïdes innées de type 2 [190], les basophiles [191], les éosinophiles [192,193], les lymphocytes TH2 [188] ou Treg [194] , les cellules NK [195], et les mastocytes [196-201].
L’IL-33 est exprimée constitutivement dans de nombreux tissus [202]. De façon intéressante, on la retrouve principalement localisée dans le noyau des cellules productrices mais son rôle nucléaire reste encore mal compris [202]. Son expression peut être augmentée durant les processus inflammatoires, il a notamment été montré qu’une inflammation des voies aériennes suite à une exposition répétée à l’ovalbumine ou à des pollens augmentait l’expression de l’IL-33 dans les cellules pulmonaires [203,204]. Chez l’Homme, Prefontaine et al. ont pu mettre en évidence une expression nucléaire plus importante d’IL-33 dans les cellules épithéliales aériennes des patients souffrant d’asthme [205]. L’IL-33 est donc majoritairement produite par les cellules non-hématopoïétiques comme les cellules épithéliales mais les macrophages et cellules dendritiques sont aussi capables de la produire en cas d’infection ou d’inflammation allergique [204,206]. La forme biologiquement active de taille normale de l’IL-33 peut être libérée dans le milieu extracellulaire après des dommages cellulaires ou un stress mécanique [207,208]. Certains allergènes environnementaux comme les pollens de graminées présentent des protéases qui peuvent in vivo induire des stress apoptotiques et mécaniques sur les cellules épithéliales aériennes et induire la sécrétion d’IL-33 [209]. Cependant, ces allergènes induisent l’accumulation de signaux de dangers comme de l’ATP qui à son tour génère la libération d’IL-33 [210]. L’activité de cette cytokine est régulée par les protéases qui jouent un rôle essentiel à la régulation positive ou négative de l’IL-33. La caspase-3 est capable de cliver l’IL-33 et ainsi de générer deux produits inactifs [207]. En contraste, les protéases générées durant l’inflammation sont capables de potentialiser l’activité de l’IL-33 : l’équipe de Jean-Philippe Girard a pu montrer que les protéases à sérine, la cathèpsine G et l’élastase des neutrophiles sont capables d’induire la maturation de l’IL-33 et générer une forme dix fois plus biologiquement active [211]. Dans une étude plus récente, cette même équipe a démontré que les protéases (chymase et tryptase) des mastocytes humains étaient capables de la même façon de générer des formes tronquées de l’IL-33 biologiquement plus actives [190].
Les mastocytes ont donc une relation étroite et réciproque avec cette alarmine. Son récepteur ST2 est exprimé de façon précoce dans le développement des mastocytes murins et humains [10,212]. L’IL-33 est aussi capable d’améliorer la survie des mastocytes humains matures [197]. La majorité des études s’accordent sur le fait que l’IL-33 n’est pas capable d’induire la dégranulation des mastocytes seule. L’IL-33 semble par contre être capable d’induire la sécrétion de cytokines pro-inflammatoires par les mastocytes : IL-6, TNF-, IL-5, IL-10, IL-13, et GM-CSF mais aussi des chimiokines inflammatoires comme CXCL8 et CCL1 [196,200,212,213]. Son action la plus intéressante est surement sa fonction de synergie avec le récepteur de haute affinité pour les IgE, le RFcI. La combinaison d’activation des mastocytes par l’IL-33 et le RFcI induit une activation plus forte de ces derniers, sans modifier le flux calcique induit par le RFcI [200]. Il a été montré dans des modèles murins que la dégranulation et le relargage de médiateurs (IL-6, IL-13, et TNF-) étaient potentialisés par un traitement des cellules avec l’IL-33 [197]. De façon intéressante, il a aussi été montré récemment dans un modèle d’allergie murine, que la présence d’interleukine 33 induisait une libération plus importante de-hexosaminidase et de sérotonine par les mastocytes sans augmentation dans ce modèle du nombre global de mastocytes. Ce modèle suggère l’émergence de mastocytes avec un pouvoir inflammatoire plus important [214].
Mais l’effet de l’IL-33 semble dépendant du temps d’exposition des mastocytes, l’équipe de Dean Metcalfe et Alasdair Gilfillan défend que l’IL-33 induirait un phénotype hypo-répondeur des mastocytes. Une exposition des mastocytes à 10ng/mL d’IL-33 sur plus de 24 heures allant jusqu’à huit semaines inhibe la dégranulation analysée par le relargage de la-hexosaminidase (test enzymatique mesurant la dégranulation sur la population globale). Mais l’exposition de courte durée (moins de 24h), en accord avec les travaux précédents, montre une potentialisation de la dégranulation [201]. La même équipe a pu mettre en évidence que les mastocytes humains sont capables de synthétiser et libérer le récepteur soluble à l’IL-33 (sST2) après 24 heures de stimulation [215]. L’IL-33 étant une alarmine libérée très rapidement lors de l’inflammation et ensuite rapidement dégradée par les caspases, on peut se demander si in vivo, les mastocytes peuvent être exposés pendant plusieurs semaines à cette cytokine et si réellement ce phénotype hyporépondeur peut être induit.
Pendant ma thèse, je me suis intéressé à analyser l’effet de l’IL-33 sur une courte durée de stimulation (1 heure). Cette courte durée de stimulation peut se produire in vivo, on peut facilement envisager que rapidement après une blessure, l’IL-33 stimule les mastocytes et rapidement le stimulus inflammatoire déclenche la dégranulation. Les différentes études ont analysé la dégranulation seulement avec le relargage de la-hexosaminidase. Ce test ne reflète pas le comportement des mastocytes individuels lorsqu’ils dégranulent mais donne une bonne indication sur la réponse globale de la population. C’est pour cela que nous nous sommes intéressés, pendant ma thèse, à analyser l’effet de l’IL-33 sur la réponse de dégranulation et la synthèse de chimiokines au niveau « single-cell » grâce à notre technique innovante d’analyse de la dégranulation à l’avidine. Cette approche permet d’analyser la fréquence exacte de mastocytes qui dégranulent mais aussi l’intensité de la dégranulation comme expliquer dans le chapitre sur les granules des mastocytes.
Thymic stromal lymphopoietin (TSLP)
TSLP est un membre de la famille des cytokines de l’IL-2, initialement découverte dans le surnageant de cellules épithéliales du thymus [216]. Durant l’inflammation allergique, les principaux producteurs de TSLSP sont les cellules épithéliales, kératinocytes, et de récentes données montrent que les cellules dendritiques et mastocytes sont aussi capables de sécréter cette cytokine [217-221]. L’effet de cette cytokine a été analysé dans les pathologies asthmatiques et les mastocytes dans ces modèles. En 2007, Allakhverdi et al. ont montré que les mastocytes humains en réponse au TSLP et en synergie avec l’IL-1 et TNF- pouvaient sécréter des cytokines de type TH2 comme l’IL-5, l’IL-13,… Cette potentialisation de la réponse des mastocytes pourrait avoir un rôle central dans les pathologies comme l’asthme ou la dermatite atopique [222]. Ces données ont été confirmées par d’autres études et montrent le même impact de cette cytokine sur la libération de cytokines pro-inflammatoires sans induire la dégranulation [223,224].
L’interleukine 1E
IL1-E) et l’interleukine 18 (IL-18)
L’IL-1 et l’IL-18 comme TSLP semblent aussi avoir un rôle de potentialisateur de la réponse des mastocytes. Seules, elles ne sont peu ou pas capables d’induire la dégranulation ou la sécrétion de cytokines mais en association avec le RFcI, elles peuvent augmenter la libération de PGD2, d’IL-3, d’IL-5, d’IL-6, de CXCL8, d’IL9… [197,225-227]
L’interleukine 3, 4, 5
L’IL-3, l’IL-4 et l’IL-5 produites notamment par les lymphocytes T sont capables de potentialiser l’activation des mastocytes médiée par le RFcI en augmentant la sécrétion d’histamine et de leucotriène C4 par exemple [42,228,229].
Autres récepteurs activateurs
Les récepteurs de type toll
Les récepteurs toll-like (TLR) jouent un des rôles les plus fondamentaux en immunologie. Ils appartiennent à la famille des PRR (pattern recognition receptors) et ils ont été initialement décrits chez la drosophile. Il est maintenant répertorié environ dix homologues chez les mammifères [230,231]. Ces récepteurs peuvent être exprimés à la surface des cellules directement en contact avec le milieu extracellulaire ou présents à l’intérieur même des cellules où ils reconnaissent les pathogènes endocytés par les cellules [232]. La régulation de l’expression de ces TLR chez les mastocytes semble dépendante du microenvironnement où ils résident. Les mastocytes murins et humains sont virtuellement capables d’exprimer tous les TLR mais suivant le modèle et l’organe analysé, le panel peut varier [233,234]. Le rôle de ces TLR exprimés par les mastocytes dans la réponse immunitaire reste encore peu étudié.
Le TLR2 est exprimé à la fois par les mastocytes murins et humains [235-237]. Les ligands de ce TLR sont le peptidoglycane (PGN) et l’acide lipotéichoïque (LTA) exprimés par les bactéries Gram+ ou encore le zymosan. Chez l’Homme, l’activation des CBMC par du PGN induit la sécrétion d’IL-1 et de la cytokine pro-inflammatoire GM-CSF (granulocyte macrophage colony stimulating factor) sans induire de dégranulation significative [235]. Le zymosan, un composant de la paroi cellulaire des levures reconnu par l’hétérodimère TLR2/TLR6 n’est pas capable lui aussi d’induire la dégranulation des CBMC mais génère des cytokines pro-inflammatoires dépendantes du facteur de transcription NF-B [235]. En plus des cytokines, l’équipe de Jean Marshall a pu montrer que l’activation de TLR2 induisait la production de leucotriène C4 (LTC4) par les CBMC, ce médiateur lipidique possède un effet broncho constricteur et induit la migration d’autres cellules immunitaires. En 2012, Rodriguez et al. ont démontré que l’engagement de TLR2 sur les mastocytes était primordial à la destruction de la bactérie pulmonaire Francisela tularensis [238]. L’équipe de Jean Marshall a pu aussi déterminer que l’activation de TLR2 avait un impact positif dans un modèle tumoral chez la souris. Cette activation inversait le phénotype pro-tumoral des mastocytes dans ce modèle, induisait la sécrétion d’IL-6 et améliorait le recrutement des cellules de type NK (natural killer) et des lymphocytes T [239]. Les auteurs expliquent que la capacité de radiorésistance des mastocytes pourrait être une opportunité pour profiter de ces cellules et de leur capacité pro-inflammatoire dans des immunothérapies contre les tumeurs.
Le TLR4 est l’un des TLR les plus étudiés en immunologie. Il a été montré que les mastocytes murins pouvaient répondre au LPS (lipopolysaccharide) des bactéries Gram-, ligand de TLR4, en sécrétant des cytokines pro-inflammatoires comme le TNF- et l’IL-6 sans induire de dégranulation [240,241]. Un autre groupe a pu montrer qu’en réponse au LPS, les mastocytes murins pouvaient sécréter de l’IL-5, IL-13 et IL-10 [242]. Dans un modèle d’infection bactérienne du péritoine, les souris déficientes en mastocytes W/Wv reconstituées localement avec des mastocytes n’exprimant plus TLR4 montrent une mortalité plus élevée à l’infection bactérienne et un défaut de recrutement des neutrophiles [243]. Ces données et d’autres études [236] démontrent bien que l’expression de TLR4 est nécessaire à la réponse des mastocytes aux pathogènes. TLR4 peut aussi avoir un rôle dans certaines pathologies, Nigo et al. ont démontré que l’engagement de TLR4 sur les mastocytes induisait le recrutement des éosinophiles dans les poumons dans un modèle d’asthme et participerait donc à l’exacerbation de la pathologie [244]. Chez l’Homme, l’équipe de Michel Arock a observé que le traitement des CBMC avec de l’IL-4 augmente le niveau d’expression de TLR4 [237]. Les mastocytes humains stimulés au LPS sont capables de sécréter un large spectre de cytokines et chimiokines pro-inflammatoires comme du GM-CSF, CXCL8, CCL3, CCL4, TNF-,… [245].
L’expression et la fonction d’autres TLR sur les mastocytes restent encore aujourd’hui peu étudiées. L’expression de TLR1 et TLR6 a aussi été décrite chez les mastocytes murins et humains [235,246]. Ces deux TLR peuvent s’associer avec le TLR2 pour former des hétérodimères et ainsi amplifier la réponse des mastocytes. In vitro, l’activation de BMMC par le TLR3 induit la production d’IL6, de TNF-, CCL3, RANTES,… [247]. Ce TLR, intracellulaire, reconnait de l’ARN double brin notamment présent chez les virus. En 2005, l’équipe de Silvia Bulfone-Paust a démontré que l’injection de poly (I:C), ligand de TLR3, activait les mastocytes péritonéaux en induisant une augmentation d’expression des molécules de costimulation et la libération d’interféron-, de CXCL10, et de RANTES. Cette activation permettait un meilleur recrutement des lymphocytes T CD8+ [248]. Une étude plus récente a aussi pu démontrer que dans un modèle murin d’infection au CMV (cytomégalovirus), les mastocytes pouvaient reconnaitre ce virus via TLR3, libérer la chimiokine CCL5, et ainsi promouvoir l’infiltration des LT CD8+ qui vont ensuite éliminer les cellules infectées [249]. Chez l’Homme, l’activation du TLR3 sur les mastocytes induit la production d’interféron de type I, essentiel à la lutte contre les virus [250]. TLR7 et TLR8 sont aussi cruciaux pour la réponse antivirale, ils reconnaissent les ARN simple-brin associés aux virus dans les vésicules intracellulaires des cellules. L’expression de TLR7 a été décrite dans les mastocytes humains et murins [250,251]. Son activation a été très peu étudiée, mais son engagement sur les mastocytes induit comme pour TLR3 la libération de cytokines et chimiokines pro-inflammatoires. TLR9 est aussi un TLR intracellulaire, reconnaissant les îlots CpG non méthylés de l’ADN, exprimé par les mastocytes il induit lui aussi la sécrétion de médiateurs pro-inflammatoires [251].
Les cytokines et chimiokines produites par les mastocytes
Au cours d’une phase d’activation prolongée, les mastocytes vont être capables de produire une large gamme de chimiokines et cytokines [84]. Il a été décrit que les mastocytes pouvaient produire in vitro et sous certaines conditions une longue liste de chimiokine après activation du RFcI, sécrétées de façon constitutive ou activés par les TLR : CCL1, CC2, CCL3, CCL4, CCL5, CCL7, CCL8, CCL13, CCL17, CCL18, CCL19, CCL20, CCL22, CCL23, CCL25, CCL28, CXCL2, CXCL4, CXCL5, CXCL7, CXCL8, CXCL10, CXCL14, CXCL16, CXCL17, XCL1, et CXCL1 [403-405]. Ces chimiokines peuvent attirer d’autres cellules immunitaires comme les lymphocytes T, monocytes, neutrophiles ou les lymphocytes B. CXCL8 ou l’interleukine 8 a été une des premières chimiokines décrite comme étant produite par les mastocytes [406]. Son rôle est essentiel dans le recrutement des neutrophiles et représente un marqueur de la réponse inflammatoire.
Les mastocytes sont aussi capables de sécréter différentes cytokines. Il a été décrit que le GM-CSF, l’IL-3 et l’IL-5 produits par les mastocytes étaient capables d’agir sur les éosinophiles en améliorant leur activation, survie, adhésion et migration [258,407]. L’interleukine-1 peut agir sur les cellules endothéliales en augmentant l’expression des molécules d’adhésion [408]. Les mastocytes sont aussi en mesure de produire de petites quantités d’interleukine 4 [409] et de l’interleukine 13 qui agissent de façon autocrine sur les mastocytes en augmentant l’expression du RFcI mais aussi modulent la réponse des monocytes/macrophages [115] et promeut une réponse de type TH2.
L’interleukine 9 peut être aussi sécrétée par les mastocytes après engagement du RFcI [410]. Il a été montré dans un modèle d’allergie alimentaire que l’IL-9 sécrétée par les mastocytes intestinaux amplifiait leur recrutement dans l’intestin et favorisait les symptômes de la pathologie. Cette « sous-population de mastocytes » capable de sécréter de l’IL-9 a été nommée par les auteurs de cette étude les MMC9 pour multifunctional IL-9-producing mucosal mast cell [411]. Le rôle de cette cytokine et de cette sous-population dans ce type de pathologie et d’autres pathologies intestinales méritera de plus amples recherches dans les futures années.
L’équipe de Michel Arock a publié que les mastocytes dérivés de sang de cordon sécrétaient de manière constitutive de l’interleukine 10 anti-inflammatoire, cette sécrétion est potentialisée par l’activation du RFcI [412]. Cette production constitutive permettrait de réguler de manière autocrine l’activité des mastocytes. Il a aussi récemment été décrit que les mastocytes pouvaient produire de l’interleukine 22 dans le cadre du psoriasis et de la dermatite atopique. Cette cytokine a un rôle crucial dans l’homéostasie tissulaire notamment celle de la peau en agissant sur les kératinocytes, cellules épithéliales et cellules musculaires lisses [413]. Sous l’action du TLR3, les mastocytes sécrètent aussi de l’IFN- qui améliore la cytotoxicité des cellules Natural killer et induit la maturation des cellules dendritiques [250]. Pour finir, les mastocytes peuvent aussi sécréter de l’amphiréguline
[414] initialement décrite pour agir sur l’augmentation de production de mucine par les cellules épithéliales. Néanmoins, une étude intéressante de 2013 a pu démontrer que l’amphiréguline produite par les mastocytes était capable de réguler positivement la fonction des lymphocytes T CD4+ régulateurs [415].
Les filets à ADN ou « extracelullar traps », pièges à bactérie
Initialement décrits pour les neutrophiles, les NETs (neutrophils extracellular traps) sont un nouveau mécanisme d’action de l’immunité innée contre les infections [416]. Par un mécanisme qui n’induit pas la mort de la cellule, des « filets » d’ADN contenant des histones et de l’ADN vont être exocytés de la cellule pour capturer les bactéries avoisinantes et les tuer. Une étude de 2008 a démontré que les mastocytes pouvaient eux aussi générer ce genre de pièges en réponse à une bactérie Streptococcus pyogenes. Ces MCETs (mast cell extracelullar traps) sont composés de tryptase, du peptide antimicrobien LL37, d’ADN et d’histones (Figure 24). Le processus de synthèse de ces ETs dépend des espèces réactives de l’oxygène (ROS) comme pour les neutrophiles [417]. L’importance de processus dans de nombreuses pathologies comme l’asthme reste à encore à déterminer.
Le mastocyte et ses interactions avec les autres acteurs de la réponse immunitaire
Interactions entre mastocytes et lymphocytes TH CD4+
La formation de la synapse immunologique
Lors de la rencontre entre lymphocyte T et une cellule présentatrice de l’antigène (CPA), présentant via son CMH le peptide antigénique spécificique, une aire de contact spécialisée se forme entre ces deux cellules appelée la « synapse immunologique ». Comme la synapse formée par les neurones, la synapse immunologique est caractérisée par un échange d’informations bidirectionnel entre les deux cellules dans une structure particulière qui a fait l’objet de nombreuses études passionnantes [418]. La synapse a en premier été décrite sous sa forme concentrique, puis on a mis en évidence un édifice beaucoup plus dynamique et changeant selon les contextes, je ne décrirai ici que la synapse « canonique » dite en œil de bœuf. De façon simplifiée, cette synapse est formée d’anneaux concentriques appelés SMAC (supra-molecular activation cluster) : le TCR (T cell receptor) est présent au centre de la synapse (cSMAC) avec les molécules CD2, CD28, CD4 ou CD8, ensuite les molécules d’adhésion comme LFA-1 (lymphocyte function-associated antigen 1) forment une seconde structure (pSMAC) et enfin les molécules comme CD45[419] sont présentes à la périphérie de la synapse (dSMAC) [420] (Figure 25 et Figure 26). Le TCR des lymphocytes T va pouvoir reconnaître le peptide antigénique présenté par le CMH-I pour les lymphocytes T CD8+ ou CMH-II pour les lymphocytes T CD4+.
Figure 25. Synapse immunologique entre un lymphocyte T CD4+ humain et une CPA chargé ou non au super-antigène (système mimant l’interaction entre TCR et complexe CMH/peptide). Les cellules ont ensuite été marquées pour l’-tubuline (vert), le CD45 (rouge) et les phosphotyrosines (bleu). Image de Calvez et al. [421]
Les sous-populations de lymphocytes T et leurs régulations
Un ensemble de signaux est nécessaire pour activer un lymphocyte T et induire sa différenciation. Le premier signal est donné par la reconnaissance du TCR avec son complexe peptide/CMH spécifique. Le second est une combinaison de molécules de costimulation comme la liaison entre CD80/86 avec CD28 exprimée sur les LT [422]. Le troisième signal correspond aux cytokines sécrétées par la CPA qui va moduler la réponse des LT et l’orienter vers une différenciation particulière.
Durant l’interaction entre LT naïf et sa CPA, les signaux qui sont engagés déterminent le sous-type de lymphocyte T mais aussi l’expansion clonale et la proportion de cellules effectrices ou mémoires générées [423]. L’expression combinée de certains marqueurs (CD3, CD4, CCR7, CD45RA, CD45RO) est suffisante à l’heure actuelle pour discriminer les lymphocytes T naïfs, les LT effecteurs, les LTCM et les LTEM dans les échantillons de sang (Figure 27).
Les lymphocytes TH CD4+ sont connus pour avoir une diversité importante de sous-types de différenciation, à l’heure actuelle environ six sous-types sont considérés comme des lignages à part entière (Figure 28). Ces lignages définis représentent des archétypes entre lesquels les populations de LT oscillent.
De façon résumée, les premières études sur la différenciation des lymphocytes T CD4+ ont pu identifier que l’activation d’un LT naïf avec une cellule dendritique produisant de l’IL-12 induisait la capacité chez le LT de produire de l’IFN-J [425,426], ces cellules ont été appelées lymphocytes TH1. En contraste, les lymphocytes TH2 se différencient en présence d’IL-4 et sécrètent de l’IL-4, IL-5, IL-10 et IL-13 mais pas d’IFN-J [425,426]. Cette forte opposition entre ces deux lignages a été confirmée par le fait que les cytokines caractéristiques de chaque lignage bloquent le lignage opposé. Ces premières études ont posé les bases de l’étude de la différenciation des LT CD4+ et l’identification de nouvelles cytokines a permis de faire évoluer ces différents sous-types de lymphocytes TH.
Je décrirai ici un exemple de différenciation vers le lignage TH1 avec les dernières données connues mais chaque lignage possède maintenant de nombreux régulateurs à la fois cytokinique et génétique.
Comme mentionné avant, l’IL-12 est le premier signal qui joue un rôle central dans l’induction des TH1 [427]. Plus tardivement l’IFN-J, la cytokine signature des TH1, a aussi été décrit comme importante pour ce lignage [428]. La signalisation via l’IL-12 active STAT4 (signaling transducer and activator of transcrition), qui est plus fortement exprimé dans le lignage TH1 [429]. Cette activation va induire l’expression d’IFN-, de la chaine2 du récepteur à l’IL-12, et de T-bet [430]. T-bet est le facteur de transcription clé des lymphocytes TH1, il a été identifié en 2000 [431] et son action passe par le remodelage du gène de l’IFN- et l’augmentation de l’expression de la chaine2 du récepteur à l’IL-12 ce qui induit l’expansion du lignage TH1 en réponse à l’IL-12 [432]. Malgré les sévères défauts des souris déficientes en T-bet dans l’induction du lignage TH1, il a été reporté que in vitro les lymphocytes TH1 produisaient des quantités normales d’IFN- suggérant que la production d’IFN- pourrait être contrôlée par un autre mécanisme [430]. Une des réponses à ce mécanisme a été apportée par l’identification d’Eomes (Eomesodermin) qui est crucial pour la production d’IFN- par les lymphocytes T CD8+ [433]. La double délétion de T-bet et Eomes dans les lymphocytes T CD4+ induit la perte de production d’INF- en réponse à une infection virale, confirmant le rôle de ce facteur de transcription dans le lignage TH1 [434]. D’autres facteurs de transcription ont été identifiés dans le lignage TH1 : Runx3, IRF1, Hlx, et Ets-1 [435].
De façon générale, une fois le lignage engagé, la capacité de produire les cytokines caractéristiques comme l’IFN- ou de l’IL-4 est stabilisée par des modifications épigénétiques qui vont verrouiller les locus des gènes des cytokines antagonistes [436] ce qui permet de maintenir le lignage au cours des divisions cellulaires. De plus, des facteurs de transcription ont été identifiés comme T-bet et GATA3 pour le lignage TH1 et TH2 respectivement. Ces facteurs induisent la sécrétion de cytokines particulières et peuvent aussi bloquer la différenciation vers un lignage alternatif [430,437].
Cette catégorisation des lymphocytes TH en différentes familles est de plus en plus remise en question par de nombreuses études montrant que ces lymphocytes T seraient plus « plastique » que ce que l’on pense [438].
Une étude de notre laboratoire a pu montrer par exemple que les lymphocytes TH mémoires après réactivation par des mastocytes pouvaient présenter un profil mixte entre TH1 et TH22 avec des cellules capables de produire de l’IFN- et de l’IL-22 en même temps [31]. D’autres études ont aussi mis en évidence des phénotypes intermédiaires entre TH1 et TH17 dans la muqueuse intestinale. Ces cellules sont capables de sécréter à la fois de l’IFN- et de l’IL-17 en réponse aux antigènes des mycobactéries [439]. Les lymphocytes T régulateurs peuvent exprimer le facteur de transcription RORT, caractéristique des TH17 [440], ou encore T-bet caractéristique des TH1 [441] et produire des cytokines propres à leur nouveau lignage. Ces données confirment que les lymphocytes TH ont des propriétés flexibles et s’adaptent continuellement à l’évolution de la réponse inflammatoire.
Les cytokines majeures responsables de la différenciation des LT sont connues mais de nombreux autres médiateurs peuvent influencer leur polarisation et potentiellement leur plasticité. Parmi eux, on retrouve les éicosanoïdes dont le rôle est sous-estimé dans la réponse adaptative des LT. La PGE2 a été le lipide le plus étudié dans la réponse TH et son rôle est assez controversé. Il a été montré que la PGE2 est importante durant le développement précoce des LT dans le thymus au stade double-positif CD4+CD8+ [442]. Son action lors de l’activation des LT par les CPA semble dépendante de la dose utilisée : à faibles concentrations elle inhibe l’activation et la différenciation tandis qu’à fortes concentrations elle semble plutôt améliorer la prolifération et supprimer les fonctions des LT [386]. Une première étude en 1991 a observé que la PGE2 inhibait la différenciation TH1 sans impacter les TH2 [443]. Ces résultats ont été confirmés en 1997 où il a été décrit que la PGE2 induisait de l’IL-4, IL-5 et IL-10 par les LT [444]. Mais deux études en 2009 ont mis en évidence que la PGE2 aurait un rôle important dans la différenciation des LTH17. L’ajout de cette cytokine dans le milieu de différenciation des LT oriente la différenciation vers un phénotype TH17 et TH1 pour la première étude [445] tandis que le groupe de Federica Sallusto montre que le profil TH17 est favorisé au détriment du profil TH1 [446]. Une dernière étude de 2009 a pu mettre en évidence que la PGE2 augmentait l’expression du récepteur à l’IL-23, cytokine importante pour la différenciation en TH17, et la PGE2 en synergie avec l’IL-23 et l’IL-1 induisait une différenciation en TH17 plus importante [447]. L’effet de la PGE2 passerait par ses récepteurs EP2 et EP4 exprimés à la surface des LT. Les résultats contradictoires de ces études peuvent être reliés aux différentes concentrations de PGE2 utilisés in vitro. Il est intéressant de noter que l’absence d’EP4 dans des modèles de colite expérimentale protège la souris de la pathologie avec une activation des LT diminuée suggérant un rôle de cette prostaglandine dans cette pathologie [448]. Le rôle de la PGD2 dans la différenciation des LT est comme mentionné dans les chapitres précédents restreint à l’heure actuelle à son impact sur les LTH2. Son importance dans la différenciation des autres sous-populations de LTH reste encore à explorer.
Les mastocytes en tant que cellules présentatrices de l’antigène
Parmi la famille des cellules qui sont capables de présenter l’antigène aux LT, on sépare les CPA dites professionnelles comme les cellules dendritiques, les macrophages et les lymphocytes B qui vont être plus aptes à activer les LT dits « naïfs » qui n’ont jamais vu l’antigène avec les CPA non-professionnelles. Parmi cette dernière famille, on retrouve les éosinophiles capables d’exprimer le CMHII [449], les basophiles [450,451] bien que les études semblent contradictoires [452], les neutrophiles [453] et les mastocytes.
La présentation antigénique par les mastocytes est restée controversée pendant de nombreuses années car les mastocytes ex vivo n’expriment pas ou très peu de CMH-II [454]. Une première étude en 1997 a pu démontrer que des BMMC présentaient dans leurs granules des molécules de CMH-II et ces molécules étaient souvent associées avec la chaîne invariante li. De plus, un faible pourcentage de ces molécules est retrouvé à la surface des cellules [319]. D’autres travaux dans les années 1990 du groupe de Salaheddine Méchéri ont démontré que les BMMC étaient capables de supporter la prolifération de lymphocytes T, d’hybridomes, et d’induire la production d’interleukine 2 [455,456]. La capture d’antigènes par les IgE a aussi été montrée comme étant un potentialisateur de la capacité de présentation des BMMC [457]. Après ces études, il faudra attendre les travaux de Kambayashi qui démontre en 2007 que les mastocytes sont capables de capturer l’antigène et de le préparer pour la présentation antigénique. Mais, cette étude démontre aussi que ce sont des CPA professionnelles comme les cellules dendritiques qui présentent ce peptide aux LT après la mort du mastocyte [458]. Une deuxième étude de ce même groupe a pu mettre en évidence que des BMMC stimulés 72h avec du LPS et/ou de l’IFN- étaient capables d’exprimer à la surface des molécules de CMH-II. Ces BMMC chargés avec le peptide de l’ovalbumine étaient capables d’activer des LT CD4+ OT-II, exprimant un TCR transgénique reconnaissant l’ovalbumine, pour qu’ils sécrètent de l’IFN-. De façon intéressante, les BMMC étaient aussi capables d’induire une proportion non négligeable de lymphocytes T régulateurs Foxp3+ [454]. Toutes ces études ont utilisé des BMMC qui sont des mastocytes immatures et leurs cultures peuvent être contaminées par des CPA professionnelles résiduelles.
Les travaux de notre groupe ont pu mettre en évidence qu’en utilisant des mastocytes dérivés du péritoine PCMC (mastocytes présentant une maturité plus importante), ces derniers étaient capables d’induire une synapse immunologique fonctionnelle avec des lymphocytes T CD4+ OT-II. Sous l’action combinée de l’INF- et de l’IL-4, les PCMC expriment
à leur surface les molécules de CMH-II et induisent la prolifération des OT-II et la production d’INF- par ces derniers. De plus, les lymphocytes polarisent leur machinerie de sécrétion vers les mastocytes (Figure 29), et cet échange bidirectionnel diminue le seuil d’activation du RFcI des mastocytes les rendant plus aptes à dégranuler.
Une deuxième étude de notre groupe a pu observer que des mastocytes humains stimulés à l’IFN- pendant 72 heures étaient capables d’exprimer le CMH-II. Une fois chargés avec un cocktail de super-antigènes, les mastocytes sont capables de restimuler des lymphocytes T CD4+ mémoires et d’induire des lymphocytes T producteurs d’INF-, d’IL-22 et une population particulière de LT hybride double-producteurs d’IFN- et d’IL-22. Cette population mixte n’est pas retrouvée lorsque les lymphocytes sont restimulés avec des cellules dendritiques. De plus, le TNF- et l’IL-6 produits par les mastocytes sont cruciaux pour la génération de ces cellules mais leur blocage n’induit pas totalement l’absence de cette population mixte. Dans une dernière approche, nous avons pu mettre en évidence que dans la peau de patients atteints de psoriasis, les mastocytes étaient en association étroite avec ces lymphocytes T producteurs d’IL-22 [31]. Cette dernière étude a permis de démontrer que les mastocytes humains étaient capables de stimuler des lymphocytes T CD4+ mémoires mais l’influence de nombreux médiateurs sécrétés par les mastocytes pendant cette coopération reste encore à définir, notamment l’effet des éicosanoïdes. La présence de lymphocytes T forts producteurs d’IL-17 mais aussi d’IL-22 a été décrite dans de nombreuses autres pathologies, une étude du groupe de Hans Yssel a pu mettre en évidence que ces TH17 étaient retrouvés dans le psoriasis, la maladie de Crohn, l’arthrite rhumatoïde ou encore l’asthme allergique [459]. Les interactions entre mastocytes et ces TH17 n’ont pas encore été étudiées dans ces pathologies alors que ces deux types cellulaires sont présents et jouent un rôle pathologique.
Interactions avec les cellules endothéliales et recrutement des leucocytes
Les mastocytes sont localisés autour des vaisseaux sanguins avec lesquels ils peuvent interagir pour permettre l’entrée des autres leucocytes comme les neutrophiles, éosinophiles, cellules dendritiques ou encore lymphocytes T. Les vaisseaux sanguins sont organisés autour des cellules endothéliales qui vont former la paroi du vaisseau, on retrouve ensuite un anneau de cellules particulières les péricytes qui interagissent avec des macrophages et mastocytes résidents (Figure 30) [389].
Adapté de Nourshargh et Alon [389]
Le rôle de ces mastocytes périvasculaires reste peu exploré et leurs interactions avec les cellules de ce microenvironnement, notamment, avec les péricytes totalement inconnues. Comme mentionné précédemment, il est connu que les mastocytes peuvent émettre des prolongements dans le vaisseau sanguin pour capter l’antigène [368]. Des études plus anciennes ont pu montrer que l’activation des mastocytes et la libération d’histamine augmentaient l’expression des molécules d’adhésion comme la P-selectin sur les cellules endothéliales [460]. Cette activation améliore ensuite le recrutement des neutrophiles [461].
Les neutrophiles commencent leur processus de transmigration à travers les vaisseaux sanguins, ce processus est complexe et finement régulé. De nombreux modes de transmigration ont été décrits, y compris des phénomènes de migration inversée (reverse transmigration, rTEM) où les neutrophiles peuvent, après un début d’entrée dans le tissu, retourner dans la circulation sanguine pour disséminer l’inflammation dans tout l’organisme [390]. La régulation de ce processus par les mastocytes reste encore un mystère.
D’autres médiateurs sont connus pour influencer le recrutement des cellules immunitaires. Les tryptases sont importantes pour le recrutement des éosinophiles dans les poumons [462]. Une étude de 2002 a pu mettre en évidence que l’activation de CBMC avec la bactérie Pseudomonas aeruginosa induisait la sécrétion d’IL-1 et. Ces cytokines activaient alors les cellules endothéliales en augmentant l’expression des E-selectin et d’ICAM-1 et pouvaient alors supporter efficacement la migration des neutrophiles [463]. Les mastocytes influencent aussi la migration des cellules dendritiques via le TNF- [464], ce phénomène est crucial pour la mise en place d’une réponse immunitaire adaptative efficace. De plus, les mastocytes ont un dialogue particulier avec les cellules dendritiques, ils sont capables de leur transférer des antigènes pour la présentation via les molécules du CMH [465] ou encore d’induire leur maturation [342].
Les mastocytes peuvent aussi participer au recrutement des lymphocytes T au site inflammatoire. Via la sécrétion d’IP10 et de RANTES, les mastocytes peuvent induire la migration des lymphocytes T CD8+ [248]. Comme mentionné dans le chapitre précédent, le panel de production de chimiokines produites par les mastocytes influence la migration de tous les sous-types de lymphocytes TH. Mais de façon intéressante, il a été montré que dans un modèle d’encéphalomyélite autoimmune expérimentale (EAE), modèle murin de la sclérose en plaque, les mastocytes jouent un rôle pathogénique en induisant le recrutement des lymphocytes TH encéphalitogènes à travers la barrière hémato-encéphalique [466].
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Table des matières
Introduction
1- Le système immunitaire et la découverte des mastocytes
2- Le mastocyte, réalisateur, metteur en scène, et acteur de la réponse immunitaire
2-1 Développement des mastocytes et migration dans les tissus
2-1a- Les progéniteurs des mastocytes
2-1b- Facteurs de développement
2-1c- Facteurs de transcription régulant le développement des mastocytes
2-1d- Migration des mastocytes
2-2 Phénotype et hétérogénéité des mastocytes matures
2-2a- Classification des mastocytes murins
2-2b- Classification des mastocytes humains
2-3 Modèle d’études des mastocytes in vitro
2-3a- Les modèles de mastocytes primaires murins
2-3b- Les modèles de mastocytes primaires humains
2-4 Mécanismes d’activation des mastocytes
2-4a- Les récepteurs au fragment constant des immunoglobulines (RFc)
2-4b- Les récepteurs couplés à des protéines G
2-4c- Les récepteurs aux cytokines
2-4d- Autres récepteurs activateurs
2-4e- Récapitulatif des mécanismes activateurs des mastocytes
2-5 Les fonctions effectrices des mastocytes
2-5a Les granules du mastocyte et la réponse dégranulatoire
2-5b Les dérivés des phospholipides membranaires, les lipides bioactifs
2-5c Les cytokines et chimiokines produites par les mastocytes
2-5d Les « extracellular traps » ETS, filets à ADNPage | 2
3- Interaction des mastocytes avec les autres acteurs du système immunitaire
3-1 Interactions entre mastocytes et lymphocytes TH CD4+
3-1a La formation de la synapse immunologique
3-1b Les sous-type de lymphocytes T et leurs régulations
3-1c Les mastocytes en tant que cellules présentatrices de l’antigène
3-2 Interactions avec les cellules endothéliales et recrutement des leucocytes
4- Objectifs de thèse
4-1 Partie 1 : Etude de la dynamique de la dégranulation des mastocytes
4-2 Partie 2 : Analyse des effets des éicosanoïdes sur la différenciation des lymphocytes T helper
Résultats
Partie 1 : Etude de la dynamique de la dégranulation des mastocytes
1- La synapse dégranulatoire des mastocytes
2- L’IL-33 régule finement la dégranulation et la production de chimiokines des mastocytes au niveau « single cell »
Discussion et perspectives (partie 1)
Partie 2 : Influence des éicosanoïdes dans la coopération entre mastocytes et lymphocytes T Helper
Discussion et perspectives (partie 2)
Conclusion
Bibliographie
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