TD2 PDF-Cytokines

Les cytokines : terme introduit par Cohen et coll. en 1974 regroupent les anciens termes de lymphokines et monokines. Petites protéines, le plus souvent glycosylées, messagers solubles représentant le langage des cellules immunitaires. Elles sont produites de manière basale par de très no...

Les cytokines : terme introduit par Cohen et coll. en 1974 regroupent les anciens termes de lymphokines et monokines. Petites protéines, le plus souvent glycosylées, messagers solubles représentant le langage des cellules immunitaires. Elles sont produites de manière basale par de très nombreuses cellules de l'organisme et seront produites en quantité beaucoup plus importantes par des cellules activées (cellules immuno-compétentes), suite à une agression ou un stress quelconque. Clés esentielles à la compréhension de la communication cellulaire au sein du système immunitaire, et de ses relations avec d’autres systèmes, les cytokines sont également des outils et des cibles de l’immuno-intervention. Différences entre cytokines et hormones ? cytokines = messagers du système immunitaire. hormones = messagers du système endocrine. III- Récepteurs des cytokines et transduction du signal: 2 types de récepteurs existent: - R. membranaires. - R. solubles. A. Transduction du signal via les récepteurs membranaires: La liaison de la cytokine au récepteur va activer plusieurs voies de signalisation : -La voie de la MAPK qui va entrainer la localisation de Ap-1 dans le noyau. -La voie NF-κB. - « La voie JAK-STAT ».  Remarque: Les différentes combinaisons entre JAK (1,2,3, TyK2) et STAT (1 à 7) induisent des réponses cellulaires différentes (transcription de gènes différents). Plusieurs classifications existent:  Celle basée sur « la fonction ».  Celle basée sur la structure. Six familles de cytokines:  Les interleukines (IL-1 à IL-39).  Les interférons (Type I: α/β, type II: γ et type III: λ).  Colony stimulating factors (G-CSF, M-CSF, GM-CSF).  Transforming growth factors (TGF-β).  Chémokines (C, CC, CXC, CX3C).  Tumor necrosis factors (TNF-α).  Depuis la découverte des cytokines, et au fur et à mesure que se sont enrichies nos connaissances sur les propriétés de ces nouvelles molécules, s’est formé le concept que les cytokines n’étaient pas seulement des outils commodes pour la culture cellulaire mais devaient être les médiateurs physiologiques des communications intercellulaires concourant à l’homéostasie et utilisables en clinique. Cette prise de conscience, commencée à propos de l’IL-2, s’élargit à l’ensemble des cytokines bientôt perçues comme un réseau interactif complexe. Un bref panorama des principales cytokines thérapeutiques et leurs domaines d’application clinique peut être dressé.  L’aide à la reconstitution de la moelle: L’érythropoïétine (EPO), le G-CSF et le GM-CSF sont certainement (et de loin) les cytokines les plus utilisées en clinique. Ces trois facteurs qui stimulent la prolifération des cellules souches de la moelle osseuse (cellules souches érythrocytaires pour EPO et myéloïdes pour les CSF) sont, en effet, des produits remarquables pour hâter la reconstitution hématologique en globules rouges ou en polynucléaires de patients traités par des fortes doses de chimiothérapie. L’utilisation de ces cytokines a rendu possible la mise au point de protocoles antitumoraux plus agressifs sans inconvénient pour les malades. Plusieurs études sont en cours pour évaluer l’incidence positive de ces facteurs sur la survie à long terme des patients. La chimiothérapie peut aussi induire une thrombopénie. Cette réduction du nombre des plaquettes constitue une sérieuse limitation à certains protocoles. Plusieurs compagnies ont en développement les cytokines IL-3, IL-6 et IL-11 qui ont été reconnues capables de stimuler la thrombopoïèse.  L’immunothérapie anti-tumorale: Plusieurs cytokines sont utilisées pour traiter les patients atteints de tumeur. Au premier rang vient évidemment l’IL-2. L’administration d’IL-2 reste indiquée comme ultime recours dans les mélanomes malins et les cancers du rein permettant une prolongation significative de la survie des patients.  L’utilisation de cytokines en pathologies infectieuses et inflammatoires: Une utilisation particulièrement remarquable de l’IFNα, est le traitement des hépatites chroniques B ou C. L’utilisation de cytokines dans le déficit immunitaire au cours de l’infection au VIH est considérée avec prudence. En effet, le rétablissement des fonctions immunes déficientes est souhaitable, mais les causes de ce dysfonctionnement sont mal comprises et les modifications de l’équilibre des cytokines sont encore l’objet d’investigations fondamentales et de discussions. Différents protocoles cliniques expérimentaux ont débuté ou sont projetés : faibles doses d’IL-2, IL-4, IL-12. Il est enfin un nouveau champ d’application des cytokines qui se développe et paraît potentiellement extrêmement intéressant : « la modulation intentionnelle contrôlée » de l’équilibre des cytokines. En effet, dans de nombreuses situations pathologiques comme l’inflammation aiguë ou les maladies autoimmunes et leur cortège d’inflammation chronique, l’équilibre des cytokines s’écarte de son équilibre homéostasique et amplifie le désordre pathologique. L’inhibition ou la neutralisation des cytokines IL-1 et TNF, qui jouent un rôle particulier dans l’inflammation, a été réalisée par divers produits recombinants ou issus des biotechnologies. Les stratégies utilisées ont reposé sur l’utilisation de l’inhibiteur physiologique de l’IL-1 (IL-1 récepteur antagoniste = IL-1 ra), du récepteur soluble de l’IL-1, de molécules hybrides comportant la partie du récepteur soluble du TNF fixant le ligand, et enfin d’anticorps (généralement humanisés). Une autre stratégie anti-inflammatoire est théoriquement possible. En effet l’étude des propriétés distinctives des lymphocytes T auxiliaires de type Th2 et Treg a montré que les cytokines qu’ils sécrètent inhibent la réponse Th1 et l’inflammation. Ces résultats ont permis de démontrer dans les modèles expérimentaux l’efficacité des cytokines IL- 10, IL-4 et IL-13 pour améliorer ou guérir différentes maladies auto-immunes et inflammatoires. Inspirés de ces résultats quelques essais cliniques débutent ou sont programmés notamment avec l’IL-10 (polyarthrite, maladie de Crohn), puis l’IL-4 (polyarthrite)  Lescytokines recombinantes sont identiques ou très proches de la cytokine native par leur composition en acides aminés. Elles peuvent en différer de façon importante de par leur glycosylation, sur un plan quantitatif (glycosylée ou non) ou qualitatif. 1. Rôle:  I'EPO a été identifiée comme le principal facteur de croissance de la lignée érythrocytaire. Synthétisée dans le foie chez l'embryon, puis dans le rein chez l'adulte, cette glycoprotéine est libérée dans la circulation sanguine pour exercer son activité dans la moelle osseuse, sur les progéniteurs érythroïdes, qui portent des récepteurs membranaires spécifiques. Elle y stimule leur prolifération et différenciation en globules rouges matures (processus durant 5 à 9 jours) et participe ainsi à la régulation de l'érythropoïèse par un effet dose-dépendant lié à sa concentration dans le sang.  La production d'EPO est stimulée par la diminution du taux d'oxygène disponible pour les tissus (détectée par des récepteurs rénaux sensibles à la pression en oxygène).  L'EPO est classés dans la classe des cytokines, molécules définies comme étant généralement produites par les cellules immunitaires et ayant une action sur ce système ainsi que sur l'hématopoïèse. Cette classe de messagers chimiques se distingue globalement des hormones par certaines caractéristiques évoquées précédemment. Cela dit, il existe des discussions entre spécialistes sur l'étendue de cette classe et les messagers qui doivent y figurer.  Concernant l'EPO, cette cytokine a pour particularité de ne pas être produite par des cellules du système immunitaire. Cela dit, elle partage une structure secondaire commune avec de nombreuses cytokines, au sein de la sous-famille de type IL-2. Cette structure secondaire se caractérise par la présence de 4 hélices alpha. Par ailleurs, la structure du récepteur à l'EPO est également commune avec les récepteurs des cytokines de types 1 et 2 (un dimère avec sur chaque monomère un domaine d'activation de la voie de signalisation JAK/STAT). Le domaine cytoplasmique C-ter possède un domaine de liaison à la protéine kinase JAK qui va phosphoryler le récepteur à l'EPO, permettant la fixation du facteur de transcription STAT qui est à son tour phosphorylé par JAK. STAT sous forme phosphorylé va se dimériser et migrer vers le noyau pour agir sur la transcription. 2. Structure:  L’EPO naturelle est une protéine fortement glycosylée puisque sa fraction glycannique représente environ 40% de sa composition globale. L'EPO circulante est composée d'une chaîne de 165 acides aminés. Son poids moléculaire correspond à environs 30.4 kDa.  Leclonage du gène de l'EPO humaine réalisé en 1985, a permis de produire la cytokine recombinante par culture de cellules CHO. Celle-ci est commercialisée depuis 1988 sous deux formes: « Epoetin-α et β », et est maintenant largement utilisée en thérapeutique humaine, notamment pour redresser les anémies secondaires aux insuffisances rénales chroniques. Son action serait également très bénéfique dans plusieurs autres pathologies, telles que certains cancers, le SIDA et la polyarthrite rhumatoïde.  Notons également qu'un analogue de l'EPO, la darbopoietine α, est récemment arrivé sur le marché. Grâce à la modification par "glyco-engineering", de certains acides aminés de la chaine peptidique d'origine, des sites de glycosylation supplémentaires ont été générés et cette molécule comporte ainsi 5 chaînes N-glycanniques, ce qui lui permet d'avoir une activité biologique in vivo plus élevée et une durée d'action plus longue dans l'organisme; le nombre de prises hebdomadaires du médicament par le patient s'en trouve par conséquent significativement réduit. 3. Procédés de production:  Systèmes d'expression: Les cellules ovariennes de hamster chinois (CHO) sont les hôtes de choix des différents procédés de production commerciale de l'EPO recombinante. En effet, les cellules CHO sont utilisées pour produire les deux formes pharmaceutiques principales (epoetin α et β). Cette lignée cellulaire permet d'obtenir les productivités les plus élevées tout en assurant une fidélité de glycosylation satisfaisante par rapport à l’EPO naturelle. Plusieurs systèmes de culture en masse en bioréacteur ont été mis au point. La culture peux se faire en continu ou en discontinu.  Purification: Plusieurs types de procédés de purification de l'EPO ont été mis au point. La méthode de référence (Miyake et al., 1977) comprend 7 étapes: chromatographie par échange d'anions (DEAE-agarose), précipitation à l'éthanol, traitement au phénol, chromatographie par échange de cations (sulfopropyl-sephadex), gel filtration (sephadex G-100) et chromatographie d'adsorption (hydroxylapatite).  Il existe plusieurs isoformes de l'EPO, définies par le nombre de molécules d'acide sialique, leur comportement biologique et leur demi-vie. Dès 1988, deux formes d'érythropoïétines recombinantes humaines (rHuEPO) sont disponibles comme outils thérapeutiques. Il s'agit de l'époétine alpha et bêta, c'est-à-dire la rHuEPO et sa version améliorée. Il s’agit de la première génération d'époétine. L' EPO recombinant est une copie du gène de l'EPO naturelle, elle a donc les mêmes caractéristiques chimiques que son modèle. Le principal inconvénient de cette EPO recombinante est la fréquence des injections nécessaires car il en faut trois par semaine pour être efficace.  La NESP (novel erythropoiesis stimulating protein), deuxième génération de rHuEPO, est considérée comme la RhuEPO la plus connue. Elle est égalment connue sous le nom de Darbepoetin alpha se distingue par la présence de vingt-deux molécules d'acide sialique ce qui diminue sa clairance et rend sa demi-vie 2 à 3 fois plus longue.  L'utilisation à des fins thérapeutiques de cytokines recombinantes pose toutefois un certain nombre de problèmes. Tout d'abord, il s'agit d'une thérapeutique pour l'instant coûteuse et dont la voie d'administration incontournable est la voie parentérale. Or, la demi-vie des cytokines est en général courte, de l'ordre de quelques heures. Ceci constitue un obstacle à leur utilisation, par exemple dans des pathologies chroniques et, a fortiori, dans des pays en développement qui sont pourtant des candidats potentiels importants à ce type d'intervention. Ensuite, le rapport entre les effets thérapeutiques observés et les effets secondaires n'est pas optimal. Ceci tient au fait que les cytokines sont naturellement des médiateurs d'action loco-régionale, ayant un maximum d'effets au niveau de leur site de production et peu d'effets de type systémique. Or, l'administration actuelle des cytokines par voie parentérale revient à hypertrophier les manifestations de type endocrinien, presque toujours néfastes, par rapport à l'effet thérapeutique recherché, loco-régional. D'où l'intérêt des nouvelles modalités d'administration, actuellement en cours d'étude, visant à corriger ce déséquilibre. L'administration de cytokines recombinantes par voie sous- cutanée, plutôt que par voie intraveineuse, constitue également un progrès important. Enfin, de nouvelles formulations sont en cours d'investigation clinique, afin d'accroître la durée de vie des cytokines injectées. On peut donc espérer voir se dégager, dans les prochaines années, de meilleures indications des traitements par cytokines recombinantes et, surtout, de nouvelles modalités d'administration qui permettront d'améliorer la tolérance et l'efficacité de ces drogues.  Dans certaines situations, on cherche à inhiber l'effet délétère des cytokines produites naturellement. Plusieurs types d'antagonistes de cytokines sont actuellement à l'étude.  Parfois, ces antagonistes sont des cytokines elles-mêmes recombinantes. C'est par exemple le cas de l'IL10, lorsqu'elle est administrée à des patients atteints de maladie de Crohn dans un but anti-inflammatoire et pour diminuer les réactions granulomateuses induites par le TNF-alpha, l'interféron gamma et l'IL12 produits au sein des lésions.  Il peut également s'agir de récepteurs solubles de cytokines. Ces substances, en se fixant sur les cytokines circulantes, vont empêcher l'action de ces dernières sur leurs récepteurs membranaires. Par exemple, les récepteurs solubles du TNF sont actuellement évalués pour leurs propriétés anti-inflammatoires, dans la polyarthrite rhumatoïde et dans la maladie de Crohn. Ils ont été greffés par génie génétique sur des charpentes protéiques venant d'immunoglobulines afin d'en prolonger la demi-vie.  Un autre type d'antagonistes de cytokines est représenté par des anticorps monoclonaux. En se fixant sur les cytokines circulantes, ils vont bloquer leur effet. C'est ainsi que les anticorps anti-TNF ont démontré leur activité anti-inflammatoire dans la polyarthrite rhumatoïde et les anti-IL6 dans la maladie de Castleman et les syndromes lymphoprolifératifs.  Enfin, plus récemment, sont apparues des protéines recombinantes qui correspondent à des cytokines mutées : elles ont gardé la capacité de se fixer sur le récepteur de la cytokine mais ont perdu tout effet agoniste. De ce fait, elles agissent comme des inhibiteurs des cytokines naturelles, par simple compétition. Il faut, en particulier, mentionner la création récente de chimiokines mutées qui présenteraient des propriétés à la fois anti- inflammatoires et inhibitrices de la pénétration intracellulaire du VIH (ce virus utilisant les récepteurs des chimiokines pour infecter les cellules).  Les différents antagonistes de cytokines mentionnés jusqu'à présent ont tous un inconvénient : ils sont de nature protéique et, donc, particulièrement coûteux et nécessitant une voie parentérale d'administration. Il est extrêmement vraisemblable que nous verrons apparaître, dans les prochaines années, d'autres substances, non protéiques et administrables par voie orale, se fixant sur les récepteurs de cytokines et bloquant leur effet. De fait, un certain nombre de ces composés sont déjà en cours d'investigation, comme des antagonistes des récepteurs des chimiokines.