ARTICLE
Le terme de cytokines utilisé dans cette revue se réfère
à un ensemble de glycoprotéines, les interleukines (IL)
et les CSF (Colony Stimulating Factor) qui, pour la plupart, ont
été initialement caractérisées comme étant
des facteurs solubles régulant in vitro la prolifération
et/ou la différenciation de cellules hématopoïétiques
des lignées lymphoïdes ou myéloïdes.
Dans l'optique de définir le rôle précis exercé
par ces cytokines in vivo, différentes stratégies
ont été élaborées utilisant des modèles
expérimentaux, le plus souvent murins, qui visaient à supprimer
ou diminuer le taux de cytokine circulante. Certaines méthodologies
ont surtout été développées pour des cytokines
impliquées dans la réponse inflammatoire secondaire des
chocs endotoxiques (IL-1 et TNFalpha pour Tumor Necrosis Factor).
Elles ont consisté à diminuer le taux de cytokine circulante
par l'injection d'antagonistes de récepteurs de cytokines (IL-1
receptor antagonist ou IL-1-RA), de fortes doses d'anticorps neutralisants
ou de formes solubles de récepteurs. Des inhibiteurs de protéases
ont aussi été développés qui diminuent le
taux de cytokine circulante en bloquant le clivage du TNF membranaire
(inhibiteurs de métalloprotéases [1]) ou la génération
d'IL-1ß à partir d'un précurseur inactif (inhibiteurs
d'une cystéine protéase, l'ICE pour IL-1 Converting Enzyme)
[2]. Ces expériences à court terme ont souvent donné
lieu à des résultats encourageants, ouvrant la voie à
l'utilisation de nouvelles thérapeutiques. À long terme
cependant, l'utilisation d'anticorps neutralisants ou de récepteurs
solubles peut donner lieu à des résultats plus ambigus ([3]
pour revue).
La délétion d'un gène de cytokine et l'étude
du phénotype d'animaux ne produisant plus de cytokine est la stratégie
la plus informative pour définir le rôle exercé par
une cytokine particulière à long terme. Ces expériences
de recombinaison homologue ou « knock-out » (voir [4]
pour une description détaillée de la méthodologie)
sont réalisées en échangeant un des deux allèles
d'un gène de cytokine par un vecteur de remplacement dans des cellules
embryonnaires multipotentielles, les cellules ES (Embryonic Stem Cell).
Après réimplantation dans un blastocyste, les cellules ES
mutées participent à la formation des différents
tissus d'une souris chimérique. Les cellules issues des cellules
ES mutées peuvent coloniser la lignée germinale et être
à l'origine de gamètes qui transmettront le génotype
des cellules ES mutées à leur descendance. Ainsi pourront
être obtenues des souris hétérozygotes, puis par croisement
des souris homozygotes, totalement déficientes en une cytokine.
Une stratégie parallèle a consisté à obtenir
des souris dépourvues du gène codant non pas pour une cytokine
mais pour son récepteur, rendant ainsi l'organisme incapable de
répondre à la présence de cette cytokine.
Plusieurs cytokines et/ou récepteurs de cytokines ont été
inactivés par recombinaison homologue. Le phénotype des
souris déficientes en une cytokine est d'interprétation
relativement simple et est résumé sur le tableau.
L'inactivation d'une chaîne de récepteur peut donner lieu
à un phénotype plus sévère en raison de la
structure souvent multimérique des récepteurs de cytokines
et du fait qu'une même chaîne puisse être commune à
plusieurs récepteurs de cytokines différents. Un des exemples
les plus éloquents est la délétion du gène
de l'IL-2 qui ne conduit pas à une déplétion lymphoïde
T (voir plus loin) alors que les mutations ou la délétion
de la chaîne gamma du récepteur de l'IL-2, commune aux récepteurs
de l'IL-4, l'IL-7, l'IL-9 et l'IL-15 (chaîne gammac) sont responsables,
chez l'homme comme chez la souris, d'un syndrome d'immunodéficience
combinée sévère [5, 6]. Il a ainsi pu être
suggéré que l'absence d'une chaîne gamma fonctionnelle
conduit à un déficit en plusieurs cytokines agissant sur
les étapes précoces de la lymphopoïèse T.
Les conséquences d'un déficit en cytokine sont extrêmement
variables, certaines mutations « nulles » se traduisant par
des anomalies facilement observables. Il en est ainsi des mutations steel
(Sl) et op/op (pour ostéopétrose). Ces mutations responsables
respectivement de déficits en SCF et en M-CSF ont été
décrites chez la souris bien avant que les gènes codant
pour les facteurs de croissance correspondants n'aient été
identifiés.
Les
modèles des mutations steel et op/op
Les mutations steel (déficit
en SCF)
De nombreuses mutations du locus steel (Sl)
et white spotting (W) ont été décrites chez
la souris depuis quarante ans. Ces mutations affectent principalement
la migration et le développement des précurseurs de trois
lignées cellulaires, les cellules hématopoïétiques,
les mélanocytes dérivés de la crête neurale
et la lignée germinale. Des expériences de greffes de moelle
et de coculture avaient clairement montré que les anomalies hématopoïétiques
des mutations Sl sont dues à des anomalies du micro-environnement
médullaire, alors que le déficit des souris W se situe au
niveau des cellules souches hématopoïétiques, suggérant
que le locus W codait pour un récepteur ayant pour ligand le produit
du gène steel. Ces hypothèses ont été
confirmées, puisque le phénotype W résulte de mutations
du proto-oncogène c-kit, récepteur dont le ligand
appelé kit-ligand (KL), Stem cell factor (SCF),
Mast cell growth factor où Steel factor est codé
par le locus steel [7et 8 pour revue]. Au niveau des organes hématopoïétiques,
le SCF est produit dans le sac vitellin, le foie foetal et le micro-environnement
médullaire alors que c-kit est exprimé par les progéniteurs
immatures et commis de la plupart des lignées hématopoïétiques.
Les souris homozygotes pour la délétion du locus steel ont
un déficit total en SCF. La létalité associée
à cette mutation indique que le SCF est indispensable in vivo
et que le rôle joué par ce facteur vraisemblablement au niveau
de la lignée érythroïde n'est pas compensé par
le ligand de FLT3 [9]. Les souris hétérozygotes pour la
mutation steel ne présentent que des anomalies de pigmentation.
Une variante de la mutation steel, la mutation steel-dickie (Sld),
résulte d'une délétion qui ne supprime que les domaines
transmembranaire et cytoplasmique du SCF [10]. Les souris homozygotes
pour la mutation Sld sont viables, ont un poil non pigmenté,
une anémie macrocytaire et un déficit en mastocytes et sont
stériles dans les deux sexes. Le fait que cette délétion
qui permet la synthèse de SCF soluble mais non de SCF membranaire
soit associée à un phénotype, indique que la forme
transmembranaire du SCF joue un rôle biologique important. L'injection
par voie sous-cutanée de SCF soluble à des souris Sld/Sld
augmente le nombre de cellules mastocytaires au point d'injection et augmente
transitoirement le nombre de globules rouges. Ces résultats suggèrent
que la concentration en SCF circulant soluble pourrait être insuffisante
chez ces souris mutantes et que l'expression par les cellules stromales
de la forme transmembranaire du SCF augmenterait la concentration locale
en facteur de croissance.
Des mutations hétérozygotes du gène c-kit ont
été décrites comme étant responsables de piebaldisme
chez l'homme. Il serait possible que des mutations du gène codant
pour le SCF soient aussi associées à ce syndrome.
Les souris mutantes op/op (déficit
en M-CSF)
L'insertion d'1 bp dans la région codante
du gène du M-CSF est responsable de la mutation op (pour ostéopétrose)
[11, 12]. Les souris hétérozygotes sont normales, mais les
souris homozygotes op/op, ne produisant pas de M-CSF, ont une ostéopétrose
caractérisée par une augmentation de la trame et de la matrice
osseuse, une occlusion de la cavité médullaire et une absence
de résorption de l'os due à un nombre très réduit
d'ostéoclastes. Une particularité des souris op/op est l'absence
de dents, les ébauches dentaires restant encloisonnées dans
la mandibule. Une des conséquences de l'ostéopétrose
est une diminution du nombre de progéniteurs hématopoïétiques
dans la moelle osseuse, compensée par une hématopoïèse
extramédullaire active, essentiellement splénique mais aussi
hépatique. Alors que le nombre de macrophages périphériques
(cavités péritonéale et pleurale, poumons) est très
diminué (de 85 à 95 %), les macrophages de la rate, du thymus
et du foie atteignent 30 à 45 % de la valeur normale, ce qui suggère
que certaines cytokines produites dans ces organes pourraient compenser
le déficit en M-CSF [13]. Le phénotype des souris op/op,
rapidement corrigé par l'administration de M-CSF, mais pas par
le GM-CSF (granulocyte-macrophage CSF), révèle le
rôle essentiel du M-CSF dans l'expansion et la différenciation
des ostéoclastes et de la lignée mono-macrophagique vraisemblablement
à partir d'un progéniteur commun. Le déficit des
souris op/op se corrige spontanément et progressivement avec l'âge.
Le remodelage de la cavité osseuse des os longs résulte
de la reprise d'une activité ostéoclastique et s'accompagne
d'une recolonisation de l'espace médullaire par des macrophages
et des progéniteurs hématopoïétiques, de sorte
qu'à 22 semaines, les souris op/op sont peu différentes
de souris normales. Ceci suggère que des cytokines sont capables
de suppléer le M-CSF au niveau des progéniteurs ostéoclastiques
et macrophagiques [14].
Par ailleurs, les souris femelles op/op ont une fertilité très
diminuée. Cette observation a permis de mettre en évidence
que le M-CSF sécrété par l'épithélium
utérin pendant la grossesse est un facteur essentiel au développement
et à la différenciation du trophoblaste et au développement
de l'embryon au stade préimplantatoire. De plus, les glandes mammaires
des souris op/op gestantes restent atrophiques, peu différenciées
et ont un aspect non sécrétoire suggérant que le
M-CSF a un rôle sur le développement de la glande mammaire
en lactation. Cet effet pourrait être direct, ou indirect lié
à une sécrétion diminuée d'hormones lactogènes
par le syncitio-trophoblaste [15].
Délétion
par recombinaison homologue d'autres cytokines impliquées dans
la myélopoïèse
G-CSF
Le gène du G-CSF (granulocyte CSF)
a été récemment inactivé par recombinaison
homologue [16]. Les souris homozygotes déficientes en G-CSF sont
viables, fertiles mais présentent une neutropénie chronique,
les neutrophiles périphériques atteignant 20 à 30
% de la valeur normale. La baisse des neutrophiles est dose dépendante,
plus prononcée chez les souris homozygotes G-CSF-/-
que chez les hétérozygotes. Le nombre de progéniteurs
de toutes les lignées myéloïdes est sensiblement plus
faible dans la moelle et la rate de souris G-CSF-/- que de
souris normale. Aucune anomalie de maturation de la lignée granulocytaire
n'est observée, ce qui suggère que d'autres cytokines peuvent
partiellement suppléer le déficit en G-CSF. Le nombre de
neutrophiles mobilisables en périphérie par le G-CSF est
très réduit mais, quatre jours après l'administration
de G-CSF, le nombre des cellules de la lignée granuleuse dans la
moelle des souris G-CSF-/- est redevenu identique à
celui de souris normales. Les souris ne produisant pas de G-CSF sont plus
sensibles à une infection bactérienne que des souris normales,
et le nombre de leurs neutrophiles périphériques n'augmente
pas en réponse à cette infection. Le déficit modéré
en progéniteurs macrophagiques de ces souris pourrait participer
à leur sensibilité particulière aux infections. Ainsi,
la neutropénie associée au déficit en G-CSF souligne
l'importance de ce facteur dans la production de neutrophiles dans des
conditions physiologiques et en réponse à une infection.
GM-CSF
De très nombreuses études ont
permis de caractériser, in vitro, aussi bien qu'in vivo,
l'activité du GM-CSF et de l'IL-3 sur la prolifération et
la maturation des progéniteurs hématopoïétiques.
Cependant, le rôle de ces deux facteurs dans l'hématopoïèse
physiologique est depuis longtemps discuté car ils ne sont pas
habituellement détectés dans le sérum, et ne sont
produits par les lymphocytes T ou les cellules du micro-environnement
médullaire, qu'après activation antigénique ou en
réponse à des cytokines inflammatoires.
Les souris déficientes en GM-CSF ont une hématopoïèse
normale. Le nombre et la proportion des cellules hématopoïétiques
circulantes, la fréquence des différents progéniteurs
granulo-macrophagiques, granulocytaires, éosinophiles, mégacaryocytaires
et érythroïdes est identique à celle de souris normales
[17]. Ceci suggère que le GM-CSF ne régule pas de façon
physiologique l'hématopoïèse normale, ou qu'en son
absence, une autre cytokine peut remplacer le rôle exercé
par ce facteur. Curieusement, les souris ne produisant pas de GM-CSF développent
une pathologie pulmonaire très précoce, survenant dès
trois semaines après la naissance chez les animaux élevés
dans des conditions conventionnelles. Cette pathologie proche de la protéinose
alvéolaire associe une accumulation de surfactant dans les alvéoles
pulmonaires, une infiltration lymphocytaire péribronchique et périvasculaire
et des foyers de surinfection. Dans des conditions sanitaires contrôlées,
les souris déficientes en GM-CSF développent un syndrome
de protéinose alvéolaire mais sans infiltration inflammatoire
ni surinfection associée. Cette pneumopathie, qui n'est pas observée
chez les souris déficientes en M-CSF dont le nombre de macrophages
pulmonaires est pourtant très réduit, suggère que
le GM-CSF pourrait jouer un rôle très spécifique dans
l'activation de macrophages alvéolaires et dans la clairance du
surfactant [17].
IL-3
Le knock-out de l'IL-3 n'a pas été
réalisé mais une stratégie différente a été
utilisée pour inactiver ce gène, qui a consisté à
établir des souris transgéniques exprimant un ARN antisens
de l'IL-3 [18]. Dans ces souris transgéniques, l'ARN antisens est
exprimé dans tous les tissus hématopoïétiques,
le cerveau et le cervelet. Chez ces souris, le déficit en IL-3
n'est que partiel (20 % des valeurs normales dans le surnageant de lymphocytes
T stimulés) montrant les limites de cette stratégie antisens.
De façon inattendue, deux pathologies sont observées dans
la descendance de lignées transgéniques qui apparaissent
avec une fréquence variable et de façon indépendante
: un syndrome lymphoprolifératif caractérisé par
l'accumulation de cellules pré-B dans la rate et les ganglions
périphériques, et un syndrome neurologique de type cérébelleux.
Le rôle de l'IL-3 sur la prolifération des précurseurs
B est controversé, certains auteurs lui attribuant un rôle
de prolifération et de différenciation alors que, pour d'autres,
l'IL-3 inhiberait le développement de colonies B à partir
de progéniteurs médullaires pluripotents. Un rôle
inhibiteur pourrait rendre compte du syndrome lymphoprolifératif
observé chez les souris transgéniques. Des expériences
d'hybridation in situ ayant montré une synthèse d'IL-3
par les astrocytes et les cellules de la microglie, on pourrait envisager
que le syndrome cérébelleux résulte de l'absence
de sécrétion d'IL-3 par ces cellules.
Par ailleurs, certaines souches de souris de laboratoire (A/J, AKR, RF,
NZB) ont une mutation de la chaîne spécifique du récepteur
de l'IL-3 (chaîne alpha ) qui conduit à une diminution importante
de l'expression membranaire du récepteur de cette cytokine [19].
Le phénotype des souris ayant un déficient partiel en IL-3
ou en son récepteur étant très différent,
il serait important de réaliser un knock-out complet de cette cytokine
(ou de son récepteur). On ne peut exclure en effet que, dans les
souris transgéniques, l'ARN antisens anti-IL-3 qui couvre la totalité
de la région codante de l'ADNc de cette cytokine (990 bp) inhibe
des gènes ayant de courtes homologies de séquence, mais
différents de l'IL-3, comme cela a été observé
dans d'autres systèmes d'inhibition par des antisens [20, 21].
TPO
Le gène de la thrombopoïétine
(TPO) n'a pas été inactivé par recombinaison homologue
mais rappelons que le knock- out du gène c-mpl qui code
pour le récepteur de cette hormone se traduit chez les souris homozygotes
par une diminution très importante du nombre de mégacaryocytes
et de plaquettes circulantes, ce qui confirme le rôle de la TPO
dans la prolifération et la différenciation de la lignée
mégacaryocytaire (pour revue [22]). Le faible nombre de mégacaryocytes
et de plaquettes résiduels pourrait être du à l'action
d'autres cytokines agissant sur la lignée mégacaryocytaire.
EPO
Ni le gène de l'érythropoïétine
ni celui de son récepteur n'ont été inactivés
par recombinaison homologue. On peut supposer cependant que l'inactivation
de l'un ou l'autre de ces gènes soit létale pendant la vie
embryonnaire comme cela est observé dans tous les cas où
un gène essentiel au développement de l'érythropoïèse
a été inactivé par recombinaison homologue.
Cytokines
et lymphopoïèse
IL-2
In vitro, l'IL-2 est un facteur de croissance
essentiel à la prolifération des cellules T, NK (natural
killer) et LAK (lymphokine activated killer). L'IL-2 induit
aussi la différenciation des cellules B et active les macrophages.
Ces propriétés ont fait supposer que l'IL-2, produite par
une sous- population de cellules T activées, jouait un rôle
clé dans la régulation de la réponse immunitaire.
L'IL-2 est une des premières cytokines dont le knock-out a été
réalisé [23]. Les souris mutantes présentent un phénotype
décevant mais qui a des particularités intéressantes.
Le développement du thymus, de la rate et des ganglions est normal.
La représentation des différentes sous-populations T du
thymus et des lymphocytes T périphériques ainsi que le nombre
de cellules NK ne sont pas modifiés. Bien que, in vitro,
les lymphocytes T des souris IL-2-/- présentent
des déficits fonctionnels (réponse mitogénique diminuée
à des activateurs T polyclonaux, absence de génération
de cellules T cytotoxiques dans des conditions d'activation allogénique),
les souris déficientes en IL-2 peuvent générer, in
vivo, une réponse cytotoxique de type CTL après infection
virale [24]. Ceci indique clairement que, in vivo, l'IL-2 n'est
nécessaire ni au développement, ni à l'expansion,
ni à la maturation des cellules T. Le nombre absolu de cellules
B périphériques est normal ainsi que le taux d'immunoglobulines
circulantes. Toutefois, l'augmentation importante des immunoglobulines
de type IgG1 et IgE pourrait refléter une hyperproduction d'IL-4
par des lymphocytes helper de type Th2. Les souris ne produisant pas d'IL-2
développent six semaines après la naissance, un syndrome
inflammatoire au niveau de la muqueuse colique qui présente de
nombreuses lésions ulcéreuses et est infiltrée de
façon massive par des lymphocytes B et T de type CD4+
et CD8+ [25]. Ce syndrome, qui présente de nombreuses
similitudes avec la rectocolite hémorragique (expression d'antigènes
de classe II par les cellules épithéliales du colon, présence
d'autoanticorps, augmentation des IgG1), pourrait être déclenché
par la flore microbienne intestinale normale car son apparition est considérablement
retardée chez les souris élevées en conditions «
pathogen free ». Sa physiopathologie est encore mal comprise
mais pourrait refléter une dérégulation complexe
du système immunitaire associant une hyperactivation des cellules
B et des phénomènes d'auto-immunité. Ce syndrome
ressemble aux manifestations inflammatoires chroniques observées
chez les souris n'ayant pas de cellules T matures fonctionnelles [26]
alors que des souris déficientes en lymphocytes T et B (souris
nude et souris RAG-2-/-) ne développent pas de pathologie
inflammatoire.
Soulignons ici que les souris ne produisant pas d'IL-2, n'ont pas de déplétion
lymphoïde majeure comme cela est observé après inactivation
de la chaîne gamma du récepteur de l'IL-2, et que les manifestations
d'auto-immunité sont moins sévères qu'après
inactivation de la chaîne ß de ce récepteur [27]. Les
deux chaînes gamma et ß du récepteur de l'IL-2 étant
communes à d'autres récepteurs de cytokines (IL-4, IL-7,
IL-9, IL-15 pour la chaîne gamma et au moins l'IL-15 pour la chaîne
ß), le knock-out de ces chaînes conduit à l'absence
de réponse à d'autres cytokines impliquées dans la
lymphopoïèse ou la régulation des fonctions immunitaires.
IL-10
Cette cytokine produite par les lymphocytes
helper de type Th2 inhibe la synthèse de cytokines (en particulier
d'IL-2 et d'interféron gamma ) par les lymphocytes de type Th1
et la synthèse de cytokines inflammatoires (IL-1, IL-6 et TNFalpha
) par les macrophages activés.
La lymphopoïèse des souris déficientes en IL-10 est
apparemment normale. Par contre, ces souris élevées dans
des conditions sanitaires « standard » développent une
réaction inflammatoire régénérative de la
muqueuse du duodénum, du grêle et du colon proximal, massivement
infiltrée de lymphocytes, plasmocytes, macrophages et neutrophiles
[28]. Ce syndrome inflammatoire, qui présente des analogies cliniques
avec la maladie de Crohn, est très atténué dans des
conditions d'élevage « pathogen free » et pourrait
refléter un déséquilibre des populations helper Th1
et Th2 ou une hyperactivation de macrophages liée à l'absence
d'IL-10. En effet, après activation par le LPS, les macrophages
spléniques de souris déficientes en IL-10 produisent au
moins vingt fois plus d'IL-6 et de TNFalpha que des souris normales et
une production locale de cytokines inflammatoires pourrait rendre compte,
en partie, de la pathologie observée.
IL-4
In vitro, l'IL-4 permet la prolifération
de thymocytes foetaux et de la population Th2 des cellules T helper matures
qui, après stimulation, produisent des cytokines de type Th2 (IL-3,
IL-4, IL-5, IL-9 et IL-10). L'IL-4 est aussi un facteur de croissance
des lymphocytes B et induit une commutation isotypique des immunoglobulines
en IgG1 et IgE. De plus, l'IL-4 agit sur la prolifération et/ou
la différenciation de nombreuses cellules hématopoïétiques
dont les mastocytes et les macrophages.
Le développement des lymphocytes T et B est normal chez les souris
déficientes en IL-4 [29] ainsi d'ailleurs que chez les souris double
mutantes, déficientes en IL-2 et en IL-4 [30]. L'incapacité
des souris IL-4-/- à développer in vivo
une réponse helper de type Th2 se manifeste par une absence d'hyperéosinophilie
après infection par un parasite de type nématode qui normalement
induit une expansion et une différenciation spécifique de
cette sous- population lymphocytaire T. Les souris ne produisant pas d'IL-4
ont une concentration sérique en IgG1 diminuée et une absence
d'IgE, même après immunisation, alors que les autres immmunoglobulines
sont en concentration normale, ce qui confirme le rôle essentiel
de l'IL-4 chez la souris dans la production d'IgE et dans une moindre
mesure d'IgG1.
IL-7
L'IL-7 est, in vitro, un facteur de prolifération
pour les précurseurs les plus immatures de la lignée B (stade
pré-pro-B et pro-B) et pour les thymocytes foetaux.
Contrairement aux souris déficientes en IL-2, IL-4 et IL-10, les
souris ne produisant pas d'IL-7 sont lymphopéniques et présentent
des anomalies majeures de la lymphopoïèse au niveau de tous
les organes lymphoïdes (thymus et rate atrophiques, absence de ganglions
et de plaques de Peyer) [32]. La cellularité thymique est réduite
de 95 % mais les différentes sous-populations T sont normalement
représentées, ce qui suggère que le déficit
en IL-7 affecte beaucoup plus l'expansion que la différenciation
des lymphocytes T. Dans la moelle, la lymphopoïèse B est bloquée
à la transition pro-B/pré-B. La rate de ces souris contient
un nombre très réduit de cellules T et B matures, capables
cependant de répondre in vitro à des mitogènes
polyclonaux (Con A et LPS). Il est frappant de constater
que l'absence d'IL-7 conduit à un déficit immunitaire global
qui ressemble à celui observé chez la souris après
inactivation de la chaîne gamma c du récepteur à l'IL-2
[6]. Il est probable que la plupart des anomalies décrites chez
ces souris mutantes soient essentiellement dues à une absence de
réponse à l'IL-7 plus qu'à d'autres cytokines dont
les récepteurs contiennent la chaîne gamma c.
La chaîne fixant l'IL-7 (IL-7 R alpha ) a été également
inactivée par recombinaison homologue [33]. Cette chaîne
considérée initialement comme spécifique du récepteur
de l'IL-7 fait partie du récepteur de TSLP (thymic stromal derived
lymphopoitein), cytokine dont les effets biologiques in vitro
sont proches de ceux de l'IL-7. Le phénotype des souris n'exprimant
pas le récepteur de l'IL-7 est proche de celui des souris ne produisant
pas d'IL-7. Cependant, le blocage plus précoce de la lymphopoïèse
B à la transition pré-pro-B/pro-B chez les souris dont le
récepteur de l'IL-7 a été inactivé pourrait
être du à une absence de réponse à TSLP qui
pourrait intervenir avant l'IL-7, au tout début de la lymphopoïèse
B [33].
Enfin, signalons que l'absence de lymphotoxine ß conduit à
des anomalies majeures du développement d'organes lymphoïdes
périphériques (ganglions, plaques de Peyer mais thymus normal),
sans gros déficit fonctionnel associé [34].
Cytokines
pléïtropes
Les termes « redondance et pléïotropie » sont souvent
utilisés pour un groupe de cytokines, l'IL-6, l'IL-11, le LIF et
l'oncostatine. Ces différentes cytokines se fixent à des
récepteurs spécifiques, exprimés par de nombreux
types cellulaires. Ces récepteurs partagent une chaîne commune,
probablement responsable en grande partie de la similarité des
effets biologiques exercés par ces facteurs in vitro et
in vivo. Il était donc envisageable que l'absence d'une
de ces cytokines puisse être compensée in vivo par
une cytokine du même groupe. Or, les souris ne produisant pas de
LIF ou d'IL-6 ont un phénotype qui est différent. L'absence
de redondance totale de ces cytokines in vivo reflète des
différences dans la régulation et les sites de synthèse
de ces cytokines ou des différences subtiles d'expression des récepteurs
correspondants.
LIF
Le nombre de cellules hématopoïétiques
matures périphériques, le développement lymphoïde
et la fonction des lymphocytes T périphériques des souris
ne produisant pas de LIF sont sensiblement normaux. Cependant, des anomalies
sont constatées au niveau des progéniteurs immatures des
souris LIF-/-. En effet, le nombre de CFU-S et de précurseurs
hématopoïétiques (BFU-E et CFU-GM) est très
sensiblement diminué dans la moelle et la rate de ces souris et
la réponse proliférative de leurs thymocytes est très
altérée. Des expériences de transfert de progéniteurs
de souris LIF-/- dans des souris normales montre clairement
le rôle du LIF produit par les cellules du micro-environnement,
dans le maintien d'un pool de progéniteurs immatures dont la survie,
mais non la différenciation, est dépendante de LIF [35].
Par ailleurs, les souris mâles et femelles ne produisant pas de
LIF sont fertiles mais les souris femelles LIF-/- n'ont pas
de descendance. Le transfert de blastocystes de souris LIF-/-
dans l'utérus de souris normales pseudogestantes démontre
le rôle essentiel de ce facteur, produit par l'endomètre
utérin dès les premiers jours de la gestation, pour l'implantation
des blastocystes [36].
IL-6
Les souris ne produisant pas d'IL-6 sont fertiles,
ne présentent pas d'anomalie majeure de la myélopoïèse
mais ont un nombre diminué de thymocytes et de lymphocytes T périphériques
sans déséquilibre dans la proportion des différentes
sous-populations lymphocytaires T [37, 38]. La lymphopoïèse
B et le taux d'immunoglobulines sériques sont normaux, ce qui indique
que le rôle exercé par l'IL-6 sur la prolifération
et la différenciation de la lignée B peut être remplacé
in vivo par d'autres cytokines. Un déficit fonctionnel en
lymphocytes T helper pourrait rendre compte de la sensibilité particulière
de ces souris à certaines infections virales et d'une faible production
d'IgG après immunisation [37].
Les souris ne produisant pas d'IL-6 ne développent pas d'ostéoporose
après ovariectomie contrairement aux souris normales [38], ce qui
conforte l'hypothèse que la régulation de la production
d'IL-6 par les oestrogènes est responsable de l'ostéoporose
survenant chez la femme après la ménopause [39]. L'obtention
de souris double mutantes IL6-/- MCSF-/- permettrait
de déterminer si l'IL-6 est un facteur déterminant dans
la correction de l'ostéopétrose des souris op/op.
De nombreuses cytokines activant les macrophages comme l'interféron
gamma et produites par les macrophages activés (TNFalpha , IL-1,
IL-6) participent à la défense non spécifique contre
des infections bactériennes et sont les médiateurs de réactions
inflammatoires locales et générales. Les souris ne produisant
pas d'IL-6 ne développent pas de réaction inflammatoire
à la suite de lésions tissulaires non septiques ou après
infection par des bactéries gram+ à développement
intracellulaire comme Listeria monocytogenes mais sont beaucoup
plus sensibles à cette infection que des souris normales. Par contre,
les souris IL-6-/- ne sont pas protégées contre
le choc endotoxique induit chez la souris par l'injection de LPS. L'IL-6
ne semble donc pas participer aux manifestations cliniques associées
au choc septique au cours d'infection par des bactéries gram –
[37, 40]. Le TNFalpha et l'IL-1 semblent être les deux principales
cytokines responsables du choc endotoxique comme l'a confirmé l'analyse
de souris dont le récepteur au TNF de type I (55 kDa) [41, 42]
ou le gène de l'ICE ont été inactivés par
recombinaison homologue [43].
Cette revue ne saurait être exhaustive et les délétions
de gènes d'autres cytokines ou facteurs de croissance et/ou de
leurs récepteurs apportent des informations complémentaires
qui ne seront pas détaillées ici : hyperplasie des lignées
lymphoïdes B et granuleuses chez les souris n'exprimant pas le récepteur
de l'IL-8 [44], anomalies du développement (rein, coeur), anémie
macrocytaire et thrombopénie liées à l'absence de
PDGFb ou de son récepteur [45, 46], dérèglement de
certaines fonctions lymphocytaires et macrophagiques chez les souris n'exprimant
pas d'interféron gamma ou son récepteur [48, 49] et syndrome
inflammatoire lié à l'absence de TGFß1 [50].
Quel bilan peut-on faire aujourd'hui de l'inactivation de gènes
de cytokines ? Les techniques longues et difficiles de recombinaison homologue
ont permis de développer, au cours de ces dernières années,
un très grand nombre de souris mutantes, déficientes en
une cytokine ou son récepteur. On aurait pu craindre que des phénomènes
de redondance entre cytokines, ou de compensation « réactionnelle
» liée à l'absence d'une cytokine pendant la vie embryonnaire,
n'obscurcissent l'analyse du rôle joué par certaines cytokines
à l'état physiologique. Or, la sévérité
des phénotypes associés à l'absence d'une cytokine
ou son récepteur (SCF, M-CSF, G-CSF, TPO-R, IL-7) montre le rôle
fondamental que ces facteurs excercent in vivo dans l'homéostasie
de la myélopoïèse ou la lymphopoïèse. L'obtention
de souris double ou triple mutantes permettra de définir à
l'avenir quelles cytokines coopèrent in vivo pour compenser,
même partiellement, l'absence d'une cytokine particulière.
Les manifestations cliniques associées au knock-out de certaines
cytokines ont donné lieu parfois à des résultats
inattendus et en particulier à des syndromes inflammatoires. Bien
que la nature des mécanismes conduisant à ces pathologies
ne soit pas parfaitement comprise, ces souris mutantes ouvrent de nouvelles
perspectives de recherche sur la physiopathologie de certaines maladies
humaines et pour la mise en place de nouveaux essais thérapeutiques
*
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