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Rôle de la sulfatation dans le contrôle
des interactions lymphocyte/endothélium
Dans la plupart des organes lymphoïdes secondaires (ganglions lymphatiques,
amygdales, végétations, appendice, plaques de Peyer) et
des tissus subissant une inflammation chronique, l'adhésion des
lymphocytes et leur migration à travers l'endothélium se
produit au niveau de sites vasculaires spécialisés appelés
HEV pour high endothelial venules [4, 5]. Ces veinules post-capillaires
sont bordées de cellules endothéliales dites cuboïdales
du fait de leur morphologie plus rebondie que celle des autres cellules
endothéliales de l'organisme [4, 6]. Capables de recruter un très
grand nombre de lymphocytes circulants, les cellules endothéliales
cuboïdales doivent cette unicité fonctionnelle à l'expression
de molécules d'adhésion sulfatées hautement spécifiques
(figure 1). L'étape
initiale du recrutement (figure
1a, adhésion) met en jeu une interaction transitoire et
de très haute affinité entre la sélectine L des lymphocytes
(une molécule d'adhésion de type lectine) et un ensemble
de glycoprotéines sulfatées (sialomucines) exprimées
par les cellules endothéliales cuboïdales, dont quatre ont
été identifiées à ce jour : GlyCAM-1, CD34,
MAdCAM-1 et podocalyxine [7]. Ces sialomucines sulfatées possèdent
toutes des domaines peptidiques de type mucine extrêmement riches
en acides aminés sérine et thréonine fortement O-glycosylés
et décorés d'O-glycanes spécifiques contenant de
l'acide sialique, du fucose et du sulfate. L'interaction entre la sélectine
L et les sialomucines sulfatées est souvent transitoire et se caractérise
par le roulement (rolling) des lymphocytes le long de la paroi
du vaisseau (figure 1b,
rolling). Cette étape est critique dans le processus de
recrutement car elle permet de ralentir les lymphocytes circulant à
très grande vitesse dans le sang et de leur laisser ainsi le temps
d'être activés par des chimiokines (telles que SLC/6Ckine)
via des récepteurs couplés aux protéines G
du type CCR7 (figures 1 et
2, activation). Le signal relayé par les récepteurs
aux chimiokines activés conduit à une adhésion forte
médiée par les intégrines, permettant l'arrêt
des lymphocytes (figures 1
et 3, arrêt) puis leur migration transendothéliale
(figures 1 et 4,
migration transendothéliale). Il est clair aujourd'hui que c'est
l'interaction initiale (adhésion et rolling) qui est à
la base de la spécificité et de l'efficacité du processus
de recrutement tout entier [8]. La sulfatation joue un rôle clé
dans cette interaction initiale (figure
2A). Ainsi, par exemple, si l'on bloque la sulfatation en utilisant
le chlorate, un inhibiteur d'une des enzymes de la voie de sulfatation
(la PAPS synthétase, voir ci dessous), on inhibe complètement
la reconnaissance de CD34 et GlyCAM-1 par la sélectine L des lymphocytes
[9, 10]. Par ailleurs, l'anticorps spécifique des cellules endothéliales
cuboïdales MECA-79 (figure
2B), qui reconnaît un épitope sulfaté décorant
les ligands de la sélectine L, GlyCAM-1, CD34, MAdCAM-1 et podocalyxine
[7], est capable d'inhiber le recrutement des lymphocytes dans les ganglions
lymphatiques [11], confirmant ainsi le rôle essentiel de la sulfatation
in vivo. Le fait que cet anticorps MECA-79 ne présente aucune
réaction croisée avec les autres cellules endothéliales
[12] illustre bien à quel point la sulfatation des ligands de la
sélectine L est une caractéristique des cellules endothéliales
cuboïdales des tissus lymphoïdes et des tissus subissant une
inflammation chronique. D'ailleurs, les sialomucines CD34 et podocalyxine
sont exprimées par de nombreux vaisseaux sanguins dans différents
tissus mais ne fonctionnent comme des ligands de la sélectine L
que lorsqu'elles sont exprimées par les cellules endothéliales
cuboïdales, sulfatées et décorées par l'épitope
sulfaté MECA-79 (figure
2A). La nature des oligosaccharides sulfatés reconnus par
MECA-79 et la sélectine L a été étudiée
et les O-glycanes majeurs de GlyCAM-1, ont été identifiés
comme étant le 6-sulfo et le 6'-sulfo-sialyl-Lewisx
(figure 2C) correspondant
respectivement à la sulfatation en position 6 des résidus
N-acétylglucosamine et galactose du sialyl-Lewisx [7,
13]. Des évidences indirectes suggèrent que des motifs sulfatés
identiques décorent également CD34, MAdCAM-1 et podocalyxine
[13-15].
Voie de sulfatation des ligands
de la sélectine-L
Le processus de sulfatation des sialomucines des cellules endothéliales
cuboïdales est ubiquitaire et est en particulier similaire à
celui de la sulfatation des protéoglycanes du cartilage [8, 16].
Quatre étapes permettent d'aboutir à l'addition de résidus
sulfate (figure 3) : entrée
du sulfate inorganique dans les cellules endothéliales cuboïdales
rendue possible par des transporteurs membranaires, transformation en
donneur de sulfate activé (3'-phosphoadénosine 5'-phosphosulfate
ou PAPS) par les PAPS synthétases, translocation vers le Golgi
par la PAPS translocase et transfert sur les sucres des sialomucines par
les sulfotransférases. Chacune de ces étapes joue un rôle
essentiel dans l'efficacité globale du processus [8].
Le transport membranaire du sulfate libre constitue à l'évidence
une étape clef. Dans les organes lymphoïdes secondaires et
les tissus subissant une inflammation chronique, une incorporation massive
de sulfate se produit au niveau des cellules endothéliales cuboïdales
des HEV [4, 17, 18]. L'identification des transporteurs de sulfate impliqués
est en cours de réalisation [19]. Deux transporteurs de sulfate
appartenant à deux familles distinctes de transporteurs à
12 segments transmembranaires sont co-exprimés dans les cellules
endothéliales cuboïdales humaines : SUT-1, un nouveau co-transporteur
sodium/ sulfate d'expression tissulaire très restreinte, récemment
isolé à partir de cellules endothéliales cuboïdales
d'amygdales purifiées [19], et DTD, un échangeur d'anions
qui contrôle la sulfatation des protéoglycanes au niveau
du cartilage et dont la mutation entraîne un défaut de développement
du squelette dans les ostéochondrodysplasies héréditaires
humaines [20]. SUT-1 et DTD, en permettant une incorporation massive de
sulfate dans les cellules endothéliales cuboïdales, sont susceptibles
de moduler de façon significative la sulfatation des sialomucines
du type CD34 et de contrôler ainsi leur reconnaissance par la sélectine
L des lymphocytes.
L'étape d'activation du sulfate pourrait également contribuer
au contrôle des interactions lymphocyte/endothélium dans
les organes lymphoïdes secondaires et les tissus subissant une inflammation
chronique. Cette activation du sulfate inorganique en PAPS, donneur de
haute énergie, est médiée par l'enchaînement
de deux activités enzymatiques : l'activité ATP sulfurylase
combine ATP et sulfate pour former l'adénosine 5'-phosphosulfate
(APS) qu'une activité APS kinase permet ensuite de phosphoryler
en PAPS, donneur universel utilisé pour toutes les réactions
subséquentes de sulfatation [2]. Chez les animaux, les deux activités
sont présentes sur des enzymes bifonctionnelles, les PAPS synthétases
(PAPSS) [16]. Les deux PAPS synthétases identifiées à
ce jour chez l'homme, PAPSS1 [16, 21] et PAPSS2 [22], sont co-exprimées
dans les cellules endothéliales cuboïdales des HEV. Il semble
qu'il existe une certaine redondance entre les deux PAPSS, puisqu'en absence
de PAPSS2, aucune immunopathologie n'a encore été décrite.
Il est probable que, chez les souris brachymorphes et les patients atteints
de dysplasie spondyloépimétaphyséale (un type d'ostéochondrodysplasie
orthologue du brachymorphisme murin), dont le gène PAPSS2 est muté
[22, 23], la PAPSS1 compense l'absence de PAPSS2 et est, en particulier,
suffisante pour la sulfatation des ligands de la sélectine L des
lymphocytes.
Enfin, ce sont les sulfotransférases qui, contrôlent
in fine, la sulfatation des ligands de la sélectine-L. Quatre
enzymes candidates à la sulfatation du motif saccharidique sialyl-Lewisx,
générant la structure reconnue par la sélectine-L
[14], ont été récemment identifiées. Il s'agit
d'une galactose 6-O-sulfotransférase [13], appelée aussi
KSST, et de trois N-acétyl-glucosamine-6-O-sulfotransférases
[13, 15, 24], respectivement baptisées GlcNAc-6ST, I-GlcNAc-6ST
et LSST (ou HEC-GlcNAc-6ST). Cette dernière est la plus probablement
impliquée dans le recrutement des lymphocytes par les cellules
endothéliales cuboïdales, de par la restriction de son expression
tissulaire aux organes lymphoïdes secondaires [13,15] et son aptitude
à décorer les sialomucines GlyCAM-1 et CD34 du motif 6-sulfo-sialyl-Lewisx,
permettant leur interaction avec la sélectine L des lymphocytes
[15]. Il s'agit donc, peut-être en conjonction avec les autres sulfotransférases
évoquées, d'un élément régulateur essentiel
de la capture des lymphocytes par l'endothélium des HEV [25].
Rôle de la sulfatation dans l'inflammation
chronique
Des vaisseaux de type HEV ont pu être mis en évidence à
proximité immédiate des sites d'infiltration lymphocytaire
dans des modèles d'inflammation chronique chez la souris et dans
les pathologies auto-immunes humaines [4]. Ainsi, il a été
observé que des vaisseaux bordés de cellules endothéliales
de morphologie cuboïdale, incorporant de forts taux de sulfate et
exprimant des ligands de la sélectine L et le marqueur MECA-79,
se développent au niveau des organes cibles des maladies auto-immunes
chez l'homme [4, 12, 18], à savoir le tissu articulaire synovial
dans la polyarthrite rhumatoïde, la peau dans diverses inflammations
chroniques cutanées (psoriasis, lichen), l'intestin dans la maladie
de Crohn et la rectocolite hémorragique, la thyroïde dans
la maladie de Graves et la thyroïdite de Hashimoto (tableau
1). Le développement de tels vaisseaux pourrait aussi intervenir
dans le rejet chronique de greffe rénale et cardiaque [7]. La présence
du marqueur MECA-79 et l'incorporation massive de sulfate laissent supposer
une forte implication de sialomucines sulfatées dans le recrutement
massif des lymphocytes par ces vaisseaux, contribuant au maintien et à
l'amplification de l'inflammation chronique dans ces tissus. Les acteurs
moléculaires (transporteurs de sulfate, PAPS synthétases,
PAPS translocase, sulfotransférases) impliqués dans la biosynthèse
de ligands sulfatés de la sélectine L par les cellules endothéliales
cuboïdales qui se développent au niveau des sites d'inflammation
chronique constituent donc des cibles d'intérêt pour le traitement
des pathologies auto-immunes humaines.
Rôle de la sulfatation dans
l'inflammation aiguë
À l'inverse des sites d'inflammation chronique, les tissus subissant
une inflammation aiguë ne voient généralement pas leur
vascularisation développer un phénotype cuboïdal et
il semble que l'endothélium, activé par les cytokines pro-inflammatoires,
n'y exprime pas de sialomucines sulfatées servant de ligand pour
la sélectine L des lymphocytes. Toutefois, l'endothélium
activé exprime deux autres molécules d'adhésion de
la famille des sélectines, à savoir les sélectines
E et P, dont le ligand majeur à la surface des leucocytes est aussi
une sialomucine sulfatée, appelée PSGL-1 pour P-selectin
glycoprotein ligand-1 [26]. Cette sialomucine est décorée
de résidus sulfate, mais branchés directement au niveau
d'acides aminés tyrosine, et non sur ses O-glycanes (figure
4). La sulfatation de PSGL-1 est critique pour l'établissement
et l'amplification de l'influx leucocytaire au site inflammatoire [26].
Les mécanismes permettant d'aboutir à la sulfatation des
tyrosines de PSGL-1 sont identiques à ceux conduisant à
la sulfatation des sucres qui décorent les sialomucines des cellules
endothéliales cuboïdales (figure
3), à l'étape finale prés, qui fait appel
à des sulfotransférases de la famille des TPST (tyrosyl-protein
sulfotransferases) et non à des glycosyl-sulfotransférases
[27]. L'étape d'activation du sulfate joue un rôle essentiel
dans la capture des leucocytes par la sélectine-P de l'endothélium
activé. Par exemple, le traitement de leucocytes par du chlorate,
l'inhibiteur des PAPS synthétases, bloque la sulfatation de PSGL-1
et empêche sa reconnaissance par la sélectine P [28, 29].
Du fait de leur capacité à moduler la sulfatation de PSGL-1,
les PAPS synthétases (de même que les tyrosyl-sulfotransférases)
pourraient constituer des cibles intéressantes pour de nouvelles
thérapies anti-inflammatoires. Les sulfotransférases chargées
de sulfater les O-glycanes des sialomucines sulfatées endothéliales,
telles la KSST ou surtout la LSST, représentent également
des cibles potentielles, en particulier dans le cadre d'épisodes
de rejet aigu de greffe cardiaque [30]. Cette pathologie est à
ce jour le seul cas d'inflammation aiguë où un développement
de vaisseaux exprimant le marqueur MECA-79 (révélant la
présence des ligands sulfatés de la sélectine L)
ait été observé [7, 30].
Perspectives : autres applications thérapeutiques
potentielles de la sulfatation
Parallèlement aux maladies inflammatoires, les différents
acteurs des voies de sulfatation ont été plus ou moins directement
impliqués dans diverses autres situations pathologiques telles
que l'athérosclérose, la mucoviscidose, certaines chondrodysplasies
héréditaires, les infections rétrovirales et la dissémination
métastatique des cellules tumorales. L'identification et la caractérisation
des transporteurs de sulfate, PAPS synthétases et sulfotransférases
régulant ces processus est donc susceptible de fournir à
plus ou moins long terme d'importantes cibles pharmacologiques pour le
traitement de ces différentes pathologies.
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