ARTICLE
L'apoptose est une mort cellulaire programmée, morphologiquement
reconnaissable, contrôlée par un ensemble de gènes
qui ont été particulièrement bien conservés
au cours de l'évolution depuis les nématodes jusqu'à
l'homme en passant par la drosophile. La cellule en apoptose se caractérise
par des modifications membranaires, cytoplasmiques et nucléaires,
en particulier, la dégradation de l'ADN internucléosomique,
qui permettent aux biologistes de mesurer qualitativement ou quantitativement
ce phénomène. L'apoptose est donc une mort cellulaire physiologique
qui intervient au cours du développement, dans l'homéostasie,
les systèmes de défense et dans le vieillissement [1].
C'est au début des années 80 qu'a été mise
en évidence la mort par apoptose des thymocytes traités
par les glucocorticoïdes [2]. Il est maintenant établi que
les thymocytes immatures qui « échouent à l'apprentissage
» du soi et du non-soi dans le thymus (et sont donc potentiellement
autoréactifs) sont éliminés (sélection négative)
et meurent par apoptose [3]. En périphérie, ce programme
de mort est « réveillé » sur les cellules cibles
par la cellule cytotoxique ainsi que sur les lymphocytes activés,
permettant un contrôle de la réponse immune et l'établissement
d'une tolérance périphérique vis-à-vis des
clones autoréactifs [4]. Un défaut d'apoptose pourrait ainsi
être la cause de l'émergence de lymphocytes autoréactifs.
Certaines maladies autoimmunes pourraient être liées à
un défaut d'apoptose lymphocytaire. Ce dernier serait secondaire
à une anomalie d'un effecteur de l'apoptose (un récepteur,
son ligand, des molécules responsables de la transmission du signal
de mort cellulaire).
Récepteurs de l'apoptose :
Fas et famille du TNF récepteur
Si l'apoptose peut être induite par des stimuli variés
tels que les radiations, la suppression de facteurs de croissance ou l'utilisation
de drogues, elle peut également être déclenchée
par des récepteurs membranaires spécialisés dans
l'induction de la mort cellulaire. En particulier deux récepteurs
appartenant à la famille du TNF (tumor necrosis factor)
récepteur (TNFR), le TNFR de type 1 (TNFR1) et Fas (ou CD95/Apo-1),
ont été décrits comme des molécules déclenchant
l'apoptose lymphocytaire après interaction avec leur ligand naturel
ou un anticorps monoclonal agoniste [5]. Alors que leur homologie de structure
extracytoplasmique (domaines riches en cystéine) définit
leur appartenance à la famille du TNFR, ils se distinguent des
autres membres par leur domaine cytoplasmique similaire, appelé
domaine de mort (death domain). Ce domaine permet l'interaction
du TNFR1 et de Fas avec des molécules intracytoplasmiques possédant
également un domaine de mort. Ces interactions protéiques
sont les premières étapes d'assemblage d'un véritable
complexe moléculaire responsable de l'induction de l'apoptose (DISC,
death inducing signaling complex) [6-8] (figure
1). Récemment, deux nouveaux membres de la famille du TNFR,
DR3 et DR4 (death receptor 3 et 4), contenant un domaine de mort
ont été décrits chez l'homme [9-11], définissant
ainsi une sous-famille de protéines avec domaine de mort (TNFR1
et Fas pouvant alors être appelés respectivement DR1 et DR2).
Tous les ligands connus de ces protéines, TNF, Fas ligand (FasL),
TRAIL (TNF-related apoptosis inducing ligand), ligand de DR4, appartiennent
à la famille du TNF (le ligand, de DR3 encore inconnu devant probablement
suivre cette règle). Hormis l'interaction Fas-FasL, le rôle
de ces récepteurs dans la régulation de la réponse
immune n'est pas déterminé.
Fas est une glycoprotéine membranaire de type 1 de 45 kDa. Le
gène unique codant pour cette protéine est fortement exprimé
dans les organes lymphoïdes secondaires, le thymus, le foie, le cœur
et les ovaires. La molécule Fas est exprimée sur les lymphocytes
T activés et transmet le signal d'apoptose après interaction
avec son ligand ou un anticorps anti-Fas [4].
FasL est une glycoprotéine de type 2 de 40 kDa. Cette protéine
est exprimée dans les tissus lymphoïdes et au niveau du testicule,
du poumon, de l'intestin grêle et de la cavité antérieure
de l'œil. Présente à la surface des lymphocytes T activés
et des cellules NK, FasL existe également sous forme soluble après
protéolyse de la forme membranaire. Cette protéine, active
sous forme d'un homotrimère, induit l'apoptose sur les cellules
qui expriment Fas. Sur les lymphocytes T activés, FasL peut agir
en trans (pour tuer une cible) ou en cis (suicide du lymphocyte).
Son expression constitutive dans certains tissus, tels que la chambre
antérieure de l'œil ou l'utérus, définit des
régions protégées où toute prolifération
lymphocytaire est abolie [12].
Modèle animal de défaut d'apoptose
Deux modèles murins sont illustratifs du rôle de Fas et
de FasL dans le maintien de la tolérance périphérique
: les souris lpr et gld présentent une maladie auto-immune
proche du lupus érythémateux disséminé (glomérulonéphrite
à complexes immuns, vascularite, hypergammaglobulinémie,
auto-anticorps sériques) associée à un syndrome lymphoprolifératif
caractérisé par l'accumulation dans les organes lymphoïdes
périphériques de lymphocytes T CD4 CD8
portant un récepteur T pour l'antigène alpha /beta
[13]. Dans ces deux lignées, ont été identifiées
respectivement des anomalies des molécules Fas [14] et de FasL
[15]. Chez la souris lpr, l'insertion d'un transposon dans le deuxième
intron du gène Fas entraîne un épissage anormal de
l'ARN messager et l'arrêt prématuré de la transcription
du gène. La conséquence finale de cette mutation est une
réduction quasi complète de l'expression de Fas à
la membrane. Chez la souris gld, une mutation ponctuelle dans l'exon
codant pour le domaine extracellulaire de FasL conduit à la synthèse
d'une protéine anormale ne pouvant se lier à son récepteur
Fas. Une troisième lignée, appelée lprcg,
présente une mutation ponctuelle dans l'exon codant pour la portion
intracytoplasmique de Fas aboutissant à l'expression d'une protéine
modifiée incapable de transmettre un signal d'apoptose [4]. Toutes
ces mutations s'exprimant selon un mode récessif, les souris hétérozygotes
présentent un phénotype sain. La souris totalement déficiente
pour Fas (Fas/), générée après
inactivation du gène correspondant in vitro sur des cellules
embryonnaires, présente un phénotype encore plus sévère
avec une apparition plus précoce des symptômes et une durée
de vie réduite [16]. De plus, cette souris mutante développe
une hépatomégalie sans pour autant présenter de défaut
des fonctions hépatiques. La responsabilité de la mutation
du gène Fas dans le syndrome de la souris lpr a été
définitivement prouvée par la disparition de la maladie
après expression, par transgenèse, du gène Fas sauvage.
Enfin, il est important de noter que la sévérité
des manisfestations autoimmunes varie en fonction du fonds génétique
de ces souris.
Défaut d'apoptose
chez l'homme
Les caractéristiques cliniques et immunologiques de trois patients
présentant un syndrome lymphoprolifératif non malin avec
manisfestations auto-immunes évoquaient un phénotype identique
à celui de la souris lpr [17, 18]. Le premier patient est
une petite fille de 1 an née de parents consanguins et les deux
autres (patients 2 et 3 par la suite) sont frère et sœur âgés
respectivement de 12 et 9 ans et nés de parents non consanguins.
Ces trois patients présentent une hépatosplénomégalie,
une hyperlymphocytose T dans le sang périphérique, une hypergammaglobulinémie
sérique touchant les isotypes IgG et IgA et des manifestations
autoimmunes à des degrés variables. Chez le patient 1, des
auto-anticorps anti-muscle lisse et anticardiolipides sont détectés
sans retentissement clinique. Inversement, une anémie hémolytique
et une thrombocytopénie sont retrouvées chez le patient
3 et sont associées à la présence d'anticorps sériques
antiglobules rouges et antiplaquettes (anti-gp1b). La lymphoprolifération
T parfois sévère et rebelle aux traitements immunosuppresseurs
est caractérisée par l'accumulation d'une population T double
négative inhabituelle CD3+, TcR alpha /beta , CD4,
CD8.
Par analogie avec le modèle murin, nous avons recherché
un défaut d'apoptose induite par Fas chez ces patients. Une absence
d'expression de la molécule Fas liée à une mutation
homozygote du gène Fas a été observée sur
les lymphocytes du patient 1. Cette mutation est transmise génétiquement,
chacun des deux parents étant hétérozygote pour la
mutation et sain. L'observation d'une hépatosplénomégalie
néonatale chez cet enfant suggère un début anténatal
du syndrome lymphoprolifératif. Une greffe de moelle osseuse a
permis la rémission complète de ce syndrome [19].
Les patients 2 et 3 présentaient un défaut partiel d'apoptose
induite par Fas (l'expression de la protéine étant normale).
Une mutation hétérozygote du gène Fas a été
caractérisée et retrouvée chez la mère. Toutefois,
aucune anomalie de l'apoptose lymphocytaire n'a été mise
en évidence in vitro chez celle-ci. En revanche, le père,
sain également, présente un défaut partiel d'apoptose
(intermédiaire entre celui des enfants et d'un sujet contrôle).
Cela suppose qu'une mutation est héritée du père
et qu'elle affecte un gène codant pour une protéine impliquée
dans la signalisation de l'apoptose induite par Fas (plusieurs gènes
candidats sont en cours d'étude). Alors que le syndrome lymphoprolifératif
de ces enfants est moins sévère que celui présenté
par le patient 1, l'un d'eux a présenté des manifestations
autoimmunes importantes (anémie hémolytique et thrombocytopénie
sévères) [18]. À la suite de ces descriptions, quinze
autres cas de syndrome lymphoprolifératif avec auto-immunité
ont été rapportés, décrivant douze nouvelles
mutations [20-22]. Ces travaux soulignent l'homogénéité
clinique et immunologique des conséquences des mutations du gène
Fas (lymphadénopathie, splénomégalie, hypergammaglobulinémie,
accumulation de lymphocytes T DN) ainsi que le rôle charnière
du domaine de mort dans lequel se situent plus de 70 % des mutations décrites
(dix des quatorze mutations publiées à ce jour) (figure
2). Parmi ces quinze cas, quatorze semblent être la conséquence
de mutations d'un seul allèle du gène Fas.
Hypothèses et
mécanismes
Il est aisé de comprendre cette maladie lorsque les deux allèles
du gène Fas sont défectueux et qu'aucune molécule
fonctionnelle n'est produite. Un défaut complet d'apoptose entraîne
une lymphoprolifération. Il est plus délicat d'expliquer
l'apparition du syndrome quand une protéine mutée est synthétisée
en même temps qu'une protéine fonctionnelle, comme cela se
produit chez les patients porteurs d'une mutation hétérozygote
du gène Fas. Deux hypothèses permettent d'expliquer cette
observation.
Dans la première hypothèse, la protéine mutée
interfère avec la protéine normale, produisant un effet
trans dominant négatif. La molécule Fas devant être
trimérisée pour induire l'apoptose, un trimère sur
huit est alors fonctionnel si une protéine mutée est exprimée.
Cette hypothèse bute cependant sur deux objections majeures :
une molécule Fas non fonctionnelle est exprimée
chez la souris lprcg hétérozygote qui
ne présente par ailleurs aucun défaut. Il est malgré
tout concevable que certaines mutations, situées dans le domaine
de mort, entraînent l'expression d'une protéine mutée
ayant un effet trans dominant négatif, alors que d'autres
restent récessives (la protéine mutée, trop instable,
n'étant pas exprimée à la membrane) ;
en conséquence, le parent conducteur doit présenter
un défaut d'apoptose lymphocytaire. Ceci a été montré
dans seulement deux familles parmi les onze susceptibles d'être
les vecteurs d'une mutation hétérozygote. De plus, l'absence
de syndrome lymphoprolifératif chez le parent conducteur reste
inexpliquée.
La seconde hypothèse suppose que cette maladie soit la conséquence
d'un défaut digénique, les deux gènes incriminés
codant pour des protéines impliquées dans l'induction de
l'apoptose. Elle est illustrée par la deuxième famille de
notre observation. Le père a transmis une mutation (indépendante
du gène Fas) responsable d'une diminution de l'apoptose induite
par Fas (mesurée in vitro). Associée à la
mutation de Fas d'origine maternelle (paradoxalement sans effet sur l'apoptose),
elle provoque l'apparition d'un syndrome lymphoprolifératif chez
les enfants qui ont reçu les deux mutations. À l'inverse
de ce cas extrême, il est possible d'envisager que la mutation d'un
deuxième gène soit silencieuse sur l'apoptose des lymphocytes
du parent conducteur, alors qu'elle aggrave une mutation du gène
Fas (responsable d'un défaut partiel d'apoptose) provoquant l'apparition
de la maladie. Loin d'exclure la première hypothèse, la
seconde permet d'expliquer l'absence de signes cliniques ou biologiques
chez les parents.
Par analogie avec le modèle animal, nous pouvions raisonnablement
anticiper l'existence de patients atteints d'un défaut de FasL.
Curieusement, le seul cas de mutation hétérozygote de FasL
décrit présente un tableau clinique et immunologique différent
[23].
Il est surprenant que d'autres molécules impliquées dans
l'activation du programme d'apoptose lymphocytaire, telles que le TNF
par exemple, ne le soient pas dans ce type de syndrome lymphoprolifératif
avec auto-immunité. En particulier, les souris rendues génétiquement
déficientes en TNFR1 ou en TNFR2 ne présentent pas de syndrome
lymphoprolifératif ni de manifestations auto-immunes. Ceci implique
une délimitation précise du rôle joué par chacun
des récepteurs responsables d'apoptose. Le rôle de l'interaction
Fas-FasL semble ainsi dévolu au contrôle de la prolifération
des lymphocytes autoréactifs [24] (figure
3). L'expression constitutive du gène Fas dans certains
organes comme le cœur ou le foie appelle certaines remarques. En
particulier, il est frappant de noter qu'aucun défaut « extralymphocytaire
» n'est observé chez les malades. Ceci suggère que
Fas n'a aucun rôle dans la formation et le maintien de ces organes
ou qu'il existe d'autres voies de contrôle supplétives. De
même, il semble, au moins chez la souris, que la forte expression
de Fas sur les thymocytes n'ait pas d'effet sur la sélection négative
thymique alors que, paradoxalement, 95 % des lymphocytes en formation
meurent par apoptose dans cet organe. D'autres molécules apoptotiques
(telles DR3 et DR4) ou anti-apoptotiques (les molécules de la famille
Bcl-2 par exemple) interviennent également dans la régulation
de l'homéostasie lymphocytaire. L'interdépendance et la
redondance de ces multiples voies ne sont pas encore bien déterminées
et peuvent varier en fonction du type ou de l'état d'activation
cellulaire.
CONCLUSION
Les syndromes lymphoprolifératifs associés à des
défauts d'apoptose induite par Fas sont décrits aujourd'hui
selon deux types de défauts génétiques :
des mutations qui touchent les deux allèles du gène
Fas (homozygote ou double hétérozygote) et provoquent un
défaut complet d'apoptose ;
des mutations hétérozygotes du gène Fas
qui provoquent des défauts variables d'apoptose et représentent
le facteur ou un cofacteur responsable de la maladie.
Les défauts de Fas ont donc des conséquences de deux ordres
: directe, le syndrome lymphoprolifératif, et indirecte, la facilitation
d'une auto-immunité latente. Enfin, il faut souligner que nous
avons observé et qu'il a été rapporté des
cas identiques de syndromes lymphoprolifératifs sans défauts
de Fas ni de FasL [25], suggérant que des altérations d'autres
voies d'apoptose lymphocytaire pourraient conduire à la même
maladie.
REFERENCES
1. Vaux D.L., Strasser A. 1996. The molecular biology of apoptosis.
Proc Natl Acad Sci USA 93 : 2239-2244.
2. Wyllie A.H. 1980. Cell death : the significance of apoptosis.
Int Rev Cytol 68 : 251-306.
3. Murphy K.M., Heimberg A.B., Loh D.Y. 1990. Induction by antigen
of intrathymic apoptosis of CD4+ CD8+ TCR to thymocytes
in vivo. Science 256 : 1720-1723.
4. Nagata S., Golstein P. 1995. The Fas death factor. Science
267 : 1449-1455.
5. Smith C.A., Farrah T., Goodwin R.G. 1994. The TNF receptor
superfamily of cellular and viral proteins : activation, costimulation,
and death. Cell 76 : 959-962.
6. Cleveland J.L., Ihle J.N. 1995. Contenders in FasL/TNF death
signaling. Cell 81 : 479-482.
7. Boldin M.P., Goncharov T.M., Goltsev Y.V., Wallach D. 1996.
Involvement of MACH, a novel MORT1/FADD-interacting protease, in Fas/APO-1-
and TNF receptor-induced cell death. Cell 85 : 803-815.
8. Muzio M., et al. 1996. FLICE, a novel FADD-homologous
ICE/CED3-like protease, is recruited to the CD95 (Fas/APO-1) death-inducing
signaling complex. Cell 85 : 817-827.
9. Chinnaiyan A.M., et al. 1996. Signal transduction by
DR3, a death domain-containing receptor related to TNF-R1 and CD95. Science
274 : 990-992.
10. Bodmer J.L., et al. 1997. TRAMP, a novel apoptosis-mediating
receptor with sequence homology to TNFR1 and Fas (Apo-1/CD95). Immunity
6 : 79-89.
11. Pan G., et al. 1997. The receptor for the cytotoxic
ligand TRAIL. Science 276 : 111-113.
12. Nagata S. 1996. Fas ligand and immune evasion. Nature
Medicine 2 : 1306-1307.
13. Cohen P.L., Eisenberg R.A. 1991. lpr and gld
: single models of systemic autoimmunity and lymphoproliferative disease.
J Clin Invest 90 : 334-341.
14. Watanabe-Fukunaga R., Brannan C.I., Copeland N.G., Jenkins
N.A., Nagata G. 1992. Lymphoproliferation disorder in mice explained by
defect in Fas antigen that mediate apoptosis. Nature 356 : 314-317.
15. Takahashi T., et al. 1994. Generalized lymphoproliferative
disease in mice, caused by a point mutation in the FAS ligand. Cell
76 : 969-976.
16. Adachi M., et al. 1995. Targeted mutation in the Fas
gene causes hyperplasia in peripheral lymphoid organs and liver. Nature
Genet 11 : 294-300.
17. Rieux-Laucat F., et al. 1995. Mutations in Fas associated
with human lymphoproliferative syndrome and autoimmunity. Science
268 : 1347-1349.
18. Le Deist F., et al. 1996. Clinical, immunological
and pathological consequences of Fas-deficient conditions. Lancet
348 : 719-723.
19. Benkerrou M., Le Deist F., de Villartay J., Rieux-Laucat
F., Jabado N. 1997. Correction of Fas (CD95) deficiency by haploidentical
bone marrow transplantation. Eur J Immunol 27 : 2043-2047.
20. Fisher G., et al. 1995. Dominant interfering Fas gene
mutations impair apoptosis in a human autoimmune lymphoproliferative syndrome.
Cell 81 : 935-946.
21. Drappa J., Vaishnaw A.K., Sullivan K.E., Chu J.L., Elkon
K.B. 1996. Fas gene mutations in the Canale-Smith syndrome, an inherited
lymphoproliferative disorder associated with autoimmunity. N Engl J
Med 335 : 1643-1649.
22. Bettinardi A., et al. 1997. Missense mutations in
the Fas gene resulting in autoimmune lymphoproliferative syndrome
a molecular and immunological analysis. Blood 89 : 902-909.
23. Wu J.G., Wilson J., He J., Xiang L.B., Schur P.H., Mountz
J.D. 1996. Fas ligand mutation in a patient with systemic lupus erythematosus
and lymphoproliferative disease. J Clin Invest 98 : 1107-1113.
24. Rathmell J.C., Goodnow C. 1995. The Fas track. Curr Biology
5 : 1218-1221.
25. Sneller M.C., et al. 1997. Clinical, immunologic,
and genetic features of an autoimmune lymphoproliferative syndrome associated
with abnormal lymphocyte apoptosis. Blood 89 : 1341-1348.
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