Mort Cellulaire Programmée

La mort cellulaire programmée (MCP)

La mort cellulaire programmée est un processus par lequel une cellule meurt suivant un programme intrinsèque inscrit dans le génome et sous le contrôle de signaux provenant de son environnement.

Généralités sur la mort cellulaire programmée (MCP)

• Elle joue un rôle morphogénétique, dans l'immunité et l'homéostasie tissulaire. Par exemple, chez les lymphocytes B et T, c'est un moyen de sélection si le récepteur est viable ou non.
• Un dérèglement de l'apoptose peut entraîner l'apparition de maladies.
• Une résistance anormale à l'induction d'apoptose peut provoquer des malformations ou des maladies auto-immunes.
• Une augmentation de l'apoptose peut induire des maladies neuromusculaires ou dégénératives.
• Les différentes morts cellulaires sont interconnectées.

Types de mort cellulaire

Le tableau suivant compare différentes formes de mort cellulaire.

	Apoptose	Nécrose	Autophagie
Description	Affecte des cellules individuelles, perte de spécialisation, bourgeonnement sans perte d'intégrité, déclin de la fonction mitochondriale, atrophie rapide.	Voie de la mort accidentelle où les cellules subissent une agression, avec altération morphologique et fonctionnelle.	Formation d'un autophagosome, acidification de la vacuole (ensemble des lysosomes), endocytose intense induisant une diminution de la surface. Des vésicules se forment autour de la cellule.
Mécanismes Clés	Translocation de la phosphatidylsérine vers l'extérieur de la membrane. Activation des caspases.	Augmentation du volume cellulaire par absorption d'eau. Éclatement de la membrane et libération du contenu.	Formation de vésicules autour des organites ou portions du cytoplasme.

Détection de l'apoptose

La phosphatidylsérine, normalement présente dans le feuillet interne de la membrane plasmique, se retrouve à l'extérieur lors de l'apoptose et possède une forte affinité pour l'annexine. Cela permet la visualisation des cellules en apoptose. Ce test est souvent complété par l'addition d'un agent intercalant, comme l'iodure de propidium, qui ne pénètre dans la cellule qu'en phase d'apoptose avancée ou lors de la nécrose.

Gènes apoptotiques chez les mammifères

• CED-4 : Molécule d'échafaudage qui active CED-3.
• CED-3 : Protéase de la famille des caspases, favorise l'apoptose et bloque CED-9.
• CED-9 : Contrecarre une partie de la voie de signalisation apoptotique.

Phases de l'apoptose

Phase d'induction

Cette phase active la voie de signalisation vers un point de non-retour. Il y a un équilibre entre les molécules anti-apoptotiques et apoptotiques, et l'activation des enzymes qui détruisent les cellules.

Phase d'exécution

Cette phase est caractérisée par l'apparition de transformations morphologiques. Les cellules synthétisent les caspases sous forme de zymogènes (inactives) qui doivent être maturées.

Caspases initiatrices (CI)

• Forme monomérique avec un petit domaine N-terminal.
• Activées par dimérisation, le zymogène devient actif et s'associe aux caspases.
• Le pro-domaine se déplace et remplit une poche spécifique, induisant son clivage.

Caspases effectrices

• Forme dimérique avec un grand domaine N-terminal.
• Une boucle obstrue la partie centrale du dimère.
• La maturation est faite par les caspases initiatrices (CI), qui clivent chaque pro-domaine, entraînant un changement de conformation et l'activation.

Superfamille des protéines à "Death Domain" (domaine de mort)

• Protéines DD (Death Domain)
• Protéines CARD (Caspase Recruitment Domain)
• Protéines DED (Death Effector Domain)
• Protéines PYD (Pyrin Domain)

Substrats des Caspases (Exemple de la Caspase 3)

• Action nucléaire : Protéolyse des lamines.
• Action cytoplasmique : Dénaturation de l'actine.
• Action sur la membrane plasmique : Active la protéine de translocation de la phosphatidylsérine.

Le CAD (Caspase-Activated DNase) est synthétisé en présence d'une molécule chaperonne, l'ICAD (Inhibitor of Caspase-Activated DNase). En l'absence d'ICAD, CAD est synthétisé sous une mauvaise conformation. ICAD empêche le clivage de l'ADN et sera la cible de la caspase 3.

Voies d'activation de l'apoptose

Voie intrinsèque (ou mitochondriale)

Cette voie implique la caspase 9 et la molécule d'échafaudage APAF-1.

• La formation de pores dans la membrane externe des mitochondries entraîne une perte de l'hypersélectivité (MOMP : Mitochondria Outer Membrane Permeabilization).
• Le cytochrome C de la chaîne respiratoire interagit avec APAF-1, multimérise et crée une plateforme pour recruter la caspase initiatrice 9, qui peut s'auto-activer et activer les caspases effectrices.
• Le MOMP est un phénomène passif impliquant les protéines de la famille Bcl-2, survenant lorsque la cellule est soumise à un stress intense, conduisant à la perméabilisation de la membrane des mitochondries en environ une heure.
• BAX (dans le cytosol) et BAK (dans la mitochondrie) sont les effecteurs du MOMP. Ce sont des protéines pro-apoptotiques avec un domaine de type BH.
• La présence du domaine BH4 indique une molécule anti-apoptotique, tandis que son absence indique une molécule pro-apoptotique capable de former des pores dans la membrane.
• Les signaux mobilisant les protéines de la famille Bcl-2 surviennent lorsqu'un point de non-retour est franchi, BAX et BAK formant alors des pores dans la membrane.
• La perméabilisation entraîne la perte de molécules telles que Smac et Omi, qui sont capables d'interagir avec les protéines inhibitrices d'apoptose (AIP) afin d'empêcher l'inhibition de l'apoptose.
• Les protéines anti-apoptotiques de la famille Bcl-2 empêchent le phénomène de MOMP.
• BIM et BID sont des protéines à domaine BH3, qui activent BAX et BAK pour initier le MOMP.
• Pour activer ces modèles, un certain seuil de protéines anti-apoptotiques doit être dépassé.
• La rencontre entre les molécules BIM-BID et les protéines pro-apoptotiques mène à l'activation de BAK-BAX et à la perméabilisation de la membrane.
• Les protéines à domaine BH3 agissent comme des senseurs, détectant le stress et déclenchant l'apoptose.
• BID est un senseur de protéase ; le clivage de sa boucle N-terminale expose le domaine BH3, activant BID et ensuite les molécules pro-apoptotiques.
• En présence de facteurs de croissance, ces derniers activent un récepteur qui active une kinase (AKT), phosphorylant à son tour un facteur de transcription FOXO-3A.
• Lorsque FOXO est phosphorylé, il est retenu dans le cytoplasme par la protéine 14-3-3.
• En cas de stress, AKT n'est pas phosphorylé, FOXO non phosphorylé se rend dans le noyau pour réguler l'expression des gènes cibles codant pour les molécules à domaine BH3 telles que BIM (pro-apoptotique).

Régulation de la balance pro-apoptotique et anti-apoptotique

• En conditions de survie, les gènes pro-apoptotiques ne sont pas exprimés, ou les molécules pro-apoptotiques sont neutralisées par phosphorylation ou protéasome.
• En conditions de stress, le processus inverse se produit.

Voie extrinsèque (ou extracellulaire)

Cette voie implique des récepteurs de mort (Death Receptors) et des ligands de mort (Death Ligands).

• Les récepteurs du TNF sont caractérisés par la présence du domaine de la mort.
• La formation du complexe DISC (Death-Inducing Signaling Complex) induit la mort. Il interagit avec le domaine de la mort d'une molécule adaptatrice (FADD), sur laquelle les caspases initiatrices peuvent dimériser et s'auto-maturer. Ensuite, la caspase 8 active les caspases effectrices.
• La protéine cFLIP peut inhiber la voie de signalisation FAS. Elle a une structure similaire à la pro-caspase 8 mais peut s'immiscer dans le complexe DISC et gêner son fonctionnement.

Connexion entre les voies intrinsèque et extrinsèque

La voie extrinsèque peut activer la voie mitochondriale : la caspase 8 active BID, qui à son tour active la voie mitochondriale.

Apoptose et maladies

La suppression du programme apoptotique est un facteur clé dans la formation des tumeurs, car elle permet la survie et la croissance des cellules tumorales dans un environnement pauvre en nutriments.