Professeur François BERGER

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1 Biologie cellulaire Chapitre 1 : L apoptose ou mort cellulaire programmée Professeur François BERGER MED@TICE PCEM1 - Année 2006/2007 Faculté de Médecine de Grenoble - Tous droits réservés.

2 Plan Introduction - définitions Description morphologique Bases moléculaires de l apoptose Techniques d étude de l apoptose Exemples physiologiques et pathologiques

3 Historique : Kerr 1972 Définition : - Le nom apoptose fait référence à la chute programmée des feuilles à l'automne : apo pour éloignement, ptose pour chute. - Notion de programme - Implications majeures en physiologie et enpathologie

4 Situation de l apoptose par rapport à la physiopathologie cellulaire État différencié Renouvellement cellulaire Maladies dégénératives Vv Cancer

5 Description morphologie de l'apoptose - A la différence de la nécrose, l'apoptose affecte en général des cellules isolées es, aboutissant à un processus de condensation et de fragmentation. - Les premières manifestations morphologiques se caractérisent par une compaction et une marginalisation de la chromatine nucléaire aire, une convolution des membranes nucléaire et cytoplasmique, une condensation du cytoplasme.

6 - Le noyau se fragmente ensuite, chaque fragment entouré d'une double enveloppe. - Des corps apoptotiques (éléments cytoplasmiques et nucléaires) sont ensuite relargués, et vont être phagocytés par les cellules voisines, sans aucune réaction r inflammatoire.

7 Nécrose et apoptose

8 Nécrose versus apoptose Nécrose apoptose Causes Anoxie, dommages physiques ou chimiques Déplétion en facteurs de croissances hormonale, lésions ADN modifications nucléaires modifications membranaires modification mitochondriales biochimie Lyse gonflement condensation segmentation fragmentation protusion modifications actives de l expression des gènes et des protéases

9 Apoptose d une cellule cancéreuse par un lymphocyte T cytotoxique

10 Bases moléculaires de l apoptose C elegans 1090 cellules sont produites et 131 meurent pendant le développement 3 gènes sont nécessaires pour la mort de ces 131 cellules: ced-3 ced-4 ced-9 ced-9 ---] ced-4 ---> ced-3 ---> mort cellulaire

11 1090 cellules Cellule engagée vers l apoptose En cours d apoptose Cellule morte phagocytée CED-4 homologue APAF CED 9 CED 3 Homologue de Bcl-2 Homologue des caspases 959 cellules

12 Modélisation de l apoptose 1- Signal apoptotique 2- Contrôle de l apoptose 3- excécution cution de l apoptose

13 1- Signal apoptotique Privation en facteurs de croissance, hormonale stress Lésions de l ADN Fas,, TNF alpha Perforine, Granzyme B

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15 2- Contrôle de l apoptose Bcl-2 Bax

16 Notion de protéine antiapoptotique : Bcl-2 Homologue de Ced-9 Protéine connue depuis 1985 pour sa surexpression dans un type particulier de lymphome s oppose à la mort cellulaire

17 BAX Notion de protéine proapoptotique

18 Bcl-2 BAX État pro-apoptotique Etat anti-apoptotique

19 3- excécution cution de l apoptose Caspases Mitochondrie

20 Les caspases Protéases A cystéine Effecteur ultime et principal de toutes les voies de transduction du signal apoptotique

21 Analogue de Ced 3 Site actif catalytique clivant au niveau de résidus aspartates Famille de molécules Existent sous forme de pro-enzymes inactives Activation en cascade Asp-Xxx

22 Substrat: protéines impliquées dans le maintient de l intégrité cellulaire Endonucléases La neutralisation des caspases diminue l apoptose

23 La mitochondrie Contient de nombreux facteurs proapoptotiques (ex : AIF, apoptosis inducible factor) cytochrome C

24 Induction de l apoptose Mitochondrie Modifications de perméabilité membranaire Bcl-2 / Bax Cytochrome C Caspases Facteur AIF (apoptosis inducing Factor) Execution de l apoptose

25 Elimination des cellules mortes par les macrophages Prévenir la toxicité des produits intracellulaires mécanismes de reconnaissances dégradation et élimination Suppression de l inflammation

26 Présentation au système immunitaire Elimination des déchets «Eat me flags»

27 Il existe deux voies pour l apoptose Une voie intrinsèque Une voie extrinsèque

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29 Les différents niveaux de la voie de l apoptose interagissent entre eux

30 Techniques d étude de l apoptose Anomalies morphologiques Fragmentation de l ADN Activation des protéases Altérations de la membrane

31 morphologie Coloration nucléaire

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33 Fragmentation de l ADN Endonucléases

34 Aspect en échelle de l ADN fragmenté

35 Marquage des fragments d ADN fragmentés et repérage in situ Terminale transferase

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39 Activité caspase

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42 Cellules normales Cellules apoptotiques Cellules nécrotiques Annexine _ + + Iodure propidium - - +

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46 Exemples physiologiques et pathologiques Au cours du développement Le développement normal d'un organe s'effectue non par modelage, mais par sculpture : les cellules sont produites en grand excès puis certaines meurent, en fonction des critères particuliers requis.

47 A l'âge adulte Dans le tissu normal, il existe un équilibre entre mitose et apoptose. Les cellules nécessitent en permanence certains 'facteurs de croissance' pour survivre.

48 Dans le système immunitaire, l'apoptose est responsable de la délétion des cellules T autoréactives (permettant la tolérance du soi), et la sélection des B lymphocytes responsables de la réponse immunitaire

49 Dans les cancers On peut trouver des foyers d'apoptose après irradiation, chimiothérapie, la suppression hormonale (cancer de la prostate) ou au contraire la surcharge en corticoïdes (leucémies et lymphomes). Les lymphocytes cytotoxiques sont tueurs par induction de l'apoptose de la cellule cible.

50 Autres pathologie A l inverse du cancer où l apoptose est réprimée, d autres maladies, notamment les maladies neuro-dégénératives comme la maladie d Alzheimer, la sclérose latérale amyotrophique, la maladie de Parkinson, mais aussi certaines thyroïdites, les maladies auto-immunes ou encore l hépatite fulminante pourraient être en rapport avec une apoptose mal contrôlée. L utilisation de substances inhibitrices des caspases pourrait jouer un rôle thérapeutique intéressant.

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53 QCM Problème 1 La souris transgénique nique «Parkine» est un modèle de maladie dégénérative d cérébrale c se traduisant par la mort progressive des neurones lors du vieillissement, comparable à celui observé dans le cadre de la maladie de Parkinson. Cette mort est en rapport avec l expression d une d protéine anormale la parkine.. La mort cellulaire observée concerne spécifiquement les neurones dopaminergiques au niveau de la substance noire.

54 Nombre de neurones Figure 1: évolution du nombre de neurones dopaminergiques en fonction du temps chez des souris contrôle et Parkine Souris normale contrôle Souris Parkine Age de la souris 1 an

55 Un adénovirus exprimant le gène bax ou bcl2 est utilisé pour cibler la région des neurones dopaminergique de la souris parkine

56 Nombre de neurones A vraie La figure A est: 1- vraie 2- fausse Transfection bcl2 Transfection bax Souris Parkine Age de la souris Nombre de neurones 1 an A Transfection bax Transfection bcl2 Souris Parkine Age de la souris 1 an

57 Nombre de neurones dopaminergiques souris normale C Souris parkine mois 6 mois 1 an La figure C est: 1- vraie 2- fausse Souris parkine traitˇe par KF 456, un inhibiteur de caspase

58 Nombre de neurones dopaminergiques souris normale D mois 6 mois 1 an La figure D est: 1- vraie 2- fausse Souris parkine Souris parkine traitˇe l'injection locale la pompe de GDNF

59 Des injections intra-tumorales tumorales d alcool ou de TNF alpha sont réalisr alisées, avec l impact l suivant sur la cinétique tumorale: Souris injectée par de l alcool Volume tumoral 3 semaines Souris traitée par du TNF alpha temps

60 Le bleu trypan est un colorant vital qui ne colore la cellule que en cas de lésion de la membrane cytoplasmique Injection bleu trypan condensation marquage tunel souris contr le souris alcool souris TNF La figure D est: 1- vraie 2- fausse

61 EGF A Volume tumoral 3 semaines contrôle B C TNF alpha + cycloheximide TNF alpha D temps TNF alpha + cycloheximide TNF alpha contrôle A B C D C D B A D C B A EGF

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