Nétrine - Netrin

Le knock- out de la nétrine 1 perturbe la topographie des projections thalamocorticales dans le cerveau de la souris. De Powell et al., 2008.

Les nétrines sont une classe de protéines impliquées dans le guidage axonal . Ils tirent leur nom du mot sanskrit "netr", qui signifie "celui qui guide". Nétrines sont conservés génétiquement à travers les vers nématodes , mouches des fruits , des grenouilles , des souris et des humains . Structurellement, la nétrine ressemble à la protéine de la matrice extracellulaire laminine .

Les nétrines sont chimiotropes ; un axone en croissance se rapprochera ou s'éloignera d'une concentration plus élevée de nétrine. Bien que le mécanisme détaillé du guidage axonal ne soit pas entièrement compris, il est connu que l'attraction de la nétrine est médiée par les récepteurs de surface cellulaire UNC-40/DCC et que la répulsion est médiée par les récepteurs UNC-5 . Les nétrines agissent également comme des facteurs de croissance , encourageant les activités de croissance cellulaire dans les cellules cibles. Les souris déficientes en nétrine ne parviennent pas à former la compression hippocampique ou le corps calleux .

Un modèle proposé pour l'activité de la nétrine dans la colonne vertébrale des embryons humains en développement est que les nétrines sont libérées par la plaque de plancher et sont ensuite captées par des protéines réceptrices intégrées dans les cônes de croissance des axones appartenant aux neurones de la colonne vertébrale en développement. Les corps de ces neurones restent stationnaires tandis que les axones suivent un chemin défini par les nétrines, se connectant finalement aux neurones à l'intérieur du cerveau embryonnaire en développant des synapses . La recherche soutient que les nouveaux axones ont tendance à suivre des voies précédemment tracées, plutôt que d'être guidés par des nétrines ou des facteurs chimiotropes connexes.

Découverte

La nétrine a été décrite pour la première fois chez le nématode Caenorhabditis elegans en 1990 et nommée UNC-6, selon le protocole de dénomination standard de C. elegans . Le premier homologue mammifère de l'UNC-6 a été découvert en 1994, où il s'est avéré être un repère vital pour les axones commissuraux des rongeurs dans la moelle épinière. En 2009, cinq nétrines mammifères ont été identifiées. Les nétrines 1, 3 et 4 sont des protéines sécrétées, tandis que G1 et G2 sont des protéines liées à la membrane attachées par des queues de glycophosphatidylinositol . Toutes les nétrines découvertes chez les invertébrés jusqu'à présent sont sécrétées.

Présentation des nétrines

La famille des nétrines est composée majoritairement de protéines sécrétées qui servent de signaux bifonctionnels : attirer certains neurones tout en repoussant d'autres au cours du développement du cerveau. Exprimés dans la ligne médiane de tous les animaux possédant une symétrie bilatérale , ils peuvent agir comme des signaux à longue ou courte distance au cours de la neurogenèse . Pour remplir leurs fonctions, les nétrines interagissent avec des récepteurs spécifiques : DCC ou UNC-5 , selon qu'elles cherchent respectivement à attirer ou à repousser les neurones.

Il existe un degré élevé de conservation dans la structure secondaire des nétrines, qui possède plusieurs domaines homologues à la laminine à l'extrémité amino-terminale. Le domaine C-terminal est l'endroit où la plupart des variations se trouvent entre les espèces et contient différents acides aminés qui permettent une interaction avec des protéines spécifiques dans la matrice extracellulaire ou à la surface de la cellule. Les différences en termes de structure et de fonction ont conduit à l'identification de plusieurs types différents de nétrines, notamment la nétrine-1, la nétrine-3 et les nétrines-G.

Nétrines clés

La nétrine-1 se trouve dans la plaque du plancher et les cellules neuroépithéliales de la région ventrale de la moelle épinière, ainsi que dans d'autres endroits du système nerveux, notamment le mésoderme somatique , le pancréas et le muscle cardiaque. Son rôle principal est dans le guidage axonal, la migration neuronale et la morphogenèse de différentes structures ramifiées. Il a été observé que les souris avec des mutations dans le gène de la nétrine-1 étaient dépourvues d'axones commissuraux du cerveau antérieur et de la moelle épinière. La nétrine-1 et -3 a été décrite comme ayant une expression exclusive dans les cellules cancéreuses.

La nétrine-3 est différente des autres nétrines. Bien qu'exprimé au cours du développement du système nerveux périphérique dans les neurones moteurs, sensitifs et sympathiques, il est très limité dans le système nerveux central. Des études avec la nétrine-3 ont remarqué une capacité réduite à se lier au DCC par rapport à la nétrine-1. Cela suggère qu'il fonctionne principalement à travers d'autres récepteurs.

Les nétrines-G sont sécrétées mais restent liées à la surface extracellulaire de la membrane cellulaire par le Glycophosphatidylinositol (GPI). Ils sont exprimés principalement dans le système nerveux central dans des endroits tels que le thalamus et les cellules mitrales du bulbe olfactif . Ils ne se lient pas au DCC ou à l'UNC-5 et se lient plutôt au ligand NGL-1, ce qui entraîne une cascade de transduction intracellulaire. Les deux versions, nétrine-G1 et nétrine-G2, ne se trouvent que chez les vertébrés. On pense qu'elles ont évolué indépendamment des autres nétrines afin de faciliter la construction du cerveau.

Récepteurs de la nétrine

Les protéines DCC et UNC-5 médient les réponses à la nétrine-1. La protéine UNC-5 est principalement impliquée dans la signalisation de la répulsion. Le DCC, qui est impliqué dans l'attraction, peut également servir de cofacteur dans la signalisation de répulsion lorsqu'il est éloigné de la source de nétrine-1. Le DCC est fortement exprimé dans le système nerveux central et associé à la lame basale des cellules épithéliales. En l'absence de nétrine-1, ces récepteurs sont connus pour induire l' apoptose .

Guidage axonal

Les cônes de croissance situés à l'extrémité des axones en développement lors de l'embryogenèse sont responsables de l'allongement de l'axone lors de la migration . L'allongement se produit en réponse à des facteurs tropiques et atropiques présents dans l'environnement environnant. Les nétrines sont l'un de ces facteurs tropiques sécrétés par les cellules cibles axonales qui fonctionnent comme une protéine de guidage axonale cruciale chez les vertébrés et les invertébrés. Des études sur plusieurs organismes, notamment des souris, des rats, des poussins, le nématode Caenorhabditis elegans , la mouche des fruits Drosophila melanogaster et le poisson zèbre Danio rerio ont indiqué que les nétrines sécrétées sont bifonctionnelles, ce qui signifie qu'elles peuvent agir comme des attractifs ou des répulsifs en dirigeant l'extension axonale. De plus, de nombreuses études ont caractérisé les nétrines comme des signaux à la fois à courte et à longue distance, agissant à proximité immédiate ou éloignée de leur cellule source (la cellule cible axonale).

Attraction

Des études sur le développement du système nerveux central (SNC) dans des modèles de poussins et de rongeurs ont identifié la protéine nétrine-1 comme un indice de guidage axonal particulièrement important chez les vertébrés. Plus important encore, il a été observé que les cellules spécialisées de la plaque de plancher situées sur la ligne médiane ventrale du cerveau embryonnaire sécrètent de la nétrine-1, ce qui a entraîné un gradient de protéines. Ce gradient est plus concentré sur la ligne médiane ventrale et devient de plus en plus diffus à mesure que vous vous déplacez dorsalement. Des recherches supplémentaires sur des souris déficientes en nétrine ont révélé que lorsque la nétrine s'associe au récepteur Supprimé dans le cancer colorectal (DCC) sur le cône de croissance axonal, une réponse attractive est initiée. Ceci a été en outre soutenu par une absence observée de développement de la commissure ventrale (c'est-à-dire du corps calleux ) chez les souris dépourvues de nétrine-1 ou de DCC. Des résultats similaires ont été observés dans des expériences avec l'homologue de la nétrine-1 UNC-6 découvert chez C. elegans . Les preuves suggèrent que ce gradient est essentiel pour la fonction à longue portée de l'UNC-6 en guidant la migration circonférentielle initiale des axones vers la ligne médiane ventrale et que le récepteur UNC-40 médie la réponse attractive. Au fur et à mesure que des axones supplémentaires atteignent la ligne médiane, l'expression temporelle et spatiale de UNC-6 devient de plus en plus restreinte, indiquant qu'après un guidage dorso-ventral plus général des axones, UNC-6 est davantage impliqué dans la direction des axones vers des emplacements plus spécifiques.

Récemment, les scientifiques ont caractérisé de nombreux mécanismes cellulaires par lesquels la liaison de la nétrine-1 au DCC motive l'attraction axonale via au moins trois voies de signalisation indépendantes. Dans les trois voies, on observe que la nétrine-1 provoque l' homodimérisation du DCC qui commence la cascade de chimioattraction. Dans la première voie, la kinase d'adhésion focale (FAK) est liée au DCC et les deux subissent une phosphorylation de la tyrosine lors de la liaison à la nétrine-1 qui induit le recrutement et la phosphorylation de Src et Fyn , ce qui est supposé conduire à une augmentation des seconds messagers Rac1 et Cdc42 favorisant ainsi l'extension du cône de croissance. Dans une deuxième voie possible, la protéine de transfert de phosphatidylinositol α (PITP) se lie au DCC phosphorylé qui induit la phospholipase C (PLC) à augmenter le rapport de l' AMPc au cGMP . Cette augmentation du cAMP par rapport au cGMP active les canaux Ca 2+ de type L ainsi que les canaux potentiels des récepteurs transitoires (TRPC) provoquant un afflux de Ca 2+ extracellulaire . Les preuves suggèrent que cette augmentation du calcium est responsable de l'activation des Rho GTPases, Cdc42 Rac1 et du facteur de transcription nucléaire NFAT qui peuvent tous initier l'extension du cône de croissance. Des études supplémentaires ont également montré que la signalisation induite par la nétrine entre les cibles en aval du DCC NcK et la protéine du syndrome de Wiskott-Aldrich WASP déclenchent Rac1 et Cdc42 et par la suite la croissance axonale.

Répulsion

Il a été démontré que le DCC chez les vertébrés et l'UNC-40 chez C. elegans initient une réponse répulsive plutôt qu'attirante lorsqu'ils sont associés au récepteur de la nétrine Unc5. Dans le même gradient de ligne médiane ventrale discuté ci-dessus, la nétrine-1 agit comme un chimiorépulsif pour les axones des motoneurones de la trochlée, dirigeant ainsi leur croissance dorsalement (loin de la ligne médiane ventrale). L'inhibition par les anticorps du DCC dans la moelle épinière du Xénope embryonnaire a inhibé à la fois l'attraction et la répulsion in vitro. De même, de multiples défauts ont été observés chez les mutants C. elegans unc-40 ; cependant, les erreurs dans les schémas de migration étaient plus profondément affectées par les mutations du gène unc-5, indiquant que la liaison de l'homologue de la nétrine-1 UNC-6 au récepteur UNC-5 seul peut repousser la croissance axonale. Dans les systèmes vertébrés et invertébrés, la chimiorépulsion à courte portée dans laquelle la concentration de nétrines est élevée, semble se produire principalement via le récepteur UNC-5, tandis que les effets répulsifs à longue portée à des concentrations plus diffuses nécessitent une coordination entre le DCC (UNC-40 dans C. elegans ) et UNC-5.

Il est actuellement émis l'hypothèse que la chimiorépulsion à longue distance implique l'initiation de la voie de l' acide arachidonique lors de l'interaction de la nétrine-1 avec le complexe DCC/UNC-5. Cette voie augmente les niveaux intracellulaires de 12-HPETE (acide 12-Hydroperoxy-5, 8, 10, 14-Eicosatétraénoïque), ce qui induit la signalisation cGMP et provoque par la suite une diminution du rapport cAMP/cGMP. La réduction de ce rapport inhibe la conductance calcique à travers les canaux calciques de type L (LCC) et aboutit finalement à une répulsion des cônes de croissance via une activation possible de la famille de gènes homologues Ras, membre A (RhoA) . Un mécanisme similaire médié par RhoA est proposé pour la chimiorépulsion à courte distance par laquelle la liaison de la nétrine-1 aux homodimères UNC-5 seuls induit la phosphorylation de la tyrosine nécessitant FAK et Src, ce qui active par conséquent RhoA. Un mécanisme supplémentaire propose que la liaison de la tyrosine phosphatase Shp2 au complexe nétrine-1/UNC-5 puisse également déclencher une chimiorépulsion par RhoA.

Guidage glial et mésodermique

De nombreuses études ont montré que la nétrine-1 , UNC-40, UNC-6 et UNC-5 sont impliquées dans la migration de la glie au cours de l' embryogenèse . Au cours de la phase migratoire chez Drosophila melanogaster , la glie périphérique embryonnaire (ePG) exprime UNC-5. Dans les organismes knock-out UNC-5, l'ePG se bloque lors de la migration ou ne parvient pas à migrer. La signalisation UNC-6 chez C. elegans , couplée au récepteur UNC-40 sur les neurones, favorise la synaptogenèse et assemble les pattes gliales autour de la synapse.

Fonctions en dehors du guidage neuronal

Bien qu'initialement compris comme étant spécifiquement impliqué dans le guidage axonal dans le système nerveux central, de nouvelles recherches ont lié la nétrine à la régulation du cancer, au développement et à la formation de tissus non neuronaux et à la détection du cancer et d'autres maladies.

Développement et régulation des tissus

Il a été découvert que la nétrine joue un rôle clé dans le développement et la régulation mature des tissus en dehors du système nerveux. Certains des tissus non neuronaux impliqués comprennent les tissus pulmonaires, placentaires, vasculaires, pancréatiques, musculaires et mammaires. La nétrine contribue à la morphogenèse des tissus en contrôlant la migration cellulaire en développement et l'adhésion cellulaire dans différents organes.

Dans le développement des glandes mammaires, les pointes de croissance du réseau canalaire sont constituées de deux couches composées de cellules épithéliales luminales et de cellules de la coiffe. Les cellules luminales sécrètent de la nétrine 1, qui se lie au récepteur néogénine (un homologue de DCC ) sur les cellules cap. Cela permet l'adhésion entre les deux couches cellulaires, ce qui est nécessaire à la bonne morphogenèse des bourgeons terminaux (TEB) dans les glandes mammaires. La perte du gène codant pour la nétrine 1 ou la néogénine conduit à la formation incorrecte des (TEB), suggérant qu'au lieu d'agir comme une molécule de guidage comme dans les systèmes neuronaux, la nétrine 1 sert d'adhésif dans le tissu mammaire.

Au cours de la morphogenèse du poumon embryonnaire, les cellules épithéliales expriment la nétrine 1 et la nétrine 4. Ces nétrines entourent les bourgeons endodermiques de la membrane basale , empêchant les cellules de la pointe distale d'exprimer DCC et UNC5B. Cela permet un développement normal du poumon et empêche la sur-branchement et le bourgeonnement potentiellement dangereux de se produire.

Dans le développement pancréatique , la nétrine 1 est exprimée dans les cellules canalaires épithéliales et se localise dans la membrane basale. La nétrine 1 s'associe à plusieurs éléments de la matrice extracellulaire , dont le collagène IV , la fibronectine et les protéines intégrales α6β4 et α3β1. Ces éléments de la matrice extracellulaire sont responsables de l'adhésion et de la migration des cellules épithéliales, suggérant que la nétrine 1 est associée au guidage des cellules épithéliales dans le pancréas embryonnaire.

La nétrine a été impliquée en tant que molécule vitale pour la prolifération des réseaux vasculaires. De nombreuses études ont trouvé différents effets de la nétrine sur ces vaisseaux ramifiés. Les cellules de la pointe endothéliale dans le tissu vasculaire présentent des propriétés similaires au cône de croissance trouvé dans le tissu neuronal. Des études ont découvert que ces mêmes cellules de pointe endothéliales expriment également UNC5B, auquel la nétrine 1 peut se lier, inhibant l' angiogenèse . En revanche, plusieurs études montrent que la nétrine-1 favorise en fait la ramification des vaisseaux sanguins. En conjonction avec cette recherche, il a été découvert que la nétrine 4 est responsable de la croissance du système vasculaire lymphatique . Dans l'ensemble, ces études montrent que les effets régulateurs de la nétrine dépendent du type de tissu vasculaire. Récemment, la nétrine a été impliquée dans l'angiogenèse du placenta, la rendant vitale pour la survie du fœtus. Cette découverte a des implications dans le traitement futur des maladies vasculaires dans le placenta.

Chez les adultes, la nétrine a été impliquée dans la régulation du mouvement des cellules souches et de l'inflammation. La nétrine 1 inhibe la migration des leucocytes vers les zones enflammées du corps. Ceci fournit la preuve que la régulation à la hausse de la nétrine protège les tissus lésés d'une inflammation excessive. En outre, la migration des cellules progénitrices neurales adultes et des cellules progénitrices de la moelle épinière adultes vers la colonne vertébrale dépend de la nétrine 1. On connaît mal le mécanisme contrôlant l'inhibition ou l'attraction de ces cellules souches.

Régulation du cancer et marqueurs de la maladie

Dans divers cancers humains, il a été montré que la nétrine devient surexprimée. Il a également été démontré que certains récepteurs sont régulés à la baisse dans ce processus. Les récepteurs de la nétrine DCC et UNC5H sont responsables de la régulation apoptotique . L'absence de nétrine 1 est responsable de l'apoptose, tandis que la présence de nétrine 1 entraîne une inhibition de la voie apoptotique . Cette voie est unique et indépendante des voies mitochondriales et des récepteurs de mort qui conduisent à une mort cellulaire contrôlée. Cela a été observé dans l'épithélium du côlon humain, où des niveaux plus élevés de mort cellulaire naturelle dans la partie supérieure des villosités étaient en corrélation avec un gradient plus faible de nétrine-1. Cela a lié le rôle de la nétrine à la mort et à la croissance des tissus. Le suppresseur de tumeur p53 est responsable de l'expression de la nétrine-1, ce qui implique que la nétrine peut être la voie par laquelle p53 régule le cycle cellulaire . Parce que la nétrine est si influente dans la régulation de la mort cellulaire, le gène qui code pour la nétrine ( NTN1 ) est considéré comme un oncogène .

Parce que la nétrine-1 s'est avérée être régulée à la hausse dans les tumeurs, des recherches récentes ont tenté d'identifier la nétrine-1 en tant que biomarqueur de l'apparition du cancer dans le corps humain. Il a été constaté que la nétrine peut être trouvée à des niveaux supérieurs à la normale dans le plasma sanguin des patients qui sont positifs pour le rein, le foie, la prostate, le méningiome du cerveau, l'adénome hypophysaire, le glioblastome et le cancer du sein. La nétrine-3 semble être spécifiquement exprimée dans le neublastome (une tumeur pédiatrique) et dans le cancer du poumon à petites cellules (SCLC) où elle est corrélée à un mauvais pronostic du patient.

Poursuite des recherches sur la nétrine

Il y a encore de nombreuses questions sans réponse concernant la famille de molécules nétrine. On ne sait toujours pas quel rôle les homologues vertébrés de UNC-5 jouent dans la chimiorépulsion . Bien que l'on en sache beaucoup sur l'expression de la nétrine au cours du développement, on en sait encore peu sur sa régulation au cours du développement ultérieur du cerveau. Les souris knock-out pour la nétrine montrent qu'il y a beaucoup à apprendre sur les nombreux rôles de la nétrine dans le guidage axonal.

Un autre axe important de la recherche actuelle cible la nétrine comme traitement de diverses maladies, notamment le cancer, l'infarctus du myocarde et la maladie d'Alzheimer . Dans des organismes modèles aviaires et murins atteints de neuroblastome , l'interférence avec la boucle autocrine de la nétrine-1 dans les tumeurs malignes entraîne la mort cellulaire. Cela pourrait conduire à d'éventuelles thérapies alternatives résultant d'essais futurs. Des traitements similaires concernant la régulation négative de la nétrine-1 sont également à l'étude pour les cancers métastatiques du sein et colorectal. Des études récentes suggèrent également que la nétrine est impliquée dans un rôle cardioprotecteur en libérant du NO gazeux. Chez la souris, la nétrine a également été associée à la régulation du peptide (Aβ) , qui est responsable des plaques amyloïdes dans la maladie d'Alzheimer.

Voir également

Les références