Case study A: a numerical example

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R ELIABILITY A LLOCATION : T HEORY

5.9. Case study A: a numerical example

Le gène NOTCH code pour un récepteur transmembranaire dont l’activation de la voie de signalisation permet de contrôler l’expression de facteurs de transcription activant à leur tour les voies de signalisation impliquées dans la différenciation cellulaire (Figure 9 A). Plusieurs travaux ont montré l’importance de la voie Notch dans le maintien et la capacité d’auto-renouvellement des cellules souches adultes dans divers organes comme le muscle, le système hématopoïétique ou le système nerveux central (Molofsky et al., 2004). Il existe 4 isoformes de Notch chez les mammifères Notch 1 à 4 qui interagissent avec quatre ligands Delta like 1, 3, 4, Serrate et Jagged 1 et 2 (Li et al., 1998; Qi et al., 1999). L’activation classique « canonique » de la voie Notch va entraîner le clivage du récepteur Notch, libérant son domaine intracellulaire qui va être transloqué dans le noyau et qui va agir comme un facteur de transcription (Figure 9A). Chez la Souris l’inhibition de l’un des effecteurs de la voie canonique de Notch, Cbf-1, conduit à une augmentation de la capacité régénératrice des cellules souches transplantées in vivo qui se traduit par la formation aberrante de bourgeons terminaux mammaires (Bouras et al., 2008).

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Figure 9 : Principales voies de signalisation impliquées dans le développement embryonnaire et l’auto-renouvellement des cellules souches.

(A) La voie Notch : la fixation d’un des ligands DSL (Delta, Serrate, Lag-2) exprimés par les cellules adjacentes, entraîne le clivage protéolytique du récepteur Notch, libérant son domaine intracellulaire (NICD). Transloqué dans le noyau, NCID va agir en tant que facteur de transcription et activer, via le complexe protéique CSL (CBF, Suppressor of Hairless, Lag-1), de nombreux gènes permettant de maintenir l’état indifférencié de la cellule. (B) La voie Wnt : en absence de ligand Wnt, la formation du complexe GSK3β-CK1-Axin1-APC-β-caténine entraîne la dégradation de cette dernière. En revanche, l’activation de la voie empêche la formation du complexe. La β-caténine s’accumule alors dans le noyau, où elle s’associe aux facteurs Tcf/Lef pour activer des gènes impliqués dans l’auto-renouvellement et la prolifération. (C) La voie Hedgehog : lorsqu’elle est activée, le récepteur Patch (Ptch) inhibe l’activité du récepteur Smoothened (Smo). La présence du ligand Hedgehog supprime cet effet inhibiteur. Smoothened s’associe alors aux protéines Fused et Sufu (Suppressor of Fused) et au facteurs de transcription Gli, qui passent dans le noyau et activent des gènes impliqués dans la progression du cycle cellulaire. (D) La voie Bmi-1 : l’activation de la voie , induit une augmentation du taux intracellulaire de la protéine Bmi-1. Bmi-1 réprime alors le locus INK4a-ARF, dont les produits, p16 et p14, interviennent dans l’arrêt de la prolifération et l’induction de la sénescence et de l’apoptose de certains types de cellules souches.

39 Des études transcriptionnelles ont révélé chez la Souris un fort niveau d’expression de Notch2 et Noctch3 (Bouras et al., 2008) alors que chez l’Homme il semblerait que ce soit Notch4 qui soit retrouvé de façon plus abondante dans les cellules souches mammaires (Raouf et al., 2008). De plus il a été montré in vitro d’une part, que la surexpression de Notch4 inhibait la différenciation des cellules épithéliales normales mammaires murines (Uyttendaele et al., 1998) et d’autre part, que son activation augmentait le nombre de mammosphères humaines (Dontu et al., 2004). Ces résultats impliquent la voie Notch dans la régulation de l’auto- renouvellement des cellules souches mammaires humaines.

II-1-4 La voie Wnt

Les protéines Wnt se lient à la famille des récepteurs protéiques Frizzled qui eux- mêmes se lient avec les récepteurs lipoprotéiques LRP5/6. L’activation de ces récepteurs conduit à l’accumulation intracellulaire de la ß-caténine. En absence de la signalisation Wnt la ß-caténine s’associe avec le complexe protéique qui comprend la kinase GSK3β. Phosphorylée par la GSK3β, la ß-caténine va être ubiquitinylée et dégradée. La ß-caténine non phosphorylée peut être transloquée dans le noyau s’associer aux facteurs de transcription TCF/LEF qui vont alors activer des gènes intervenant dans la prolifération, la différenciation ou l’adhérence cellulaire (Figure 9 B). La voie de signalisation Wnt a été impliquée dans la régulation de l’auto-renouvellement des cellules souches dans plusieurs modèles cellulaires comme le système hématopoïétique (Reya et al., 2003) ou dans l’épithélium intestinal (Brittan and Wright, 2002). Dans le modèle mammaire, la voie Wnt est largement impliquée dans la morphogénèse mammaire notamment dans la formation des placodes et des bourgeonnements mammaires (Figure 3) (Robinson, 2007). De plus, elle semble conserver un rôle dans la régulation des cellules souches mammaires à l’âge adulte. L’implication de la voie de signalisation Wnt sur l’auto-renouvellement des cellules souches mammaires a été suggéré par des travaux effectués chez des souris transgéniques. En effet, une surexpression des ligands de la voie Wnt dans le stroma ou une activation de la β-caténine dans l’épithélium mammaire de ces souris induit une augmentation du compartiment cellulaire de cellules souches (Liu et al., 2004).

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Figure 10: Modèle d’interaction entre les voies de signalisation impliquées dans l’auto-renouvellement des cellules souches mammaires.

Les interactions établies de façon formelle entre les voies Wnt, Hedgehog, Notch et Bmi-1 sont représentées par une flèche pleine alors que les interactions hypothétiques sont représentées par des flèches en pointillés.

41 Les résultats ont été confirmés par la génération de Souris transgéniques MMTV-Wnt1 présentant une augmentation du nombre de cellules souches mammaires et une population anormale de progéniteurs dotés de propriétés régénératives in vivo (Shackleton et al., 2006; Vaillant et al., 2008). Les voies de signalisation Hedgehog, Wnt, Notch et Bmi-1 sont impliquées dans la régulation des cellules souches mammaires et semblent être liées les unes aux autres.

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