Selon de nouvelles recherches dans la revue Immunité, les lymphocytes T ont un récepteur nucléaire qui fait quelque chose de très étrange, mais très important, pour les aider à combattre les agents pathogènes et à détruire les cellules cancéreuses. Ce récepteur, appelé récepteur alpha de l’acide rétinoïque (RARα), est connu pour contrôler les programmes d’expression génique dans le noyau, mais il semble également maintenant fonctionner à l’extérieur du noyau cellulaire pour coordonner les événements précoces déclenchés à la surface cellulaire qui conduisent à l’activation des lymphocytes T. .
Les scientifiques ne s’attendraient normalement pas à voir un récepteur nucléaire tel que RARα jouer ce rôle en dehors du noyau cellulaire. Et pourtant, les nouvelles découvertes suggèrent que les cellules T ne peuvent pas commencer à combattre la maladie sans une forme de RARα sur la scène dans le cytoplasme.
« Les récepteurs cytoplasmiques de l’acide rétinoïque s’avèrent être essentiels pour qu’une cellule T relie la détection à la surface cellulaire avec des cascades de signalisation en aval et des programmes d’expression génique qui transforment la cellule T pour devenir un combattant actif », déclare le professeur Hilde Cheroutre, Ph.D. , qui a dirigé la nouvelle étude au La Jolla Institute for Immunology (LJI) avec le professeur adjoint LJI Samuel Myers, Ph.D., le professeur LJI Mitchell Kronenberg, Ph.D., et le professeur émérite LJI Amnon Altman, Ph.D.
L’étude est également le résultat d’une collaboration fructueuse avec des scientifiques du RIKEN Center for Integrative Medical Sciences au Japon et des équipes locales de l’UC San Diego et du Salk Institute.
Sommaire
Aider les cellules T à réagir au danger
Pour comprendre cette découverte, il est utile de se représenter la géographie d’une cellule T. Le noyau cellulaire (avec son ADN regroupé) se trouve au milieu de la cellule. D’autres molécules et structures cellulaires appelées organelles flottent dans le cytoplasme à l’extérieur du noyau entourées d’une membrane à la frontière de la cellule (membrane cellulaire).
Des molécules spéciales appelées récepteurs des lymphocytes T (TCR) reposent sur la membrane cellulaire, où elles reçoivent des messages d’autres cellules. Vous pouvez imaginer les TCR comme des guetteurs de feu, les guetteurs qui recherchent la fumée des cabines éloignées dans la nature. Tout comme les guetteurs d’incendie doivent alerter les responsables de toute fumée au loin, les TCR doivent signaler rapidement au siège – ; le noyau cellulaire – ; s’ils détectent une menace potentielle, comme un virus ou une cellule cancéreuse.
L’envoi de ce signal au noyau cellulaire est essentiel pour activer l’expression génique afin de transformer la cellule T en cellule combattante. Mais les TCR ne peuvent pas simplement décrocher un téléphone, alors comment alertent-ils le noyau cellulaire distant en cas de problème ?
Le processus de signalisation est fascinant. Une fois le TCR déclenché, des molécules appelées kinases (enzymes qui ajoutent des phosphates aux protéines) fonctionnent avec des adaptateurs qui disent aux protéines voisines de « cliquer » ensemble et d’assembler un « complexe d’activation » moléculaire spécial. Ce complexe s’appelle un signalosome TCR et il se rassemble juste à l’intérieur de la membrane cellulaire. « Le signalosome TCR est extrêmement important pour la médiation de la communication entre l’extérieur et l’intérieur d’une cellule », explique Cheroutre.
Et bien que le signalosome TCR ait été étudié par de nombreuses personnes pendant de nombreuses années, personne n’avait jamais détecté RARα dans ce complexe d’activation auparavant.
Cette nouvelle découverte va changer notre façon de penser les signaux TCR. »
Mitchell Kronenberg, Ph.D., professeur LJI
Découvrir le rôle de RARα
Le secret de RARα a été révélé grâce au développement des techniques CRISPR, aux progrès de l’imagerie et de la spectrométrie de masse et à des années de travail acharné de l’équipe et des collaborateurs du LJI.
RARα appartient à une grande famille de récepteurs de l’acide rétinoïque qui siègent normalement sur les régions de contrôle des gènes cibles dans le noyau. Ces récepteurs de l’acide rétinoïque recrutent des molécules répressives et activatrices qui leur permettent de « désactiver » ou « d’activer » l’expression de ces gènes cibles. Ce travail important dans le noyau a valu aux récepteurs de l’acide rétinoïque le titre de « récepteurs nucléaires ».
Il y a plusieurs années, Cheroutre et ses collègues ont publié des recherches montrant que l’acide rétinoïque (AR), que nous obtenons de la vitamine A, déclenche le RARα nucléaire et l’expression des gènes importants pour la différenciation des cellules T régulatrices suppressives qui réduisent la réponse immunitaire.
Pour la nouvelle étude, Cheroutre a voulu étudier comment l’acide rétinoïque contrôle le destin des lymphocytes T suppressifs. Son laboratoire a donc commencé à examiner de plus près les récepteurs de l’acide rétinoïque, tels que RARα.
Les chercheurs ont été intrigués de découvrir que RARα se décline en fait en deux variantes, appelées isoformes. « Ces isoformes sont codées par le même gène, mais elles diffèrent un peu à une extrémité. Les conséquences sont cependant plus importantes et enferment une forme dans le cytoplasme alors que l’autre est confinée dans le noyau » précise Cheroutre.
Ces deux isoformes pourraient-elles jouer des rôles différents dans les lymphocytes T ? En regardant de plus près, les chercheurs ont réalisé que cette isoforme RARα ne répondait pas à l’acide rétinoïque et n’avait même pas le bon équipement pour fonctionner comme un récepteur nucléaire.
« Il n’avait pas les outils qui sont importants pour les récepteurs nucléaires, à savoir la capacité d’interagir avec l’ADN et la capacité de translocation du cytoplasme au noyau », explique Cheroutre.
En utilisant des techniques d’édition de gènes CRISPR pour moduler l’expression des deux isoformes, les chercheurs ont découvert que la modulation de l’isoforme cytoplasmique causait des problèmes majeurs de signalisation TCR dans le cytoplasme et altérait la communication avec le centre de contrôle dans le noyau.
RARα est au bon endroit au bon moment
Une fois qu’ils ont su où chercher cette isoforme RARα, les chercheurs ont essayé de comprendre avec quelles autres protéines RARα interagissaient. Ces travaux ont révélé des interactions avec la kinase ZAP70, un composant majeur du signalosome TCR.
Un autre indice important et précoce que RARα avait un rôle en dehors du noyau provenait des travaux de protéomique menés par le Myers Lab. Les chercheurs ont utilisé des techniques de spectrométrie de masse pour détecter un processus appelé phosphorylation, c’est-à-dire lorsqu’une molécule appelée groupe phosphoryle est attachée à des protéines par une kinase en amont.
Pour les lymphocytes T, la phosphorylation stimule l’action des protéines clés lorsqu’une menace est proche. « Il y a des centaines à des milliers d’événements de phosphorylation dynamique qui se produisent au cours de la première heure environ de stimulation des lymphocytes T », explique Myers.
Alors que Myers et ses collègues examinaient leurs données, ils ont été surpris de repérer un événement de phosphorylation lié à RARα. En fait, la phosphorylation de RARα a commencé seulement trois minutes après l’activation des lymphocytes T. « Parce que cet événement a eu lieu si tôt, nos découvertes suggèrent que cette phosphorylation de RARα est proche du récepteur des lymphocytes T – ; et qu’elle a un regain d’activité juste après la stimulation du TCR », explique Myers.
Cette découverte a ajouté à la preuve que l’isoforme cytoplasmique de RARα est activée par le TCR au lieu de par RA comme le RARα nucléaire. Ainsi, cette nouvelle forme de RARα représente un composant essentiel du complexe d’activation TCR/ZAP70 à la surface cellulaire.
Cheroutre et ses collègues ont ensuite mis en lumière un autre phénomène fascinant dans le cytoplasme. Les scientifiques savaient que la PR, qui est présente dans le sang et absorbée par les lymphocytes T, est ensuite transportée vers le noyau par une molécule appelée protéine de liaison à l’acide rétinoïque cellulaire 2 (CRABP2). CRABP2 dans le cytoplasme se lie à RA et le transporte dans le noyau cellulaire où il active RARα nucléaire.
Les chercheurs ont montré que sans CRABP2, RA reste dans le cytoplasme de la cellule T et au lieu d’activer le RARα cytoplasmique, il interfère avec le RARα activé par le TCR dans le cytoplasme et bloque l’activation des cellules T. En conséquence, la cellule T ne peut plus combattre efficacement les infections ou tuer les cellules cancéreuses. Le bon côté de ce phénomène est que l’interférence de RA avec le RARα cytoplasmique réduit la réponse inflammatoire de la cellule T. Les chercheurs pensent que ce processus peut constituer une cible importante pour lutter contre les maladies auto-immunes et autres maladies inflammatoires.
Prochaines étapes pour comprendre la signalisation TCR
La nouvelle étude souligne l’importance de comprendre non seulement l’emplacement d’un récepteur, mais aussi ses talents particuliers et ses partenaires en interaction.
« Les récepteurs de l’acide rétinoïque sont vraiment des » formateurs complexes « et tout dépend de qui ils recrutent ou rejettent. Ils ont la capacité unique d’engager des molécules et de libérer d’autres molécules », explique Cheroutre. « Les récepteurs de l’acide rétinoïque sont les ‘architectes’ des complexes. »
L’étude actuelle s’est concentrée sur les cellules T, mais elle peut avoir des implications pour comprendre la signalisation dans de nombreux autres types de cellules. Par exemple, le laboratoire Cheroutre a montré une surexpression de cette isoforme RARα dans le cytoplasme des cellules cancéreuses. Que fait RARα extranucléaire là-bas ? Quels signaux aide-t-elle à relayer ?
« Comprendre le rôle de ce récepteur a des implications majeures pour l’étude de l’immunité protectrice, des thérapies anticancéreuses, des maladies auto-immunes et des maladies neurologiques », explique Cheroutre.
Le Myers Lab sera le fer de lance des prochaines étapes de cette recherche. Myers espère comprendre exactement ce que RARα fait dans le complexe de signalisation TCR/ZAP70. « Module-t-il la force ou la durée de la signalisation ? Comment ce changement de signal se propage-t-il à l’expression des gènes et à l’activité des cellules T ? » il demande. Son laboratoire envisage d’utiliser une approche de « biochimie des systèmes » pour étudier plus avant le rôle des RARα cytoplasmiques et nucléaires dans l’activation et la différenciation des lymphocytes T.
« Le but ultime est de voir si nous pouvons identifier une nouvelle voie, ou un ensemble de voies, qui pourraient être exploitées pour contrôler les maladies auto-immunes et l’inflammation ou renforcer l’immunité protectrice pour éradiquer les tumeurs ou combattre les infections », explique Myers.
