Série coordonnée par Laure Coulombel.

Les macrophages sont une des unités fonctionnelles de l’immunité innée. Dans les tissus, ils se différencient sous l’influence de stimulus endogènes (cytokines, chimiokines, etc.) ou exogènes (constituants bactériens comme le lipopolysaccharide, LPS) et acquièrent ainsi des phénotypes spécialisés. Les macrophages de phénotype M1 interviennent dans la destruction d’agents microbiens ainsi que dans la production de facteurs pro-inflammatoires (tumor necrosis factor-α [TNF-α], interleukine 1β [IL-1β], IL-12, etc.) [1, 2]. Les macrophages de type M2 sont, eux, impliqués dans la réparation tissulaire, la résolution de l’inflammation par la production de facteurs anti-inflammatoires, et la lutte contre les parasites [1, 2].

L’activité antibactérienne des macrophages M1, ou celle des polynucléaires neutrophiles s’effectue par phagocytose, processus qu’accompagne une production intense de formes réactives de l’oxygène (FRO) par la NADPH oxydase 2 (NOX2), ce qui conduit à la destruction du pathogène. Le complexe NOX2 est formé de plusieurs sous unités (p22^phox, gp91^phox, p40^phox, p47^phox, p67^phox) qui s’assemblent à la membrane et interagissent avec la petite protéine G Rac, activée par le GEF (guanine nucleotide exchange factor, transformant le GDP en GTP) β-PIX. Des études antérieures dans un tout autre contexte avaient montré que β-PIX pouvait se fixer à une protéine d’échafaudage, Scribble (SCRIB) [3]. SCRIB est localisée à la membrane des cellules et possède quatre domaines d’ancrage protéique de type PDZ (PSD-95, discs-large and ZO-1) [4, 5]. Elle intervient notamment dans la polarisation des cellules épithéliales, la localisation subcellulaire de complexes multiprotéiques et possède un rôle de suppresseur de tumeur [6]. L’objet des travaux menés par S.K. Muthuswamy et al. (Harvard medical school, Boston, Massachusetts, États-Unis) a été de déterminer le rôle de SCRIB dans la production de FRO et l’activité NOX2, en lien avec l’activité antimicrobienne des macrophages [7].

Figure 1. Schéma représentant l’interaction de SCRIB via son domaine PDZ4 avec les résidus DEVV de p22phox du complexe NOX2. L’activation de la petite protéine G Rac est facilitée par la GEF α-PIX interagissant avec SCRIB. Les trois protéines en vert sont p47phox, p40phox et p67phox. Le complexe actif NOX2 est membranaire et représenté ici à la membrane d’un phagosome contenant la bactérie Staphylococcus aureus (schéma réalisé à l’aide des figures Servier Medical Art ; https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/fr/).

Figure 1. Schéma représentant l’interaction de SCRIB via son domaine PDZ4 avec les résidus DEVV de p22phox du complexe NOX2. L’activation de la petite protéine G Rac est facilitée par la GEF α-PIX interagissant avec SCRIB. Les trois protéines en vert sont p47phox, p40phox et p67phox. Le complexe actif NOX2 est membranaire et représenté ici à la membrane d’un phagosome contenant la bactérie Staphylococcus aureus (schéma réalisé à l’aide des figures Servier Medical Art ; https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/fr/).

L’équipe de S.K. Muthuswamy et al. s’est intéressée à l’effet d’une diminution de l’expression de SCRIB dans différents types cellulaires [7]. En utilisant des macrophages, des polynucléaires neutrophiles ou des fibroblastes embryonnaires (MEF, murine embryonic fibroblasts) provenant de souris exprimant un ARN interférent en épingle à cheveux (sh, short hairpin) anti-SCRIB et inductible (i) par la doxycycline (SCRIB ishARN), les auteurs ont pu mettre en évidence qu’un déficit d’expression de la protéine SCRIB engendrait une diminution de la production de FRO dans ces cellules après stimulation de la NOX2 par du phorbol 12-myristate 13-acétate (PMA) ou un LPS. La production de FRO dans les souris SCRIB ishARN est aussi très altérée par l’injection intrapéritonéale de LPS. Cet effet n’est pas restreint aux cellules immunitaires, il a également été observé dans les MEF stimulés par le facteur de croissance dérivé des plaquettes (PDGF). Ces observations démontrent que SCRIB intervient dans la production de FRO.

Les auteurs ont montré que l’activation de Rac par le LPS était plus efficace en présence de SCRIB [7]. Des expériences de co-immunoprécipitation ont mis en évidence une association de SCRIB à β-PIX, mais aussi à p22^phox. L’étude de la séquence primaire de p22^phox a permis d’identifier une zone d’interaction possible avec le domaine PDZ4 de SCRIB. C’est la région en carboxy-terminal (résidus 192-DEVV-195) de p22^phox qui interagit plus particulièrement avec les résidus L1111 et G1112 du domaine PDZ4 de SCRIB, comme l’ont déterminé les techniques de résonance magnétique nucléaire (RMN) et d’interférométrie en bicouche utilisant les propriétés de réflexion de la lumière. Ce domaine isolé se fixe à p22^phox avec un Kd de 40 ± 5 µm.

Ces expériences ont permis aux auteurs de proposer un modèle structural du domaine PDZ4 de SCRIB fixé à la partie carboxy-terminale de p22^phox.

La capacité à détruire des bactéries Staphylococcus aureus est diminuée d’un facteur quatre chez la souris SCRIB ishARN lorsque celle-ci est traitée par la doxycycline afin de réduire l’expression de SCRIB. Dans les expériences réalisées dans des cellules en culture, si SCRIB et p22^phox sont bien présentes autour des bactéries phagocytées par des macrophages RAW264.7 infectés in vitro, l’interaction entre les deux protéines n’est pas nécessaire pour une localisation correcte de SCRIB au niveau de la membrane des phagosomes, comme le montrent des expériences utilisant SCRIB mutée dans le domaine PDZ4 en comparaison de SCRIB sauvage. Cette localisation membranaire nécessite la proline 305 de SCRIB. La perte d’expression de SCRIB n’affecte pas la capacité des macrophages RAW264.7 à phagocyter S. aureus, mais elle inhibe la production de FRO dans le phagosome. Ces expériences montrent l’importance de SCRIB pour la genèse de FRO dans le phagosome et pour l’activité antibactérienne qui en résulte, attestant d’un rôle inattendu de SCRIB dans l’immunité innée.

Par la suite, les auteurs ont étudié l’effet de SCRIB sur la polarisation des macrophages, en suivant l’expression des transcrits de certains marqueurs spécifiques : Fizz-1 pour le phénotype M2, IL-1β et IL-12β pour le phénotype M1. Il apparaît qu’une baisse d’expression de SCRIB diminue la polarisation M2 en réponse à l’IL-4, et exacerbe la polarisation M1 induite par l’interféron gamma (IFN-γ) et le LPS. Or, la polarisation M1 joue un rôle prédominant dans l’élimination bactérienne. Il y a donc une contradiction apparente entre le défaut de clairance bactérienne observé dans les macrophages dont l’expression de SCRIB est faible et leur hyperpolarisation M1. Des expériences complémentaires réalisées pour vérifier la fonctionnalité de ces macrophages ont montré que le LPS induisait une forte létalité chez la souris SCRIB ishARN exprimant faiblement SCRIB, alors qu’il n’était pas toxique en présence de cette protéine. Ces souris SCRIB ishARN meurent d’une inflammation pulmonaire excessive résultant d’une infiltration massive de cellules immunitaires, associée à une surproduction de cytokines pro-inflammatoires (IL-6 et TNF-α). Les macrophages M1 de ces animaux sont donc bien fonctionnels. De fortes concentrations de FRO peuvent oxyder et inhiber le facteur de transcription NF-κB qui contrôle l’induction de nombreuses cytokines pro-inflammatoires. Les faibles taux de FRO observés dans des macrophages exprimant faiblement SCRIB et stimulés par le LPS pourraient ainsi favoriser l’activation de NF-κB et donc la production de cytokines pro-inflammatoires par les macrophages M1. En accord avec cette hypothèse, des expériences d’immunoprécipitation de la chromatine ont montré une fixation accrue de NF-κB sur le promoteur des gènes codant l’IL-6 et le TNF-α dans des cellules dépourvues de SCRIB. Cependant, la preuve d’une moindre oxydation de NF-κB dans ces cellules n’a pas été apportée.

Figure 2. SCRIB est requis pour la polarisation des macrophages. Schéma représentant la polarisation d’un macrophage naïf exprimant faiblement SCRIB. La polarisation M1 est induite en réponse à une stimulation par l’interféron γ (IFN-γ) et le lipopolysaccharide (LPS), et celle vers le phénotype M2 par l’interleukine 4 (IL-4) (schéma réalisé à l’aide des figures Servier Medical Art ; https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/fr/).

Figure 2. SCRIB est requis pour la polarisation des macrophages. Schéma représentant la polarisation d’un macrophage naïf exprimant faiblement SCRIB. La polarisation M1 est induite en réponse à une stimulation par l’interféron γ (IFN-γ) et le lipopolysaccharide (LPS), et celle vers le phénotype M2 par l’interleukine 4 (IL-4) (schéma réalisé à l’aide des figures Servier Medical Art ; https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/fr/).

Ces résultats révèlent de nouvelles fonctions de SCRIB dans la production de FRO, dans l’activité antimicrobienne qui en résulte, ainsi que dans la polarisation des macrophages qui est nécessaire à l’induction et la résolution de l’inflammation. Ils mettent également en évidence un phénotype paradoxal des macrophages puisque la perte de SCRIB induit des macrophages M1 produisant en excès des cytokines inflammatoires, mais inaptes à la production de FRO dans des situations d’infection. Cependant, le lien entre ces deux effets n’est pas formellement démontré. Un phénotype similaire a été décrit chez des souris dépourvues de la sous-unité p47^phox de la NOX2, suggérant là encore une relation causale entre l’inactivation de la NOX2 et une hyperinflammation. Dans leur étude, S.K. Muthuswamy et al. démontrent clairement une interaction physique entre SCRIB et la protéine p22^phox de la NOX2. Cette sous-unité faisant partie d’autres complexes NOX, les auteurs suggèrent une action plus étendue de SCRIB en rapport avec les multiples fonctions de ces NOX. Une meilleure compréhension des mécanismes de signalisation cellulaire dépendant de SCRIB-NOX est donc souhaitable. Elle pourrait offrir de nouvelles perspectives thérapeutiques, par exemple dans le traitement de maladies inflammatoires chroniques et la lutte contre les infections.

Les auteurs déclarent n’avoir aucun lien d’intérêt concernant les données publiées dans cet article.