Revue générale

Implication des canaux calciques dans la fonction de lymphocytes Tresponsables de l’asthme allergique

Implication of calcium channels in effector functions of T-lymphocytes responsible forallergic asthma

V. Robert a,b,c, E. Triffaux a,b,c, M. Savignac a,1, L. Pelletier a,*,1,2

a U1043, Inserm, CHU Purpan, bâtiment A, BP 3028, 31024 Toulouse cedex 3, Franceb CNRS, U5282, 31300 Toulouse, France

c UPS, centre de physiopathologie de Toulouse Purpan (CPTP), université de Toulouse, 31300 Toulouse, France

Reçu le 19 juillet 2011 ; accepté le 19 juillet 2011

Disponible sur Internet le 31 aout 2011

Résumé

L’asthme allergique est une maladie inflammatoire pulmonaire où les lymphocytes (L) Th2 jouent un rôle-clé. Par leur sécrétion d’interleukines(IL)-4, 5 et 13, ils participent à la réponse inflammatoire en permettant le recrutement et l’activation des éosinophiles et la productiond’immunoglobulines IgE par les lymphocytes B (LB). Une hypothèse rendant compte du développement de la réponse Th2 dans l’asthme impliquela production de cytokines lymphopoïétine stromale thymique (TSLP), IL-25 et IL-33 par l’épithélium bronchique qui favoriseraient ladifférenciation des LTh2. Il est largement admis que l’engagement du récepteur T pour l’antigène (TCR) induit une libération du calciumcontenu dans le réticulum endoplasmique (RE), entraînant l’entrée de calcium via les canaux Orai et probablement d’autres canaux calciques à lamembrane plasmique. En conséquence, le facteur de transcription NFAT (Nuclear Factor of Activated T cells) se localiserait dans le noyau,permettant la production de cytokines. Notre groupe a montré que les canaux calciques dépendant du voltage (Cav1), normalement présents dansles cellules excitables, sont sélectivement exprimés par les LTh2. La transfection de LTh2 avec des oligonucléotides antisens spécifiques descanaux (Cav1AS) réduit l’expression des canaux, l’augmentation de la concentration calcique intracellulaire et la production de cytokines induitespar engagement du TCR. De plus, l’inhalation de Cav1AS prévient le développement d’un asthme expérimental chez la souris. Nous discutons despossibilités permettant d’expliquer le couplage entre le TCR et l’ouverture des canaux Cav1 dans les LTh2. Le décryptage de ces voies designalisation pourrait aboutir à l’dentification de nouvelles cibles dans le traitement de l’asthme (canaux Cav1 et possiblement molécules lesrégulant).# 2011 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.

Mots clés : Asthme allergique ; Calcium ; Canaux calciques dépendant du voltage Cav1 ; Lymphocyte T ; Interleukines 4, 5 et 13 ; Oligonucléotides antisensspécifiques des canaux Cav1

Abstract

Allergic asthma is a chronic inflammatory respiratory diseasewhere Th2 lymphocytes play a key role. Th2 signature cytokines: interleukin (IL)-4, 5and 13 contribute to the inflammatory reaction in the lungs. Indeed, these cytokines are responsible for the activation and recruitment of eosinophils inthe lungs, and the production of IgE by B-lymphocytes. The production of cytokines such as thymic stromal lymphopoietin, IL-33 and IL-25 bybronchial epithelial cells could account for the preferential differenciation of Th2 lymphocytes. It is broadly admitted that T cell receptor (TCR)engagement leads to IP3 production, the release of intracellular Ca2+ stores from the endoplasmic reticulum in the cytosol and an entry of Ca2+ from theexternal medium through Orai and probably other calcium channels at the cell membrane. The influx of Ca2+ results in the dephosphorylation of thetranscription factor NFAT (Nuclear Factor of Activated T cells), its translocation into the nucleus, where it binds and activate target (includingcytokines) gene transription. Our group has shown that voltage-gated Ca2+ channels, that characterize excitable cells, are also expressed in Th2 but not

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* Auteur correspondant.Adresse e-mail : Lucette.Pelletier@inserm.fr (L. Pelletier).

1 GDR 2688, groupement de recherche européen (GDRE) « Ca2+ toolkit coded proteins as drug targets in animal and plant cells ».2 Lauréate d’une subvention de la Société française d’allergologie 2011.

1877-0320/$ – see front matter # 2011 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.doi:10.1016/j.reval.2011.07.007

in Th1 lymphocytes. TCR-driven intracellular Ca2+ concentration rise and cytokine production were reduced in Th2 cells transfected with Cav1specific antisense oligonucleotides (Cav1AS). In addition, inhalation of Cav1AS prevents the development of experimental asthma. In this review, wewill discuss how TCR stimulation can lead to the opening of Cav1 channels. Deciphering the signaling pathways implicating an influx of Ca2+ throughCav1 channels could favour the identification of novel therapeutic targets helpful in the treatment of asthma.# 2011 Elsevier Masson SAS. All rights reserved.

Keywords: Allergic asthma; Calcium; Voltage-gated Cav1 calcium channels; T-lymphocyte; Interleukins 4, 5 and 13; Cav1 antisense oligonucleotides

V. Robert et al. / Revue française d’allergologie 51 (2011) 541–547542

1. Introduction

L’asthme est un syndrome complexe avec de multiplesphénotypes tant chez l’enfant que chez l’adulte. Cliniquement,il se manifeste par un syndrome obstructif intermittent, dessibilants à l’auscultation, une hyper-réactivité bronchique etune inflammation pulmonaire [1]. L’hyper-réactivité bronchi-que se traduit par une bronchoconstriction pour des stimulin’induisant pas normalement d’effet comme des faibles dosesde méthacholine. Cette bronchoconstriction s’observe chez lesasthmatiques non seulement en réponse à l’allergène mais aussipour des stimuli non spécifiques : froid, exercice.

L’histologie pulmonaire révèle des infiltrats de polynu-cléaires neutrophiles, d’éosinophiles, de mastocytes dégra-nulés, une hyperplasie des cellules caliciformes et desbouchons de mucus dans la lumière des bronchioles. Leremodelage bronchique se traduit par un épaississement de lamembrane basale de l’épithelium bronchiolaire, une perte del’intégrité de l’épithélium. Les cellules muscles lisses sonthypertrophiques avec une hyperplasie des cellules et unefibrose sous-épithéliale est retrouvée dans les formes sévères.

L’asthme débute souvent dans l’enfance et peut s’inter-rompre à l’adolescence avec, parfois, réapparition à des âgesplus avancés. L’atopie est définie comme l’ensemble desfacteurs génétiques responsables d’une susceptibilité particu-lière à développer des manifestations allergiques et se traduitpar une augmentation des immunoglobulines de type E (IgE).Elle est très souvent associée au développement d’un asthmeallergique (environ 80 % des enfants asthmatiques sontatopiques). À côté de ces facteurs génétiques, des facteursenvironnementaux (virus, allergènes, polluants) sont impliquésdans cette pathologie. Il est vraisemblable que ces facteursenvironnementaux expliquent l’augmentation considérable del’asthme dans les pays industrialisés ces dernières décades. Laprévalence de l’asthme dans les pays industrialisés estd’environ 10 % chez les adultes avec une fréquence mêmesupérieure chez l’enfant. Les chiffres se sont stabilisés dans lespays industrialisés tandis que cette fréquence, qui était plusfaible dans les pays en développement, augmente rapidementactuellement [2].

Le traitement symptomatique fait appel en règle général àdes agonistes b2 adrénergiques inhalés, à plus ou moins longuedurée d’action, des corticoïdes inhalés et éventuellement descorticoïdes administrés par voie orale. En dépit d’un traitementbien conduit, 5 à 10 % des patients souffrent d’un asthme sévèrepouvant évoluer vers une perte des fonctions respiratoires. Cesasthmes sévères ont un coût important du fait des hospitalisa-tions, d’une perte de journées de travail. . .. D’après des études

récentes, les patients asthmatiques et particulièrement ceuxsouffrant d’asthme sévère ont un risque de 17 à 30 fois plusélevé de développer une bronchopneumopathie obstructiveavec insuffisance respiratoire que la population générale ou despatients avec un asthme modéré [3,4] (American ThoracicSociety International Conference 2010, New Orleans).

2. Les lymphocytes T au cœur de la pathologieallergique

Les lymphocytes T incluent différents types de lymphocytesT auxiliaires (LTh) effecteurs dont les LTh1 producteursd’interféron gamma (IFNg), les LTh2 producteurs d’inter-leukine (IL)-4, d’IL-5 et d’IL-13 et les lymphocytes Th17 quisécrètent l’IL-17. Les lymphocytes Th2 procurent une aide auxlymphocytes B (LB) pour la production d’IgE aussi bien chez lasouris que chez l’homme. Ils contribuent à l’élimination desparasites mais sont aussi responsables de manifestationsallergiques de par les cytokines qu’ils produisent (Fig. 1).

L’association de l’atopie avec l’augmentation de laconcentration d’IgE atteste de l’implication préférentielledes Th2 dans l’asthme allergique. Cela est confirmé par laprésence de cytokines Th2 dans le lavage bronchoalvéolaire dessujets asthmatiques.

De façon intéressante, l’IL-17 jouerait un rôle essentiel,particulièrement dans les formes sévères d’asthme [5] etexpliquerait l’afflux de polynucléaires neutrophiles dans lesvoies aériennes. L’IL-17 serait produite non seulement par leslymphocytes Th17 mais aussi par des éosinophiles. En ce quiconcerne la production d’IL-17 par des lymphocytes T, il estnotable que, pour certains auteurs, les lymphocytes Th17 nereprésentent pas une sous-population stable mais que cettepopulation soit plastique pouvant, par exemple, évoluer pourgénérer des lymphoytes Th1 [6]. Cette plasticité se retrouvedans les lymphocytes Th2 incluant des Th2 mémoires capablesde produire de l’IL-17 en présence de cytokines inflammatoires[7].

3. Association entre le développement d’un asthme etd’une hyper-réactivité bronchique et l’environnementcytokinique

Holgate et al. suggèrent que l’asthme est dû à une atteinteprimaire de l’epithelium responsable et victime de l’inflamma-tion, ce qui est à l’origine du remodelage bronchique.

Un médiateur qui a suscité de l’intérêt de ce point de vue estla lymphopoiétine stromale thymique (TSLP), qui est libéréepar l’epithelium bronchique suite à l’activation des toll-like

bronche

hypersécr étion de muc ushyper-activité br onc hique

IL4 IL5

IL13

IgE

LT na ïfs

LTh2

LTh2

générati on d’éosi nophilesdifférenc iati on Th2

LB

commuta tion de cl asse de s Ig

Fig. 1. Rôle des lymphocytes Th2 dans l’asthme. Les lymphocytes Th2 (LTh2) produisent de l’interleukine (IL)-4 de l’IL-5 et de l’IL-13. L’IL-4 est la cytokinerequise pour la différenciation de lymphocytes T (LT) naïfs en LTh2 et amplifie donc les réponses Th2. L’IL-5 induit la différenciation d’éosinophiles à partir deprécurseurs de la moelle osseuse. L’IL-13 et l’IL-4 peuvent toutes les deux causer la commutation de classe des immunoglobulines (Ig) en IgE dans les lymphocytes B(LB). Les IgE complexées avec l’allergène peuvent se fixer sur le récepteur de haute affinité pour les IgE exprimé, par exemple, par les mastocytes et les basophilescausant leur activation et leur participation à la réaction inflammatoire dans le poumon des sujets asthmatiques. L’IL-13 joue un rôle majeur dans l’inflammation enfavorisant une extravasation des cellules inflammatoires, en augmentant le tonus des muscles bronchiques et en augmentant la sécrétion de mucus par les cellulescaliciformes.

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receptors (TLR) 2, 4, 8 et 9 et des récepteurs de danger(DAMPs) par des virus polluants ou allergènes. Une desconséquences serait l’augmentation de l’expression d’OX40Lsur les cellules dendritiques et une augmentation de leurscapacités à orienter les réponses Th2 (Fig. 2) [8,9].L’épithélium bronchique lésé produit, outre du TSLP, del’IL-25 et de l’IL-33 qui seraient tout deux capables defavoriser la différenciation de LTh2 en agissant sur des cellulesdendritiques, des cellules de l’immunité innée de type 2 et/oules lymphocytes T CD4+ eux-mêmes [10–12].

Plusieurs auteurs mettent l’accent sur le dialogue pernicieuxentre les structures pulmonaires (cellules épithéliales etmésenchymateuses) et les cellules inflammatoires. Des agres-sions virales très précoces, en particulier par des rhinovirus,représente un facteur de risque important pour le développe-ment ultérieur d’un asthme vers cinq à six ans [13]. De plus, lesvirus respiratoires exacerbent la maladie. Il semble que lescellules épithéliales des sujets asthmatiques ont un défaut deproduction d’interférons de type 1 en réponse à certainessouches de rhinovirus, ce qui limiterait la clairance virale,induirait des lésions de l’épithélium, cellules capables depromouvoir une réaction inflammatoire et la polarisation d’uneréponse immune dépendant de lymphocytes Th2 [14,15]. Ilsemble que certains virus contribuent à favoriser la productiond’IL-33 par les macrophages alvéolaires (Fig. 2), ce quirecruterait des cellules lymphoïdes innées productrices d’IL-13, responsables de l’hyper-réactivité bronchique, indépen-damment d’une réponse immune adaptative [12]. Ces celluleslymphoïdes innées activées par l’IL-25 et l’IL-33 produisent del’IL-13 et sont responsables de l’élimination des helminthes[16]. Bien qu’il soit tentant de penser que ces cellules puissentparticiper à l’induction de lymphocytes Th2, leur rôle dans la

différenciation de lymphocytes T pathogènes n’a pas étémontré dans l’asthme jusqu’à présent.

4. La régulation de la concentration deCa2+ intracytoplasmique varie selon les sous-populations de lymphocytes T

Les voies de signalisation associées à la reconnaissance dupeptide antigénique, associé aux molécules de type II ducomplexe majeur d’histocompatibilité par le récepteur T pourl’antigène (TCR) des lymphocytes T, induit le recrutement detyrosine kinases et de molécules adaptatrices qui vont générerdes seconds messagers finalement responsables de l’expressionde gènes cibles, comme ceux codant pour des cytokines. Parmices seconds messagers, le calcium intracytoplasmique, dontl’augmentation de concentration est requise pour l’activation detoutes les fonctions lymphocytaires (survie, prolifération,production de cytokines), joue un rôle primordial. Ainsi, plusde 75 % des gènes activés ou réprimés suite à l’activation duTCR sont dépendants du calcium [17]. La concentration deCa2+ libre ([Ca2+]i) est élevée dans le milieu extracellulaire (1–

2 mM) et basse dans le milieu intracellulaire (50 à 100 nM) enconditions basales avec une augmentation autour de 1 mM aprèsl’engagement du TCR (Fig. 3). La [Ca2+]i intracellulaire estétroitement régulée, des variations trop importantes pouvantinduire la mort cellulaire. Néanmoins, la régulation de la[Ca2+]i n’est pas la même, de base ou après stimulation, dans leslymphocytes Th1, Th2, Th17 et T régulateurs [18], suggérantque les acteurs impliqués dans la régulation de cetteconcentration sont différentiellement exprimés. Par exemple,la [Ca2+]i de base est plus élevée dans les lymphocytes Th2 quedans les Th1 et est intermédiaire dans les lymphocytes Th17. En

IL-33, IL-25, TSL P, GM -CSF

IL-33

allergène

LT naif

IgE , productio n de mucus, attractio n cellule s in flamm atoire s (éosinophiles, mast ocytes ..) hyper-réa ctivité bron chique

IL-4, IL-5, IL-13Th2

DC

OX40 L /OX40

cellules lymphoides innées

Virus

macro . al v.

IL-5, IL-13

Epithélium bronchique

Fig. 2. Implication des cytokines produites par les cellules résidentes pulmo-naires dans la pathologie asthmatique. Chez des sujets prédisposés, des anti-gènes ou allergènes dans ce cas font produire de l’IL-33, de l’IL-25 dulymphopoiétine stromale thymique (TSLP) par l’épithélium bronchique. Cescytokines vont favoriser la différenciation, la prolifération et/ou le recrutementde LTh2. Par exemple, TSLP agit sur les cellules dendritiques (DC) en rendantces cellules capables de favoriser la différenciation de LTh2. L’interaction entrela molécule ligand d’OX40 (OX40L) exprimé par ces DC et OX40 à la surfacedes lymphocytes T (LT) favorise la différenciation en LTh2. Des virus respi-ratoires et possiblement des allergènes pourraient, en faisant produire de l’IL-33 par les cellules épithéliales et/ou les macrophages alvéolaires (macro. alv.),recruter des cellules nouvellement décrites (cellules innées lymphoides quin’expriment pas de marqueur caractéristique de LT, de LB, de macrophages. . .).Ces cellules produisant de l’IL-13 participeraient à la réaction inflammatoirecaractéristique de l’asthme.

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revanche, celle-ci augmente plus dans les lymphocytes Th1 quedans les Th2 après stimulation via le TCR. L’identification decomposants de cette régulation propre à une population delymphocytes T effecteurs/régulateurs permettrait de proposerdes thérapeutiques plus ciblées en évitant une immunosuppres-sion globale.

5. Signalisation calcique dans les lymphocytes T

5.1. Le senseur au calcium STIM1 et les canaux calciquesOrai à la membrane plasmique sont des composantsessentiels de la signalisation calciques dans les LT

Classiquement, la stimulation via le TCR induit l’activationde la phospholipase Cg, la génération d’inositol triphosphate(IP3) qui se fixe à ses récepteurs à la membrane du réticulumendoplasmique (RE), libérant les stocks de Ca2+ du RE dans lecytosol [19]. Cette vidange des stocks est perçue par lamolécule STIM1 du RE, ce qui induit son changementconformationnel, la migration dans des zones proches de lamembrane plasmique, l’activation des canaux calciques Orai à

la membrane et un influx de Ca2+ [20–22] (Fig. 3). Les stocksintracellulaires de calcium sont peu importants et cet influx deCa2+, à partir du milieu extracellulaire, est nécessaire pourl’activation optimale du lymphocyte T. La fixation du calciumsur la calmoduline va permettre, d’une part, l’activation decalmoduline kinases et, d’autre part, celle de la calcineurine,une phosphatase qui va déphosphoryler le facteur detranscription NFAT (Nuclear Factor of Activated T cells)[23]. Une fois déphosphorylé, NFAT va migrer dans le noyau,se fixer à des séquences régulatrices de gènes cibles etpermettre leur expression [24–26]. NFAT ne restera dans lenoyau et ne sera donc actif que tant qu’il y aura un influx deCa2+ dans le lymphocyte T. NFAT joue un rôle important danstoutes les sous-populations de lymphocytes T mais toutparticulièrement dans les LTh2 [27] où il est nécessaire pourl’accessibilité de la chromatine à la machinerie transcription-nelle au niveau des gènes des cytokines Th2 ainsi que leurexpression [28]. De façon intéressante, l’activation du facteurde transcription de NFAT nécessite une augmentation faiblemais soutenue de la concentration intracellulaire de calcium[29] comme ce qui est observé dans les LTh2 alors que, parexemple, l’activation de NFkB requiert une augmentation plusélevée mais transitoire de la concentration intracellulaire deCa2+ [29].

5.2. Autres canaux calciques impliqués dans lasignalisation calcique des lymphocytes T tels que lescanaux Cav1

À côté des canaux calciques Orai, il est probable qued’autres canaux calciques à la membrane des lymphocytes Tparticipent à la signalisation calcique. Parmi eux, l’existencedes canaux sensibles au potentiel membranaire, comme lescanaux de type L (Cav1), dans les lymphocytes T fait débat. Cescanaux sont caractéristiques des cellules excitables où ils sontactivés par dépolarisation de la membrane plasmique. Ils sontformés de plusieurs sous-unités codées par des gènes distincts[30]. Les sous-unités a1 — formant le pore pour les ionsCa2+ — sont codées par quatre gènes (de Cav1.1 à Cav1.4) — etles sous-unités auxiliaires (b, a2–d et éventuellement g)constituent le canal Cav1. Les sous-unités a1 contiennentquatre senseurs au voltage, ce qui explique leur activation parune dépolarisation du potentiel de membrane [31]. La naturedes isoformes des canaux Cav1 dépendrait du type delymphocytes T et de leur état d’activation [32–44](Tableau 1). Certains auteurs décrivent des formes tronquéesdépourvues de senseurs au potentiel et pensent que ces canauxseraient pourtant fonctionnels [34,36,37,39]. Néanmoins, lafaçon dont des canaux Cav1 fonctionneraient dans leslymphocytes reste un mystère.

6. Rôle des canaux Cav1 dans les LTh2

Notre groupe a montré que l’expression des canauxCav1 augmente de façon importante au cours de ladifférenciation des lymphocytes Th2 [44], alors qu’elle devientindétectable dans les Th1 montrant que les canaux

Fig. 3. Signalisation calcique différencielle dans les LTh1 et les LTh2. La reconnaisance du peptide antigénique par le récepteur T pour l’antigène (TCR) induitl’activation de tyrosine kinases, conduisant entre autres à l’activation de la phospholipase C gamma (PLCg) générant de l’inositol triphosphate (IP3). L’IP3 se fixe àdes récepteurs (RIP3) situés à la surface de la membrane du réticulum endoplasmique (RE). Le calcium du RE est alors relargué dans le cytosol. Cette déplétion estperçue par le senseur au calcium du RE STIM (Stromal Interaction Molecule) qui se transloque près de la membrane plasmique où ils permettent l’ouverture descanaux calciques CRAC/Orai à la membrane plasmique. L’influx de calcium active la calmoduline (CAM) et la calcineurine (calcin.) une phosphatase quidéphosphoryle le facteur de transcription NFAT permettant sa translocation dans le noyau. Ce schéma s’applique particulièrement aux LTh1. Dans les LTh2,l’engagement du TCR active d’autres canaux calciques, les canaux, dépendant du voltage, normalement caractéristiques des cellules excitables, indépendammentd’une vidange des stocks calciques du RE.

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Cav1 peuvent participer à une régulation différencielle de laconcentration de Ca2+ dans les sous-populations de LT (Fig. 3).Nous avons cloné et séquencé les canaux Cav1 dans leslymphocytes Th2 de souris et, pour tenter de démontrer leurrôle dans la signalisation calcique, nous avons transfecté des

Tableau 1Les canaux calciques apparentés aux canaux Cav1 dans les lymphocytes T.

Type de LT Isoforme de Cav1 Caracteristiques

Humains[34] Cav1.2, Cav1.3 Formes tronquée

Humains CD4 etCD8 [32]

Cav1.4 Formes tronquée

Jurkat, LT humainsb Cav1.1, Cav1.3 Formes tronquée

LT souris [38] Cav1.1, Cav1.2Cav1.4 ; varie d’un typecellulaire à l’autre, dépenddu stade d’activation

?

LTh2 souris [31] Cav1.2, Cav1.3perte d’expression dans les LTh1

Isoformes neuro

LT : lymphocyte T ; Cav1AS : oligonucleotides antisens spécifiques des canaux Ca Des inhibiteurs pharmacologiques des canaux Cav1 ont été utilisés pour évalue

récepteur T pour l’antigène (TCR).b Correspond à un brevet déposé par J.P. Kinet en 2005.

lymphocytes Th2 avec des oligodeoxynucléotides antisensspécifiques des canaux Cav1 (Cav1AS) ce qui diminue de 70 %l’expression des canaux. Nous avons montré que les Cav1ASinhibent l’augmentation de la [Ca2+]i après activation du TCRdans les LTh2, la production d’IL-4, IL-5 et IL-13. Les Cav1 AS

moléculaires Fonction et outils utilisés pour leur étude

s 80–100 kD vs 210 kD Inhibiteurs des canaux Cav1 diminuentla réponse Ca2+ dépendant du TCRa

s autour de 200 kD Inhibiteurs des canaux Cav1 diminuentla réponse Ca2+ dépendant du TCRa

s Inhibiteurs des canaux Cav1 diminuentla réponse Ca2+ dépendant du TCRa

Diminution du signal calcique dépendantdu TCR dans des LT de souris b (2, 3, 4)ou AHNAK –/–

nales classiques Diminution du signal Ca2+ dépendant du TCRdans des LTh2 transfectés avec Cav1ASPas d’effet sur des LTh1

av1.2 et Cav1.3.r leur impact sur la réponse calcique des LT (CD4+ ou CD8+) stimulés via le

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n’ont pas d’effet sur les lymphocytes Th1. Les Cav1ASadministrés par voie intranasale sont très efficaces dans unmodèle d’asthme expérimental [44].

7. Fonctionnement potentiel des canaux Cav1 dans lescellules non excitables

Dans les cellules excitables, les canaux Cav1 sont activés parde fortes dépolarisations de la membrane plasmique commecela est observé par exemple, au cours d’un potentiel d’action.Un des problèmes majeurs est que la membrane plasmique deslymphocytes Th2 ne se dépolarise pas suite à l’engagement duTCR. Il faut donc expliquer comment ces canaux font entrer leCa2+ dans les lymphocytes Th2. Notre hypothèse est quel’activation T, qui est connue pour recruter des tyrosines kinaseset des molécules adaptatrices, va permettre la nucléation descomplexes de signalisation dans une zone appelée la synapseimmunologique, à la frontiére entre le lymphocyte T et lacellule présentatrice d’antigène : en règle, une celluledendritique présentant le peptide antigénique spécifique. Il aété montré que les canaux Orai se concentrent aussi focalisantl’entrée de Ca2+ dans cette zone. Nous pensons que, dans leslymphocytes Th2, la stimulation via le TCR induit laredistribution de canaux Cav1 au niveau de la synapseimmunologique dans des zones où ils s’associeraient avecdes kinases, augmentant considérablement leur probabilitéd’ouverture même au potentiel de repos de la cellule. Un telmécanisme d’action a été montré dans des cellules musculaireslisses où quelques canaux Cav1 seraient ouverts au potentiel demembrane de la cellule car associés à une protéine kinase C[45]. La majorité des autres canaux seraient fermés en absenced’une dépolarisation de la membrane. De façon intéressante,l’association d’un nombre très faible de canaux permettrait uninflux de calcium suffisant pour influencer significativement laconcentration de calcium dans le cytoplasme. Notre objectif estmaintenant d’étudier l’association des canaux Cav1 avec deskinases contrôlant leur état d’ouverture, l’impact sur le signalcalcique induit par l’activation du TCR dans les lymphocytesTh2 (amplitude, fréquence d’oscillations éventuelles et duréede l’augmentation de la concentration de calcium intracyto-plasmique) et le retentissement sur l’expression de gènesimpliqués dans les fonctions effectrices des lymphocytes Th2.

8. Conclusion et questions en suspens

L’identification de composants-clé de la régulation de laconcentration de calcium intracellulaire (canaux ioniques,kinases. . .) propres à un type de lymphocytes T effecteurs a desconséquences fondamentales et appliquées. Au plan fonda-mental, elle permettrait d’approcher la relation entre unesignature calcique caractérisée par l’allure des variations deconcentration de calcium intracellulaire au cours de l’activationd’un lymphocyte T et la régulation de l’expression d’un grandnombre de gènes codant des médiateurs de la réponse d’unesous-population donnée. Au plan clinique, il peut devenirpossible d’élaborer des inhibiteurs spécifiques de ces compo-sants propres à une sous-population de lymphocytes T

effecteurs comme les lymphocytes Th2, ce qui inhiberait,par exemple, la production de plusieurs cytokines délétèresdans l’asthme sans induire d’immunosuppression globale.Avant d’envisager une potentielle application thérapeutique,notre but immédiat est de valider (ou infirmer) les résultatsobtenus avec les lymphocytes Th2 de souris et les modèlesexpérimentaux d’asthme en testant si les canaux Cav1 sontsurexprimés dans des lymphocytes Th2 de patients souffrantd’asthme allergique.

Déclaration d’intérêts

Les auteurs déclarent ne pas avoir de conflit d’intérêt enrelation avec cet article.

Remerciements

Les auteurs remercient le Dr F. Rancé pour le soutienapporté à ce projet. Les auteurs remercient l’Association« 111 des Arts » et la Société française d’allergologie pour lesoutien apporté à leur recherche. V. Robert est subventionnéepar une allocation de recherche du ministère (MENRT).E.Triffaux est soutenue par un projet collaboratif InsermDirection générale de l’organisation des soins (DGOS).

Références

[1] Lemanske Jr RF, Busse WW. Asthma: clinical expression and molecularmechanisms. J Allergy Clin Immunol 2010;125:S95–102.

[2] Holgate ST. The epidemic of allergy and asthma. Nature 1999;402:B2–4.[3] Silva GE, Sherrill DL, Guerra S, Barbee RA. Asthma as a risk factor for

COPD in a longitudinal study. Chest 2004;126:59–65.[4] Tsuda Y, Noguchi T, Mochizuki H, Makino F, Nanjo Y, Sawabe M, et al.

Patients with mild-to-moderate asthma may develop clinically significantchronic obstructive pulmonary disease. Respirology 2009;14:529–36.

[5] Souwer Y, Szegedi K, Kapsenberg ML, de Jong EC. IL-17 and IL-22 inatopic allergic disease. Curr Opin Immunol 2010;22:821–6.

[6] Annunziato F, Romagnani S. The transient nature of the Th17 phenotype.Eur J Immunol 2010;40:3312–6.

[7] Wang YH, Voo KS, Liu B, Chen CY, Uygungil B, Spoede W, et al. A novelsubset of CD4+ TH2 memory/effector cells that produce inflammatory IL-17 cytokine and promote the exacerbation of chronic allergic asthma. JExp Med 2010;207:2479–91.

[8] Holgate ST. The epithelium takes centre stage in asthma and atopicdermatitis. Trends Immunol 2007;28:248–51.

[9] Wang Q, Miller DJ, Bowman ER, Nagarkar DR, Schneider D, Zhao Y,et al. MDA5 and TLR3 initiate pro-inflammatory signaling pathwaysleading to rhinovirus-induced airways inflammation and hyper-responsi-veness. PLoS Pathog 2011;7:e1002070.

[10] Saenz SA, Taylor BC, Artis D. Welcome to the neighborhood: epithelialcell-derived cytokines license innate and adaptive immune responses atmucosal sites. Immunol Rev 2008;226:172–90.

[11] Robinson DS. The role of the T cell in asthma. J Allergy Clin Immunol2010;126:1081–91. quiz 92–93.

[12] Chang YJ, Kim HY, Albacker LA, Baumgarth N, McKenzie AN, SmithDE, et al. Innate lymphoid cells mediate influenza-induced airway hyper-reactivity independently of adaptive immunity. Nat Immunol 2011;12:631–8.

[13] Holgate ST, Davies DE. Rethinking the pathogenesis of asthma. Immunity2009;31:362–7.

[14] Wark PA, Johnston SL, Bucchieri F, Powell R, Puddicombe S, Laza-Stanca V, et al. Asthmatic bronchial epithelial cells have a deficient innate

V. Robert et al. / Revue française d’allergologie 51 (2011) 541–547 547

immune response to infection with rhinovirus. J Exp Med 2005;201:937–47.

[15] Wark PA, Grissell T, Davies B, See H, Gibson PG. Diversity in thebronchial epithelial cell response to infection with different rhinovirusstrains. Respirology 2009;14:180–6.

[16] Kaiko GE, Foster PS. New insights into the generation of Th2 immunityand potential therapeutic targets for the treatment of asthma. Curr OpinAllergy Clin Immunol 2011;11:39–45.

[17] Feske S, Giltnane J, Dolmetsch R, Staudt LM, Rao A. Gene regulationmediated by calcium signals in T-lymphocytes. Nat Immunol 2001;2:316–24.

[18] Weber KS, Miller MJ, Allen PM. Th17 cells exhibit a distinct calciumprofile from Th1 and Th2 cells and have Th1-like motility and NF-ATnuclear localization. J Immunol 2008;180:1442–50.

[19] Vig M, Kinet JP. Calcium signaling in immune cells. Nat Immunol 2009;10:21–7.

[20] Cahalan MD. Cell biology. How to stimulate calcium channels. Science2010;330:43–4.

[21] Hogan PG, Lewis RS, Rao A. Molecular basis of calcium signaling inlymphocytes: STIM and Orai. Annu Rev Immunol 2010;28:491–533.

[22] Wang Y, Deng X, Gill DL. Calcium signaling by STIM and Orai: intimatecoupling details revealed. Sci Signal 2010;3:e42.

[23] Oh-hora M. Calcium signaling in the development and function ofT-lineage cells. Immunol Rev 2009;231:210–24.

[24] Macian F, Lopez-Rodriguez C, Rao A. Partners in transcription: NFATandAP-1. Oncogene 2001;20:2476–89.

[25] Savignac M, Mellstrom B, Naranjo JR. Calcium-dependent transcriptionof cytokine genes in T-lymphocytes. Pflugers Arch 2007;454:523–33.

[26] Rao A. Signaling to gene expression: calcium, calcineurin and NFAT. NatImmunol 2009;10:3–5.

[27] Rincon M, Flavell RA. Transcription mediated by NFAT is highlyinducible in effector CD4+ T helper 2 (Th2) cells but not in Th1 cells.Mol Cell Biol 1997;17:1522–34.

[28] Guo L, Urban JF, Zhu J, Paul WE. Elevating calcium in Th2 cells activatesmultiple pathways to induce IL-4 transcription and mRNA stabilization. JImmunol 2008;181:3984–93.

[29] Dolmetsch RE, Lewis RS, Goodnow CC, Healy JI. Differential activationof transcription factors induced by Ca2+ response amplitude and duration.Nature 1997;386:855–8.

[30] Lipscombe D. L-type calcium channels: highs and new lows. Circ Res2002;90:933–5.

[31] Varadi G, Mori Y, Mikala G, Schwartz A. Molecular determinants ofCa2+ channel function and drug action. Trends Pharmacol Sci 1995;16:43–9.

[32] Badou A, Savignac M, Moreau M, Leclerc C, Pasquier R, Druet P, et al.HgCl2-induced IL-4 gene expression in T cells involves protein kinase C-

dependent calcium influx through L-type calcium channels. J Biol Chem1997;272:32411–8.

[33] Savignac M, Badou A, Moreau M, Leclerc C, Guery JC, Paulet P, et al.Protein kinase C-mediated calcium entry dependent upon dihydropyridinesensitive channels: a T cell receptor-coupled signaling pathway involvedin IL-4 synthesis. Faseb J 2001;15:1577–9.

[34] Kotturi MF, Carlow DA, Lee JC, Ziltener HJ, Jefferies WA. Identificationand functional characterization of voltage-dependent calcium channels inT-lymphocytes. J Biol Chem 2003;278:46949–60.

[35] Savignac M, Gomes B, Gallard A, Narbonnet S, Moreau M, Leclerc C,et al. Dihydropyridine receptors are selective markers of Th2 cells and canbe targeted to prevent Th2-dependent immunopathological disorders. JImmunol 2004;172:5206–12.

[36] Stokes L, Gordon J, Grafton G. Non-voltage-gated L-type Ca2+ channelsin human T cells: pharmacology and molecular characterization of themajor alpha pore-forming and auxiliary beta-subunits. J Biol Chem2004;279:19566–73. Epub 2004 Feb 23.

[37] Kotturi MF, Jefferies WA. Molecular characterization of L-type calciumchannel splice variants expressed in human T-lymphocytes. Mol Immunol2005;42:1461–74.

[38] Gomes B, Savignac M, Cabral MD, Paulet P, Moreau M, Leclerc C, et al. ThecGMP/protein kinase G pathway contributes to dihydropyridine-sensitivecalcium response and cytokine production in TH2 lymphocytes. J BiolChem 2006;281:12421–7.

[39] Kotturi MF, Hunt SV, Jefferies WA. Roles of CRAC and Ca(v)-likechannels in T cells: more than one gatekeeper? Trends Pharmacol Sci2006;27:360–7.

[40] Badou A, Jha MK, Matza D, Mehal WZ, Freichel M, Flockerzi V, et al.Critical role for the beta regulatory subunits of Cav channels in T-lymphocyte function. Proc Natl Acad Sci U S A 2006;103:15529–34.

[41] Matza D, Badou A, Kobayashi KS, Goldsmith-Pestana K, Masuda Y,Komuro A, et al. A scaffold protein, AHNAK1, is required for calciumsignaling during T Cell activation. Immunity 2008;28:64–74.

[42] Matza D, Badou A, Jha MK, Willinger T, Antov A, Sanjabi S, et al.Requirement for AHNAK1-mediated calcium signaling during T-lym-phocyte cytolysis. Proc Natl Acad Sci U S A 2009;106:9785–90.

[43] Jha MK, Badou A, Meissner M, McRory JE, Freichel M, Flockerzi V, et al.Defective survival of naive CD8+ T-lymphocytes in the absence of thebeta3 regulatory subunit of voltage-gated calcium channels. Nat Immunol2009;10:1275–82.

[44] Djata Cabral M, Paulet PE, Robert V, Gomes B, Renoud ML, Savignac M,et al. Knocking-down Cav1 calcium channels implicated in Th2-cellactivation prevents experimental asthma. Am J Respir Crit Care Med2010;181:1310–7.

[45] Navedo MF, Amberg GC, Votaw VS, Santana LF. Constitutively activeL-type Ca2+ channels. Proc Natl Acad Sci U S A 2005;102:11112–7.