Récepteurs plaquettaires de la glycoprotéine IIb/IIIa et thrombasthénie de Glanzmann

L’agrégation plaquettaire et la formation de fibrine sont essentielles au maintien d’une hémostase normale, un système conçu pour agir rapidement et efficacement afin d’arrêter une hémorragie. Ce système est également déclenché par des événements pathogènes, comme la rupture d’une plaque d’athérome, qui peut entraîner une vaso-occlusion thrombotique, une ischémie et un infarctus. Les plaquettes jouent un rôle majeur dans ces phénomènes thrombotiques dommageables et potentiellement mortels en raison de leurs propriétés adhésives, qui entraînent la libération de médiateurs solubles, l’agrégation plaquettaire et l’augmentation de la production de thrombine.1 Le récepteur plaquettaire de la glycoprotéine IIb/IIIa (GPIIb/IIIa) est un composant clé dans la voie de l’agrégation plaquettaire ; par conséquent, ce récepteur est devenu la cible d’une intervention thérapeutique. Un paradigme de cette modalité de traitement antiplaquettaire se trouve naturellement dans la maladie héréditaire de la thrombasthénie de Glanzmann. L’une des principales caractéristiques de cette maladie est que les patients présentent des saignements cutanéo-muqueux mais ne font que rarement des hémorragies spontanées du système nerveux central2, une complication redoutée des traitements anticoagulants et antiplaquettaires. Toutes les mutations qui ont été identifiées chez les patients atteints de thrombasthénie de Glanzmann entraînent un déficit fonctionnel des récepteurs GPIIb/IIIa23, et l’une des caractéristiques de cette maladie est l’absence d’agrégation plaquettaire induite par les agonistes. La caractérisation moléculaire des mutations à l’origine de la thrombasthénie de Glanzmann a fourni de nombreuses informations sur les relations structure-fonction du récepteur GPIIb/IIIa. Cette revue résume brièvement les mutations qui affectent les domaines de liaison au ligand et l’activation du récepteur et les présente dans le contexte des structures prédites. Une couverture plus complète peut être trouvée dans les revues discutant de la structure et de la fonction du complexe du récepteur GPIIb/IIIa45 et de la base clinique et moléculaire de la thrombasthénie de Glanzmann.23

Récepteur GPIIb/IIIa

Les plaquettes sont la première ligne de défense dans la prévention de la perte de sang des vaisseaux sanguins blessés via la reconnaissance et l’adhésion aux composants de la matrice sous-endothéliale. Cet événement est suivi par la formation d’un bouchon plaquettaire dû au recrutement de plaquettes supplémentaires par la liaison et la réticulation de grandes molécules ligand, telles que le fibrinogène et le facteur de von Willebrand. En outre, les plaquettes activées fournissent une surface pour les composants de la coagulation sanguine, facilitant ainsi la génération de thrombine.67 L’agrégation plaquettaire est médiée par le récepteur GPIIb/IIIa (intégrine αIIbβ3), l’un des récepteurs de surface cellulaire les plus abondants (≈80 000 par plaquette),8 qui représente ≈15 % de la protéine de surface totale.9 Sur les plaquettes quiescentes, ce récepteur présente une affinité de liaison minimale pour le facteur de von Willebrand et le fibrinogène plasmatique. À l’état activé, les mécanismes de transduction du signal  » inside-out « 5 déclenchent un changement de conformation du récepteur vers un état de liaison au ligand à haute affinité, compétent pour lier les glycoprotéines adhésives et former un bouchon plaquettaire. Après la liaison du ligand, des mécanismes de transduction du signal « extérieur-in « 5 médient les interactions entre l’intégrine et le cytosquelette. Il a été démontré que ces interactions sont nécessaires pour les événements qui suivent l’occupation du ligand, tels que l’étalement cellulaire et la formation de sites d’adhésion focale.10

Les motifs de reconnaissance du ligand pour les récepteurs de l’intégrine nécessitent un acide aminé acide pour être actifs. Le premier exemple de peptide acide conférant la reconnaissance des intégrines était la séquence Arg-Gly-Asp (RGD) dans la fibronectine.11 On a découvert que d’autres molécules de la matrice extracellulaire contenaient cette séquence, et le concept de RGD comme motif de reconnaissance commun a été adopté12. Le motif RGD est présent dans les ligands des récepteurs GPIIb/IIIa, y compris la chaîne α du fibrinogène et le facteur de von Willebrand, mais un motif de reconnaissance Lys/Gly-Asp (K/GD), présent dans une séquence dodécapeptidique unique de la chaîne γ du fibrinogène, est nécessaire et suffisant pour l’agrégation plaquettaire médiée par le fibrinogène13.

En raison de l’absence de structure cristalline, des informations moins précises sont disponibles concernant les sites au sein des récepteurs d’intégrine qui reconnaissent les ligands. Des informations structurelles sont disponibles pour 1 région de liaison au ligand, qui est le domaine du facteur A ou I (inséré) de von Willebrand.14 Le domaine I est exprimé par un sous-ensemble de sous-unités de la chaîne α, et la cristallographie à haute résolution a établi que ce domaine fait partie d’un site de coordination métallique unique désigné comme le site d’adhésion dépendant des ions métalliques (MIDAS).14 Le domaine I n’est pas présent dans la sous-unité GPIIb (αIIb), mais des études structurelles ont identifié une région présentant des caractéristiques de liaison aux cations similaires dans les sous-unités β des intégrines.15 Un certain nombre de modèles structurels ont été générés, montrant l’association conformationnelle des résidus d’acides aminés prédits comme jouant un rôle direct dans la liaison au ligand.161718

Un modèle structurel du domaine de liaison au ligand d’une chaîne d’intégrine α a été prédit par modélisation informatique.19 La séquence minimale de liaison au ligand de GPIIb est composée des 450 acides aminés amino-terminaux, qui contiennent 7 répétitions homologues avec 4 sites de liaison aux cations20. Ces répétitions sont composées principalement de brins β,21 qui ont été prédits pour se replier dans une structure d’hélice β.19 L’hélice β est hautement conservée dans l’évolution, et le modèle d’une chaîne α d’intégrine contient 7 répétitions de feuillets β qui sont disposés comme des pales d’hélice autour d’un axe central.19 La liaison du ligand a été proposée pour avoir lieu sur la face opposée aux sites de liaison aux cations qui se trouvent sur le fond de cette structure.19

Thrombasthénie de Glanzmann

La thrombasthénie de Glanzmann est une maladie autosomique récessive qui se traduit par un déficit fonctionnel des récepteurs GPIIb/IIIa.2 Cette affection, qui dure toute la vie, se caractérise par des hémorragies cutanéo-muqueuses, l’épistaxis et le purpura étant fréquents dans l’enfance et les ménorragies étant fréquentes pendant les années de procréation et entraînant une morbidité importante. La caractéristique de cette maladie est une agrégation plaquettaire sévèrement réduite ou absente en réponse à de multiples agonistes physiologiques. Cette maladie est causée par des mutations dans les gènes codant pour GPIIb ou GPIIIa qui entraînent des anomalies qualitatives ou quantitatives des protéines de la membrane plaquettaire.23 La caractérisation moléculaire de la thrombasthénie de Glanzmann chez les patients et leurs familles a permis la détection des porteurs par l’ADN et la réalisation de diagnostics prénataux.2223 Ces dernières années, le nombre de mutations qui ont été identifiées au niveau moléculaire a augmenté,3 formant ainsi la base d’une base de données Internet qui comprend des informations cliniques, biochimiques et de mutation sur les patients signalés (http://med.mssm.edu/glanzmanndb).

Mutations au sein de la séquence de l’hélice β d’une chaîne d’intégrine α

Différents groupes de mutations de la thrombasthénie de Glanzmann qui sont situées au sein de l’hélice β de GPIIb commencent à émerger. Un groupe de mutations est situé dans et autour des domaines de liaison au calcium, et un autre groupe est situé dans et autour de la troisième lame de l’hélice (Figure 1). Quatre mutations faux-sens et une mutation par délétion in-frame chez 7 patients ont été identifiées à l’intérieur et autour des domaines de liaison au calcium, qui sont situés dans les quatrième à septième pales de l’hélice. Ces mutations affectent le transport du complexe GPIIb/IIIa vers la surface cellulaire et comprennent une substitution G273D(G242D) (patient FLD)24, qui précède le premier domaine de liaison au calcium ; des substitutions E355K(E324K) (patients FL et Swiss)2526 et R358H(R327H) (patients KJ et Mila-1)2728, situées entre les deuxième et troisième domaines de liaison au calcium ; une substitution G449D(G418D) (patient LM)29, qui précède le quatrième domaine de liaison au calcium ; et une délétion V425D426 (patient LeM)30 au début du quatrième domaine de liaison au calcium. Un autre groupe de mutations est situé à proximité de la troisième lame (W3) de l’hélice β, qui contient une structure β-turn prédite qui a été impliquée dans la liaison au ligand de GPIIb/IIIa et d’autres récepteurs d’intégrines.3132 Quatre mutations faux-sens chez 5 patients entraînent des récepteurs fonctionnellement défectueux. Une substitution T207I(T176I) (Francfort I)33 est située dans le brin de connexion 1-2, une substitution L214P(L183P) (patient LW)34 est située à l’extrémité du deuxième brin β près du brin de connexion 2-3, et les substitutions P176A(P145A) (Mennonite)35 et P176L(P145L)35 sont situées dans le brin de connexion 4-1 entre les deuxième et troisième pales de l’hélice. Un soutien indépendant pour l’importance fonctionnelle de cette région a été démontré par une mutation D255V(D224V)36, située dans le brin de connexion 4-1 entre les troisième et quatrième pales de l’hélice. Cette mutation a été identifiée à partir de récepteurs GPIIb/IIIa mutants générés in vitro exprimés à la surface de cellules ovariennes de hamster chinois37 et perturbe la fonction de liaison au ligand du récepteur.

Mutations au sein du MIDAS de GPIIIa

Huit mutations faux-sens identifiées chez 9 patients atteints de thrombasthénie de Glanzmann sont situées au sein de la sphère de liaison aux cations du domaine MIDAS de GPIIIa (figure 2). Deux mutations, D145Y(D119Y) (variante Cam)38 et D145N(D119N) (patient NR),39 sont situées dans le motif d’acides aminés conservé DXSXS ; 3 mutations, R240W(R214W) (variante Strasbourg I et patient CM),4041 R240Q(R214Q) (patient ET),42 et R242Q(R216Q) (patient SH),43 sont situées près des sites de coordination putatifs17 ; et 3 mutations, D143W(D117W) (patient MK),44 S188L(S162L) (patient BL),45 et L288P(L262P) (patient LD),46 sont situées dans la sphère du domaine MIDAS. Les mutations au niveau du résidu D119 entraînent de graves anomalies de la fonction de GPIIb/IIIa mais n’affectent pas l’expression de surface, tandis que la mutation au niveau du résidu D117 entraîne la rétention intracellulaire de complexes de récepteurs mal repliés. Les mutations aux résidus R214 et R216 entraînent des récepteurs GPIIb/IIIa exprimés en surface qui sont anormalement sensibles à la dissociation par chélation du calcium, et les mutations aux résidus S162 et L262 entraînent des niveaux d’expression en surface ≈30% de la normale mais montrent également une sensibilité à la dissociation par le calcium. L’importance de ces sites est renforcée par l’identification d’un groupe de récepteurs GPIIb/IIIa mutants générés in vitro et exprimés dans des cellules ovariennes de hamster chinois37. Les mutations D119N, R214W, D217N, E220Q et E220K ont été identifiées comme des défauts fonctionnels, fournissant un soutien indépendant pour l’importance du domaine MIDAS dans la liaison du ligand.

Mutations qui affectent l’activation du récepteur

Deux mutations de la thrombasthénie de Glanzmann qui perturbent l’état d’activation du récepteur GPIIb/IIIa ont été identifiées. Les deux mutations sont situées dans le domaine cytoplasmique de GPIIIa, qui est important pour l’activation de l’intégrine et la régulation de la liaison du ligand47. Les mutations sont une mutation non-sens R750X(R724X) (patient RM),48 qui entraîne la délétion des 39 résidus carboxy-terminaux de GPIIIa, et une mutation faux-sens S778P(S752P) (patient P ou Paris I).49 Les plaquettes au repos des deux patients expriment des niveaux significatifs de complexes GPIIb/IIIa stables qui ne répondent pas aux agonistes mais répondent aux activateurs conformationnels. Les analyses fonctionnelles montrent une adhésion normale au fibrinogène immobilisé mais un étalement cellulaire anormal. La mutation S778P(S752P) montre une formation réduite des plaques d’adhésion focale, et la mutation R750X(R724X) montre une phosphorylation tyrosine indétectable de la kinase d’adhésion focale pp125FAK. Ces mutations apportent un soutien au rôle de la queue cytoplasmique de GPIIIa dans la fonction du complexe récepteur GPIIb/IIIa.

Conclusion

Notre appréciation de la diversité des anomalies qui sous-tendent la thrombasthénie de Glanzmann a été enrichie par la caractérisation moléculaire des défauts mutationnels identifiés chez les patients affectés par cette maladie. Les mutations peuvent être définies avec précision, et des groupes distincts de défauts mutationnels peuvent maintenant être identifiés. La caractérisation moléculaire des patients atteints de cette maladie a jeté les bases de la détection des porteurs par l’ADN et du diagnostic prénatal de la thrombasthénie de Glanzmann. Alors que la base structurelle des récepteurs des intégrines commence à se dévoiler, les mutations identifiées permettront d’éclairer les mécanismes de formation des complexes récepteur-ligand. Les informations générées par ces études continueront à fournir des informations sur la biogenèse, la structure et la fonction des récepteurs d’adhésion de la famille GPIIb/IIIa et des intégrines.

Footnotes

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