Adaptation des cellules coliques humaines au H2 S

Les colonocytes sont des cellules à l’interface entre le milieu interne et le milieu externe qui est la lumière colique. La présence d’enzymes de détoxication semble primordiale pour ces cellules afin de leur permettre de se protéger contre les toxiques en provenance de la lumière colique. En effet, à titre d’exemple, des enzymes de détoxication comme la superoxyde dismutase, la catalase et la glutathion peroxydase sont plus exprimées dans les colonocytes que dans les cellules de la sous-muqueuse (Roediger and Babidge, 1997). Notre

travail a mis en évidence la présence d’une activité importante de détoxication de H2S dans

les cellules coliques humaines due à la présence des enzymes de la «sulfide oxidation unit».

De plus, notre travail suggère la présence de mécanismes d’adaptation permettant aux

colonocytes de résister aux effets de fortes concentrations de H2S conduisant à des

situations d’inhibition importante de la cytochrome c oxydase. Les mécanismes d’adaptation suggérés par notre travail et par les travaux précédents (Goubern et al., 2007; Leschelle et al., 2005) dans les cellules coliques humaines sont résumés dans la figure 35.

En présence de faibles concentrations de H2S ou des concentrations inférieures à

50µM, la SQR initialement, puis les autres enzymes de la «sulfide oxidation unit»,

détoxiquent le H2S. Les électrons libérés sont transférés au pool d’ubiquinone pour rejoindre

la chaîne respiratoire. L’oxygène est l’accepteur final de ces électrons. Le H2S est transformé

en produits non ou moins toxiques, thiosulfate par exemple. Pour des concentrations supérieures à notre valeur intermédiaire (50µM) et en dépit de la présence d’une SQR fonctionnelle, l’oxydation de H2S par les cellules HT-29 Glc-/+ semble moins efficace pour

contrecarrer l’inhibition de la cytochrome c oxydase induite par le H2S jusqu’à l’inhibition

totale de la respiration cellulaire observée dans notre travail à la concentration de 130µM de NaHS. Dans une situation d’inhibition totale de la cytochrome c oxydase, des mécanismes pourraient être mis en place dans le but d’éliminer le H2S intra-mitochondrial afin de lever

l’inhibition de la cytochrome c oxydase pour que les cellules puissent reprendre une activité bioénergétique normale. Cependant, il apparaît dans notre étude que l’inhibition marquée de la cytochrome c oxydase par le H2S n’est que partiellement réversible suggérant qu’une

inhibition de la respiration cellulaire puisse perdurer suite à une exposition des cellules à de fortes concentrations de H2S.

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En se basant sur des calculs de stœchiométrie c'est-à-dire le rapport entre l’augmentation de la consommation d’oxygène et la vitesse d’infusion de NaHS, notre travail suggère la présence, en situation d’inhibition de la cytochrome c oxydase, d’un transfert des

électrons issus de l’oxydation de H2S par la SQR vers le complexe I. Ce transfert induirait par

la suite, une production de NADH à partir du NAD+ mais également une injection des protons

vers la matrice entraînant un état de découplage mitochondrial donc une perte énergétique.

De plus, une réversion du complexe II dans des cellules HT-29 Glc-/+ exposées à de fortes

concentrations de NaHS a été également rapportée précédemment dans le travail de Goubern et al. (2007). Ainsi, la formation de succinate à partir de malate pourrait servir à la

production de NAD+ _{qui jouerait le rôle d’accepteur des électrons au niveau du complexe I.}

Par ailleurs, une augmentation de la glycolyse ainsi qu’une augmentation de l’expression de la protéine découplante UCP2 ont été également proposées comme mécanismes d’adaptation par Leschelle et al. (2005) dans les cellules coliques humaines. L’augmentation de la glycolyse permet aux cellules de compenser partiellement leur déplétion énergétique due à l’inhibition de la cytochrome c oxydase. L’augmentation de l’expression d’UCP-2 quant à elle aurait pour objectif d’augmenter le découplage mitochondrial des cellules afin de diminuer une production excessive des ROS (Dawson et al., 1993) et permettre le fonctionnement de la chaîne mitochondriale. Cependant, il faut garder à l’esprit que ces deux mécanismes ont

été observés dans des cellules HT-29 Glc-/+ traitées au NaHS pendant 24 heures c'est-à-dire

dans des conditions d’exposition pouvant être considérées comme chroniques alors que dans notre travail, l’exposition au NaHS a été faite pour de courtes durées.

De plus, une hypothèse toute nouvelle a été proposée par Bouillaud et Blachier afin de documenter la grande adaptation des cellules coliques humaines aux fortes concentrations de H2S et attribuer une finalité physiologique aux mécanismes alternatifs

décrits précédemment. Selon ces auteurs, au sein d’une même cellule le NADH produit par la réversion du complexe I pourrait être oxydé au niveau de certains sites où la SQR serait absente (Bouillaud and Blachier, 2011). Les auteurs ont proposé cette hypothèse en s’appuyant sur des données de la littérature considérant les mitochondries comme organisées en réseaux (Okamoto and Shaw, 2005). Ainsi, au niveau du pôle apical des colonocytes, les mitochondries seraient en contact avec de fortes concentrations de H2S

luminal. Ces mitochondries qui exprimeraient de façon importante la SQR auraient pour rôle

de détoxiquer le H2S. Il en résulterait ainsi, une production élevée de NADH. Les

mitochondries situées au niveau du pôle basal qui ne seraient pas en contact avec le H2S et

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membranaire mitochondrial et de produire de l’ATP. Aussi séduisante qu’elle puisse être, cette hypothèse nécessite d’être confirmée expérimentalement.

La réversion du complexe I suggérée dans notre travail pourrait être considérée de manière spéculative comme l’équivalent de l’oxydase alternative terminale décrite par Volkel

and Grieshaber. (1996) chez le ver A.marina qui permet, dans des conditions d’inhibition de

la cytochrome c oxydase en présence de fortes concentrations de H2S, le transfert des

électrons issus de l’oxydation de H2S vers l’oxygène. Le transfert alternatif des électrons

serait probablement une particularité des organismes ou des cellules vivant dans des milieux

riches en H2S, notamment des cellules coliques humaines.

D. Toxicité de H2S dans la lumière colique