L’apoptose

En  plus  des  trois  systèmes  protéolytiques  décrits  précédemment,  l'apoptose  des  cellules musculaires peut jouer un rôle dans l'atrophie musculaire. 

1. Généralités 

Observée  pour  la  première  fois  par  Walther  Flemming  en  1885,  l’apoptose  n’a  été  clairement  identifiée  qu’en  1972  par  John  F.  Kerr  (Kerr  et  al.,  1972).  Le  mot  « apoptose »,  utilisé en grec pour décrire la chute des pétales des fleurs ou la chute des feuilles des arbres,  a été suggéré à John F. Kerr par James Cormack du département des Antiquités grecques de  l’Université  d'Aberdeen  (Kerr  et  al.,  1972).  L’apoptose  est  le  processus  normal  d’autodestruction d’une cellule en réponse à un signal interne. Elle est aussi connue sous le  nom de mort cellulaire programmée ou de suicide cellulaire. 

Le  mécanisme  d’apoptose  est  gouverné  par  deux  voies  principales  d’activation.  La  voie  dite  extrinsèque,  impliquant  des  récepteurs  appartenant  à  la  superfamille  des  récepteurs au TNF, et la voie dite intrinsèque mettant en jeu la mitochondrie. Cette seconde  voie est régulée par des protéines appartenant à la superfamille des B‐cell lymphoma 2 (Bcl‐ 2).  Ces  deux  voies  conduisent  finalement  à  l’activation  de  protéases  à  cystéine  appelées  caspases  (Favaloro  et  al.,  2012)  (Figure  32).  Les  caspases  sont  responsables  du  clivage  de  l’ADN  en  unités  nucléosomiques,  par  l’intermédiaire  d’une  activation  des  désoxyribonucléases,  d’une  inhibition  des  enzymes  de  réparation  de  l'ADN,  et  de  la  dégradation des protéines structurales dans le noyau (Dupont‐Versteegden, 2005). 

2. L’apoptose dans le muscle squelettique 

Le  nombre  de  myonuclei  est  essentiel  pour  déterminer  le  potentiel  de  synthèse  protéique  d’une  fibre  musculaire.  En  effet,  toute  augmentation  de  ce  nombre  permettra  potentiellement  une  augmentation  de  la  capacité  de  transcription,  et  de  façon  ultime  une  augmentation  de  la  capacité  de  traduction  (Freyssenet,  2006;  Favier  et  al.,  2008).  La  modulation du nombre de noyaux d’une fibre musculaire est donc un moyen de contrôler sa  taille et ses caractéristiques (Allen et al., 1999; Favier et al., 2008). Dans diverses conditions,  il  a  été  montré  que  l’atrophie  musculaire  était  associée  à  une  réduction  du  nombre  de  myonuclei au sein de la fibre musculaire (Rodrigues Ade & Schmalbruch, 1995; Allen et al.,  1996;  Allen  et  al.,  1997).  L’apoptose  serait  responsable  de  la  dégradation  des  noyaux,  et  donc de la diminution du nombre de noyaux au cours de l’atrophie (Siu & Alway, 2005; Siu et 

al., 2005).  

Parmi les différents mécanismes caractérisant l'apoptose, l’activité des caspases joue  un rôle central. Au sein du muscle, une augmentation de l’expression de ces protéines est  décrite  dans  plusieurs  modèles  d’atrophie.  Les  caspases  sont  régulées  à  la  hausse  dans  le  muscle soumis à une dénervation chez l’humain (Tews et al., 2005), et chez la souris (Plant et 

al.,  2009),  ainsi  que  dans  le  muscle  squelettique  d’un  modèle  d'insuffisance  cardiaque 

chronique chez le rat (Vescovo & Dalla Libera, 2006). Chez des rats diabétiques et présentant  une atrophie musculaire, il a été mis en évidence une activation de la caspase‐3 (Lee et al.,  2004).  L’activité  enzymatique  des  caspases‐3,  ‐6  et  ‐9  est  également  augmentée  dans  le  muscle soleus après un protocole de décharge fonctionnelle de dix jours chez le rat (Berthon 

et  al.,  2007).  Chez  des  souris  déficientes  pour  le  gène  de  la  caspase‐3,  une  réduction  de 

l’atrophie  musculaire  induite  par  une  dénervation  a  été  observée,  comparées  aux  souris  sauvages  (Plant  et  al.,  2009).  L’augmentation  de  l’activité  des  caspases  serait  directement  impliquée  dans  le  processus  apoptotique,  mais  aussi  responsable  de  la  dégradation  des  composants  des  fibres  musculaires.  In  vitro,  la  caspase‐3  est  notamment  responsable  du  clivage de l’actomyosine, générant de l’actine monomérique et des fragments d’actine, qui  sont  ensuite  dégradés  par  le  protéasome  (Du  et  al.,  2004).  In  vivo,  il  a  été  décrit  que  l’atrophie  musculaire  induite  par  l’angiotensine  II,  activait  la  caspase‐3  dans  le  muscle 

gastrocnemius, conduisant au clivage de l’actine (Song et al., 2005).  

Enfin, le rapport Bcl‐2–associated X protein (Bax)/Bcl‐2 est souvent utilisé comme un  indicateur du potentiel apoptotique. Un ratio bas protègerait de l'apoptose et un ratio élevé  favoriserait l'apoptose (Antonsson et al., 1997). Après un protocole de dénervation chez le  rat, une augmentation du ratio Bax/Bcl‐2 a été montré dans le muscle gastrocnemius (Siu et  al., 2005).  3. Implication de l’apoptose dans la cachexie associée au cancer 

L'apoptose  des  cellules  musculaires  a  été  mise  en  évidence  au  cours  de  l’atrophie  musculaire  associée  au  cancer.  Il  a  été  montré  une  augmentation  de  l'index  apoptotique,  représenté  par  le  nombre  de  cellules  en  apoptose,  dans  le  muscle  de  la  cuisse  de  lapins  transplantés  avec  des  cellules  de  carcinome  VX2  (Sumi  et  al.,  1999;  Ishiko  et  al.,  2001;  Yoshida et al., 2001). Les cellules musculaires présentaient les caractéristiques de l'apoptose,  à savoir, un retrait cytoplasmique et la condensation de la chromatine nucléaire (Sumi et al.,  1999; Yoshida et al., 2001). Une fragmentation de l’ADN, caractéristique de la mort cellulaire  programmée,  a  également  été  observée  chez  des  rats  cachectiques  YAH‐130  et  des  souris  cachectiques LLC (van Royen et al., 2000; Carbo et al., 2002; Busquets et al., 2004; Murphy 

et  al.,  2011a).  Chez  les  souris  cachectiques  LLC,  elle  semblait  être  régulée  par  le  TNF‐α 

(Carbo  et  al.,  2002).  L'expression  de  Bax,  un  facteur  pro‐apoptotique  (Oltvai  et  al.,  1993),  était  également  augmentée  dans  le  muscle,  chez  le  lapin  lors  d’une  cachexie  induite  par  l’inoculation  de  cellules  du  carcinome  VX2  (Yoshida  et  al.,  2001),  et  chez  des  souris  cachectiques Apc^Min/+ (Baltgalvis et al., 2010). Une augmentation de l'activité des caspases‐1,  ‐3, ‐6, ‐8 et ‐9 a été observée dans le muscle gastrocnemius de souris cachectiques MAC16  (Belizario et al., 2001; Russell et al., 2009). Une hausse de l’activité caspase‐3 a également  été  décrite  dans  d’autres  modèles  murins  cachectiques  (Busquets  et  al.,  2004;  Das  et  al.,  2011; Murphy et al., 2013a). En plus du dosage de l’activité protéolytique des caspases, le  clivage  de  poly  (ADP‐ribose)  polymérase  (PARP)  est  un  bon  indicateur  de  l’activation  des  caspases‐3  et  ‐7.  La  fragmentation  de  PARP  a  été  observée  chez  des  souris  cachectiques  MAC16 (Belizario et al., 2001). 

Malgré ces observations expérimentales, aucune augmentation de l'apoptose n’a été  mise en évidence, dans des biopsies musculaires de patients cachectiques atteints de cancer  gastrique (Bossola et al., 2006). En effet, l’activité des caspases‐1 et ‐3 n’était pas modifiée,  aucune  fragmentation  de  l’ADN  n’était  observée  et  PARP  n’était  pas  clivée  (Bossola  et  al.,  2006).  Cependant,  au  cours  d’une  récente  étude  utilisant  des  biopsies  musculaires  de  patients cachectiques atteints de cancer gastro‐intestinal, il a été montré une augmentation  significative de la fragmentation de l'ADN, associée à une augmentation marquée du clivage  de PARP (Busquets et al., 2007). Cette divergence entre ces deux études peut être due à la  différence  de  type  de  tumeur,  de  stade  tumoral,  ainsi  qu’à  l’ampleur  de  l'atrophie  musculaire. 

IV. Les médiateurs de la cachexie associée au cancer 

L’implication  des  cytokines  dans  la  pathogenèse  de  la  cachexie  associée  au  cancer  ayant été décrite dans le Chapitre I, nous nous intéresserons essentiellement ici, à leur rôle  dans le muscle squelettique en conditions d’atrophie.