Apoptose médiée par le stress du réticulum endoplasmique

L’apoptose peut être déclenchée par trois facteurs : JNK, CHOP ou la libération de calcium par le réticulum endoplasmique. Ils peuvent être induits par les différentes protéines senseurs de la voie UPR (Figure 28).

a.Apoptose induite par la voie de signalisation IRE1

Une activation prolongée du récepteur IRE1 et du système RIDD peut induire l’apoptose si le stress est trop intense. Dans ce cas, il dégrade des transcrits essentiels à la survie cellulaire, incluant XBP1 (Han D., et al. 2009). Par ailleurs, IRE1 interagit avec des protéines impliquées dans l’apoptose. En effet, Bax et Bak stabilisent IRE1 sous une forme active en créant un complexe protéique avec la partie cytosolique d’IRE1 ce qui potentialise son activité RNase (Hetz C., et al. 2006). Chez des souris double knock-out Bax et Bak, la trans-phosphorylation et la dimérisation d’IRE1 est bloquée et son association avec la protéine chaperonne BiP est stabilisée (Hetz C., et al. 2006). Lorsqu’IRE1 est phosphorylée, elle recrute la protéine adaptatrice TRAF2 (TNF Receptor-Associated Factor 2) et conduit à la phosphorylation de la protéine ASK1 (Apoptosis Signal-regulating Kinase 1). Ce complexe active ensuite la voie des JNK (Urano F., et al. 2000). Cette kinase est impliquée dans la voie apoptotique : elle active les membres pro-apoptotiques de la famille Bcl-2 comme Bim et inhibe les membres anti-apoptotiques (Bogoyevitch MA. & Kobe B. 2006, Lei K. & Davis RJ. 2003). ASK1 interagit avec la protéine AIP1 (ASK1 Interacting Protein 1) qui joue un rôle important dans l’activation de la voie IRE1/JNK (Luo D., et al. 2008). Des souris déficientes pour AIP1 sont résistantes

à l’apoptose induite par la voie IRE1/JNK. Une étude récente suggère aussi que la voie IRE1/JNK peut aussi être activée par les protéines BH3-only Bim et PUMA (p53 Upregulated Mediator of Apoptosis) (Klee M., et al. 2009). BI-1 (Bax Inhibitor 1) aussi nommée TMBIM (TransMembrane Bax Inhibitor Motif containing) est un régulateur négatif d’IRE1 et inhibe l’apoptose (Lisbonna F., et al. 2009). IRE1 retrouve son état inactif en interagissant avec BI-1 et la protéine chaperonne BiP.

Dans certains cas, la caspase 12 est activée lors d’une apoptose induite par un stress du RE. Chez la souris, le complexe IRE1-TRAF2 induit le recrutement et l’activation de la pro-caspase 12 (Yoneda T.,

et al. 2001). La caspase 12 peut aussi être activée par la calpaïne, une protéase sensible à la

libération de calcium dans le cytoplasme. Néanmoins, peu de données sont disponibles sur l’activation de la caspase 12 par la voie UPR. La caspase 12 ne jouerait qu’un rôle amplificateur de l’apoptose après son activation par la caspase 9. De plus, chez l’Homme, la caspase 12 présente des mutations et la protéine n’est pas fonctionnelle dans la majorité de la population (Fisher H., et al. 2002 ; Xue Y., et al. 2006 ).

b.Apoptose induite par CHOP

CHOP est un facteur de transcription qui est induit par ATF4, XBP1 et ATF6 dont la voie pro-apoptotique est la mieux caractérisée. Des souris déficientes pour CHOP sont protégées de l’apoptose induite par un stress du RE (Zinszner H., et al. 1998). De même, dans des modèles murins de diabète, la délétion de CHOP dans les cellules pancréatiques β les protègent de l’apoptose (Oyadomari S., et al. 2002).

CHOP induit l’apoptose en activant différentes voies.

CHOP est connu pour diminuer l’expression de la protéine anti-apoptotique Bcl-2 (McCullough KD., et

al. 2001). Ceci a été démontré in vivo sur des modèles de cardiomyocytes de souris où l’expression

de Bcl-2 ne diminue pas chez les souris délétées pour CHOP lors d’un stress de RE (Fu HY., et al. 2010). Par ailleurs, CHOP induit l’expression de protéines pro-apoptotiques BH3-only comme Bim (Puthalakath H., et al. 2007) ou PUMA (Cazanave SC., et al. 2010). L’activation des protéines BH3-only, Bim et PUMA conduit à la dimèrisation de Bax et Bak à la mitochondrie, à la libération du cytochrome c et à l’apoptose caspase-dépendante (Figure 28). La protéine NOXA intervient également dans cette activation, elle est induite lors d’un stress du RE par les deux voies ATF4 et p53, indépendamment de CHOP et IRE1 (Li J., et al. 2006 ; Armstrong JL., et al. 2010). Par ailleurs, la voie intrinsèque de l’apoptose est aussi induite par Bid : lors d’un stress du RE, la caspase 2 est activée ce qui conduit au clivage de Bid (Upton JP., et al. 2008). Cependant le mécanisme d’activation de la

caspase 2 par la voie UPR n’est pas encore élucidé. La voie extrinsèque de l’apoptose semble également être activée puisque CHOP augmente l’expression de DR5 dans des lignées cellulaires de carcinomes humains (Yamaguchi H & Wang HG. 2004).

D’autres gènes cibles de CHOP regroupés sous le nom de Downstream Of CHOP (DOC) sont induits lors d’un stress du RE (Malhi H & Kaufman RJ. 2011). Parmi eux, la carbonic anhydrase VI a été identifiée. Elle est impliquée dans l’acidification du cytoplasme, phénomène associé à l’apoptose (Wang XZ., et al. 1998).

CHOP induit également l’apoptose par un stress oxydatif. Il induit une oxydation de la lumière du RE par l’induction de la transcription d’ERO1α (ER Oxidation 1α) (Marciniak SJ., et al. 2004). Ceci conduit au relargage de H₂O₂ dans le cytoplasme et induit la formation de ROS. Ce stress oxydant induit la mort cellulaire. Dans des cellules β de pancréas, la délétion de CHOP bloque l’apoptose et cet effet est associé à la diminution de l’expression d’ERO1α et la suppression du stress oxydatif (Song B., et

al. 2008). ERO1α induit également la production de ROS par la voie de signalisation calcique. Dans les macrophages, CHOP induit l’apoptose par l’induction d’ERO1α et la libération de calcium à partir du RE (Li G., et al. 2009). Les auteurs ont montré que la protéine ERO1α stimule les canaux IP3R (Inositol 1,4,5-trisphosphate Receptor), essentiels pour le relargage du calcium du RE. CHOP active également la kinase CaMKII (Calcium/calModulin-dependent protein Kinase II), qui est sensible à la présence de calcium dans le cytoplasme et induit l’apoptose (Tabas I. & Ron D. 2011). La voie CHOP-ERO1α -IP3R-CaMKII induit l’expression de la NADPH oxydase et la production de ROS. La NADPH oxydase active à son tour PERK et donc amplifie le signal CHOP (Li G., et al. 2010). La voie CHOP-CaMKII active aussi JNK, une voie essentielle dans l’apoptose induite lors d’un stress du RE (Tabas I. & Ron D. 2011).

c.Apoptose induite par la voie de signalisation calcique

Le flux de calcium intracellulaire peut aussi être à l’origine de la production de ROS par la mitochondrie et engendrer l’apoptose(Peng TI & Jou MJ. 2010). En effet, une majorité des canaux IP3R forment des liens entre les citernes du RE et les mitochondries et régulent le transfert d’ions calcium entre les deux compartiments (Csordas G., et al. 2010 ; Rizzuto R., et al. 2009). Dans un cas de stress intense, l’entrée massive d’ions calcium dans la mitochondrie conduit à la mort cellulaire d’une manière dépendante et indépendante (Rizzuto R., et al. 2009). Dans la voie caspase-dépendante, l’entrée de calcium dans la mitochondrie modifie le potentiel mitochondrial et conduit au relargage du cytochrome c.

Figure 29 : Relation entre stress du RE, apoptose et autophagie. L’autophagie est un processus comprenant plusieurs étapes. L’étape de nucléation initiale consiste à la formation de la membrane primaire de l’autophagosome ce qui nécessite un complexe kinase composé de la PI3K-III (phosphatidylinisitol 3-kinase de classe III), de la protéine kinase p150 myristylée et de la Beclin1. L’étape d’élongation de la membrane et de formation d’un autophagosome est contrôlée par deux systèmes de conjugaison ubiquitin-like : la conversion de protéine LC3 (Light Chain 3), la forme libre LC3-I se convertit en une forme conjuguée à des lipides LC3-II qui se lie à la membrane, et Atg5-Atg12. L’autophagosome fusionne ensuite avec les lysosomes formant ainsi un autolysosome dans lequel les composants intracellulaires sont dégradés. Le déclenchement d’un stress du RE induit l’autophagie à plusieurs niveaux. Lors d’un stress du RE, IRE1/TRAF2 active JNK qui phosphoryle Bcl-2. La phosphorylation des protéines Bcl-2 situées au niveau de la mitochondrie inhibe leur activité anti-apoptotique ce qui provoque l’apoptose. La phosphorylation des protéines Bcl-2 situées au niveau du RE inhibe son interaction avec la protéine Beclin1 ce qui induit la libération de calcium intracellulaire. Ceci cause à la fois la déstabilisation de la membrane mitochondriale, par conséquent l’apoptose, ainsi que l’activation de l’AMPK, via la CaMKKβ (Ca2+/calModulin-dependent Kinase Kinase β), ce qui va inhiber mTOR (mammalian Target Of Rapamycin), un inhibiteur de l’autophagie. La protéine Beclin1 libérée participe à la formation du complexe PI3KIII/p150m/Becline1. L’autre lien avec l’autophagie provient de PERK qui favorise à la fois la conversion de LC3-I en LC3-II et la formation d’Atg12-Atg5 en stimulant l’expression d’Atg12.

La balance entre les protéines pro-apoptotiques et anti-apoptotiques à la membrane du RE régule le flux du calcium. En effet, les protéines pro-apoptotiques, Bax et Bak peuvent se dimériser à la membrane du RE lors d’un stress (Zong WX., et al. 2003). Les pores ainsi formés augmentent la perméabilité de la membrane du RE (Wang X., et al. 2011 ; Scorrano L., et al. 2003). Différentes protéines BH3-only sont aussi localisées dans la membrane du RE lors d’un stress et modifient l’homéostasie calcique. Par exemple, lors d’un stress, BIK contrôle la dimérisation de Bak à la membrane du RE et induit un flux de calcium vers la mitochondrie (Mathai JP., et al. 2005). Les protéines anti-apoptotiques Bcl-2, Mcl-1 (Myeloid cell leukemia 1) et Bcl-Xl s’associent à IP3R et diminuent son activité (Eckenrode EF., et al. 2010 ; Oakes SA., et al. 2005). La surexpression de la protéine anti-apoptotique Bcl-2 réduit le calcium libre dans le RE et l’apoptose (Foyouzi-Youssefi R.,

et al. 2000). La phosphorylation de Bcl-2 par JNK, inhibe son activité anti-apoptotique et sa capacité à

contrôler le flux de calcium (Oakes SA., et al. 2006 ; Bassik MC., et al. 2004).

En conclusion, les différentes voies UPR sont complémentaires, elles peuvent induire différentes étapes ou voies de l’apoptose ou amplifier la réponse apoptotique. En effet, la plupart des études qui bloque une des trois voies de signalisation UPR ne conduit qu’à une inhibition partielle de l’apoptose.