Contribution du tissu osseux dans l’ostéolyse

2.2.3.1. TGF-β

La matrice osseuse est un réservoir important de facteurs de croissances dont le TGF- β. Il est libéré et activé par les MMPs et la plasmine au cours de la résorption osseuse (Dallas et al., 2002). Le TGF-β agit sur les cellules tumorales par le biais d’un récepteur de haute affinité dit de type II (TβRII) qui est présent à la surface des cellules sous forme d’un homodimère (Bierie and Moses, 2006). Il en résulte une transactivation (phosphorylation) du récepteur TGF-β de type I (TβRI) qui est lui-même sous forme d’un homodimère, et la formation d’un hétérocomplexe entre le TGF-β et les récepteurs TβRI et TβRII (Bierie and Moses, 2006). Cette complexation entraîne l’activation d’une voie de signalisation dépendante des protéines Smads. En général, il se forme un hétérocomplexe entre les protéines Smad2, Smad3 et Smad4 qui, après translocation dans le noyau, active la transcription de différents gènes (Bierie and Moses, 2006) (Figure 13). D’autres voies de signalisation indépendantes des Smads (MAPK, COX-2, RhoA, ect) peuvent être activées.

Figure 13. Représentation de la voie de signalisation régulée par le TGF-β et les protéines Smads.

L’équipe de T. Guise a démontré que la transfection d’un récepteur au TGF-β de type II dominant négatif inhibe l’induction d’expression de PTHrP par le TGF-β in vitro et le développement de métastases osseuses dans un modèle expérimental de métastases osseuses utilisant les cellules MDA-MB-231 (Yin et al., 1999). Au contraire, la transfection d’un récepteur constitutivement actif de type I rétablit la formation des métastases osseuses dans le modèle animal (Yin et al., 1999). De plus, des inhibiteurs tyrosine kinase ciblant TβRI inhibent la formation des métastases osseuses induites par les cellules de cancer du sein MDA-MB-435 et MDA-MB-231 chez les animaux (Bandyopadhyay et al., 2006; Guise et al., 2006). Des expériences similaires furent également réalisées avec des cellules de cancer du sein (RBM) transfectées pour exprimer un dominant négatif de TβRII. La croissance de ces cellules est inhibée au site osseux alors qu’elle n’est pas affectée lorsque les cellules sont implantées sous la peau des animaux (Kominsky et al., 2007). L’ensemble de ces résultats indique donc que, lors de l’ostéolyse, le TGF-β libéré de la matrice osseuse agit directement sur les cellules tumorales par le biais des récepteurs TβRI/TβRII pour stimuler la prolifération tumorale ou/et la sécrétion de facteurs pro-ostéoclastiques tels que la PTHrP. La stimulation de la PTHrP par le TGF-β se fait par le biais de la voie Smad et des MAPK (Kakonen et al., 2002). Le TGF-β stimule également la sécrétion d’Il-11 par les cellules MDA-MB-231 selon un processus dépendant de la voie de signalisation Smad (Kang et al., 2003). D’ailleurs, l’invalidation de Smad4 ou la surexpression de Smad7 (un inhibiteur de la voie de signalisation Smad 2/3) dans les cellules MDA-MB-231 bloque l’expression de PTHrP et d’Il-11 ainsi que la formation des métastases osseuses chez les animaux (Deckers et al., 2006; Javelaud et al., 2007; Kang et al., 2005). Le TGF-β stimule aussi la production de PGE2 par les cellules MDA-MB-231 par le biais d’une voie dépendante de COX-2. Dans ce contexte, le traitement des animaux avec des inhibiteurs de COX-2 (NS-398, nimesulide), comme nous l’avons vu précédemment, bloque la formation des métastases osseuses induites par les cellules MDA-MB-231 (Hiraga et al., 2006). Ensuite, le TGF-β peut aussi induire via Smad3 une augmentation de la transcription de gènes régulés par Runx-2 (collagénase-3 ou MMP- 13) (Selvamurugan et al., 2004). Or, Runx-2 a été caractérisé comme étant important dans le développement des métastases ostéolytiques. En effet, le blocage de son activité dans les cellules de cancer du sein MDA-MB-231 empêche celles-ci de développer des métastases ostéolytiques (Javed et al., 2005).

2.2.3.2. IGF-1

Les IGFs (IGF-I et IGF-II) sont des facteurs de croissance stockés, les plus nombreux de la matrice osseuse. Ils peuvent se lier aux récepteurs IGF-I et IGF-II et leur activité biologique peut être stimulée ou inhibée par 6 protéines de liaison IGFBPs (Guise and Mundy, 1998). Ils agissent essentiellement en se fixant au récepteur IGF-I de la famille des récepteurs à tyrosine kinase, un tétramère composé de deux sous-unités α extracellulaires et deux sous-unités β transmembranaires (LeRoith et al., 1995). L’utilisation de surnageants de calvaria de souriceaux ayant une activité de résorption osseuse et d’anticorps dirigés contre le récepteur de l’IGF-I a permis de montrer que l’IGF-I libéré au cours de la résorption stimule la prolifération des cellules cancéreuses mammaires (Yoneda, 1995). Des tests de migration in

vitro avec de l’IGF-I ont montré que ce facteur agit aussi sur le chimiotactisme des cellules

cancéreuses mammaires (Doerr and Jones, 1996; Yoneda, 1995). D’autre part l’expression d’un récepteur à l’IGF-I dominant négatif dans des cellules MDA-MB-231 réduit la masse tumorale aux sites métastatiques osseux, indiquant que leur habilité à répondre à l’IGF-I favorise la formation des métastases osseuses (Toru and Akira, 2001).

2.2.3.3. Calcium

La résorption osseuse permet la libération de grandes quantités de calcium ionisé Ca2+. Le récepteur du calcium CaR est un récepteur couplé à la protéine G à 7 domaines transmembranaires qui répond à de faibles variations de concentration de calcium extracellulaire. Il est exprimé par les cellules de carcinome mammaire (MCF-7, MDA-MB- 231) et prostatique (PC3) et régule la sécrétion de PTHrP par ces cellules. En effet, l’augmentation de concentrations en Ca2+

et les agonistes de CaR, néomycine et spermine, stimulent la sécrétion de PTHrP de façon dose-dépendante (Sanders et al., 2001; Sanders et al., 2000). De plus, le Ca2+ stimule la prolifération de certaines lignées cellulaires (PC-3, C4- 2B) du cancer de la prostate (Liao et al., 2006).

Figure 14. Interactions moléculaires entre les cellules tumorales et l’environnement osseux impliquées dans le développement d’une métastase ostéolytique.

Les cellules tumorales présentes dans la moelle osseuse sécrètent des facteurs solubles stimulant l’activité des ostéoclastes (PTHrP, Il-6, Il-8, Il-11, prostaglandine E2 (PGE2), CTGF, MG- CSF) et inhibent la différenciation des ostéoblastes (DKK-1, Noggin). L’activation des ostéoclastes par la PTHrP se fait indirectement, en stimulant l’expression de RANKL par les ostéoblastes. L’interaction de RANKL avec RANK permet alors la différenciation des précurseurs ostéoclastiques en ostéoclastes matures. Par ailleurs, différents facteurs de croissance (IGFs, TGF-β) ainsi que du calcium (Ca2+) sont libérés de la matrice osseuse lors de l’ostéolyse. Les IGFs exercent une action mitogène sur les cellules tumorales. Le TGF-β agit sur les cellules tumorales en stimulant, par le biais des voies de signalisation Smad et Cox-2, la production de PTHrP, d’interleukines (Il-8, Il-11) et de PGE2. Le calcium stimule également la sécrétion de PTHrP par les cellules métastatiques. Il en résulte la formation d’un cercle vicieux où les phénomènes de destruction osseuse et de prolifération tumorale s’entretiennent mutuellement.