Cycle de Krebs:

Figure 26: Devenir du lactate entre cellules hypoxiques et oxydatives.

Schéma illustrant le métabolisme dans l'hétérogénéité tumorale. MCT1 est un transporteur adapté pour l'assimilation de lactate. En présence d'oxygène, le lactate est oxydé en pyruvate par la LDH1. Ce pyruvate ainsi formé alimente le cycle de Krebs pour produire de l'ATP. La préférence métabolique des cellules cancéreuses oxydatives pour le lactate permet aux cellules cancéreuses hypoxiques d'avoir accès à de fortes concentrations en glucose. Cette coopération métabolique est clé pour la survie des cellules cancéreuses hypoxiques.

Adaptée de Porporato et al. (2011).

6) Cycle de Krebs:

Dans la plupart des cellules cancéreuses, il apparait que la majorité du pyruvate produit par la glycolyse est transformé en lactate par la LDH-A. Cependant, une petite partie de ce pyruvate entre dans la mitochondrie et est métabolisé au travers du cycle de Krebs (TCA) afin de fabriquer de l'énergie (ATP) et des précurseurs biosynthétiques comme les acides aminés et les lipides (Figure 27).

Dans un premier temps, le pyruvate qui entre dans la mitochondrie peut être soit converti en oxaloacétate (OAA) par la pyruvate carboxylase (PC) soit converti en acétyl-CoA par la pyruvate déshydrogénase (PDH). Cet acétyl-CoA (Ac-CoA) se condense ensuite avec l'OAA pour produire du citrate. Les cellules qui se comportent de façon "normale" continuent de métaboliser le citrate au travers du TCA, alors que les cellules cancéreuses vont l'exporter hors de la mitochondrie pour participer en particulier à la biosynthèse des acides gras. Ainsi dans le cytosol, le citrate est reconverti en Ac-CoA par l'ATP citrate lyase (ACLY) pour satisfaire les besoins accrus en lipides et acides aminés. Il a été reporté qu'une inhibition de l'ACLY réduisait la contribution du glucose dans la fabrication des lipides et bloquait la prolifération de cellules cancéreuses du pancréas (335). Quand il y a un manque au niveau d'un intermédiaire du cycle de Krebs, la cellule utilise des sources alternatives afin de garder ce TCA viable. On parle alors de réaction anaplérotiques. A noter qu'il est possible de synthétiser du pyruvate à partir de l'alanine (Ala) via l'alanine amino transférase (ALAT) qui produit du glutamate et du pyruvate. De plus quand le citrate est converti en acétyl-CoA dans le cytosol, il y a formation d'OAA qui peut entrer dans le TCA sous forme de malate via la malate déshydrogénase (MDH). Ce malate rentre dans le TCA par deux points d'entrée possibles: soit directement sous forme de malate en entrant dans la mitochondrie par la navette malate-aspartate soit sous forme de pyruvate lors de la conversion de ce malate en pyruvate par les enzymes maliques

V a is s e a u s a n g u in

! FF! (ME) (336). En plus du glucose, l'autre source qui alimente le TCA est la glutamine. L'oxydation de la glutamine produit le l'α-kétoglutarate qui est un intermédiaire du TCA (337). Cette source alternative aide à comprendre pourquoi les cellules cancéreuses sont dépendantes de cet acide aminé pour leur prolifération (338).

Figure 27: Le cycle de Krebs.

Ensemble des différentes réactions du cycle de Krebs. La décarboxylation du pyruvate en acétyl-CoA ainsi que les réactions du TCA se produisent dans la matrice mitochondriale.

Adaptée de Freeman et al. (2012).

Dans les cellules cancéreuses, l'activité de la PDH, l'enzyme qui convertit le pyruvate en acétyl-CoA, peut aider à comprendre pourquoi les cellules ont besoin de sources alternatives pour faire des intermédiaires du TCA. L'activité de la PDH est contrôlée principalement au niveau post-traductionnel, par 2 classes de kinases (les pyruvate déshydrogénase kinases ou PDKs) et de phosphatases (les pyruvate déshydrogénase phosphatases ou PDPs). Quand la PDK est active, elle phosphoryle la sous unité α de la PDH du complexe E1 entraînant une inhibition de son activité (339). L'activité de la PDK est typiquement plus élevée dans les cellules cancéreuses comparées aux cellules normales, suggérant que la conversion du pyruvate en acétyl-CoA est plus faible dans les cellules cancéreuses (340). Par ailleurs, l'activation de PDK1 par le facteur de transcription HIF1a est un mécanisme qui participe à la reprogrammation métabolique des cellules hypoxiques. Des études du laboratoire auxquelles j'ai participé ont également récemment mis en évidence un rôle important du facteur de transcription E4F1 dans le contrôle transcriptionnel d'un groupe de gènes codant pour des sous-unités enzymatiques ou des régulateurs de la PDH (Lacroix, Rodier, Kirsh et al. PNAS et Goguet-Rubio, Seyran et al. PNAS sous presse)

Le cycle de Krebs joue un rôle important dans la production d’intermédiaires pour des voies anaboliques (acides aminés, acides gras, sucres, porphyrine) et possède aussi de nombreuses voies anaplérotiques indispensables pour renouveler ses intermédiaires métaboliques. De plus le cycle de Krebs fournit des nucléotides réduits comme le NADH,

! FG! FADH2 et GTP qui seront pris en charge par la chaine respiratoire mitochondriale afin de produire de l'énergie sous forme d'ATP.

7) Glutaminolyse:

Comme discuté ci dessus, le fait que le pyruvate soit majoritairement converti en lactate dans les cellules cancéreuses plutôt qu'utilisé comme source dans le TCA, les besoins de production en ATP mitochondrial diminuent. Pour compenser ces changements et maintenir un cycle de Krebs fonctionnel, les cellules cancéreuses ont une glutaminolyse plus élevée que les cellules normales (Figure 28). La glutamine exogène est transportée à travers la membrane plasmique par des transporteurs comme SLC1A5 ou SLC7A5 avant d'être convertie en glutamate puis en α-kétoglutarate respectivement par la glutaminase (GLS) et la glutamate déshydrogénase (GDH). L'α-kétoglutarate rentre alors dans le cycle de Krebs et va permettre de produire de l'ATP et des carbones dits "anaboliques" qui seront utilisés pour la synthèse de certains acides aminés, nucléotides et lipides (341).

Figure 28: La glutaminolyse.

Représentation schématique de la glutaminolyse dans les cellules cancéreuses. Les enzymes de la glutaminolyse (en bleue) sont des cibles potentielles dans la lutte contre le cancer (inhibiteurs connus en rouge).

Gln Gln

! FH!