En plus des mécanismes cellulaires comme la prolifération, la résistance à l’apoptose et la reprogrammation du métabolisme, des mécanismes moléculaires sont également partagés entre le cancer et l’HTAP. FoxO3 est une protéine nucléaire responsable du maintien l’homéostasie cellulaire en réponse au stress environnant128. C’est un facteur de transcription, considéré comme
un facteur suppresseur de tumeur dans un grand nombre de cancers129–132. FoxO3 a ainsi été le sujet
de nombreuses investigations dans le domaine du cancer pour son rôle central, entre autres, dans le maintien de l’apoptose, de la prolifération et du métabolisme cellulaire128. Toutefois son rôle
dans le développement de l’HTAP n’a jamais été étudié.
4.1 La famille FoxO
La famille des facteurs de transcription FOX (Forkhead box) comprend plus de 100 membres caractérisés par la présence d’un domaine de liaison à l’ADN conservé en forme de tête de fourche leur permettant de réguler la transcription de gènes129. Les facteurs de transcription FOX
peuvent être classés en 19 sous classes (A-S), ainsi les protéines FoxO appartiennent à la sous- classe O de la famille des facteurs de transcriptions FOX et sont conservés dans tous les métazoaires, du ver à l’Homme129. Dans les mammifères, la famille FoxO comprend quatre
isoformes ; FoxO1, FoxO3, FoxO4 et FoxO6. Ils partagent une haute similitude dans leur séquence et leur expression est ubiquitaire. En revanche le niveau d’expression de chaque isoforme est tissu spécifique. L’ARN messager (ARNm) de FoxO1 est particulièrement abondant dans les tissus adipeux, celui de FoxO3 est hautement exprimé dans le cerveau, FoxO4 est hautement présent dans le cœur et FoxO6 est majoritairement exprimé au cours du développement neural132–136.
Chez l’Homme, les trois isoformes FoxO1, FoxO3 et FoxO4 furent initialement identifiés au niveau de translocations chromosomiques de tumeurs humaines, suggérant que les facteurs de la famille FoxO joueraient un rôle important dans le développement de cancers137. Les facteurs de
transcriptions de la famille FoxO sont des substrats directs de la protéine kinase AKT en réponse aux stimulations cellulaires par l’insuline et les facteurs de croissance. Ce qui avoir pour effet de moduler les processus cellulaires régulés par les protéines FoxO telles que, la mort cellulaire, la
détoxification des espèces oxygènes réactives, l’arrêt du cycle cellulaire, la réparation des dommages à l’ADN et le métabolisme du glucose.
Figure 1.10 : Représentation schématique de la régulation des facteurs de transcription FoxO par l’insuline et les facteurs de croissance. Tiré de Greer E. L. et al, FoxO transcription factors at the imterface between longevity and
tumor suppression. Nature oncogene (2005) 24, 7410-7425.
FoxO1 fut l’objet d’une étude en hypertension pulmonaire pour son rôle central dans le maintien de l’équilibre de la balance prolifération/apoptose des CMLAP138. Savai et al ont démontré que
FoxO1 est régulé négativement dans les poumons de patients atteints d’HTP, entrainant un phénotype pro-survie (hyperprolifération et résistance à l’apoptose) des CMLAP. Un « knock out » ou un « knock down » génétique ou pharmacologique de FoxO1 induit le développement ou exacerbe l’HTP in vitro et in vivo et son activation dans des conditions pathologiques restaure l’état physiologique quiescente des CMLAP et renverse l’hypertrophie ventriculaire droite et le remodelage vasculaire.
4.2 Le facteur de transcription FoxO3
La protéine FoxO3 joue un rôle important dans le maintien de l’homéostasie cellulaire, la réponse au stress environnant et la longévité en stimulant des processus tels que l’arrêt du cycle cellulaire, l’apoptose, la réparation à ADN, la phosphorylation oxydative, la détoxification cellulaire; tous impliqués en HTAP (et en cancer)128. L’activité de FoxO3a peut être nucléaire et mitochondriale.
Dans le noyau elle est importante pour l’expression de gènes tels que P27 (gène antiprolifératif), BIM, (gène pro-apoptotique), SOD2 (gène anti-oxydatif). Dans la mitochondrie elle va 1) réguler les protéines BIM et SURVIVIN qui affectent le potentiel de membrane mitochondrial139 ou bien
2) former un complexe avec SIRT3 et mtARN (ARN mitochondrial) pour lier l’ADN mitochondrial (mtADN) et activer la transcription de sous-unités catalytique mitochondriale de la machinerie de la phosphorylation oxydative140,141.
4.3 Les régulateurs de FoxO3
Dans cette partie, ne seront abordés que les régulateurs de FoxO3 en rapport avec le projet présenté dans le chapitre 2 de ce mémoire.
4.3.1 AKT : un inhibiteur de FoxO3
La phosphorylation activatrice d’AKT par la PI3K survient suite à l’activation des récepteurs à tyrosine kinase (RTK) par des molécules ligands tels que les cytokines, hormones et facteurs de croissances. Il est connu que certaines cytokines (l’IL-6) et facteurs de croissance (comme le PDGFa) sont augmentés en HTAP. La forme phosphorylée d’AKT (pAKT) lui permet d’être active et de transloquer dans le noyau où elle phosphoryle à son tour FoxO3 sur trois résidus aminés (T32, S253 et S315). Les phosphorylations de FoxO3 (pFoxO3) sur ces sites la rendent inactive par exclusion nucléaire. La protéine de la famille 14-3-3 reconnait et lie FoxO3 quand elle est phosphorylée par AKT et provoque sa séquestration cytoplasmique132. Ainsi, l’exclusion
nucléaire de FoxO3 rend son activité transcriptionnelle impossible, faisant d’AKT un puissant régulateur négatif de FoxO3. En cas d’inactivation de FoxO3 les gènes cibles comme P27, SOD2 et Bim sont alors moins exprimés. P27 a été démontré diminué dans les cellules mammaires
cancéreuses ainsi que dans les fibroblastes pulmonaires suite à une inhibition de FoxO3142,143 par
AKT et les niveaux d’expression des protéines BIM et SOD2 sont connus pour être diminuée en HTAP97,144–146. De plus archer et al ont démontré que la surexpression de SOD2 permettait de
renverser le phénotype de l’HTAP in vitro et in vivo144.
4.3.2 AMPK : un activateur de FoxO3
À l’inverse d’AKT, AMPK est un puissant activateur de FoxO3 dans le noyau et la mitochondrie. AMPK transloque dans le noyau pour le phosphoryler FoxO3 sur quatre résidus aminés (Thr 179, Ser 399, Ser 588 et Ser 626)128. Ces phosphorylations nucléaires stimulent
l’activité de FoxO3 alors que dans le cytoplasme la phosphorylation de FoxO3 par AMPK sur la sérine 30 lui permet de s’accumuler au niveau de la membrane mitochondriale128. Après coupure
de 148 acides aminées de sa partie N-terminale, FoxO3 peut transloquer dans la mitochondrie ou elle va pouvoir moduler la phosphorylation oxydative et l’activité de protéines telles que survivin et Bim, dans le but de maintenir l’homéostasie mitochondriale.
AMPK est une protéine kinase tétramérique activable allostériquement par l’AMP lors d’un stress cellulaire (augmentation du ratio AMP/ATP)147, ou par la protéine kinase LKB1 (liver protein
kinase B1) qui la phosphoryle sur le résidu thréonine 172 de sa sous-unité a la rendant ainsi active148–150. LKB1 est considérée comme l’un des premiers suppresseurs de tumeurs et est connu
pour être non fonctionnel dans un nombre important de cancer151. L’axe LKB1/AMPK est inhibé
dans beaucoup de cas de cancers et la stimulation de cet axe régule négativement l’effet Warburg et supprime la croissance tumorale152. En HTAP il a été démontré qu’AMPK et Bim été régulé
négativement dans les CMLAP146 et que l’activation d’AMPK par la metformine empêche le
Figure 1.11 : Représentation schématique de la réponse au stress médiée par FoxO3. Tiré de Fasano C., et al. FoxO3