Les facteurs HIF, acteurs de l’adaptation au stress hypoxique.

Trois facteurs de transcription HIF ont été identifiés à ce jour : HIF-1, HIF-2 et HIF-3 (Figure 7). Ces facteurs sont des hétérodimères, constitués chacun d’une sous-unité HIF-α, sensible à l’oxygène et uniquement stabilisée en son absence, et d’une sous-unité HIF-β, exprimée constitutivement. Ils font partie des facteurs de transcription de type bHLH (basic Helix-Loop-

Helix) à domaine PAS (Per-ARNT-Sim) (Wang et al. 1995, Crews 1998). En effet, chaque sous-unité

est constituée d’un domaine bHLH permettant sa dimérisation avec une autre sous-unité, ainsi que sa liaison à l’ADN des gènes cibles, au niveau de leurs séquences HRE (Hypoxia Response

Element) 5’-(A/G)CGTG-3’. Le domaine PAS est quant à lui impliqué dans la dimérisation des

HIF-α et HIF-β présentent un à deux domaine(s) de transactivation, nommés N-TAD (N-Terminal

TransActivation Domain) et C-TAD (C-Terminal TransActivation Domain), permettant la régulation

de l’activation des gènes cibles de HIF (Ruas et al. 2002, Rankin and Giaccia 2008). Enfin, les sous- unités HIF-α contiennent un domaine ODDD (Oxygen-Dependent Degradation Domain) nécessaire à leur dégradation par la voie ubiquitine-protéasome en présence d’oxygène (Huang et al. 1997).

Figure 7. Structure et sites d’hydroxylation des sous-unités HIF.

aa : acides aminés ; bHLH : basic helix-loop-helix ; PAS : per-ARNT-sim ; ODDD : oxygen-dependent degradation domain ; N-TAD : N-terminal transactivation domain ; C-TAD : C-terminal transactivation domain. Adapté de Rankin and Giaccia, 2008.

A l’inverse, en conditions d’hypoxie, les sous-unités HIF-α sont stabilisées dans le cytoplasme. Elles vont ainsi pouvoir s’hétérodimériser avec HIF-β et être transloquées dans le noyau où elles se lient au niveau des séquences HRE de l’ADN de leurs gènes cibles, dont la transcription pourra être activée. Ces gènes sont impliqués dans des processus biologiques fondamentaux, tels que la survie, la prolifération et le métabolisme cellulaire ainsi que l’angiogenèse (Rankin and Giaccia 2008).

2.1.HIF-1α

HIF-1α est le premier membre des facteurs HIF à avoir été caractérisé : il s’agit d’un facteur nucléaire induit par l’hypoxie capable de se lier à la séquence HRE contenue dans le promoteur de l’EPO (Erythropoietin) afin d’activer sa transcription (Semenza et al. 1991, Semenza and Wang 1992, Wang and Semenza 1995). HIF-1α présente deux domaines de transactivation N-TAD et C- TAD. Le domaine N-TAD confère la spécificité de HIF-1 pour ses gènes cibles alors que le domaine C-TAD est impliqué dans l’activation de la transcription des gènes cibles de part son interaction avec CBP (CREB Binding Protein) et p300, deux co-activateurs de la transcription (Lando et al. 2002a, Hu et al. 2007). Le domaine ODDD de HIF-1α contient deux sites d’hydroxylation sur les résidus proline 402 et 564 impliqués dans la régulation de la stabilité de la protéine en fonction du taux d’oxygène, et le domaine C-TAD contient un site d’hydroxylation sur le résidu asparagine 803 impliqué dans la régulation de l’activité transcriptionnelle de HIF-1. HIF-1α contient d’autres sites de modifications post-traductionnelles comme des sites de phosphorylation, d’acétylation et de sumoylation. Etant donné son expression ubiquitaire et les centaines de gènes cibles qu’il régule, HIF-1α a émergé comme étant un régulateur clé de la réponse cellulaire à l’hypoxie (Wenger et al. 1996, Semenza 2009).

2.2.HIF-2α

HIF-2α est le deuxième membre des facteurs HIF à avoir été identifié, tout d’abord sous le nom de EPAS1 (Endothelial PAS domain-containing protein 1) dans les cellules endothéliales (Tian et al. 1997). Il a aussi été appelé HFL (HIF-1α-like factor), HRF (HIF-related factor) ou MOP2 (Member Of

PAS superfamily 2) (Ema et al. 1997, Flamme et al. 1997, Hogenesch et al. 1997). Sa séquence en

acides aminés présente 48% d’homologie avec celle de HIF-1α. De même, ses domaines bHLH, PAS et ODDD présentent respectivement 85%, 70% et 70% d’homologie avec ceux de HIF-1α. HIF-2α possède deux domaines de transactivation, N-TAD et C-TAD, qui jouent le même rôle que ceux de HIF-1α (O'Rourke et al. 1999, Lando et al. 2002a, Hu et al. 2007). Enfin, le domaine ODDD de HIF-2α contient deux sites d’hydroxylation sur les résidus proline 405 et 531 impliqués dans la régulation de la stabilité de la protéine en fonction du taux d’oxygène. Le domaine C- TAD en contient un autre sur le résidu asparagine 847 qui est impliqué dans la régulation de l’activité transcriptionnelle. A l’inverse de HIF-1α, l’expression de HIF-2α est plus restreinte puisqu’on le retrouve dans les cellules endothéliales, le parenchyme hépatique, les

pneumocytes de type 2, les cardiomyocytes, ou encore les cellules épithéliales rénales (Tian et al. 1997, Wiesener et al. 2003).

2.3.HIF-3α

HIF-3α est le dernier membre des facteurs HIF à avoir été identifié (Gu et al. 1998). Il présente respectivement 57% et 53% d’homologie de séquence avec HIF-1α et HIF-2α. Cette protéine ne possède pas de domaine C-TAD, ce qui a longtemps suggéré que sa fonction était différente de celle de HIF-1α et HIF-2α (Hara et al. 2001). En effet, HIF-3α présente plusieurs variants d’épissage et certains d’entre eux ont été décrits in vitro comme n’ayant que peu ou pas d’activité transcriptionnelle (Pasanen et al. 2010), ou bien comme étant capables de se dimériser avec HIF- 1α et HIF-2α inhibant ainsi leur activité transcriptionnelle (Makino et al. 2001, Maynard et al. 2005, Maynard et al. 2007). Cependant, plus récemment, une étude fonctionnelle in vivo a révélé que HIF-3 possède une activité transcriptionnelle et régule l’expression de plusieurs gènes, que la stabilité de HIF-3α est régulée en fonction du taux d’oxygène, et que ces caractéristiques sont conservées chez l’homme (Zhang et al. 2014b). Concernant l’expression de HIF-3α, son ARNm a été détecté dans plusieurs organes comme le thymus, les poumons, le cerveau, le cœur et les reins (Gu et al. 1998).

2.4.HIF-β

Il existe trois sous-unités HIF-β : ARNT1, ARNT2 et ARNT3 (Aryl hydrocarbon Receptor Nuclear

Translocator 1, 2 et 3), à forte homologie de séquence. Ces sous-unités ne contiennent pas de

domaine ODDD et sont donc constitutivement exprimées dans la cellule, indépendamment du taux d’oxygène (Kallio et al. 1997). Elles peuvent toutes trois s’hétérodimériser avec les sous- unités HIF-α, bien qu’ARNT1 soit leur partenaire principal puisque son expression est ubiquitaire alors qu’ARNT2 n’est retrouvée que dans le cerveau et dans le rein (Hirose et al. 1996).