La physiologie pulmonaire dépend de plusieurs composantes dont le transport des fluides et des ions. En effet, ce transport participe à la régulation du volume de la couche de liquide des voies aériennes (ASL). Il existe un équilibre entre la sécrétion de Cl- et la réabsorption de Na+, ce qui permet de maintenir un volume périciliaire (PCL) adéquat afin de permettre une clairance mucociliaire efficace (23, 29, 53, 65). Par conséquent, une dysfonction du transport ionique causée par l’absence du canal CFTR, comme dans la pathologie de la fibrose kystique (FK), entraîne un déséquilibre du transport ionique, causant une forte diminution du volume PCL. Ce phénomène occasionne la déshydratation de la couche de mucus, obstruant les voies aériennes (28, 44, 63; voir
figure 28). De plus, cette couche de mucus épaisse et visqueuse devient un site idéal pour
la colonisation bactérienne et l’inflammation. Un cycle incontrôlable d’infection et inflammation chronique peut alors se développer. Celui-ci est causé par une augmentation de l’adhérence des bactéries, telle que P. aeruginosa (52, 60, 63) et par un déséquilibre entre la sécrétion de cytokines anti- et pro-inflammatoires (59-63). Une infiltration et une persistance des neutrophiles au niveau des voies aériennes (50, 137, 144) entraînent la dégradation des protéines structurales, telle que le collagène et l’élastine par les protéases neutrophiliques (59, 63, 64, 144). Évidemment, des lésions épithéliales non seulement au niveau de l’épithélium bronchique, mais aussi au niveau alvéolaire peuvent se développer, affecter l’intégrité de l’épithélium respiratoire (83, 132, 133, 140, 143) et par conséquent, ébranler toute la physiologie respiratoire.
Un éventail varié de thérapies et de traitements est disponible pour tenter de corriger le défaut primaire et traiter les symptômes et les manifestations de la pathologie de la FK (45, 54, 64, 66-68; voir figures 29 et 30). Toutefois, il existe une facette de la pathologie qui n’a pas encore été explorée, soit la régénération épithéliale. En effet, peu d’efforts et de ressources ont été investis dans la recherche des thérapies et traitements pourrait aider la réparation des lésions dont l’épithélium respiratoire est la cible. Il a été démontré qu’il existait un délai de la régénération épithéliale des cellules nasales FK comparativement à celle observée dans l’épithélium nasal sain dans un modèle de xénogreffe humanisé (82). Le but de cette étude est donc de mieux comprendre les
mécanismes de réparation de l’épithélium alvéolaire et bronchique afin de développer des stratégies pouvant promouvoir éventuellement la régénération épithéliale chez les patients FK.
Il est connu que les processus de réparation dépendent de plusieurs facteurs de croissance (134, 137, 139, 140, 143). Le facteur de croissance épidermique (EGF) peut activer son récepteur par voie autocrine ou paracrine. Dans plusieurs types cellulaires, l’activation de l’EGFR peut induire différents phénomènes motogéniques, mitogéniques et morphogéniques. Suite à la liaison de l’EGF sur son récepteur, différentes voies de signalisation, telles que Ras-MAPK et PI3K-Akt sont activées et impliquées dans le processus de migration et de prolifération cellulaire, essentiels à la régénération épithéliale (147). En effet, on aurait observé une augmentation de l’expression du récepteur EGFR dans la région entourant la lésion (134, 137). Il a également été démontré que l’activation de l’EGFR stimulait la réparation épithéliale au niveau des alvéoles et des voies aériennes (83, 137, 140). J’ai donc décidé d’étudier l’implication de l’EGFR dans la régulation des mécanismes de réparation de l’épithélium alvéolaire et bronchique. J’ai suspecté une dérégulation de l’activité de l’EGFR dans les tissus FK, étant donné que dans cette pathologie, les niveaux de ces facteurs de croissance sont élevés (84), mais ne semblent pas aider la régénération épithéliale.
Il a été démontré que les phénomènes de migration et de prolifération cellulaire dépendent également des canaux ioniques. En effet, l’équipe du Dr Schwab a suggéré que la mobilité cellulaire dépendait de cycles répétés de formation de pseudopode et de rétractation du pôle postérieur de la cellule (voir figure 12). Dans son modèle, ces phénomènes étaient régulés par la réorganisation du cytosquelette d’actine ainsi que de la variation du volume cellulaire modulée par différents canaux ioniques, tels que le NHE1, les canaux K+ et les aquaporines. En fait, les canaux K+ seraient responsables de la phase de rétractation du pôle postérieur de la cellule via l’efflux de K+ qui entraîne la réduction du volume cellulaire (135; voir figure 12). Les canaux K+ semblent également impliqués dans la prolifération cellulaire. Il a été suggéré que l’efflux ionique par les canaux K+ entraînerait une variation de la concentration du Ca2+i et du volume cellulaire, qui sont considérés comme des signaux de prolifération (123). Il semblerait aussi que les canaux K+ soient impliqués dans la progression du cycle cellulaire via l’hyperpolarisation de la
membrane cellulaire, la régulation des cyclines et la stimulation des inhibiteurs de kinases cycline-dépendantes, contrôlant le cycle cellulaire (145, 146, 148-150). Nous avons également décidé d’étudier le rôle des canaux K+ dans les mécanismes de réparation de l’épithélium respiratoire.
Dans plusieurs types cellulaires, il a été démontré que les phénomènes de prolifération et de migration, stimulés par des facteurs de croissance, semblent dépendre de l’activation des canaux K+ (159-163). À ce jour, la relation entre les canaux K+ et les facteurs de croissance n’avait pas encore été explorée au niveau de l’épithélium respiratoire. Le but de mon travail est donc l’étude de l’implication des canaux K+ et de l’EGF dans les processus de réparation de l’épithélium FK.
Mes hypothèses de recherche sont :
1) L’épithélium alvéolaire et bronchique sain possède la capacité de se réparer suite à une lésion mécanique selon un modèle établi dans le laboratoire du Dre Emmanuelle Brochiero. Cependant, nous avons posé l’hypothèse, comme le suggère l’équipe du Dre Coraux, qu’il existe un problème et/ou délai de réparation au niveau de l’épithélium bronchique FK.
2) Si les facteurs de croissance peuvent réguler les processus de migration et de prolifération cellulaire, il semble logique que l’activation du récepteur EGFR pourrait jouer un rôle dans la réparation de l’épithélium alvéolaire et bronchique sain.
3) L’activité des canaux K+ peut réguler les processus de migration et de prolifération cellulaire dans d’autres types cellulaires. Il semble donc possible que les canaux K+ pourraient être impliqués dans la réparation de l’épithélium alvéolaire et bronchique sain via la stimulation des processus de migration et de prolifération cellulaire.
4) Si l’EGF et les canaux K+ modulent les processus de migration et de prolifération cellulaire et que dans d’autres types cellulaires, on a démontré qu’ils pouvaient coopérer, il semble alors possible qu’il existe une relation de couplage entre l’EGF et les canaux K+.
5) Puisque l’activation du récepteur EGFR couplée à l’activité des canaux K+ est impliquée dans la réparation de l’épithélium alvéolaire et bronchique sain, j’ai
suspecté que le problème et/ou délai de réparation au niveau de l’épithélium bronchique FK pourrait être occasionné par une activité altérée de l’EGFR et des canaux K+.