1. Inhibition des pompes SERCA et Stress calcique réticulaire.
Une diminution de la concentration en calcium réticulaire est un signal de stress cellulaire important qui perturbe notamment, la bonne conformation des protéines. Face à ce stress la cellule active la réponse UPR. L’UPR a pour but d’augmenter les capacités de synthèse, de maturation, et de dégradation des protéines en utilisant des processus tel que l’autophagie (Schéma 11) (Wang and Kaufman, 2014). Les premières étapes de l’UPR visent donc à permettre à la cellule de survivre, mais si les efforts déployés ne sont pas suffisant pour gérer l'excès de protéines dans le réticulum endoplasmique, l’UPR conduit alors la cellule vers l’apoptose. L’UPR est médiée par trois acteurs moléculaires majeurs exprimés à la membrane du réticulum endoplasmique : PERK, IRE1 α et ATF6 (Schwarze et al., 2008).
Dans des conditions environnementales non stressantes, les protéines PERK, IRE1 α et ATF6 forment des complexes stables avec un senseur du stress calcique réticulaire. Il s’agit d’une immunoglobuline (BiP) qui maintient dans un état inactif PERK, IRE1 α et ATF6. Pour cela, BiP se lie à leurs domaines luminals respectifs, empêchant ainsi toute homo-dimérisation de PERK et IRE1 α. En ce qui concerne la liaison de BiP à ATF6, celle-ci empêche la translocation d’une partie d’ATF6 au niveau du Golgi. Lors d’un stress calcique réticulaire, l'accumulation de protéines mal conformées dans le RE crée une compétition d’affinité entre BiP et les acteurs de l’UPR provoquant ainsi la dissociation de BiP. Libérée de BiP, la protéine PERK se dimérise puis s'autophosphoryle permettant son activité kinase. PERK activée phosphoryle à son tour le facteur d'initiation eucaryote 2α (eIF2α), ce qui conduit notamment à l’inhibition de la synthèse protéique et l’activation spécifique de facteurs de transcriptions tels que ATF4 et C/EBP protéine homologue (CHOP). ATF4 est un facteur de transcription qui régule les gènes de pro-survie, tels que ceux qui sont impliqués dans le stress oxydatif, la synthèse d'acides aminés, le repliement des protéines et la différenciation. De
même, lors de sa dissociation de BiP, IRE1 α subit une dimérisation et une auto- phosphorylation, activant son activité endonucléase et permettre en particulier la maturation de l'ARNm codant la protéine de liaison 1 (XBP1). L’activation de la protéine IRE1 α conduit à l’augmentation de l’expression de gènes impliqués dans le repliement des protéines, dans le contrôle de la qualité des protéines et le cas échéants de leur dégradation (ERAD). Dans le cas de la protéine ATF6, sa libération de BiP permet sa translocation vers l'appareil de Golgi. ATF6 est successivement clivée par des protéases sur le site 1 (SP1) et le site 2 (SP2). La libération du fragment N-terminal va agir comme un facteur de transcription pour augmenter la transcription de XBP1 et augmenter l’expression de protéines associées au sytème ERAD (Endoplasmic-reticulum-associated protein degradation). L’ultime étape de la réponse UPR est donc l’induction de l’apoptose. En cas de stress réticulaire important, les protéines pro- apoptotiques BAX et BAK subissent des changements de conformation dus au flux de calcium dans le cytosol provenant du réticulum endoplasmique. Ce calcium active la m- calpaïne qui à son tour clive et active la pro-caspase 12, conduisant à l'apoptose (Nakagawa and Yuan, 2000; Tabas and Ron, 2011). L'activation de la caspase-12 peut se faire par plusieurs mécanismes. Le clivage de la pro-caspases 12 peut être également généré par des caspases dites effectrices, telles que les caspases 3 et 7. Ces même caspases peuvent opérer un clivage supplémentaire dans la partie en C-terminal et ainsi libérer la forme active de la caspase 12 (Martinez et al., 2010).
La seconde voie apoptotique qui est en faite la plus décrite lors d’un stress du réticulum endoplasmique est celle impliquant le facteur de transcription CHOP, également appelé GADD153 (Growth Arrest and DNA Damage inducible protein 153), qui est régulée par les facteurs ATF4 et probablement ATF6 (Oyadomari and Mori, 2004) et XBP1 (Tabas and Ron, 2011). Cette voie impliquant CHOP peut également inhiber BCL-2, un facteur anti apoptotique.
Le dernier mécanisme dépendant de IRE1 α est un complexe hétérotrimérique qu’il forme avec TRAF- 2 et ASK-1, ce qui conduit à l'activation de la voie JNK et à la mort cellulaire. TRAF-2 interagit également avec la caspase-12 et induit son activation suite au stress du réticulum endoplasmique (Yoneda et al., 2001).
Aujourd’hui de plus en plus d’études se penchent sur les différents rôles de ces 3 acteurs du stress réticulaire dans le cancer (Clarke et al., 2014) et posent la question de leurs utilisations en tant que cibles pour le développement de nouvelles thérapies. (Nagelkerke et al.). Par exemple il a récemment été mis en évidence dans une étude publiée dans nature que IRE1α participait à la progression tumoral des cancers du sein triple négatif en formant un complexe
moléculaire avec HIF α régulant l’expression d’effecteurs de HIF α via le recrutement de l’ARN polymerase II, responsables d’un profil génétique de très mauvais pronostique (Chen et al., 2014). Leur découverte fait de la branche IRE1 α de l’UPR une très bonne cible thérapeutique dans le cas du cancer de sein triple négatif qui malgré les nombreuses études ne comptent toujours pas de thérapies efficaces.
Schéma 11 : Sous l’effet d’un stress au niveau du réticulum endoplasmique (ER) les protéines mal conformées vont se lier à la protéine chaperonne BIP activant ainsi la voie de l’UPR (Unfolding Protein Response). La réponse UPR est composée de trois bras de signalisation qui agissent en parallèle: PERK qui une fois activé va permettre la phosphorylation de eIF2α), IRE1 α qui va induire la transcription de XBP1 et pour finir ATF6α. L'activation UPR a pour effet une augmentation des capacités de repliement des protéines, le transport et la dégradation protéine par la voie ERAD, tout en diminuant la synthèse des protéines. Si le phénomène de mal conformation des protéines perdure, les cellules entrent dans l'apoptose. CHOP, la protéine homologue C/EBP; et GADD34, vont induire un arrêt de la croissance et stimuler la synthèse de ROS. Via les voies cellulaires impliquant JNK, (kinase Jun N- terminal) et RIDD sous contrôle de la protéine IRE1 vont conduire à l’induction de l’apoptose. D’après (Wang and Kaufman, 2014).
2. Inhibition des pompes SERCA et autophagie.
Le terme autophagie, qui signifie littéralement « se manger soi-même », englobe un ensemble de mécanismes cataboliques aboutissant à la dégradation de constituants cellulaires, organites et macromolécules, via le lysosome. Les produits de dégradation formés sont recyclés afin de synthétiser de nouvelles protéines et produire l’énergie nécessaire à la cellule (Mariño et al., 2014). L’autophagie existe à l’état basal afin de maintenir l’homéostasie cellulaire grâce à ses propriétés de dégradation des protéines et de renouvellement des organites. Elle peut être activée en situations de stress (carence en acides aminés ou en facteurs de croissance, hypoxie, stress du réticulum endoplasmique) permettant aux cellules de s’adapter et ainsi de survivre à des modifications de l’environnement. Lors de l’inhibition des pompes SERCAs par la TG il y a induction d’un stress calcique réticulaire qui aboutit à l’activation de la voie UPR détaillé précédemment. Des interactions entre le stress calcique réticulaire est l’autophagie ont été décrites. Les kinases eIF2α (bras PERK dépendant de l’UPR) sont des protéines phosphorylant le facteur eIF2α sur la sérine 51, ce qui a pour conséquence l’inhibition de la traduction protéique mais aussi la traduction sélective d’ATF4 et de certains gènes de l’autophagie comme LC3 et ATG5 (Kroemer et al., 2010; Rouschop et al., 2010). La phosphorylation de eIF2α semble jouer un rôle majeur dans la régulation de l’autophagie puisque des cellules mutées et pour lesquelles la protéine eIF2α est non phosphorylable, n’induisent pas d’autophagie dans des conditions de carences en acides aminés (Tallóczy et al., 2002).