L E FACTEUR DE TRANSCRIPTION HIF

Au niveau moléculaire la réponse à l’hypoxie est dépendante du facteur induit par l’hypoxie (HIF pour Hypoxia Inducible Factor). Le facteur HIF est un hétérodimère composé d’une sous-unité α sensible à l’oxygène et d’une sous-unité β exprimée de manière constitutive par la cellule (également appelée ARNT pour Aryl Hydrocarbon Receptor Nuclear Translocator). Il existe 3 types de sous-unités α : HIF-1α, HIF-2α et HIF- 3α. Au niveau structurel, l’ensemble de ces sous-unités possède une structure basique en hélice-boucle-hélice (bHLH pour basic-Helix-Loop-Helix) qui permet la fixation à des séquences spécifiques de l’ADN, que l’on appelle éléments de réponse à l’hypoxie (HRE pour Hypoxia Responsive Element), un domaine PAS (pour Per-Arnt-Sim) impliqué dans la dimérisation et des domaines de transactivation (TAD) leur conférant leur activité transcriptionnelle. Toutefois, seules les sous-unités HIF-α possèdent un domaine riche en résidus lysines et prolines (ODDD), responsable de leur dégradation en présence d’O2

(Masoud & Li 2015) (Figure 20).

Figure 20 | | Structure des sous- unités HIF. bHLH = basic-Helix-Loop-

Helix, TAD = TransActivation Domain,

C-TAD = COOH-Terminal TAD, N- TAD = NH2-Terminal TAD, ODDD =

Oxygen-Dependent Degradation

Domain, PAS = Per-Arnt-Sim. D’après

INTRODUCTION - L’hypoxie

1.

EFFETS MOLECULAIRES D’UNE DIMINUTION DE L’OXYGENE

L’oxygène est l’acteur majeur qui conditionne la stabilité de la sous-unité α. En présence d’oxygène (Figure 21A), une enzyme de la famille des PHD (Prolyl Hydroxylases Domain) hydroxyle la sous-unité α sur son domaine riche en proline. Ceci permet sa reconnaissance par la protéine de von Hippel-Lindau (pVHL) qui entraîne son ubiquitiniation puis sa dégradation par le protéasome. En revanche, en condition d’hypoxie (Figure 21B), l’enzyme PHD ne peut pas hydroxyler HIF-α qui n’est donc plus reconnue par pVHL et par le protéasome, entraînant sa stabilisation dans la cellule. HIF-α forme alors un dimère avec HIF-1β, ce qui entraîne la translocation de ce complexe dans le noyau de la cellule, sa fixation aux séquences HRE de ses gènes cibles et enfin l’exercice de son activité transcriptionnelle (Simon 2016).

Figure 21 | Détection de l’oxygène par la cellule. A. La

machinerie moléculaire essentielle pour la détection de l’oxygène par la cellule est mise en action lorsque l’oxygène est abondant : Les sous-unités HIF- α (Hypoxia Inducible Factor α) sont hydroxylées sur des résidus proline par une famille d’enzymes spécifiques de HIF, les Prolyl Hydroxylases Domain (PHD), ce qui permet leur reconnaissance par la protéine de von Hippel-Lindau (pVHL) qui contient des complexes ubiquitin

ligase. La sous-unité HIF-α

hydroxylée est alors dégradée par le protéasome. B. Lorsque le niveau d’oxygène diminue, les enzymes PHD sont inhibées, ce qui permet la stabilisation de HIF-α, sa dimérisation avec HIF- 1β, et l’induction de la transcription de gènes cibles. Adapté de Simon 2016.

Parmi les 3 types de sous-unités α, HIF-1α et HIF-2α sont régulées de la même manière et sont les plus étudiées. La sous-unité HIF-3α est à ce jour moins documentée et il semble que son activité soit différente des deux premières. Bien que leur régulation soit identique et que leur cible soit les séquences HRE, il semble également qu’il existe des différences

entre les sous-unités HIF-1α et HIF-2α quant à leur stabilisation en fonction du temps et du degré d’hypoxie. HIF-1α serait plutôt stabilisé lors d’hypoxies aigües et sévères, moins de 24h, alors que HIF-2α prendrait le relais lors d’hypoxie chroniques et moins sévères (Koh & Powis 2012). De plus, il convient de mentionner qu’il existe des différences importantes quant à l’implication respective de HIF-1α et HIF-2α dans l’expression de gènes induite par l’hypoxie selon le type cellulaire ou le tissu considéré. (Keith et al. 2011).

2.

LES GENES CIBLES DE HIF

Comme nous l’avons vu, ces gènes ont en commun de posséder des séquences HRE où se fixe le facteur de transcription HIF. Ces séquences sont de la forme RCGTG (où R peut être A ou G) et présentes au sein des séquences régulatrices des gènes inductibles par l’hypoxie.

Ces gènes sont ainsi impliqués dans de nombreux processus cellulaires, notamment la glycolyse pour pallier au dysfonctionnement de la phosphorylation oxydative, l’angiogenèse pour permettre un apport d’oxygène par le sang ou, comme nous le verrons plus en détails (chapitre IV.B), l’érythropoïèse (Tableau 4). De nombreux gènes cibles de HIF sont encore actuellement découverts.

Tableau 4 | Exemples de gènes cibles de HIF-1α et HIF-2α. Adapté de Keith et al. 2011. Facteur de

transcription

Gène

cible Fonction Type cellulaire

HIF-1α & HIF-2α

GLUT1 CAIX ADM VEGF Transport du glucose Régulation du pH Angiogenèse Angiogenèse

CSE souris & CCR CCR CCR CCR & Hep3B HIF-1α VEGF BNIP3 HK1 HK2 PFK ALDA PGK1 LDHA Angiogenèse Autophagie, apoptose Glycolyse Glycolyse Glycolyse Glycolyse Glycolyse Glycolyse CE et CSE souris CCR CSE souris

CSE souris & CCR CSE souris & CCR CSE souris & CCR CSE souris & CCR CSE souris & CCR

HIF-2α EPO OCT4 TGFα CCND1 ANG2

Erythropoïèse, facteur de croissance Caractère de cellules souche

Facteur de croissance Cycle cellulaire

Remodelage des vaisseaux sanguins

Rein et foie CSE souris CCR CCR CSE souris

INTRODUCTION - L’hypoxie

ADM : Adrénoméduline ; ALDA : Aldolase A ; ANG2 : Angiopoïétine 2 ; BNIP3 : BCL2/Adenovirus

E1B 19kDa Interacting Protein 3 ; CAIX : Anhydrase carbonique IX ; CCND1 : Cycline D1 ; EPO :

Erythropoïétine ; GLUT1 : Glucose transporter 1 ; HK1/2 : Hexokinase 1/2 ; LDHA : Lactate déshydrogénase A ; OCT4 : Octamer-binding transcription factor 4 ; PFK : Phosphofructokinase ; PGK1 : Phosphoglycérate kinase 1 ; TGF-α : Transforming growth factor alpha ; VEGF : Vascular

endothelial growth factor.

CSE : Cellule souche embryonnaire ; CCR : Cellule de carcinome rénal ; CE : Cellule endothéliale.

En condition physiologique, les facteurs HIF induisent ainsi l’expression de nombreux gènes impliqués dans l’adaptation des cellules au stress généré par le manque d’oxygène. Cependant, l’expression de ces gènes par les cellules tumorales participe à leur survie et à leur prolifération et donc à la croissance tumorale et la résistance aux traitements. Il a été montré que l’expression du facteur HIF-1α est fortement augmentée dans les GB par rapport au tissu sain et associée à un faible pronostic pour les patients (Cao et al. 2013) (Figure 22).

Figure 22 | L’expression de HIF-1α dans le glioblastome est associée à un faible pronostic

pour le patient. A. Coupes histologiques de tissu sain et de glioblastome avec immunohistochimie

dirigée contre la protéine HIF-1α (marquage brun). B. Courbe de Kaplan-Meyer représentant la survie des patients en fonction du niveau d’expression de HIF-1α. Adapté de Cao et al. 2013.

C.

L

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