L’hypoxie

Comme décrit précédemment, les glioblastomes sont caractérisés par de larges zones d’hypoxie (Haar et coll., 2012). Les facteurs inductibles par l’hypoxie (HIF) sont des médiateurs clés de l’adaptation cellulaire à l’hypoxie. Ils jouent un rôle crucial dans la progression des gliomes, le métabolisme, l’angiogenèse, la résistance à la radio- et chimiothérapie et le maintien du phénotype des cellules souches cancéreuses (CSCs) (Yang et coll., 2012). Par conséquent, l’hypoxie tumorale est un élément clé qui explique la faible réponse aux traitements actuels ainsi que le mauvais pronostic associés à ce type de tumeur (Yang et coll., 2012).

HIF-1 est un hétérodimère constitué de 2 sous-unités : HIF-1α et HIF-1β. Tandis qu’HIF-1β est exprimé de manière constante dans les cellules, la sous-unité HIF-1α est rapidement dégradée par le protéasome en normoxie. Cependant, en condition hypoxique, HIF-1α n’est plus réprimée : le dimère HIF-1 peut ainsi se former et se lier à l’ADN des gènes cibles (Adams et coll., 2009).

En hypoxie, l’expression d’HIF-1α entraine la transcription de gènes conduisant les cellules gliales tumorales à privilégier la glycolyse (effet Warburg) (Figure 12) (Semenza, 2008).

Figure 13 : La niche vasculaire et la niche hypoxique des cellules souches de gliome. Les niches vasculaires sont importantes dans la croissance des gliomes, probablement grâce aux facteurs sécrétés par les cellules endothéliales (EC) présentes dans la niche ainsi qu’à l’apport en nutriments provenant des vaisseaux sanguins. D’autre part, les cellules souches de gliome (GSCs) maintiennent probablement leur caractère de cellules souches par l’activation de voies de signalisation liées à l’hypoxie. Les cellules GSCs peuvent également recruter les cellules endothéliales en sécrétant des facteurs angiogéniques ou en se différenciant directement en cellules de la lignée endothéliale, qui à son tour supporte la croissance des gliomes (d’après Chen et al., 2012b).

Figure 14 : IRM (imagerie par résonnance magnétique) d’un patient atteint d’un

glioblastome. Malgré la résection chirurgicale de la tumeur suivie de chimiothérapie concomitante à la radiothérapie, le patient montre une récidive tumorale adjacente au premier foyer (d’après Nakada et coll., 2007).

Cette voie métabolique favorise la synthèse d’ATP (adénosine triphosphate) par la transformation du glucose en pyruvate au détriment de la phosphorylation oxydative consommatrice en oxygène. Malgré le faible rendement énergétique associé à la glycolyse (2 moles d’ATP/mole de glucose), cette voie permet de résister à un microenvironnement tumoral faiblement vascularisé (Figure 12) (DeBerardinis et coll., 2007 ; Semenza, 2008). De plus, l’acidification de la matrice suite au relargage du lactate et des ions H+

, issus de la conversion du pyruvate, va créer un environnement hostile pour le tissu sain facilitant l’expansion tumorale (Mathupala et coll., 2010). Ce changement métabolique confère aux cellules de glioblastome un avantage au niveau de la résistance aux agents chimiothérapeutiques (Egler et coll., 2008 ; Oliva et coll., 2011). En effet, les cellules cancéreuses en condition normoxique favorisent la phosphorylation oxydative, produisant des niveaux élevés de ROS impliqués dans le stress oxydatif intrinsèque. Elles sont par conséquent plus vulnérables aux agents chimiothérapeutiques générant des ROS exogènes comme le témozolomide (Oliva et coll., 2011).

Malgré qu’HIF-1α puisse favoriser l’angiogenèse via la surexpression du facteur VEGF, le système vasculaire provenant d’une prolifération trop rapide, est souvent tortueux et mal organisé, ce qui diminue l’exposition des cellules gliales tumorales aux agents chimio-thérapeutiques (Bar, 2011 ; Haar et coll., 2012). L’activation de la voie de signalisation des récepteurs RTKs, diminuant l’activité de la protéine pro-apoptotique Bad (Bcl-2 antagonist of cell death) ainsi que l’activation des protéines P-gp, en condition hypoxique, contribuent également à la chimiorésistance des glioblastomes (Comerford et coll., 2002 ; Merighi et coll., 2007).

Les cellules souches de glioblastome (CSGs) résident dans des niches vasculaires afin de s’approvisionner en oxygène et nutriments et dans les régions d’hypoxie, afin de maintenir leur phénotype de cellules CSCs (Figure 13) (Bar, 2011 ; Chen et coll., 2012b ; Yang et coll., 2012). HIF-1α entraine l’activation de facteurs de transcription tels que Notch et Oct4 contrôlant la capacité d’auto-renouvelement et de multipotence de ces cellules (Yang et coll., 2012). Les cellules CSGs, en surexprimant l’enzyme MGMT et les transporteurs ABC, sont résistantes aux agents chimiothérapeutiques (Caldera et coll., 2012). De plus, les cellules CSGs possèdent la capacité de réduire les lésions de l’ADN induites par les radiations (Bao et coll., 2006 ; Pisollato et coll., 2010 ; Haar et coll., 2012).

Figure 15 : Dans la voie extrinsèque, l’activation des récepteurs de mort (DR, death receptor) (p.ex. TRAILR (TNF-related apoptosis-inducing ligand receptor), TRAMP (TNF-receptor-related apoptosis-mediated protein), TNFR (tumor necrosis factor receptor 1), FAS, CD95 par leurs ligands respectifs va entrainer leur trimérisation et le recrutement de la protéine FADD (Fas-associated protein with death domain). Ensuite, le domaine effecteur de mort de FADD permet d’attirer les caspases initiatrices 8 et 10 afin de former le complexe DISC (death inducing signal complex) dans lequel les caspases initiatrices sont activées par protéolyse. Les caspases 8 et 10 activées vont ensuite cliver la caspase effectrice 3 qui va à son tour entrainer l’activation des CADs (caspases activated DNase) conduisant à la fragmentation internucléosomale de l’ADN. La voie intrinsèque est, quant à elle, sollicitée en réponse à la privation de facteurs de croissance ou en réponse à un stress cellulaire (lésions de l’ADN pouvant être induites par radio- et chimiothérapie, hypoxie, privation de nutriments, troubles ioniques) et est contrôlée par des protéines de la famille de Bcl-2. La protéine p53 activée favorise l’apoptose en induisant l’expression de gènes pro-apoptotiques tels que PUMA (p53 upregulated modulator of apoptosis) et NOXA (en latin, lésion). L’activation des protéines BAX (Bcl-2–associated X) et BAK (Bcl-2 homologous antagonist/killer) conduit ensuite à la perméabilisation des membranes mitochondriales, libérantla protéine Smac/DIABLO (second mitochondria-derived activator of caspases) / (direct IAP-binding protein with low pI) et le cytochrome C. Celui-ci se retrouve dans le cytoplasme où il est complexé avec Apaf-1(apoptotic peptidase activating factor 1). Après le recrutement de la pro-caspase 9, on aboutit à la formation de l’apoptosome. L’activation subséquente de la caspase 9 conduit au clivage des caspases effectrices 3, 6 et 7. Smac/DIABLO favorise l’apoptose en bloquant l’activité des IAPs (inhibitors of apoptosis proteins). Il existe une communication entre les deux voies grâce à une protéine de la famille Bcl-2: BID. En effet, la voie extrinsèque peut activer la voie intrinsèque grâce à BID qui, clivée, va à la mitochondrie et amplifie le signal (d’après Kang et coll., 2012).