L’induction de la réponse au stress 1. Signal inducteur

La plupart des protéines de choc thermique sont exprimées de manière constitutive et participent au maintien de l’homéostasie cellulaire. Dans des conditions normales, le degré d'expression de HSP est dépendant de l'activité métabolique. L’exposition d’une cellule à un traitement toxique induit trois étapes successives. La première étape dite d'altération se traduit, au niveau moléculaire, par la dégradation de protéines ayant pour conséquence la perte de leur fonction et la formation d'agrégats protéiques insolubles [63]. Dans un second temps, la " réponse au choc thermique " proprement dite se caractérise par l'activation transcriptionnelle des gènes hsps aboutissant, à la synthèse des HSP, détectable à ce moment dans la cellule à des taux bien plus élevés que dans des conditions normales. Enfin, la phase de récupération, durant laquelle les altérations morphologiques sont corrigées, termine le processus. Les protéines retrouvent des activités enzymatiques similaires à leurs valeurs initiales [63] L'activation des gènes hsps est alors interrompue. Une tâche capitale pour la compréhension de la " réponse au choc thermique " a été de déterminer le signal déclenchant l'activation de la synthèse de HSP sous des conditions normales ou de stress. Sachant que bon nombre d’inducteurs de cette réponse peuvent affecter la conformation des protéines cellulaires, Hightower (1980) suggéra que l'accumulation des protéines anormalement conformées durant la phase d’altération pouvait constituer ce primum movens (premier mouvement)[64]. Cette hypothèse fut par la suite confirmée à plusieurs reprises, notamment de manière très explicite par l'injection de protéines dénaturées dans des cellules non-stressées, résultant en l'induction des gènes hsps [65]. De manière générale, deux situations peuvent activer la synthèse de HSP, à savoir : l’augmentation de la demande pour la synthèse, le reploiement et la sécrétion de protéines, et la perturbation de la maturation protéique aboutissant à l'accumulation de protéines anormalement conformées. Le signal moléculaire, capable de déclencher la synthèse de HSP, semble donc être un déséquilibre dans

l'homéostasie des protéines, et ce pour beaucoup, sinon tous les inducteurs. Une étude de Freeman et collaborateurs, se focalisant sur le stress oxydant comme inducteur de HSP, indique que ce serait plus précisément l'oxydation des groupements thiols des protéines qui représente le signal initial, menant à la formation de ponts disulfures anormaux et ainsi à la déstabilisation et la dénaturation de ces protéines [66]. Il a alors été suggéré que l'oxydation des groupements thiols protéiques et non protéiques soit le signal commun responsable de l’activation de la " réponse au choc thermique " par ses inducteurs [67]. Cette dernière généralisation reste cependant controversée.

4.2. Facteurs de transcription « Heat Shock Factor »

L’induction de l’expression des gènes codant les protéines de stress s’effectue suite à la trimérisation de facteurs de transcription spécifiques nommés HSF (Heat Shock Factor). Chez l’homme ces HSF sont au nombre de quatre et possèdent des profils d’expression différents. Les HSF sont constitutivement liés à certaines HSP ubiquistes. Lors d’un stress, la liaison entre les HSP et les HSF est déstabilisée. En effet, l’affinité entre les résidus hydrophobes des protéines dénaturées et les HSP est plus importante que celle entre les HSP et les HSF, ce qui entraîne la libération des HSF dans le cytosol [68].Leur trimérisation puis leur phosphorylation permet leur migration dans le noyau et leur liaison aux séquences consensus nommées HSE (Heat Shock Element) localisées sur tous les promoteurs des gènes de choc thermique (Figure 16).

Figure 16: Synthèse de protéines de choc thermique.

La présence d’agrégats protéiques est reconnue par HSP70 et HSP90, des chaperons résidents de la cellule non stressée. La liaison formée entre les protéines de stress et les protéines dénaturées est plus stable que celle avec le facteur de transcription HSF. Celui-ci est donc relâché, phosphorylé puis trimérisé. Il migre ensuite dans le noyau où il interagit avec les motifs HSE, localisés dans les promoteurs des gènes codants les HSP. La grande quantité des HSP produites permet de reconformer les protéines altérées et d’interagir négativement avec HSF, en le maintenant à nouveau inactif dans le cytoplasme, ce qui explique la réversibilité du phénomène.

Dans des conditions physiologiques normales, les gènes codants les HSF sont exprimés constitutivement. En outre, leur taux d’expression ne varie que très peu lors d’une stimulation par un choc thermique. Il existe cependant, des facteurs de transcription différents en fonction du type de réponse : ainsi HSF-2 induirait la synthèse des HSP exprimées constitutivement, alors qu’HSF1 serait l’initiateur de la réponse aux différents stress. Les rôles de HSF-3 et 4 ne sont pas clairement encore élucidés. L’inactivation d’HSF-3 réduit drastiquement la survie cellulaire après choc thermique [69]. HSF-4 est lui aussi impliqué dans la réponse au stress. Il a surtout été caractérisé dans l’œil où des mutations de son domaine de liaison à l’ADN sont à l’origine de cataractes congénitales [70].

Il a été montré qu’un ARN non codant constitutivement exprimé chez l’homme nommé HSR1 (Heat shock RNA-1) interagissait directement avec HSF-1 et un facteur d’élongation de la transcription eEF1A. Ce complexe ribonucléique est responsable de l’activation de HSF-1. Une inhibition de HSR1 par siRNA rend impossible la réponse au choc thermique ce qui thermosensibilise les cellules [71]. Par ailleurs, il a été mis en évidence que l’acétylation de HSF-1 est responsable de son activité et que la déacétylase de classe III SIRT-1 qui était à l’origine de cette modification d’activité. Les protéines de stress les plus fortement produites en réponse au choc thermique sont Hsp27 et Hsp70, cependant leurs cinétiques d’activation sont différentes, Hsp70 étant exprimée beaucoup plus rapidement que Hsp27 . Il a été montré récemment que la transcription de Hsp70 était favorisée par une perte rapide des nucléosomes en condition de stress ce qui facilite l’accessibilité de l’ADN pour l’ARN polymerase II [72] .