La mort cellulaire au cours de l’ischémie reperfusion

Les principales voies de mort cellulaire connues sont la nécrose et l’apoptose (Kroemer et al., 2009). Historiquement, l’apoptose était considérée comme la forme de mort cellulaire régulée, alors que la nécrose était décrite comme un mécanisme passif et non régulé. L’autophagie d’autre part, est considérée comme un mécanisme de survie cellulaire, permettant un recyclage des protéines et des organites en conditions délétères (Levine and Kroemer, 2008) qui, lorsqu’il est dépassé, conduit lui aussi à la mort cellulaire. L’ensemble des mécanismes décrits est brièvement résumé dans la figure 4.

La nécrose

et non régulé. Bien que la nécrose joue un rôle important dans l’infarctus du myocarde, la plupart des études sur la mort cellulaire se sont penchées sur l’apoptose. Une des voies mise en jeu dans le phénomène de nécrose impliquerait l’ouverture du mPTP situé dans la membrane interne de la mitochondrie. Il a également été montré que la stimulation des récepteurs de mort en présence d’inhibiteurs de caspase pouvait provoquer une mort cellulaire par nécrose (Holler et al., 2000; Kitanaka and Kuchino, 1999; Matsumura et al., 2000). Bien que les connaissances à ce sujet méritent d’être développées, deux types d’évènements majeurs peuvent provoquer la nécrose : la stimulation des récepteurs de mort lors de la nécroptose, et l’ouverture du mPTP. La rupture de la membrane plasmique est un évènement important de la mort cellulaire par nécrose. Cette rupture pourrait être

facilitée par les calpaïnes (protéases dépendantes du Ca2+) ou d’autres protéases du cytosquelette.

De plus, la déplétion de l’ATP inhiberait les pompes ioniques de la membrane plasmique, provoquant le gonflement cellulaire et conduisant à terme à la rupture de la membrane plasmique (Murphy and Steenbergen, 2008). En amont de ces phénomènes, une augmentation de la concentration calcique plasmatique a été observée lors de l’ischémie et des premières minutes de la reperfusion. Cette augmentation calcique serait à l’origine de l’activation des calpaïnes, pouvant être impliquées dans le clivage de protéines conduisant à la rupture membranaire. L’augmentation de la concentration calcique cystosolique provoquerait également une augmentation de la concentration calcique mitochondriale, responsable en grande partie de l’ouverture du mPTP (Murphy and Steenbergen, 2008).

Le mécanisme de mort cellulaire associé à l’ouverture du mPTP sera détaillé dans le chapitre Mitochondries.

L’apoptose

L’apoptose est un mécanisme clairement défini dans lequel l’activation finale des protéases de la famille des caspases provoque la mort cellulaire (Earnshaw et al., 1999). De la même manière que

cardiomyocytes. Les caspases sont synthétisées sous forme inactive de pro-caspase dans le cytosol. Une fois la voie des caspases activée, les caspases initiatrices (caspases 2, 8, 9 et 10) clivent les caspases effectrices (caspases 3 et 7). Cela entraine l’inactivation de l’enzyme poly ADP-ribose polymérase (PARP), provoquant la fragmentation de l’ADN par les endonucléases activées par les caspases (van Gurp et al., 2003). On décrit généralement deux voies de mort par apoptose :

- La voie extrinsèque de l’apoptose est stimulée par la liaison du Tumor necrosis factor α

(TNFα) et de Fas à leurs récepteurs spécifiques, exprimés à la surface des cellules. Ce

phénomène provoque ensuite la liaison de différents adaptateurs à la face cytosolique des récepteurs, comme associated death domain (TRADD) et TNF-receptor-associated factor (TRAF) (Hsu et al., 1996). Ce complexe multi-protéique, death inducing signaling complex (DISC) lie ensuite la pro-caspase 8. Celle-ci serait ensuit clivée et activée en caspase 8, entrainant ainsi l’activation de caspases effectrices comme la caspase 3.

- La voie intrinsèque mitochondriale serait activée par une grande variété de stimuli

extracellulaires, comme les altérations de l’ADN, le stress oxydant ou les altérations mécaniques. L’équilibre entre les facteurs pro-apoptotiques (Bid, Bax, Bak) et anti-apoptotiques (Bcl-2 et Bcl-xL), membres de la famille des protéines Bcl-2, joue un rôle crucial dans l’amorçage de cette voie de mort cellulaire (Youle and Strasser, 2008). Il a été décrit qu’une fois stimulé, Bax se transloque vers la mitochondrie et forme un complexe avec Bak à la membrane interne de la mitochondrie et entraine la libération du cytochrome c (Cyt. c) et d’autres protéines pro-apoptotiques dans le cytosol (Zou et al., 1999). Dans le cytosol, le Cyt. c interagit avec Apoptotic Protease Activating Factor 1 (APAF-1), formant un complexe appelé apoptosome. Ce complexe active ensuite la caspase 9, entrainant l’activation conséquente des caspases 3 et 7 et ainsi la fragmentation de l’ADN et la mort cellulaire (Boatright and Salvesen, 2003).

L’autophagie

L’autophagie est un mécanisme physiologique mis en jeu afin d’éliminer les organites endommagés, tels que les mitochondries ou le réticulum endoplasmique. Une autophagie trop importante serait à l’origine de phénomènes de mort cellulaire. Toutefois, le rôle de l’autophagie lors de l’ischémie reperfusion reste encore débattu. Certaines études démontrent que l’inhibition de l’autophagie durant l’ischémie est délétère, suggérant donc un rôle bénéfique de la stimulation de l’autophagie lors de l’ischémie reperfusion (Dosenko et al., 2006; Yan et al., 2005). D’autres études montrent au contraire, qu’une diminution de la protéine beclin1 qui stimule l’autophagie, limite le phénomène d’autophagie et ainsi la mort cellulaire dans un modèle de souris beclin 1 +/- (Takagi et al., 2007).

Le rôle bénéfique ou néfaste de l’autophagie lors de l’ischémie reperfusion reste donc à éclaircir. Il est important de noter que les mécanismes impliqués dans l’autophagie seraient également impliqués dans d’autres formes de mort cellulaire. En effet, l’augmentation du taux de calcium serait un activateur de l’autophagie (Høyer-Hansen et al., 2007). Il a également été montré que le clivage de Atg5 par les calpaïnes est un phénomène impliqué dans l’autophagie, ainsi que dans l’apoptose. En effet, Atg5 clivé serait transporté vers la mitochondrie afin de lier Bcl-2 et provoquerait l’apoptose (Hamacher-Brady et al., 2006; Takagi et al., 2007).

Ø ATP Inhibition pompes ioniques Gonflement cellulaire Rupture membranaire Accumulation Ca2+ cyto. Activation calpaïnes et protéases Accumulation Ca2+ mito Ouverture mPTP NECROSE AUTOPHAGIE Stress ox, altération ADN… Bax/Bak à la mitochondrie Perméabilisation membranaire Libération cyt. C Formation apoptosome Cascade caspases APOPTOSE Fixation TNFαet Fas aux récepteurs Formation complexe DISC Ø ATP ibit flem Ru mul ivat upture uptu Accum ture AUTO CROSE branaire CRO OPHAGIE p p Cascade c O mulation S altér Ba mit mul Stress S /Bak abil tion APOPTO Fixation TNF mat mation ptosome caspases p mat ca e c e O

Figure 4 : Schéma non exhaustif représentant les différentes voies de mort cellulaire et leurs inter-connexions, au cours de l’ischémie reperfusion. En vert la voie de la nécrose, en jaune la voie de l’autophagie et e bleu les voies de l’apoptose.

L’ensemble de ces données montrent que la mort cellulaire suite à l’ischémie reperfusion résulte d’un ensemble de mécanismes impliquant la nécrose, l’apoptose et l’autophagie. De plus, la distinction entre ces différents mode de mort cellulaire pourrait ne pas être relevant étant donné que chacune de ces voies semblent être interconnectées (Golstein and Kroemer, 2007; Zong and Thompson, 2006). De plus, le nombre considérable d’acteurs mis en jeu dans ces différents mécanismes ne nous permettent pas d’en faire une description exhaustive dans ce manuscrit.

II- Cardioprotection

Le développement des connaissances sur la physiopathologie de l’ischémie reperfusion cardiaque a permis de développer des techniques de protection du cœur face à ces différentes

d’agir lors du déclenchement de la phase ischémique, en revanche il est possible d’agir lors de la phase de reperfusion, et plus les connaissances avancent, plus il est possible de développer des méthodes différentes. L’ensemble de ces méthodes visant à réduire la taille de l’infarctus sont appelées méthodes de cardioprotection. En 2005 a été publié une des premières études cliniques démontrant un effet positif du post-conditionnement, réalisé par des épisodes d’une minute de gonflement et dégonflement du ballon d’angioplastie, résultant en une réduction de ±36% de la taille d’infarctus (Staat et al., 2005).