La mort cellulaire

Dans ce chapitre, je présenterai assez brièvement les différents types de mort cellulaire eucaryote. Je mettrai l’accent sur l’apoptose car j’ai mis en évidence une nouvelle action de Cif sur ce phénomène.

Figure 9B : Le point de contrôle du cycle cellulaire à la transition G1/S. Les dommages à

l’ADN sont détectés par la protéine ATM s’il s’agit de cassures double-brins de l’ADN ou par ATR, Rad17-RFC et le complexe 9-1-1 pour tout autre dommage. Les protéines ATM/ATR phosphorylent Rad17, Rad9, p53 et les kinases Chk1/Chk2 qui phosphorylent à leur tour la phosphatase Cdc25A. Cette dernière est exclue du noyau et dégradée suite à une ubiquitinylation. Phosphorylée et inactive, Cdk2 s’accumule et ne peut phosphoryler la protéine Cdc45 pour initier la réplication. Le maintien de l’arrêt G1/S est orchestré par la protéine p53 qui est phosphorylée sur sa sérine 15 par ATM/ATR et sur sa sérine 20 par Chk1/Chk2. La protéine p53 phosphorylée induit la transcription du gène p21 et la protéine p21 inhibe le complexe CDK4/Cycline D, empêchant la phosphorylation du Rb qui est nécessaire pour la libération des facteurs de transcription E2F et la transcription des gènes impliqués dans la phase S. p21 se fixe et inhibe également le complexe CDK2/Cycline E pour assurer le maintien de l’arrêt en G1/S (Sancar et al., 2004).

IV.2.1 Description de quelques mécanismes de mort cellulaire

Chez les eucaryotes supérieurs, le processus de mort cellulaire n’est pas uniforme. De nombreux types de mort cellulaire ont été décrit comme l’apoptose, la pyroptose, l’oncose (processus qui dans sa phase finale est appelé nécrose), la mort en mitose (appelée mitose catastrophe) et l’autophagie (Labbe and Saleh, 2008; Blank and Shiloh, 2007; Fink and Cookson, 2005).

L’autophagie est un phénomène qui se produit dans tous les types cellulaires. Celle-ci se caractérise par une dégradation du matériel cytosolique par des enzymes lysosomales au sein d’une vacuole à double membrane appelée « autophagosome » (Klionsky and Emr, 2000). Ce mécanisme d’autophagie permet de renouveler les organelles et le contenu cytoplasmique. L’autophagie peut survenir dans des situations de carence en nutriments lorsque la cellule a besoin de générer des nutriments et de l’énergie. Toutefois, un excès d’autophagie peut entraîner la mort de la cellule appelée mort cellulaire de type II (Blank and Shiloh, 2007; Levine and Yuan, 2005; Schwartz et al., 1993).

L’oncose est une mort cellulaire caractérisée par un gonflement de la cellule, une déplétion en ATP et une augmentation de la perméabilité membranaire avec rupture de la membrane (Majno and Joris, 1995). Il a longtemps été pensé que l’oncose est une mort accidentelle et passive mais il semblerait que des processus enzymatiques telle que la polymérase PARP1 (poly(ADP-ribose) polymerase) soient impliqués (Sun et al., 2006). En effet, en présence d’une destruction massive de l’ADN, l’activité excessive de la PARP, pour réparer l’ADN, provoque une déplétion de son substrat NAD (nicotinamide adénine dinucléotide). La synthèse de la NAD est coûteuse en ATP et la perte d’énergie est à l’origine de l’oncose (Walisser and Thies, 1999; Berger, 1985). Cette mort est hautement inflammatoire et l’on parle de nécrose dans le langage courant.

La mitose catastrophe est une mort cellulaire qui intervient lors d’une mitose aberrante à la suite de dommages cellulaires tels qu’une duplication anormale des centrosomes, des perturbations du fuseau mitotique ou de sévères dommages à l’ADN. Cette mort cellulaire se produit entre la métaphase et l’anaphase. Elle est contrôlée par de nombreuses protéines qui régulent le cycle cellulaire (comme la protéine CDK1) et interviennent dans les points de contrôle du cycle cellulaire (comme la protéine p53) ou dans l’apoptose (comme la caspase-2) (Castedo and Kroemer, 2004; Castedo et al., 2004). Le phénotype des cellules en mitose catastrophe serait entre celui de la sénescence et l’apoptose (Blank and Shiloh, 2007; Eom et

37 un raccourcissement des télomères, une accumulation des anomalies du caryotype et l’expression d’une -galactosidase fréquemment utilisée comme marqueur de sénescence (Dimri et al., 1995).

Les deux types de morts cellulaires restants, la pyroptose et l’apoptose, font intervenir une famille de cystéines protéases appelées caspases. Ces protéines sont produites sous forme de zymogènes (pro-caspases). Elles sont activées par clivage et clivent leurs substrats à travers la protéolyse de résidus aspartate au sein de motifs spécifiques pour chaque caspase (Cohen, 1997). La pyroptose est une mort cellulaire qui dépend de la caspase-1 (ou ICE ; interleukin (IL)-1b converting enzyme) (Cookson and Brennan, 2001). Cette dernière clive et donc active des cytokines pro-inflammatoires telles que la pro-IL-1(Fantuzzi and Dinarello, 1999). L’activité de la caspase-1 peut être induite par des agents infectieux comme la bactérie

Shigella flexneri mais peut également être impliquée dans la genèse de certaines maladies

comme les maladies inflammatoires de l’intestin ou les maladies neurodégénératives (Bergsbaken et al., 2009; Hilbi et al., 1998; Hilbi et al., 1997). Cependant, la caspase-1 joue un rôle dans la résistance aux infections. Il a été montré que, comparées aux animaux sauvages, les souris déficientes pour la caspase-1 sont plus sensibles aux infections comme la salmonellose (Lara-Tejero et al., 2006; Raupach et al., 2006). La pyroptose se caractérise par une rupture rapide de la membrane plasmique avec relargage du contenu pro-inflammatoire intracellulaire. Pour expliquer cette lyse de la cellule, il a été suggéré que les pores formés à la surface des cellules en pyroptose laissent passer des ions ; ce qui perturbe le gradient ionique de la cellule. Il en résulte une augmentation de la pression osmotique entraînant une entrée d’eau et une lyse osmotique. Les cellules en pyroptose présentent également un noyau condensé et une fragmentation de l’ADN chromosomal. Comme l’oncose, la pyroptose est une mort inflammatoire.

IV.2.2 L’apoptose

L’apoptose est une mort cellulaire non inflammatoire bien définie morphologiquement et biochimiquement. Au niveau morphologique, les cellules apoptotiques se caractérisent par des repliements de la membrane plasmique (ressemblant à des ampoules), une réduction du volume cellulaire, une condensation de la chromatine et une fragmentation du noyau. La fragmentation de la cellule provoque la formation de corps apoptotiques qui seront ensuite

absorbés par des phagocytes. Il n’y a donc pas de relargage du contenu cellulaire, ce qui explique l’absence d’inflammation lors de l’apoptose (Elmore, 2007). Au niveau biochimique, l’apoptose se caractérise par des réactions en cascade dans lesquelles des caspases clivent et activent d’autres caspases (figure 10). Ainsi, les caspases participant à l’apoptose ont été regroupées en 2 classes. Les caspases initiatrices (2, 8, 9, 10) qui initient la cascade et les effectrices (3, 6, 7) qui sont à l’origine des changements morphologiques. Les autres caspases (-1, -4, -5 et -11) qui induisent une inflammation (inflammatory caspases) ne participent pas à l’apoptose (Creagh et al., 2003). Les signaux provoquant l’apoptose peuvent être extra-cellulaires. Les ligands se fixent sur des récepteurs de mort (comme le récepteur du TNF, TNFR-1) qui activent une voie de signalisation faisant intervenir les caspases-2, -8 ou - 10 (figure 10). Il existe une seconde voie endogène pouvant induire l’apoptose qui met en jeu la mitochondrie. La voie mitochondriale est activée lors de stress tels que les dommages à l’ADN. En effet, la présence de dommages à l’ADN provoque une stabilisation de p53 (voir chapitre sur le cycle cellulaire). Lorsque les dommages sont irréparables, la même protéine p53 induit la transcription de nombreux gènes pro-apoptotiques tel que bax, puma et noxa

(Murray-Zmijewski et al., 2008). Les protéines Bax, Puma et Noxa font partie de la famille

des protéines Bcl-2. Lors de l’apoptose, la protéine Bax est transloquée et insérée dans la membrane externe de la mitochondrie où elle s’oligomérise et forme un pore. Cet effet de Bax est contrecarré par d’autres protéines de la famille Bcl-2 qui inhibent l’apoptose (comme la protéine Bcl-2 par exemple). Pour favoriser l’induction de l’apoptose, d’autres protéines de la famille Bcl-2 (telles que Puma et Noxa) fixent les protéines Bcl-2 anti-apoptotiques. Les protéines pro-apoptotiques telles que Bax libérées vont exercer leur effet sur la membrane mitochondriale (Youle and Strasser, 2008). La présence de pores dans la membrane externe libère, dans l’espace cytosolique, de nombreuses protéines pro-apoptotiques situées dans l’espace inter-membranaire de la mitochondrie parmi lesquelles le cytochrome C et la protéine Smac/Diablo (Du et al., 2000; Verhagen et al., 2000; Li et al., 1997a). Il se forme alors un complexe appelé apoptosome composé de la procaspase-9, la protéine Apaf-1 (apoptotic protease activation factor-1) oligomérisée et du cytochrome C (Hill et al., 2004; Chinnaiyan, 1999; Li et al., 1997b). La caspase-9 ainsi activée peut ensuite provoquer l’activation des caspases effectrices. Quant à la protéine Smac (second mitochondrial activator of caspases) qui est également appelée Diablo (direct IAP binding protein with low pH), elle potentialise l’activation des caspases en fixant et en bloquant l’activité des protéines IAPs (Inhibitor of apoptosis proteins). La plus connue des protéines IAPs est la protéine XIAP (X chromosome-linked inhibitor of apoptosis proteins) qui se fixe et inhibe l’activité

Figure 10 : Schéma du mécanisme d’apoptose avec quelques substrats des caspases exécutrices. Comme mentionné dans le texte, il existe deux voies (extrinsèques et intrinsèques ou mitochondriales) à l’origine de l’apoptose. Les substrats clivés par les caspases exécutrices sont des composants du cytosquelette (lamine A, actine, gelsoline et fodrine) et des molécules participant à la stabilité génomiques (PARP et ICAD). Le cyto c correspond au cytochrome C. Les molécules FADD (Fas-Associated Death Domain) et TRADD (TNFR-Associated Death Domain) sont des protéines adaptatrices qui font le lien entre le récepteur activé (par les molécules Fas ou TNF) et les procaspases initiatrices (2, 8 et 10) (Fan et al., 2005).

Apoptose