Mécanisme d’induction et de déstabilisation de la paroi des capillaires

Les vaisseaux sanguins transportent l’oxygène nécessaire aux différentes cellules de l’organisme, lequel diffuse vers les tissus ; c’est pourquoi la quantité d’oxygène (ou pression partielle en oxygène) diminue lorsque l’on s’éloigne des vaisseaux. Lorsque les cellules sont trop éloignées des vaisseaux sanguins (>100µm) (ou zone avasculaire), elles sont en manque d’oxygène (<5% O2). Cet état est appelé hypoxie. Les cellules développent alors une réponse adaptative permettant d’augmenter les apports nutritionnels et gazeux en formant de nouveaux vaisseaux qui vont pouvoir venir irriguer ces zones, l’angiogenèse est alors déclenchée.

III.1.a.

La réponse adaptative des cellules en hypoxie est médiée par le facteur inductible par l’hypoxie HIF-1α (50). HIF est un complexe hétérodimérique sensible à l’oxygène :

- Lorsque la pression en oxygène est normale (ou normoxie), les sous-unités cytoplasmiques HIF-1α et HIF-2α ont une durée de vie très courte. Elles subissent des modifications par la prolyl hydroxylase (PHD) (51) ce qui augmente l’affinité de HIF-1α pour la protéine de von HippelŔLindau (pVHL), protéine du complexe ubiquitin ligase E3 permettant de marquer les protéines devant être dégradées (Cf. figure 20). HIF-1α est alors ubiquitinylé et ensuite éliminé par le complexe du protéasome. L’acétylation d’HIF-1α par l’arrest defective-1 protein (ARD1) est également nécessaire pour une reconnaissance complète par pVHL (52).

- Par contre, lorsque les cellules sont privées d’oxygène (en hypoxie), l’enzyme PHD a une activité réduite. Ainsi, HIF-1α et HIF-2α s’accumulent dans le cytoplasme et peuvent rentrer dans le noyau où ils se dimérisent avec HIF-1β et activent la transcription des gènes cibles possédant l’élément de réponse à l’hypoxie (HRE) au niveau de leur région promotrice (Cf. figure 21).

Figure 21 : Mécanisme de dégradation de HIF-1α (extrait du site internet :

http://www.mdanderson.org/education-and-research/departments-programs-and-labs/labs/powis-laboratory/current-research/index.html).

De plus, en normoxie, HIF-1α peut être hydroxylé (dans le domaine C-terminal) ce qui l’empêche de se lier correctement à son élément de réponse HRE (54-55), d’autres modifications post-traductionnelles sont également capables d’inhiber la transcription de gènes par HIF-1α (56-58).

Les gènes activés par l’hypoxie codent pour des protéines permettant (Cf. Figure 22) :

- de modifier le métabolisme des cellules et ainsi de passer d’une respiration aérobie (métabolisme du glucose) à une respiration anaérobie avec production d’acide lactique (59).

- d’aider les cellules à survivre dans un environnement acide en régulant certains gènes nécessaires pour l'homéostasie du pH (60).

- de contrecarrer la privation d’oxygène en agissant sur le transport de l’oxygène (comme l’érythropoïétine) ou dans la libération du fer (comme la transferrine).

Figure 22 : Les cibles directes de HIF (extrait de Schofield, Nature Reviews Molecular Cell Biology, 2004)(53).

L’hypoxie régule également l’expression de gènes impliqués dans l’angiogenèse, comme : - des métalloprotéases responsables de la dégradation de la matrice (62), ou de l’inhibiteur de l’activateur du plasminogène (PAI) (60, 63-64).

- des facteurs de croissance permettant la prolifération et la survie des cellules avec, par exemple, l’insuline (IGF-2 insulin-like growth factor-2) (65) et le transforming growth factor-α (TGF-α) (64,66).

- le VEGF, principal facteur à activité pro-angiogénique par un mécanisme qui augmente la stabilité de son ARNm (acide ribonucléique messager) (67).

- les récepteurs du VEGF (VEGFR-1 et VEGFR-2) sont également surexprimés lors de l’hypoxie par un mécanisme post-transcriptionnel tel que l’augmentation de la stabilité des ARNm (67) ou après libération d’un facteur paracrine par les tissus ischémiés (68).

- enfin, d’autres facteurs pro-angiogéniques ne possédant pas l’élément de réponse HRE dans leur promoteur sont régulés indirectement par l’hypoxie comme le FGF, et les

III.1.b.

La formation d’un nouveau vaisseau à partir d’un vaisseau préexistant nécessite de déstabiliser le vaisseau mère. Cette déstabilisation dépend de divers facteurs produits par les cellules de l’environnement en hypoxie comme le monoxyde d’azote (NO), le VEGF et l’angiopoïétine, ou par les péricytes et la matrice extracellulaire en agissant sur l’intégrité des contacts jonctionnels des CE.

III.1.b.1. Rôle du NO :

Le NO libéré lors de l’hypoxie est un puissant vasodilatateur. Il agit sur le cytosquelette en modifiant la β-caténine (par S-nitrosylation) pour permettre le passage de macromolécules et favoriser la perméabilité induite par le VEGF (1). La vasodilatation provoque un élargissement des vaisseaux conduisant à un détachement des péricytes et à une altération des jonctions entre les cellules endothéliales (Cf. figure 23). De plus, l’augmentation de la perméabilité conduit à l’extravasation de protéines dont la fibrine qui va pouvoir créer une matrice provisoire qui servira de support au bourgeon du vaisseau en formation.

Figure 23 : Déstabilisation de la paroi et sortie de la quiescence. (Extrait de Bergers, Nat Rev Cancer, 2003)

(69).

III.1.b.2. Rôle du VEGF :

Le VEGF est libéré lors du signal d’appel donné par l’hypoxie. Il se fixe alors sur son récepteur possédant une activité tyrosine kinase (VEGFR-2). Cette fixation provoque

l’autophosphorylation subséquente des différents résidus tyrosine situés dans le domaine cytoplasmique du récepteur et conduit à (Cf. figure 24) :

- la phosphorylation de la VE-Cadhérine par la kinase Src induisant la rupture des jonctions adhérentes et une redistribution cellulaire par endocytose (70,71),

- l’activation de la voie de signalisation MAPK nécessaire à l’ouverture des jonctions, - l’activation de la voie de signalisation PI3K conduisant à la production de NO et augmentant ainsi la perméabilité vasculaire.

Figure 24 : Rôle du VEGF dans la perméabilité vasculaire. (Extrait thèse Wallez, 2007).

Le VEGF induit également la phosphorylation d’autres protéines jonctionnelles comme l’occludine et la zona occludens des jonctions serrées. Ainsi, les contacts cellulaires sont déstabilisés et la perméabilité est augmentée (72, 73). Les cellules ne sont plus attachées les unes des autres et peuvent ainsi migrer.

III.1.b.3. Rôle des angiopoïétines :

Le récepteur Tie-2 est impliqué dans la régulation de l’état de quiescence des CE.

Lorsque les cellules endothéliales sont jointives, la liaison de son ligand produit par les péricytes, l’angiopoïétine-1 (ang-1), conduit à la migration du récepteur Tie-2 au niveau des contacts entre les cellules endothéliales et conduit à une inhibition de la prolifération et à un

figure 26). La phosphorylation du facteur de transcrition Foxo (forkhead transcrition factor) par AKT (serine threonine protein kinase) le rend inactif et régule négativement l’expression d’ang-2, autre ligand du récepteur Tie (74).

Mais, lorsque les contacts sont rompus (c’est-à-dire quand les cellules ne sont pas jointives), ang-1 peut se lier à la matrice et induire la localisation de Tie-2 au niveau des contacts cellule-matrice activant les voies de signalisation conduisant à l’adhésion des CE à la cellule-matrice, à leur migration et favorise ainsi l’angiogenèse (75) (Cf. figure 25).

Figure 25 : Représentation des voies de signalisation impliquées dans l’état de quiescence des CE (Adapté de

Fukuhara, Nat Cell Biol, 2008 et de Augustin, Nat Rev Mol Cell, 2009)(76) (74).

Ainsi, la surexpression précoce de l’angiopoïétine-2 (Ang-2) produit par les CE lors du signal d’appel donné par l’hypoxie rentre en compétition avec Ang-1 pour la liaison sur le récepteur Tie-2. Dans un premier temps, les vaisseaux régressent mais sous l’induction du VEGF, l’angiogenèse est initiée (77, 78).

De plus, en présence de VEGF, l’angiopoïétine-2 induit le détachement des péricytes conduisant à une déstabilisation des vaisseaux (79) (Cf. figure 26).

Survivin ↑ Caspase-9 ↓ BAD ↓

Figure 26 : Rôle des angiopoïétines dans la stabilité des vaisseaux. (Extrait de Ribatti, Int J Dev Biol, 2011)(37).

L’état de quiescence est levé. L’endothélium se trouve alors exposé aux différents facteurs présents dans le milieu environnant. Les cellules CE sont activées et peuvent répondre aux différents stimuli qu’elles reçoivent.

III.2. Mise en place du bourgeonnement endothélial