Mécanismes  d’angiogenèse  :  du  VEGF  en  passant  par  HIF

3.1.2.1

Facteurs pro-angiogéniques

Le switch angiogénique résulte du déséquilibre entre inhibiteurs de l’angiogenèse (thrombospondine, angiostatine, endostatine) et facteurs proangiogéniques qui deviennent prépondérants. Ces facteurs pro-angiogéniques sont extrêmement nombreux et sont sécrétés non seulement par les cellules tumorales mais également par les cellules du microenvironnement tumoral. Parmi l’ensemble de ces facteurs les plus étudiés appartiennent à la famille du VEGF.

3.1.2.2

VEGF

La famille du VEGF (Vascular endothelial growth factor) est une famille de glycoprotéines comprenant plusieurs membres : le VEGF-A, B, C, D et le PIGF (Placental Growth Factor). Le principal médiateur de l’angiogenèse tumorale est le VEGF-A communément appelé VEGF. Il est impliqué dans la régulation de l’angiogenèse physiologique et pathologique par l’intermédiaire de sa fixation sur le récepteur VEGFR-2. Ce récepteur est donc considéré́ comme la cible principale des effets mitogènes, angiogéniques et inducteur de la perméabilité́ vasculaire du VEGF. Le VEGF-A se lie également au récepteur VEGFR-1 mais pas au VEGFR-3. L’activité́ induite par le VEGF peut être amplifiée par l’activation de deux corécepteurs, les neuropilines 1 et 2 (NRP-1 et NRP-2). Le VEGF est le prototype du facteur angiogénique dans des conditions physiologiques et pathologiques et constitue le facteur clé́

de la régulation de l’angiogenèse tumorale ¹²⁴.

3.1.2.2.1 VEGF-A: différentes isoformes

Le gène du VEGF-A est situé sur le chromosome 6 et se compose de huit exons séparés par

sept introns ¹²⁵. Un mécanisme d’épissage alternatif génère plusieurs isoformes en fonction de

l’exclusion des exons 6 et 7. Les parties protéiques codées par les exons 6 et 7 sont responsables de l’adhésion du VEGF à la matrice extracellulaire et déterminent la biodisponibilité́ des différents variants. Ces isoformes sont nommées en fonction du nombre d’acides aminés de la protéine : VEGF 121, 145, 165, 189 et 206. Les formes majoritaires sont le VEGF121, 165 et 189.

L’activité́ de ces isoformes est variable ce qui permet une réponse biologique graduelle et

contrôlée ¹²⁶. Cette différence d’affinité́ pour la matrice extracellulaire permet la formation

d’un gradient spatial de VEGF. Le VEGF121 diffuse librement et agit sur de longues distances alors que le VEGF165 agit lui à distance et sur les cellules voisines. Enfin le VEGF189 lié à la matrice extracellulaire permet la mise en place de signaux à très courte distance. Le VEGF121 est considéré́ comme l’isoforme la plus tumorigène dans de nombreux

cancers parmi lesquels le cancer du sein ¹²⁷, le cancer du colon ¹²⁸ ou ce qui nous intéresse, le

cancer de la prostate ¹²⁹.

L’augmentation du ratio VEGF121/VEGF165-VEGF189 dans les cellules de cancer de la prostate augmente la tumorigenèse in vivo suggérant un rôle important de cette isoforme dans la croissance tumorale. Ces résultats soulignent l’importance de l’expression relative des différentes isoformes de VEGF dans la régulation du développement des cancers de la prostate.

Le VEGF165 quant à lui semble jouer un rôle primordial dans les tumeurs colorectales, du sein, du poumon, du rein ou encore de l’ovaire.

3.1.2.2.2 Les récepteurs du VEGF-A

L’action du VEGF-A passe par son interaction avec les récepteurs VEGFR-1 et VEGFR-2, récepteur à activité tyrosine kinase.

Le VEGFR-1 se présente à la fois sous forme soluble et sous forme transmembranaire. Son rôle n’est pas très clair. L’affinité́ du VEGF pour ce récepteur est dix fois supérieure que pour

le VEGFR-2. Cependant, la transduction du signal après liaison du VEGF est très faible ¹³⁰. Il

pourrait donc piéger le VEGF et empêcher sa fixation sur le VEGFR-2.

Le VEGFR-2 est fortement exprimé à la surface des cellules endothéliales et des progéniteurs endothéliaux circulants. La liaison du VEGF entraîne la dimérisation du récepteur et active différentes voies de signalisation impliquées dans la survie, la prolifération, la migration des

cellules endothéliales et favorise la perméabilité́ vasculaire ¹³⁰.

L’expression des récepteurs VEGFR-1 et VEGFR-2 et des corécepteurs NRP-1 et NRP-2 n’est pas limitée aux cellules endothéliales. Certaines observations suggèrent que l’expression des récepteurs à la surface des cellules cancéreuses et que le VEGF jouerait le rôle de facteur

de croissance autocrine sur les cellules tumorales. La fixation sur son récepteur entraîne la dimérisation, l’autophosphorylation et l’activation des voies de signalisation

RAS/RAF/MEK/ERK («Extracellular signal Regulated Kinase») et PI3K («Phosphoinositide 3

Kinase») impliquées dans la prolifération, la survie et la migration des cellules endothéliales.

3.1.2.2.3 La régulation de l’expression du VEGF par HIF

Dans les conditions physiologiques, l’expression du VEGF est extrêmement contrôlée. L’expression anarchique des facteurs pro-angiogéniques et en particulier celle du VEGF entraîne la néo-angiogenèse tumorale. De nombreux facteurs contrôlent l’expression du VEGF comme l’hypoxie, la diminution du pH, les cytokines inflammatoires, les facteurs de

croissance, les hormones, les oncogènes et certaines chimiokines ¹⁰⁹.

Même si l’induction d’expression la plus importante est observée après stimulation par des facteurs de croissance ou des oncogènes, la condition d’induction de VEGF la plus étudiée est l’hypoxie. Cette dernière régule la transcription, la stabilité́ et la traduction de l’ARNm du

VEGF ¹³². Le VEGF possède dans son promoteur un élément de réponse à l’hypoxie, HRE

(Hypoxia Response Element). Cette séquence permet la transcription du VEGF en réponse à l’hypoxie par la fixation du facteur de transcription HIF-1 (Hypoxia Inducible Factor). HIF-1 fonctionne sous la forme d’un hétérodimère, composé d’une sous-unité́ HIF-1α dont l’expression est constitutive et d’une sous-unité́ régulatrice HIF-1β dont l’expression est

régulée par l’hypoxie ¹³³. En normoxie, la demi-vie de HIF-1α est extrêmement courte. La

protéine VHL (Von Hippel-Lindau) possède une activité́ E3 ubiquitine ligase et cible

HIF-1α permettant ainsi sa dégradation par le protéasome¹³⁴. En situation d’hypoxie, la protéine

VHL est inactive et entraîne ainsi la stabilisation de HIF-1α. La translocation dans le noyau et l’interaction avec HIF-1β entraîne l’activation de la transcription du VEGF en réponse à l’hypoxie.

Ce mécanisme permet le contrôle de la stabilité́ de la protéine en fonction de la concentration en oxygène et de réguler l’expression du VEGF en hypoxie. L’expression du VEGF en situation d’hypoxie n’est pas uniquement régulée au niveau transcriptionnel. En effet, en situation d’hypoxie, la transcription du VEGF n’est augmentée que de 3 fois alors que les quantités d’ARNm sont augmentées de 12 fois. Cette différence s’explique par une régulation

facteurs de croissance et certains oncogènes peuvent via la voie de signalisation ERK induire la phosphorylation du facteur de transcription Sp-1, qui à son tour va activer la transcription

du gène VEGF ¹³⁶. Même en réponse à l’hypoxie, l’expression de l’ARNm du VEGF peut

être induite indépendamment de HIF ¹³⁷.

3.1.2.2.4 La régulation du facteur HIF

Les facteurs de transcription HIF sont des facteurs héterodimériques composés de deux sous unités α et β. La réponse des cellules à l’hypoxie est majoritairement régulée par les facteurs de transcription HIF-1 et HIF-2. Contrairement aux sous-unités β dont l’expression est constitutive, les sous unités α sont régulées par l’hypoxie. Ils régulent la transcription d’un grand nombre de gènes cibles, impliqués dans la réponse à l’hypoxie. Ces deux isoformes régulent un grand nombre de gènes en commun mais possèdent également des cibles plus spécifiques.

Le facteur HIF-1α est le membre le plus étudié́ de la famille des facteurs de transcription HIF. La plupart des gènes dont l’expression est régulée par HIF possèdent dans leur promoteur une séquence régulatrice de type HRE. L’expression de HIF-1α est induite à partir d’un pourcentage d’oxygène inférieur à 6% et est maximale à environ 0,5% d’oxygène. Dans des conditions d’oxygénation normale, l’hydroxylation de HIF-1α entraîne sa poly-ubiquitinylation par la protéine VHL et sa dégradation par le protéasome. D’autres facteurs régulent l’expression de HIF-1α. Des modifications post-traductionnelles régulent son activité́. La phosphorylation de HIF-1α par les MAPK joue un rôle important et augmente