les cellules épithéliales coliques
2. Mécanismes d’adaptation mitochondriale au H2 S
En présence de fortes concentrations de H2S, l’effet inhibiteur de H2S sur la
cytochrome c oxydase devient important et entraîne une inhibition complète de la respiration cellulaire. L’inhibition de la cytochrome c oxydase empêche les électrons générés par
l’oxydation de H2S de passer dans la chaîne de transport des électrons : vers le complexe III
et la cytochrome c oxydase. Dans ces conditions, des mécanismes alternatifs d’adaptation peuvent intervenir au niveau de la mitochondrie afin de permettre la détoxication de H2S
même quand celui-ci est présent à de fortes concentrations. Dans ce contexte, le ver marin
A. marina représente un modèle intéressant pour l’étude des mécanismes d’adaptation au H2S car il constitue le seul système connu qui ne soit pas inhibé par le H2S. En effet, l’étude
réalisée chez A. marina a décrit en présence de concentrations de H2S supérieures à 10µM et
donc inhibitrice de la cytochrome c oxydase chez cet animal, un transfert des électrons
libérés de l’oxydation de H2S vers une oxydase terminale alternative et insensible au H2S et
qui à son tour transfère les électrons directement aux molécules d’oxygène (figure 29). L’oxydase terminale alternative permet de produire de l’eau sans passer par la
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phosphorylation oxydative ; et donc sans production concomitante d’ATP (Volkel and Grieshaber, 1996). La nature de cette enzyme n’est pas encore connue.
Par ailleurs, d’autres travaux se sont intéressés aux mécanismes d’adaptation des mitochondries de cellules de mammifères. Aucune oxydase alternative n’a été décrite dans les cellules de mammifères ou les cellules humaines. En revanche, d’autres mécanismes alternatifs ont été proposés.
2.1. Adaptation des cellules coliques humaines au H2S
Peu d’études ont examiné l’adaptation mitochondriale des cellules coliques humaines
au H2S. Une voie alternative a été proposée par Goubern et al. (2007) dans des cellules HT-
29 Glc-/+ incubées pendant 12 minutes dans une solution de NaHS infusée à raison de 28nmol HS-/minute/5x106 cellules. Les auteurs ont observé une inhibition complète de la
respiration mitochondriale de ces cellules associée à une augmentation significative de la concentration intracellulaire en succinate et une diminution de celle du malate dans les cellules incubées en présence de NaHS (figure 30). Ces résultats ont permis aux auteurs de suggérer la mise en place d’un transfert des électrons issus de l’oxydation de H2S vers le
complexe II qui résulterait en une réversion partielle du cycle de Krebs et une réduction du malate en succinate (Goubern et al., 2007). La signification physiologique de cette voie alternative n’est pas encore claire. D’un point de vue théorique, l’envoie des électrons issus de l’oxydation de H2S vers le complexe II (ou vers une oxydase alternative observée chez A.marina) prévient leur accumulation au niveau de la chaîne de transport des électrons (Leschelle et al., 2005; Pun et al., 2010). En outre, la réversion de la réaction au niveau du complexe II pourrait prévenir l’accumulation des substrats destinés à la phsophorylation oxydative et permettre ainsi aux substrats de prendre une autre voie métabolique, la voie de la glycolyse par exemple (Leschelle et al., 2005)). Par ailleurs, une exposition des cellules HT-29 Glc-/+ au NaHS (1mM) pendant une durée de 24 heures, considérée par les auteurs comme une exposition à long terme, entraîne la mise en place de réponses métaboliques adaptatives dans les cellules traitées. Ces réponses contribueraient au maintien de la viabilité cellulaire. Les auteurs, Leschelle et al. (2005) ont rapporté une inhibition de l’activité enzymatique de la cytochrome c oxydase et de la respiration cellulaire dans les cellules HT- 29 Glc-/+ traitées au NaHS (Leschelle et al., 2005). Cependant, le niveau intracellulaire en
ATP et ADP dans ces cellules n’était pas affecté par l’incubation en présence de NaHS. Leschelle et al. (2005) ont rapporté dans les cellules HT-29 Glc-/+ traitées au NaHS, une libération de lactate associée à une augmentation de la glycolyse anaérobie qui pourrait avoir pour objectif la compensation partielle de la baisse de la production d’ATP altérée par effet
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de H2S. De plus, un ralentissement des phases du cycle cellulaire et de la prolifération a été
également observé dans les cellules traitées au NaHS. Ce ralentissement pourrait constituer un autre moyen utilisé par les cellules afin de diminuer les dépenses énergétiques en ATP liées à la division cellulaire et aux voies métaboliques de biosynthèse associées permettant ainsi de maintenir un niveau intracellulaire stable d’ATP. De fait, il est bien connu qu’une chute brutale du contenu cellulaire en ATP est susceptible d’entraîner la mort cellulaire par nécrose. Par ailleurs, il a été également observé dans les cellules traitées au NaHS, une augmentation des niveaux d’expression de la protéine de découplage UCP-2 et une diminution de l’expression protéique des sous unités I et II de la cytochrome c oxydase (figure 31) (Leschelle et al., 2005). Le découplage mitochondrial qui en résulte pourrait diminuer la production des ROS (Dawson et al., 1993).
Kimura et al. (2006) ont mis en évidence sur des cellules nerveuses prétraitées au
H2S, une adaptation cellulaire qui rend les cellules plus résistantes au stress oxydant induits
par le H2S. Une augmentation de la synthèse du glutathion suite aux niveaux élevés de ROS
dans la cellule semble être à l’origine de cet effet (Kimura et al., 2006). Ces observations
n’ont pas été retrouvées dans les cellules coliques humaines (HT-29 Glc-/+) qui, au contraire,
semblent plus vulnérables lorsque les cellules sont exposées deux fois au H2S par rapport à
des cellules exposées une seule fois à cet agent (Leschelle et al., 2005). Cet effet semble être dû à la présence d’une capacité de la phosphorylation oxydative dans les cellules qui
serait partiellement perdue après une première exposition au H2S. Les réponses adaptatives
semblent donc dépendre des types cellulaires même s’il est nécessaire de préciser que très peu d’études ont abordé ce point.