Mécanismes de régulation indépendants de l’oxygène

Bien que l’oxygène soit le principal régulateur de la stabilité et de l’activité des facteurs HIF, leur régulation peut aussi se faire par des mécanismes indépendants de l’oxygène. Certains d’entre eux sont développés ici (Tableau 3, Figure 9).

3.2.1. Régulation par les protéines HSP90 et RACK1

HSP90 (Heat Shock Protein 90) est une protéine chaperonne impliquée dans le repliement adéquat des protéines et dans leur protection vis-à-vis des chocs thermiques. Une étude in vitro a montré que l’inhibition de HSP90 entraine l’ubiquitinylation de HIF-1α et sa dégradation par le protéasome indépendamment de pVHL et du taux d’oxygène. De plus, l’inhibition de HSP90 diminuerait l’activité transcriptionnelle de HIF-1 (Isaacs et al. 2002, Majmundar et al. 2010). Par la suite, une autre étude a montré que RACK1 (Receptor for Activated C-Kinase 1) peut entrer en compétition avec HSP90 pour interagir avec HIF-1α au niveau de son domaine PAS. Alors que

HSP90 stabilise HIF-1α, son interaction avec RACK1 aboutit à sa dégradation par le protéasome (Liu and Semenza 2007, Baldewijns et al. 2010).

3.2.2. Régulation par modifications post-traductionnelles

Plusieurs types de modifications post-traductionnelles peuvent réguler les facteurs HIF. Selon les études, il a été montré que la sumoylation de HIF-α pouvait aboutir à la fois à sa dégradation protéasomale mais aussi à l’augmentation de sa stabilité et de son activité transcriptionnelle (Bae

et al. 2004, Carbia-Nagashima et al. 2007, Cheng et al. 2007, van Hagen et al. 2010). De même, une

étude a montré que la S-nitrosylation de HIF-1α stimule le recrutement des cofacteurs CBP et p300 alors qu’une autre indique le contraire (Yasinska and Sumbayev 2003, Baran et al. 2007, Cho

et al. 2007). Enfin, des études ont montré que la phosphorylation de HIF-α par des protéines de la

voie des MAPK (Mitogen-Activated Protein Kinase), dont ERK1/2 (Extracellular signal-Regulated

Kinases 1/2), augmente l’activité des facteurs HIF, en particulier en favorisant le recrutement de

p300 (Richard et al. 1999, Sang et al. 2003).

3.2.3. Régulation par les hormones et les facteurs de croissance

L’héréguline, une hormone capable de se fixer sur son récepteur HER2 pour induire la prolifération cellulaire, a été impliquée dans la régulation de HIF-1α. En effet, une étude réalisée dans un modèle de cancer du sein a montré que cette hormone active la voie PI3K/Akt/mTOR ce qui induit la traduction de HIF-1α (Laughner et al. 2001). Les mécanismes mis en jeu sont les suivants : une fois activée, mTOR va phosphoryler les protéines 4E-BP1 (eukaryotic Initiation Factor

(eIF) 4E Binding Protein 1) et p70S6K (p70S6-kinase), toutes deux impliquées dans l’initiation de la

traduction cap-dépendante. Ainsi, la phosphorylation de 4E-BP1 entraine sa dissociation de eIF- 4E qui va se lier au complexe eIF-4F pour initier la traduction. De plus, la phosphorylation de p70S6K entraine l’activation de la protéine ribosomale S6 et de eIF-4A ainsi que la phosphorylation de eIF-4B et de eIF-4G qui font également partie du complexe eIF-4F (Hara et al. 1997, Hay and Sonenberg 2004, Sonenberg and Hinnebusch 2009, Blagden and Willis 2011). L’angiotensine II, une hormone aux propriétés vasoconstrictrices, a également été impliquée dans la régulation de HIF-1α. En effet, une étude a montré que dans des cellules musculaires lisses vasculaires, l’angiotensine II induit la transcription de HIF-1α via l’activation de la PKC et

Enfin, une étude a montré que le FGF, l’EGF (Epidermal Growth Factor), l’insuline et l’IGF1/2 (Insulin-like Growth Factor) induisent l’expression de HIF-1α dans la lignée HEK293 (Feldser et al. 1999). Une étude réalisée dans un modèle de cancer de la prostate a ensuite montré que l’EGF régule la transcription de HIF-1α en activant la voie PI3K/Akt (Zhong et al. 2000). Par la suite, il a été montré que l’EGF et l’insuline peuvent stimuler la production de ROS, ce qui induit l’activation des protéines Akt et p70S6K pour aboutir à la traduction de HIF-1α dans des lignées tumorales humaines (Liu et al. 2006, Zhou et al. 2007). Plus récemment, une étude a montré que l’inhibition du FGFR (FGF Receptor) entraine une diminution du taux intracellulaire de HIF- 1α dans une lignée de glioblastome (Ader et al. 2014).

3.2.4. Différences de régulation entre HIF-1α et HIF-2α

Bien que la majorité des mécanismes de régulation soient communs aux sous-unités HIF-α, certains d’entre eux sont spécifiques à HIF-1α ou HIF-2α (Keith et al. 2012).

En premier lieu, des études effectuées dans plusieurs lignées cellulaires tumorales ont montré que HIF-2α est stabilisé en conditions d’hypoxie modérée (2-5% O2) alors que HIF-1α s’accumule lorsque l’hypoxie est plus sévère (0-2% O2) (Nilsson et al. 2005, Holmquist-Mengelbier et al. 2006). De plus, en cas d’hypoxie prolongée, l’expression de HIF-2α est élevée et maintenue dans le temps alors que HIF-1α est d’abord fortement exprimée puis son taux décroît après plusieurs heures, sans doute suite à la dégradation de son ARNm (Uchida et al. 2004, Holmquist- Mengelbier et al. 2006). D’autre part, l’hypoxie intermittente induit l’expression de HIF-1α mais diminue celle de HIF-2α (Peng et al. 2006, Nanduri et al. 2009).

La protéine HAF (Hypoxia-Associated Factor) est une E3 ubiquitine ligase uniquement retrouvée dans les cellules en prolifération. Il a été montré que cette protéine peut se lier à HIF-1α pour induire son ubiquitinylation et sa dégradation protéasomale indépendamment de pVHL (Koh et

al. 2008a, Koh and Powis 2009). A l’inverse, HAF peut se lier sur la région C-terminale de HIF-

2α et favoriser ainsi son activité transcriptionnelle (Koh et al. 2011).

Enfin, l’activité des facteurs HIF peut être modulée par les sirtuines, des enzymes sensibles au statut redox de la cellule. Ainsi, SIRT1 (sirtuin 1) peut déacétyler un résidu lysine du domaine N- TAD de HIF-2α afin d’augmenter son activité transcriptionnelle (Dioum et al. 2009). A l’inverse, la déacétylation de ce résidu sur HIF-1α entraine une diminution de son activité transcriptionnelle (Lim et al. 2010). D’autres études ont montré que SIRT6 constitue un répresseur de l’activité transcriptionnelle de HIF-1α et que SIRT3 diminue sa stabilité (Zhong et al. 2010, Finley et al. 2011).

Figure 9. Principaux mécanismes de régulation des facteurs HIF.

Les facteurs HIF sont activés par trois mécanismes majeurs: la liaison des facteurs de croissance et des hormones à leurs récepteurs (1); l’hypoxie (2); l’activation de voies de signalisation oncogéniques et l’inactivation de gènes suppresseurs de tumeur (3). (1) La liaison d’un facteur de croissance ou d’une hormone à son récepteur aboutit à l’activation de différentes voies de signalisation, telles que la voie PI3K/Akt, induisant ainsi l’accumulation de HIF-1α. (2) L’hypoxie inhibe la dégradation protéasomale de HIF-α, via l’inhibition des PHD ou via la production de ROS, capables notamment d’activer la SphK1. L’hypoxie inhibe également FIH, un régulateur négatif de l’activité transcriptionnelle de HIF. HIF-α s’accumule dans le cytoplasme et s’hétérodimérise avec HIF-β. Le complexe ainsi formé migre dans le noyau et se lie au niveau des séquences HRE de l’ADN des gènes cibles de HIF dont la transcription sera activée. (3) L’inactivation de gènes suppresseurs de tumeur, tels que VHL, p53, PTEN, SDH et FH, de même que l’activation des voies des MAPK, de la PI3K, de NFκB ou de la β-caténine, aboutit à l’accumulation de HIF-α.

CBP : CREB binding protein ; EGF : epidermal growth factor ; FIH : factor inhibiting HIF ; FGF : fibroblast growth factor ; FH : fumarate hydratase ; GSK3β: glycogen synthase kinase 3β; IGF : insulin-like growth factor ; HIF : hypoxia-inducible factor ; HRE : hypoxia response element ; MAPK : mitogen-activated protein kinase ; mTOR : mammalian target of rapamycin ; NFκB : nuclear factor κB ; PHD : prolyl hydroxylase domain containing protein ; PI3K : phosphatidylinositol 3-kinase ; PTEN : phosphatase and tensin homolog ; pVHL : protein von Hippel-Lindau ; ROS : reactive oxygen species ; S1P: sphingosine 1- phosphate; SDH : succinate dehydrogenase ; SphK1 : sphingosine kinase 1. Adapté de Baldewijns, 2010.

Tableau 3. Principaux régulateurs des facteurs HIF.

Régulateur Cible(s) Effet(s) biologique(s) sur HIF-α Référence(s) Régulateurs dépendants de l’oxygène

pVHL HIF-1α /2α Diminution de la stabilité (Iliopoulos et al. 1996) PHD1/2/3 HIF-1α /2α Diminution de la stabilité (Jaakkola et al. 2001)

(Bruick and McKnight 2001)

FIH HIF-1α /2α Diminution de l’activité transcriptionnelle (Lando et al. 2002a, Lando et al. 2002b)

ROS HIF-1α /2α Augmentation de la stabilité (Klimova and Chandel 2008)

SphK1 HIF-1α Augmentation de la stabilité (Ader et al. 2008)

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