les cellules épithéliales coliques
3. Modulation de la détoxication de H 2S dans les cellules épithéliales coliques
3.2. Modulation par des facteurs cellulaires
Des facteurs cellulaires pouraient être présents in vivo dans la cellule et avoir pour
rôle le contrôle de la liaison de H2S à la cytochrome c oxydase, ce qui modulerait sa toxicité
et augmenterait sa détoxication. Dans ce contexte, l’étude très récente d’Hildebrandt. (2011) a suggéré le rôle protecteur de l’acide désoxyascorbique, la forme oxydée de la vitamine C
(dehydroascorbic acid :DHA) contre la toxicité de H2S. Dans cette étude in vitro, le NaHS à la
concentration de 50µM inhibait complètement, la respiration de mitochondries isolées de foie de rat en présence de succinate utilisée comme substrat. L’addition de DHA (1mM) a permis la réversion de cet effet inhibiteur de NaHS (figure 33). Par conséquent, une respiration mitochondriale a été mesurée en présence de la forme oxydée de la vitamine C même en présence de concentrations élevées de NaHS allant jusqu’à 200 µM. La valeur d’IC50 du NaHS (induisant la diminution de 50% de la respiration) était augmentée de 20 fois en
présence de DHA. L’oxydation de H2S était également augmentée dans ces expériences.
L’effet protecteur de DHA semble être en partie dû à des modifications de la fixation du H2S
libre sur la cytochrome c oxydase. De fait, il semblerait qu’une liaison du DHA à la cytochrome c oxydase au niveau de l’interface entre la protéine et les autres protéines des autres complexes de la chaîne mitochondriale, entraînerait des changements conformationnels au niveau de la protéine cytochrome c oxydase; ce qui pourrait être à
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l’origine d’une diminution de l’affinité de la cytochrome c oxydase pour le H2S (Hildebrandt,
2011).
Pour récapituler :
Les études de la littérature confèrent une importance capitale aux mécanismes de détoxication de H2S. Chez les organismes adaptés aux environnements riches au H2S, il
semble clair que l’oxydation de H2S soit à la fois un système de détoxication et une voie de
production d’énergie. Chez les mammifères et l’homme en particulier, des arguments vont dans ce sens mais des études restent encore à réaliser afin de comprendre le fonctionnement de ce système de détoxication et ses mécanismes de régulation dans le côlon. Par ailleurs, les quelques résultats obtenus à partir de travaux expérimentaux ont conduits plusieurs auteurs à proposer une hypothèse considérant qu’un dysfonctionnement de la détoxication de H2S pourrait jouer un rôle partiel dans l’étiologie de la rectocolite
hémorragique et du cancer colorectal. En effet, une étude a rapporté une réduction de l’expression génique de la TST dans des tissus cancéreux coliques comparée à des tissus sains (Birkenkamp-Demtroder et al., 2002). Une autre étude a mis en évidence la présence d’une corrélation entre les diminutions de l’expression de la TST et les niveaux d’infiltration
par les cellules immunitaires dans les RCH.Le système de détoxication de H2S semble donc
être une composante importante de la physiologie et peut être de la physiopathologie du côlon.
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Travaux réalisés
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JUSTIFICATION DES TRAVAUX EXPERIMENTAUX
Dans ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés au H2S en tant que substrat
oxydatif mais également au H2S en tant que molécule susceptible d’exercer un effet
inhibiteur sur la respiration dans la mitochondrie. Ce travail avait pour but de développer certains aspects encore peu étudiés dans la littérature.
Notre travail a consisté dans un premier temps à étudier la détoxication mitochondriale de H2S dans les cellules humaines mais également à étudier les enzymes
d’oxydation/détoxication impliquées. Au regard des différentes études réalisées sur des cellules humaines ou animales, la mitochondrie apparaît comme un organite déterminant pour le devenir de H2S dans la cellule (Goubern et al., 2007; Hildebrandt and Grieshaber,
2008a; Hildebrandt and Grieshaber, 2008b). En effet, c’est en partie au niveau de la
mitochondrie que se fait le catabolisme de H2S mais également sa production via la voie de
la MST (Pun et al., 2010). L’oxydation mitochondriale de H2S entraîne une énergisation
mitochondriale et une production d’ATP, et fait intervenir un système de détoxication impliquant la SQR et deux autres enzymes : la ETHE1 et la TST (Hildebrandt and Grieshaber, 2008b). Bien que ces enzymes de la « sulfide oxidation unit » (ou unité d’oxydation du sulfure d’hydrogène) soient bien décrites chez le ver A.marina et chez le rat, elles restent encore méconnues chez l’Homme. Cependant, de nombreuses données expérimentales de la littérature nous ont conduits à supposer la présence d’un système enzymatique fonctionnel
similaire chez l’Homme, responsable de l’oxydation/détoxication de H2S. Cette hypothèse de
travail se base principalement sur les résultats des travaux de Goubern et ses collaborateurs
montrant la présence d’une oxydation/détoxication de H2S dans les cellules coliques
humaines (Goubern et al., 2007). De plus, la production endogène de H2S par la plupart des
cellules de mammifères, y compris les cellules humaines telle que rapportée dans la
littérature, associée au rôle physiologique important de H2S en tant que molécule de
signalisation agissant sur plusieurs tissus de mammifères, pourrait constituer un argument
en faveur de la présence d’un système de contrôle des concentrations intracellulaires de H2S
dans de nombreuses cellules. On peut donc envisager la présence d’un système d’oxydation
du H2S dont le rôle serait de contrôler localement les concentrations de H2S au niveau de ses
sites de production mais également au niveau de ses sites d’action. Par ailleurs, les
paramètres pouvant orienter les effets de H2S en terme d’énergisation mitochondriale ou de
toxicité ont été également considérés dans ce travail. Ces paramètres concernent d’une part l’existence très probable de concentration « seuil » de H2S en dessous ou au dessus de
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laquelle un des deux phénomènes, l’énergisation ou la toxicité mitochondriale prédomine, et d’autre part la tolérance des cellules vis-à-vis de H2S.
Dans un deuxième temps, notre travail a été consacré à l’étude de l’expression des
enzymes impliquées dans la « sulfide oxidation unit » dans les cellules épithéliales coliques
humaines HT-29 Glc-/+ et au niveau des différents segments du côlon, ce qui nous permettait
en plus d’avoir une approche au niveau de l’unité fonctionnelle que représentent les cryptes et l’épithélium de surface. Les mécanismes de régulation de cette fonction de détoxication de H2S notamment au cours de la différenciation des cellules épithéliales coliques ont été
également abordés. De plus, nous avons porté un intérêt particulier à l’étude de l’adaptation
des cellules coliques humaines au H2S déjà évoquée lors de travaux précédents (Goubern et
al., 2007; Leschelle et al., 2005). Les données bibliographiques dans ce contexte, nous ont
amené à considérer les enzymes de la « sulfide oxidation unit » au centre des mécanismes
d’adaptation des colonocytes vis-à-vis du H2S.
Enfin, comme le contenu luminal colique représente un environnement complexe contenant différents métabolites bactériens et éléments non digérés et/ou non absorbés en provenance de l’alimentation ; nous avons émis l’hypothèse que des composants de la lumière colique pouvaient moduler, prévenir ou au contraire accentuer la toxicité de H2S.
Nous avons donc examiné le rôle des cations divalents susceptibles de modifier la concentration luminale de H2S libre sur la détoxication de H2S dans les cellules coliques
humaines. Nous avons de plus testé l’effet d’un prétraitement au NaHS sur l’oxydation de
H2S par les cellules coliques humaines. En effet, un rôle de NaHS (H2S) dans l’induction de
l’enzyme de détoxication TST a été rapporté dans les cellules HT-29 parentales par l’équipe de Ramasamy (Ramasamy et al., 2006). Par ailleurs, au regard du rôle globalement bénéfique du butyrate à doses physiologiques sur les différentes fonctions du côlon (Hamer et al., 2008), mais également du rôle protecteur de cet acide gras à courte chaîne sur la
toxicité liée au H2S (Christl et al., 1996); nous avons émis l’hypothèse d’un rôle protecteur
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