Modulation de l’activité des récepteurs, des voies de signalisations et des facteurs de

Le stress oxydant subi par les cellules lors d’une exposition aux DEP et à ses composants

chimiques peut moduler l’activité de certaines voies de signalisation comme celles des MAPK ou de

facteurs de transcription tels que Nuclear Factor kappa B (NF-κB) ou Activated Protein-1 (AP-1). Ces

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différentes protéines ont comme point commun d’être sensibles aux variations intracellulaires du statut

redox.

Les DEP peuvent induire la phosphorylation et ainsi l’activation certains récepteurs

membranaires comme l’Epidermal Growth Factor Receptor (EGFR) dans des cellules pulmonaires

humaines par des mécanismes impliquant une inhibition de l’activité des phosphatases chargées

habituellement de déphosphoryler ce récepteur (49).

Les MAPK sont des sérine/thréonine kinases impliquées dans de nombreux processus

cellulaires comme la prolifération, la différenciation, la survie ou l’apoptose (50). Chez les

mammifères, on distingue 3 classes majeures de MAPK : extracellular signal-regulated kinases 1/2

(ERK 1 et 2), c-Jun N-terminal kinases/stress-activated protein kinases (JNK/SAPKs) et les

p38-kinases. Généralement, une cascade de signalisation impliquant des MAPK kinase kinases et MAPK

kinases conduit à l’activation de ces différentes kinases par phosphorylation. Une fois activées par

différents stimuli (facteurs de croissance, cytokines, facteurs de stress), les MAPK régulent

l’expression de gènes via la phosphorylation du facteur de transcription AP-1.

L’exposition aux DEP peut activer les 3 classes de MAPK, cependant cette activation est

dépendante de différents paramètres comme la composition des particules, le type cellulaire et la dose

d’exposition. La teneur en métaux de transition joue un rôle déterminant dans la capacité des

particules à activer les MAPK. Une étude montre une activation des MAPK (ERK1/2, JNK et p38) à

la fois in vivo sur des coupes de poumon de rats et in vitro sur des cellules épithéliales pulmonaires

humaines (HAEC) exposés au ROFA (Residual oil fly ash), un polluant particulaire avec une forte

concentration en métaux de transition généré par la combustion d’huiles et de diesel (51). L’activation

des MAPK par les DEP peut également différer selon le type cellulaire considéré. Wang et al., (2005)

(52) montrent que l’exposition in vitro à des doses identiques d’extraits organiques des DEP (DEPe)

active les trois MAPK (JNK, p38 et ERK) dans la lignée épithéliale pulmonaire BEAS-2B alors que

seules JNK et p38 sont activées dans la lignée macrophagique murine RAW 264.7. La dose

d’exposition conditionne aussi l’activation des MAPK par les DEP. Seule des concentrations

intermédiaires ou élevées (≥ 50 µg/ml) de DEPe sont capables d’induire l’activation de JNK dans

différentes lignées cellulaires humaines (52, 53). De plus, l’exposition à 50 µg/ml de DEP montre une

activation de JNK mais pas de ERK1/2 au niveau d’explants de trachée de souris Balb/C (54).

Le facteur de transcription AP-1, un substrat des MAPK peut aussi être une cible des

particules. L’exposition de Mφ alvéolaires de rat aux particules ultrafines stimule la phosphorylation

de AP-1 conduisant à l’induction de l’expression d’une cytokine pro-inflammatoire, le TNFα (Tumor

necrosis factor alpha) (55). Une autre étude montre une augmentation de l’activité de liaison de AP-1

sur le promoteur du gène de l’IL-8 dans des cellules HAEC exposées aux DEPe (56). Plusieurs

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mécanismes d’activation des MAPK par les polluants particulaires ont été avancés et d’une manière

générale, ils impliquent un stress oxydant. L’utilisation d’un antioxydant ou d’un chélateur de calcium

intracellulaire bloque l’activation d’AP-1 induite par les particules ultrafines suggérant que la

production d’EAO pourrait favoriser la libération intracytosolique de calcium et conduire à

l’activation de MAPK et de facteurs de transcription comme AP-1 (55). La présence de métaux

comme le vanadium pourrait aussi inhiber directement ou indirectement l’activité de phosphatases

chargées de réprimer l’activation des MAPK (49, 51).

La famille des facteurs de transcription NF-κB est activée en réponse à la stimulation de

nombreux récepteurs membranaires tels que les Toll Like Receptor (TLR) et jouent un rôle essentiel

dans l’expression de nombreuses cytokines pro-inflammatoires. Cette famille regroupe plusieurs

membres formant principalement des hétérodimères composés des sous-unités Rel (p65) et p50 qui

sont séquestrés, à l’état latent, dans le cytoplasme par l’interaction avec la protéine inhibitrice IκBα.

Lors d’une stimulation, la protéine inhibitrice IKBα est phosphorylée par des IκB kinases (IKK) et

dégradée par le protéasome. L'hétérodimère libéré peut alors transloqué dans le noyau où il se lie à des

éléments de réponse κB et active la transcription de gènes en s’associant avec le coactivateur CREB

Binding Protein (CBP/p300). Les DEP sont capables d’activer la voie NF-κB initiant ainsi la

production de médiateurs pro-inflammatoires. Des études reportent une stimulation de l’activité de

NF-κB favorisant sa liaison au promoteur de l’IL-8 dans des cellules HAEC et dans la lignée cellulaire

BEAS-2B exposées aux DEP (56, 57). Cette activation conduit à la production d’une chimiokine

pro-inflammatoire l’IL-8. Une autre étude portant sur des cellules épithéliales pulmonaires de souris

montre aussi une augmentation de la liaison de NF-κB radiomarqué sur les éléments de réponse κB du

promoteur d’une autre chimiokine MIP-2 pour pro-inflammatoire macrophage inflammatory protein-2

(ou CXCL2) après exposition des cellules au PM

(58). Pourazar et al., (2005) (59) exposent des

sujets sains aux DEP et l’immunomarquage des biopsies des bronches avec un anticorps dirigé contre

p65 révèlent une translocation nucléaire de la protéine. Par ailleurs, l’exposition de souris aux DEP

augmente l’expression des protéines p65 et p50 dans les extraits nucléaires des poumons entiers (60).

L’activation de la voie NF-κB par les DEP est ainsi largement démontrée dans les cellules épithéliales

in vitro et l’origine cellulaire de cette activation in vivo reste mal identifiée. Il faut noter que peu ou

pas d’étude montre une activation de la voie NF-κB par les DEP dans les Mφ alvéolaires. Mondal et

al. (2000) (61) ont comparé la réponse cellulaire des monocytes humains primaires et des Mφ

alvéolaires aux ROFA et ont mis en évidence une activation de NF-κB dans les monocytes mais pas

dans les Mφ alvéolaires. De plus amples études restent à effectuer pour trancher sur les capacités

d’activation de NF-κB par les DEP dans les Mφ. Le stress oxydant et la production d’EAO apparait là

encore comme le mécanisme à l’origine d’une telle activation dans les cellules épithéliales

pulmonaires (58, 62). Il semblerait que les cellules épithéliales bronchiques soient plus sensibles que

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les Mφ aux EAO produites lors de l’exposition aux DEP. Cette susceptibilité de ces cellules

s’expliquerait par leur incapacité à convertir un précurseur du GSH, la N-acétylcystéine (NAC) en

GSH qui bloque l’activation des voies NF-κB et MAPK (53). Cela pourrait contribuer à expliquer la

différence d’activation de la voie NF-κB par ces polluants pro-oxydants dans ces deux types

cellulaires.

D’autres facteurs de transcription sont également activés par les DEP: Nrf2 par l’altération du

statut redox de la cellule et AhR par la présence de composés chimiques ligands de ce récepteur

cytosolique.

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