Cytoplasme Noyau Gènes cibles HRE Pr Pr CTAD HIF1! HIF1" Pr Pr CTAD HIF1! HIF1" Pr Pr CTAD HIF1! HIF1" Pr Pr CTAD HIF1! ADN P300 P300 Transcription Dimérisation
& autres confacteurs
3 2 Translocation Pr Pr CTAD HIF1! OH OH OH O2 CO2 succinate pVHL pVHL Pr Pr CTAD HIF1! OH OH OH Mitochondrie NO O2 NO PHDs FIH1 Fe2+ Acide ascorbique 2-oxoglutarate ROS ROS 1 Stabilisation 1 Hydroxylation Dégradation 3 Pr Pr CTAD HIF1! 2 Fixation inactives active inactive actives
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liaison du HIF à l’ADN, et donc par là-même ses propriétés de transcription du génome (Lando2002 ; Kaelin2002). L’hypoxie atténue l’efficacité des PHD, dont l’activité est
étroitement liée à la concentration cellulaire en O2, permettant la dimérisation
nucléaire des sous-unités " et ! du HIF (figure 3). L’hétérodimère ainsi formé se fixe
aux éléments de réponse à l’hypoxie (HRE) des gènes cibles, provoquant leur transcription. Parce que leur activité est proportionnellement liée à la quantité d’O2
disponible, les PHD sont qualifiés de senseurs d’O2 ; ils relient la concentration
cellulaire en O2 à la voie de signalisation du HIF.
Les gènes cibles du HIF sont globalement ceux visant à faciliter l’adaptation de la cellule à son nouvel environnement hypoxique. Parmi eux figurent les gènes de l’érythropoïèse et du métabolisme du fer (érythropoïétine, transferrine), ceux du métabolisme énergétique (transporteurs de glucose), ceux de la prolifération / de la viabilité cellulaire, ou encore ceux de l’angiogenèse (facteur de croissance de l’endothélium vasculaire VEGF, facteur de croissance dérivé des plaquettes PDGF, facteur de croissance placentaire PlGF, synthase de l’oxyde nitrique inductible iNOS)
(Rodriguez2008 ; Brüne2007a ; Brüne2007b ; Wiesener2003a ; Semenza2000). La sous-unité HIF-2" semble
avoir, en plus de ceux précédemment cités, d’autres gènes cibles, en particulier ceux impliqués dans la cancérogenèse. Ainsi l’expression des gènes de l’angiogenèse préalablement cités, (VEGF, PDGF, PGF), celle des gènes de la dégradation de la MEC (métalloprotéinases MMP), celle des gènes du processus de métastases (lysyl oxydase LOX, facteur dérivé des cellules stromales SDF1, et son récepteur de type 4 CXCR4), celle des gènes de la transition épithélio-mésenchymateuse (facteurs de transcription SNAIL, SIP, ZEB) et enfin celle des gènes de l’immortalisation (télomérase transcriptase inverse humaine hTERT) apparaissent principalement régulées par le HIF-2" (Swami2010 ; Kim2009 ; Bertout2008 ; Semenza2003).
Le système de détection des variations d’O2 via la voie du HIF est virtuellement
présent dans toutes les cellules eucaryotes évoluées et semble participer à bon nombre des processus physiologiques (ex. développement) et pathologiques (ex. cancérogenèse) fondamentaux (Huang2003 ; Semenza2000). On a longtemps pensé que seule
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l’hypoxie stricto sensu pouvait signaler la voie du HIF. Or, il apparaît que certaines hormones, certaines cytokines, des facteurs de croissance, mais aussi l’oxyde nitrique (NO) et ses dérivés réactifs (RNOS), ainsi que les dérivés actifs de l’O2 (ROS) sont
en mesure d’activer / moduler cette voie de signalisation privilégiée (Brüne2007a).
I / 1 / C – L’oxyde nitrique
Le NO est un messager cellulaire de premier plan. Trois différentes synthases (NOS) catalysent la formation de NO à partir du L-arginine, d’O2 et de nicotinamide adénine
dinucléotide phosphate oxydase (NAD(P)H oxydase) (figure 4) (Brüne2007a ; Brüne2007b).
Deux synthases du NO sont constitutives (synthase endothéliale du NO eNOS ; synthase neuronale du NO nNOS) ; elles induisent la production d’une faible quantité de NO sur une base continue. L’activité de la troisième synthase, l’iNOS, est induite par certaines cytokines (interleukine (IL)-1, interféron (INF)-#, facteur de nécrose tumorale (TNF)-"), certains facteurs de croissance (VEGF) et certains stimuli inflammatoires (lipopolysaccharides bactériens LPS) (Isenberg2005 ; Rizk2004). L’iNOS
permet la production instantanée de grande quantité de NO, lorsque la quantité d’O2
disponible est suffisante pour supporter cette réaction de synthèse accrue (Sen2009b). La
réaction catalysée par les NOS ne s’arrête généralement pas à la formation de NO, un composé de première réaction ; des formes réduites ou oxydées réactives sont aussi produites (RNOS), tel le peroxynitrite (Brüne2007a ; Brüne2007b).
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Figure 4. Schéma simplifié du métabolisme de l’arginine dans les plaies et de la voie de signalisation du monoxyde d’azote (NO). Les effets spécifiques associés aux synthases spécifiques du NO (NOS) sont précisés. EDRF : facteur de relaxation dérivé de l’endothélium. Les autres abréviations utilisées sont détaillées dans le corps du texte. Se référer au corps du texte pour de plus amples explications. Adapté de Leiper2011 ; Brüne2007a ; Brüne2007b ; Isenberg2005 ; Rizk2004.
Le NO et les RNOS ont de multiples effets, directs et indirects. Le NO a généralement un effet direct sur la régulation de gènes cibles ou des molécules / protéines cibles qu’est, par exemple, la guanylate cyclase, menant à la formation de guanosine monophosphate cyclique, un médiateur des échanges ioniques, de la glycogénolyse, de la multiplication et/ou de l’apoptose cellulaire, mais aussi de la relaxation des muscles lisses péri vasculaires à l’origine d’une vasodilatation et d’une meilleure perfusion sanguine (Isenberg2005 ; Rizk2004). Les RNOS ont des effets plus
indirects. Ils s’associent souvent aux ROS et forment soit des composés réactifs intermédiaires capables d’oxyder, de nitrater et de nitroser nombre de molécules cibles, soit des composés inactifs. A ce titre, le NO et ses dérivés figurent parmi les meilleurs antioxydants (Schreml2010 ; Soneja2005). Les effets du NO et des RNOS sont
cependant variables : ils dépendent de la quantité produite (effet concentration
NO
Régulation de la transcription génique
Effets indirects (RNOS) : - Nitrosation - Oxydation - Nitration nNOS : neurotransmission - Renforcement de l’impulsion nerveuse à long-terme
- Coordination activité nerveuse /
flot sanguin
- Modulation de la douleur eNOS : EDRF cardiovasculaire - Régulation du tonus vasculaire - Inhibition de la prolifération des
cellules musculaires lisses
- Inhibition de l’agrégation des
plaquettes sanguines
iNOS : inflammation & défense de l’organisme
- Cytotoxique contre les bactéries,
virus et autres microorganismes
Effets directs : - Complexes métalliques - Radicaux de haute énergie
L-ARGININE L-ARGININE L-citrulline L-ornithine L-ornithine Arginase II Arginase I O2 NAD(P)H Polyamines Proline NOS Mitochondrie Cytoplasme Noyau
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dépendant), du moment de production (effet temps dépendant), du site de production (effet site dépendant), de l’oxygénation cellulaire et/ou tissulaire (effet statut redox dépendant), de la présence concomitante d’autres dérivés actifs tels ceux de l’O2
(ROS). Le NO est donc un messager certes multifonctionnel, mais plutôt versatile, qui peut (dé)stabiliser la voie du HIF selon que le milieu est normoxique ou hypoxique (Brüne2007a ; Brüne2007b).
Lors d’hypoxie, le NO, à faible concentration, interagit avec le cytochrome C oxydase et entre en compétition réversible avec l’O2, qu’il déloge, bloquant ainsi la
respiration mitochondriale. En résulte une hypoxie mitochondriale qui réoriente alors le peu d’O2 disponible au niveau cellulaire vers des systèmes dépendant de l’O2 pour
leur bon fonctionnement, telles les PHD (figures 3 & 6). Activées par l’O2, les PHD
catalysent l’hydroxylation du HIF-1" et déstabilisent la voie du HIF (Weljie2010 ; Berchner-
Pfannschmidt2007). Conséquence : une cellule stimulée par le NO dans un environnement
hypoxique n’enregistre pas l’hypoxie ambiante et ne s’y adapte donc pas (Sen2009b ;
Brüne2007a ; Brüne2007b). Inversement, en normoxie, le NO, à forte concentration, interagit
avec le site actif Fe2+ des PHD, bloquant leur activité de façon réversible (figures 3 & 6). Il
en résulte une stabilisation du HIF-1" et un renforcement de la voie du HIF en normoxie (Sen2009b ; Brüne2007a ; Brüne2007b).
Il apparaît donc que la stabilisation de la voie du HIF n’est pas le seul apanage de l’hypoxie et que certains composés, tel le NO, mais aussi les ROS, tel qu’il sera décrit, participent activement, et généralement à contre courant, à la (dé)stabilisation de cette voie.