Nrf2, UVs et vieillissement

Les radiations UVs sont composées des UVA, des UVB et des UVC, d’après la longueur d’onde des photons. Les UVA ont la longueur d’onde la plus longue (315-400 nm), les UVB ont une longueur d’onde intermédiaire (290-320 nm) et les UVC ont la longueur d’onde la plus courte (100-280 nm). La lumière ambiante est composée principalement des UVA (90-95%) et des UVB (5- 10%), la plupart des UVC provenant du soleil sont retenus par la couche d’ozone (Amaro-Ortiz et al., 2015). Les radiations UVs ont un effet mutagène responsable de pathologies de la peau, incluant des érythèmes, un vieillissement prématuré et des cancers. Nrf2 jouant un rôle dans la défense antioxydante, il a été étudié dans la photoprotection. Les UVA et les UVB augmentent tous deux le niveau d’EROs intracellulaires. Plusieurs laboratoires ont étudié l’activation de Nrf2 dans des modèles humains et murins. Ils peuvent être résumés dans le tableau suivant (Tableau 7).

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Tableau 7. Régulation de Nrf2 par la lumière UV D’après Schäfer and Werner, 2015. Espèce, type cellulaire et traitement In vitro/in vivo Dose UVA [J/ cm2] Dose UVB [mJ/ cm2] Activation de Nrf2 Références KCs UVB Souris In vitro

0,75 ↑ (Kannan and Jaiswal, ₂₀₀₆₎

2 ↓ Kannan and Jaiswal, ₂₀₀₆

10-40 → (Durchdewald et al., ₂₀₀₇₎

In vivo 100-300 → (Durchdewald et al., ₂₀₀₇₎

Homme In vitro 10 ↓ (Kokot et al., 2009)

UVA

Souris In vitro 5-20 → (Durchdewald et al., ₂₀₀₇₎

Homme

In vitro 20 → (Zhao et al., 2013)

22,5 ↑ (Marrot et al., 2007)

40 ↗ (Zhao et al., 2013)

Lumière du soleil

Homme In vitro 16,8 480 ↗ (Marrot et al., 2007)

Fibroblastes UVB

Souris In vitro 15-200 → (Hirota et al., 2005)

Homme In vitro 0,75 ↑

(Kannan and Jaiswal, 2006)

2 ↓ (Kannan and Jaiswal, ₂₀₀₆₎

UVA

Souris In vitro 10 ↑ (Hirota et al., 2005)

Homme In vitro 25 ↑ (Zhong et al., 2010)

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L’irradiation de KCs humains avec 20 J/cm² d’UVA a montré peu d’effet sur l’expression des gènes médiés par Nrf2, tandis que 40 J/cm² était plus important. Une autre étude a également montré un effet positif des UVA sur l’activité de Nrf2. Des cellules NHEK ont été irradiées avec 22,5 J/cm² d’UVA qui ont induit une transcription des gènes cibles de Nrf2 (nqo-1 et gclc). Une exposition avec la lumière du soleil, un mélange de 16,8 J/cm² d’UVA et de 480 mJ/cm² d’UVB) ont reflété un effet mineur sur l’activation de Nrf2. Ce résultat suggère que les irradiations des UVB ont un effet inhibiteur sur Nrf2. Ceci a été confirmé dans une étude in vitro avec des NHEK et des mélanocytes, mais aussi ex vivo avec des explants de peau, où une irradiation à une dose physiologique de 10 mJ/cm² d’UVB a réduit l’expression de Nrf2 et de ses gènes cibles (HO-1, GCLC et GST) (Kokot et al., 2009).

Les UVA peuvent atteindre les fibroblastes car leur longueur d’onde est élevée, alors que les UVB sont absorbés par l’épiderme. Dans des fibroblastes humains primaires, l’irradiation avec 40 J/cm² d’UVA a induit la formation de phospholipides oxydés, qui ont permis l’activation de HO-1 (Gruber et al., 2010).

Dans l’épiderme murin, l’apoptose des KCs induite par les UVB est plus importante dans les cellules de la couche basale. Pourtant, les UVs sont plus importants dans les couches supérieures, car les KCs les absorbent fortement (Anderson and Parrish, 1981). Par son rôle cytoprotecteur, Nrf2 est en partie responsable de l’apoptose moins importante dans les couches suprabasales (Schafer et al., 2010). La protection des UVs médiée par Nrf2 se produit de façon paracrine : les KCs différenciés présentent une forte activité de Nrf2, ce qui leur permet de protéger les KCs des couches basales des dégâts que provoquent les UVs (Figure 40).

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Figure 40. Modèle d'une protection des KCs des UVB médiée par Nrf2

Le schéma du milieu présente un épiderme murin avec la lame basale (BL), la couche épineuse (SL), la couche garnuleuse (GL) et la couche cornée (CL). Une protection paracrine des KCs basaux par les KCs des couches suprabasales est postulée dans l’épiderme, indiquée par des flèches. Le GSH est synthétisé par une réaction à deux étapes catalysée par la glutamate cysteine ligase (Gcl) et la glutathione synthetase (Gss). Le

substrat limitant pour cette réaction est la cystéine (Cys). Les KCs des couches supérieures importent la cystéine extracellulaire (Cys2) par le co-facteur Xc-. Cys2 est ensuite réduit en cys. Le GSH et la cys sont exportés par les KCs des couches supérieures. Le GSH est exporté par des multidrug resistance proteins (Mrps). Le GSH extracellulaire subit une réaction avec échange de thiols avec cys2 pour former la cys. La cys est importée dans les KCs des couches basales par l’importateur Asc et sert de substrat pour la synthèse de

GSH.

D’après Schafer et al., 2010.

Après une forte exposition aux UVB, comme c’est le cas dans les couches superficielles de l’épiderme, le niveau d’EROs et la déplétion du GSH augmentent et la protection paracrine des KCs est réduite. Cette protection réduite entraine une apoptose des KCs de la couche basale. Grâce à l’apoptose, le risque de transformation maligne des cellules de la couche basale est limité. En revanche, les cellules des couches suprabasales, qui servent de maintien pour l’épiderme, sont préservées (Schäfer et al., 2010).

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3.5.2. Nrf2 et photo-vieillissement

Les EROs induits par les UVs entrainent des altérations de l’épiderme et du derme. La voie de signalisation nucleotide excision repair est impliquée dans la réparation des lésions provoquées par les UVs (Ichihashi et al., 2003). La réparation par excision de nucléotides agit sur des lésions qui distordent de façon conséquente la double hélice d’ADN, comme les dimères de pyrimidines générés par les UV. Ce type de réparation est ubiquitaire et son efficacité diminue avec l’âge. Le stress oxydant active la sénescence cellulaire en ciblant cette voie de réparation des dommages cellulaires (Velarde et al., 2012). La sénescence cellulaire est associée à une capacité réduite de division et de prolifération, parfois en conjonction avec un raccourcissement des télomères. Des KCs humains NHEK exposés au peroxyde d’hydrogène ont subi un raccourcissement de ces télomères, asscocié à une diminution de la prolifération et un élargissement cellulaire (Yokoo et al., 2004).

Le rôle de Nrf2 a été étudié dans le cas du photo-vieillissement sur un modèle de souris déficiente en Nrf2 (Nrf2 ko). Ces souris irradiées aux UVB subissent un photo-vieillissement accéléré : la formation de rides épaisses a été observée (Figure 41), ainsi qu’une perte de la flexibilité de la peau et une plus grande épaisseur de l’épiderme (Hirota et al., 2011). Une diminution du taux de GSH cutané a également été mesurée. Il semblerait donc que la voie de Nrf2/Keap1 joue un rôle dans la prévention du photo-vieillissement en maintenant un niveau élevé d’antioxydants, comme le GSH, dans la peau.

Figure 41. La formation de rides est augmentée chez les souris Nrf2 ko

Le dos préalablement rasé des souris a été exposé 3 fois aux UVB pendant 15 semaines, la dose d’UVb totale était de 6,39 J/cm². (a) souris wild type non irradiée, (b) souris Nrf2 ko non irradiée, (c) souris wild-

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D’après Hirota et al., 2011.