Présentation des membres de la famille de Bcl-2.

Bcl-2 a initialement été découverte via l’observation d’une translocation chromosomique (t 14 :18) fréquente dans les lymphomes folliculaires B (Tsujimoto et al., 1985). En effet, le gène codant pour cette protéine est fréquemment transloqué dans ce type de pathologies et se retrouve dépendant d’un promoteur de gènes codants pour les chaines lourdes des immunoglobulines (Bakhshi et al., 1985). Ainsi surexprimée, Bcl-2 favoriserait la survie cellulaire en s’opposant à la mort cellulaire par apoptose. Bcl-2 fut ainsi un des premiers oncogènes découverts dont la surexpression n’avait pas pour effet de favoriser directement la prolifération cellulaire mais était associée à une capacité de résistance à l’induction de mort, renforçant l’idée selon laquelle la capacité de résister à la mort cellulaire peut également participer au développement tumoral (Vaux et al., 1988).

On distingue actuellement plusieurs dizaines de protéines au sein de la famille de Bcl- 2, regroupées en trois groupes : un groupe de protéines homologues à Bcl-2 en terme de structure et de fonction, et qui regroupe donc les membres anti-apoptotiques, et deux autres groupes de protéines qui jouent un rôle en faveur de l’apoptose (Figure 10). Tous les membres de cette famille possèdent au moins un domaine BH (pour Bcl-2 Homology domain ou domaine d’homologie à Bcl-2). Certains membres possèdent également un domaine transmembranaire, ce qui permet leur ancrage à la membrane externe de la mitochondrie, au niveau du réticulum endoplasmique ou de l’enveloppe nucléaire. Le groupe des membres

anti-apoptotiques comprend en particulier Bcl-2 et Bcl-XL qui possèdent 4 domaines d’homologie à Bcl-2 (BH1, 2, 3 et 4) et sont localisées au niveau mitochondrial en l’absence de stimuli apoptotique (Youle & Strasser, 2008). Au sein des membres pro-apoptotiques, on distingue deux groupes. Le premier, celui des membres « BH3-only », regroupe des protéines qui ne possèdent qu’un seul domaine BH, le domaine BH3, constitué d’une vingtaine d’acides aminés (Huang & Strasser, 2000). Ce groupe comprend entre autres les membres Bid, Bad, Bim, Noxa et Puma. Ces membres BH3-only sont essentiels à l’apoptose ayant lieu au cours du développement embryonnaire et leur activation constitue la première étape de régulation des membres de cette famille par un stimulus apoptotique. Parmi eux, Bid, un substrat de la caspase 8, constitue un lien entre la voie extrinsèque, initiée par les DR, et la voie mitochondriale. En effet, le clivage de Bid par la caspase 8 permet la formation d’une forme clivée appelée t-Bid (pour truncated Bid, ou Bid tronqué) qui peut alors transloquer du cytosol vers la membrane externe de la mitochondrie pour favoriser le phénomène de perméabilisation (Li et al., 1998 ; Luo et al., 1998). Le second groupe de membres pro- apoptotiques est constitué de membres possédant plusieurs domaines d’homologie à Bcl-2. Il comprend les membres Bax, Bak (et Bok, moins étudié) qui possèdent chacun trois domaines d’homologie à Bcl-2. Les membres anti-apoptotiques et pro-apoptotiques peuvent s’associer en hétérodimère, ce qui inhibe leurs fonctions respectives. Au niveau mécanistique, le domaine BH3 d’un membre pro-apoptotique pourrait se loger au sein d’une poche hydrophobe formée par les domaines BH1 BH2 et BH3 d’un membre anti-apoptotique, permettant l’inhibition fonctionnelle.

Bax et Bak sont essentiels à la perméabilisation de la membrane externe de la mitochondrie en réponse à de nombreux stimuli pro-apoptotiques (Wei, 2001). Ainsi, les membres BH3-only ne pourraient induire l’apoptose cellulaire dans des cellules doublement déficientes pour Bax et Bak (Cheng et al., 2001 ; Zong et al., 2001). De plus, les souris doublement déficientes pour Bax et Bak présentent de nombreux défauts morphologiques tels que l’absence de formation d’espaces inter-digitaux et d’un canal vaginal, une splénomégalie et des lymphadénopathies. Bax et Bak semblent donc également impliqués dans l’apoptose cellulaire ayant lieu au cours du développement embryonnaire (Lindsten et al., 2000). Deux modèles d’activation de Bax/Bak ont été proposés dans la littérature. Un premier modèle, dit « d’activation directe », ou « d’activation-dérépression », stipule que, suite à leur activation, certains membres BH3-only nommés les activateurs, tels que Bim et tBid, lient et activent Bak et Bax tandis que d’autres, les sensibilisateurs, tel que Bad, lient les membres anti-

apoptotiques induisant la libération des activateurs (Letai et al., 2002) (Figure 10). Un second modèle, « d’activation indirecte », propose qu’en l’absence de stimulus apoptotique, les membres anti-apoptotiques séquestrent les membres du groupe de Bax et Bak et que le stimulus apoptotique active les membres BH3-only, dont l’affinité augmente pour les membres anti-apoptotiques qu’ils vont directement séquestrer, ce qui laisse donc libre les membres du groupe Bax et Bak qui participeraient à la perméabilisation mitochondriale (Willis et al., 2007) (Figure 10). Dans les deux modèles, les membres BH3-only doivent donc être activés en réponse à un stimulus apoptotique pour permettre l’activation de Bax et Bak. Une étude récente, utilisant des souris triple KO Bid Bim Puma suggère que ces trois protéines seraient les membres BH3-only principaux, les plus en amont de l’activation de Bax et Bak (Ren et al., 2010). L’utilisation de molécules pharmacologiques mimant l’action de membres BH3-only pourrait ainsi être envisagée en thérapie anti-cancéreuse afin de favoriser l’induction de la voie mitochondriale. Par exemple, l’ABT-737, un BH3-only mimétique, capable de lier et neutraliser Bcl-2, Bcl-XL et Bcl-W a été montré comme pouvant induire une régression de tumeurs dérivées de lignées cellulaires de cancer du poumon à petites cellules chez la souris (Oltersdorf et al., 2005).

Physiologiquement, la modulation de l’action des membres de la famille de Bcl-2 peut être la résultante de modifications transcriptionnelles ou post-traductionelles, certains membres semblant être activés de façon préférentielle selon le stress cellulaire considéré. Par exemple, la privation en facteur de croissance activerait particulièrement Bim et Bad et l’induction de dommages à l’ADN, Puma et Noxa. Au niveau transcriptionnel, l’expression du gène codant pour Bax pourrait être augmentée suite à l’activation de p53 ou de l’oncoprotéine c-Myc (Miyashita & Reed, 1995 ; Mitchell et al., 2000). Au niveau post- traductionnel, Bax peut être phosphorylé par JNK (Jun Kinase) et p38 MAPK, conduisant à son activation et à sa translocation à la mitochondrie (Kim, 2006). Des modifications post- traductionnelles telles que la phosphorylation pourraient également influencer l’interaction entre les différents membres de cette famille. Ainsi, la protéine BH3-only Bad peut être phosphorylée par Akt/PKB en réponse à des facteurs de survie cellulaire et perdre ainsi son affinité pour la protéine anti-apoptotique Bcl-XL ainsi que sa localisation mitochondriale. Bad phosphorylée devient alors affine pour la protéine 14-3-3 qui séquestre Bad dans le cytoplasme, permettant à BcL-XL libérée de jouer son rôle anti-apoptotique (Zha et al., 1996). Un autre mécanisme régulateur possible de l’action de ces protéines est également leur

clivage, l’exemple classique concernant Bid dont le clivage par les caspases 8 et 10 favorise la localisation mitochondriale.