1-1 Dans l’angiogenèse physiologique 1-1-1 Dans le développement embryonnaire
Le rôle du VEGF dans le développement embryonnaire a été amené par deux études qui ont montré que l’inactivation d’un seul allèle du gène vegf conduit à la mort embryonnaire (E11-E12) par défaut d’angiogenèse [(Carmeliet et al., 1996) ; (Ferrara et al., 1996)]. De plus, c’est le seul facteur connu pour lequel l’invalidation d’un seul allèle conduit à une létalité embryonnaire systématique, ce qui suggère que le maintien du niveau d’expression du VEGF est essentiel au cours de l’embryogenèse. Les embryons hétérozygotes présentent des anomalies diverses du
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L’hématopoïèse est le processus qui aboutit à la formation des cellules sanguines (globules rouges, globules blancs et plaquettes) à partir de cellules souches hématopoïétiques.
développement, associées à des défauts de vascularisation et une forte réduction du nombre de globules rouges.
Parallèlement, la délétion de la région 3’UTR sur un seul allèle du gène vegf conduit aussi à la létalité embryonnaire des souris aux alentours des stades E12,5-E14 (Miquerol et al., 2000). La délétion de cette région entraîne de sévères anomalies du développement cardiaque consécutives à sa surexpression d’un facteur deux à trois.
Ces deux exemples illustrent remarquablement l’implication du VEGF dans l’angiogenèse au cours du développement embryonnaire. Ils soulignent surtout l’extrême importance d’une très fine régulation de son niveau d’expression, puisque qu’une simple augmentation ou diminution d’un facteur deux du niveau d’expression du VEGF suffit à entraîner la mort embryonnaire.
1-1-2 Chez l’adulte
Chez l’individu adulte, le VEGF est impliqué dans de nombreux processus tels que la cicatrisation, la grossesse, la croissance squelettique et dans l’angiogenèse ovarienne. L’angiogenèse est impliquée dans la croissance folliculaire et le développement du corps jaune sous le contrôle de facteurs hormonaux. Ceci est démontré, entre autres, par une étude dans laquelle l’inhibition du VEGF chez le singe marmouset bloque l’angiogenèse lutéale et retarde le développement folliculaire (Fraser and Wulff, 2001).
1-2 Dans l’angiogenèse pathologique
L’angiogenèse nécessite un équilibre rigoureux entre signaux pro- et anti-angiogéniques. Une dérégulation de cette balance peut entraîner un excès ou, au contraire, un défaut de vascularisation et ainsi favoriser le développement de nombreuses pathologies.
Dans les cas d’excès d’angiogenèse, le VEGF est impliqué dans de nombreuses maladies inflammatoires, dans les rétinopathies, et dans le cancer du fait de sa capacité à stimuler la néo- vascularisation des tumeurs. Comme le VEGF cible spécifiquement les cellules endothéliales l’inhibition de ce facteur constitue un traitement anticancéreux en pleine expansion.
Plusieurs stratégies anti-angiogéniques ont été développées parmi lesquelles, l’utilisation d’anticorps dirigés contre le VEGF. Le bevacizumab est un anticorps monoclonal humanisé et recombinant qui cible spécifiquement le VEGF. Le bevacizumab se lie avec une haute affinité à toutes les isoformes du VEGF et neutralise l’action de celui-ci en bloquant de façon stérique sa liaison à ses récepteurs FLT1 (VEGFR1) et KDR (VEGFR2). Le bevacizumab est un médicament commercialisé sous le nom d’Avastin, et utilisé en combinaison avec des chimiothérapies pour le traitement du cancer colorectal métastatique et pour le cancer du sein (Ferrara et al., 2007).
2- Rôles des isoformes du VEGF dans l’angiogenèse 2-1 Dans l’angiogenèse physiologique
L’utilisation de souris transgéniques n’exprimant qu’une seule isoforme du VEGF a permis de mieux comprendre la fonctionnalité de chacune des isoformes.
Les isoformes de 121, 165 et 189 AA, décrites chez l’homme, font 120,164 et 188 AA chez la souris, et le VEGF-164 est l’isoforme majoritaire.
Les premières souris générées 120/120 expriment uniquement l’isoforme de 120 AA. La moitié d’entre elles connaît une mort périnatale, et l’autre moitié meurt dans les deux semaines suivantes d’une diminution de l’angiogenèse myocardique, celle-ci entraînant une insuffisance cardiaque. Chez ces souris, il est observé une diminution de la quantité globale du VEGF en raison de l’absence des isoformes de 164 et 188 AA. Une augmentation relative de 300% de la quantité de VEGF-120 pourrait expliquer les défauts vasculaires observés chez ces souris 120/120 (Carmeliet et al., 1999).
Les souris 164/164 sont, quant à elles, fertiles et en bonne santé. Par contre, les souris 188/188 meurent dans un cas sur deux et, pour celles qui ne meurent pas, elles ne parviennent pas à prendre du poids, sont moins fertiles et présentent une diminution de la croissance artérielle (Stalmans et al., 2002). Le VEGF-164 semble donc posséder les propriétés nécessaires au développement ainsi qu’au fonctionnement des appareils reproducteurs chez la souris.
Par ailleurs, il existe chez l’homme une seconde famille d’isoformes VEGF-XXXb issue d’un épissage alternatif dans l’exon 8, qui permet de générer des isoformes contenant le même nombre d’acides aminés que les trois isoformes principales mais dont la partie caboxy-terminale est différente (cf . III C 2-1).
Le VEGF-165b, isoforme la mieux caractérisée de cette seconde famille, est une protéine inhibitrice de l’angiogenèse in vitro (Bates et al., 2002). Cette isoforme ne stimule pas la migration et la prolifération de cellules endothéliales humaines de la veine ombilicale (HUVEC) et bloque l’activité du VEGF sur ce type cellulaire.
2-2- Dans l’angiogenèse pathologique
Le VEGF-121 est l’isoforme prédominante dans plusieurs cancers, et elle est considérée comme la plus tumorigène parmi les autres variants d’épissage.
Une étude utilisant des cellules de carcinomes mammaires (MCF-7) – transfectées de manière stable pour exprimer chacune des isoformes de 121, 165 et 189 AA dans des quantités comparables – montre que le VEGF-121 est le plus angiogène et que les cellules MCF-7, qui l’expriment, sont
les plus tumorigènes. Les auteurs de cette étude suggèrent que ces effets résultent de la plus importante diffusibilité du VEGF-121 (Zhang et al., 2000).
Une autre étude illustre le rôle de chaque isoforme dans la tumorigenèse, dans le recrutement, et dans l’expansion des capillaires de la vascularisation systémique, grâce à l’utilisation de cellules murines transformées et déficientes en VEGF. Celles-ci ont été transfectées de manière stable pour exprimer chacune des isoformes de 120, 164 et 189 AA dans des quantités comparables (Grunstein et al., 2000). Les résultats de cette étude montrent que :
- les tumeurs sauvages sont bien vascularisées et possèdent à la fois des gros vaisseaux et des vaisseaux de plus petit diamètre, reliés aux bourgeons capillaires (Figure 19).
- les tumeurs qui n’expriment pas de VEGF sont visiblement plus petites et ont une vascularisation très réduite.
- les tumeurs qui n’expriment que le VEGF-120 présentent une densité vasculaire supérieure à celle observée dans les tumeurs qui n’expriment pas de VEGF. Cependant, ces tumeurs ont une faible vascularisation intra-tumorale.
- les tumeurs qui n’expriment que le VEGF-164 sont très bien vascularisées, et présentent la plus forte croissance en terme de masse tumorale.
- les tumeurs qui n’expriment que le VEGF-188 ont une taille équivalente à celles qui n’en expriment pas. Ces tumeurs présentent une hypervascularisation intratumorale et une quasi absence de gros vaisseaux périphériques.
Ces expériences montrent que, dans un modèle murin, seule la surexpression du VEGF-164 est capable d’induire pleinement la tumorigenèse. Cependant chaque isoforme contribue de manière spécifique et complémentaire au processus de vascularisation tumorale. La diffusibilité variable de chaque isoforme permet au VEGF-120 de recruter les vaissaux distaux afin de regagner la circulation systémique, à distance des cellules effectrices ; au VEGF-188 d’induire la microvascularisation locale ; et au VEGF-164 d’assurer à la fois la formation des vaisseaux sanguins à proximité et à distance de la tumeur.
Par ailleurs, l’expression du VEGF-165b est diminuée dans les cellules des carcinomes rénaux (Bates et al., 2002), ainsi que dans d’autres cancers et pathologies associées à un excès d’angiogenèse, ce qui est en accord avec son potentiel anti-angiogénique.