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L’un des principaux domaines de la recherche en matière de PDT se trouve dans le rapport de connaissance concernant la biologie cellulaire et les voies de transduction de signaux, en fonction des facteurs de transcription, des facteurs de régulation du cycle cellulaire, de l’inflammation et de la mort cellulaire. Quelques voies de transduction des signaux sont activées par la PDT (Fig.15) [27,28]. Il y a une réaction de stress aigu conduisant aux changements du métabolisme cellulaire après le traitement par PDT, qui peut entrainer l’apoptose ou la survie cellulaire [4].
Ces effets conduisent couramment à une induction de l’apoptose soit par voie mitochondriale, impliquant les caspases et la libération du cytochrome c, soit par la voie de céramide ou par la mort des récepteurs. Néanmoins, sous certaines conditions, les cellules soumises à la PDT meurent par nécrose. Les recherches et la compréhension de l’effet de la PDT sur les voies de transduction des signaux et les réactions de stress cellulaire (l’hypoxie et l’angiogenèse), peuvent conduire à l’optimisation de la PDT comme une modalité du traitement du cancer. Les domaines d’intérêts concernant les voies de transduction des signaux seraient en fonction des niveaux du calcium signalés, les effets du métabolisme lipidique, l’expression de la tyrosine kinase, les facteurs de transcription, les molécules d’adhésion cellulaires et les cytokines [4].
1. Le calcium :
La PDT effectuée sur les cellules cancéreuses in vitro a montré qu’elle élève les niveaux de calcium total intracellulaire dans les cellules et ceci a été associé à la mort cellulaire et dans certains cas et conditions, à la survie cellulaire [29]. L’augmentation de la concentration du calcium Ca2+ intracellulaire après le traitement par PDT a été proposée de se produire par
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l’influx de Ca2 + à travers les canaux ioniques, la libération du Ca2 + stockée dans les vésicules internes des réticulums endoplasmiques et les mitochondries et/ou l’activation des mécanismes d’échange ionique [30.31]. Etant donné que le Ca2+ est un lien important entre les nombreuses voies activées par la PDT et qu’il joue un rôle si vital dans l’effet de la PDT sur de nombreuses fonctions cellulaires (Fig.15), l’évaluation de l’impact des niveaux de calcium intracellulaires seraient essentiels pour comprendre et expliquer les réactions de mort cellulaire comme l’apoptose induite par PDT [4].
Figure 15 : Les voies de transduction du signal activées après la PDT. Les évènements se passent au niveau des récépteurs localisés au niveau de la membrane plasmatique et aboutissent au changement du métabolisme cellulaire favorisant l’apoptose ou la survie [4] .
33 2. Le métabolisme lipidique:
Etant donné qu’il existence de nombreuses voies interconnectées entre le Ca2+ et le métabolisme lipidique due à l’activation de la phospholipase, cette voie de signalisation cellulaire particulière nécessite une considération capitale. La libération rapide des métabolites de l’acide arachidonique a été signalée dans nombreux cas après la PDT et beaucoup peuvent résulter de l’activation de la phospholipase A2 (PLA2), qui est une enzyme membranaire activée par Ca2+, conduisant ensuite à l’apoptose cellulaire ou à la survie de cette cellule (Fig.15) [30]. La céramide est un messager secondaire, induit par le stress cellulaire qui est produit à partir des sphingophospholipides (qui sont une partie de la membrane cellulaire) par les sphingomyelinases. Ces enzymes séparent les sphingophospholipides telle que la sphingomyeline pour donner la céramide et la phosphorylcholine. En plus, la céramide peut être produite par la synthèse in novo par la céramide synthétase. Le sphingolipide céramide s’est révélée comme une molécule effectrice puissante génératrice de signal secondaire qui régule les différents processus cellulaires y compris l’apoptose, la sénescence cellulaire, le cycle de la cellule, et la différenciation cellulaire [31]. La céramide s’est avérée être capable d’activer un certain nombre d’enzymes impliquées dans les cascades de signalisation du stress cellulaire y compris aussi bien les protéines kinases que les protéines phosphatases. En général, il a été trouvé que les niveaux de céramide ont augmenté dans la majorité des cellules et la voie d’apoptose cellulaire a été observée après le traitement par PDT, ce qui affecte la voie métabolique globale des métastases(Fig.15) [29].
34 3. Les tyrosines kinases :
Les réseaux de transduction du signal fournissent des mécanismes cellulaires pour recevoir des stimuli exogènes et répondre aux signaux d’une manière appropriée. La protéine kinase mitogène activée (MAPK) signalant les voies, joue un rôle important dans la transduction du signal à l’intérieur des cellules eucaryotes, par laquel ils règlent plusieurs évènements cellulaires y compris les les signaux extracellulaires régulés par les kinases tels que l’ERK-1/2 [29]. Le rôle de l’ERK dans la survie de la cellule après la PDT a été étudié et a révélé qu’après le traitement des cellules par la PDT, l’expression d’ERK a baissé d’une manière significative en relation avec une augmentation de cellules mortes, par conséquent il peut être assumé que les 2 processus sont reliés et connectés (Fig.15) [32].
Le récepteur du facteur de croissance épidermique (EGFR) est une tyrosine kinase, impliquée dans l’initiation et le développement de divers types de cancers, surtout dans leurs aspects métastatiques, invasifs, angiogéniques et prolifératifs. De nombreuses études sur les lignées de cellules cancéreuses ont révélé que la PDT peut provoquer la perte totale de l’EGFR sur la membrane cellulaire et par conséquence l’induction d’une réponse antiproliférative [32]. Il a été prouvé également qu’il y eu une augmentation de la désensibilisation de l’expression des protéines de la phosphorylation de l’EGFR, après la PDT ce qui induit l’apoptose et causant un état de régression tumorale dans les métastases (Fig.15) [33].
4. Les facteurs de transcription :
Les facteurs de transcriptions sont des protéines qui se lient afin d’améliorer les locus des gènes et interagissent de telle façon que seule la
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transcription se produise à partir d’un nombre restreint de promoteurs dans n’importe qu’elle cellule [27]. Les facteurs de transcription agissent comme des messagers intracellulaires qui couplent les signaux produits par les récepteurs avec les échanges associés à l’activation dans l’expression des gènes, le plus souvent formant de larges complexes transcriptionnels avec une variété d’autres facteurs de transcription et des protéines accessoires, qui leur permettent de moduler la transcription des gènes [29]. Beaucoup d’études de la PDT ont montré que les régions promotrices de nombreux gènes, qui sont impliquées pour réguler la prolifération cellulaire, sont activées par une variété de stresses physiques et chimiques et elles ont une relation avec l’induction et la prévention de l’apoptose [34]. Ainsi, au sein des cellules tumorales ayant subi la PDT, cette dernière pourrait être utilisée comme une modalité de traitement du cancer puisqu’elle a la capacité de désactiver ou de déclencher une série de voies de signalisations diminuant le mécanisme cellulaire de survie et induire ainsi un état apoptotique [4].
5. L’adhésion cellulaire:
Les cellules des mammifères adhérent à la matrice extracellulaire et à elles mêmes à travers la membrane spécifique des récepteurs de protéines [29] qui sont classifiées en groupes suivants: les intégrines, la superfamille de l’immunoglobuline G, les sélectines et les cadhrines telles que la molécule-1 d’adhésion intracellulaire (ICAM-1) et la molécule-1 d’adhésion de la cellule vasculaire (VCAM-1) [35]. Ces protéines membranaires spécifiques fonctionnent comme des récepteurs aux signaux de transduction qui déclenchent un nombre de voies de signalisations intracellulaires qui régulent le comportement cellulaire, son développement, l’inflammation tissulaire, la
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migration et la pénétration des tissus sous-jacents. Les altérations dans la fixation des cellules cancéreuses au substratum et chaqu’une d’entre elles sont parmi les conséquences les plus importantes de la PDT [36]. Ces changements sont largement causés par les dégâts des molécules d’adhésion localisées à l’intérieur des membranes cellulaires. Les études ont montré qu’une diminution de l’adhésion cellulaire est en corrélation directe avec une diminution du potentiel métastatique des cellules cancéreuses [37].
6. Les cytokines:
Les cytokines sont de petites protéines secrétées qui ont un rôle de médiateur et de régulateur de l’immunité, de l’inflammation et de l’hématopoïèse [29]. Elles doivent être produites de novo en réponse à un stimulus. Ils agissent en se liant à des récepteurs membranaires spécifiques, qui ensuite signalent la cellule par l’intermédiaire d’un second messager, souvent les tyrosines kinases [32], pour modifier son comportement (l’expression des gènes). Les réponses aux cytokines comprennent l’augmentation ou la diminution de l’expression des protéines membranaires (y compris les récepteurs aux cytokines), la prolifération et la sécrétion des molécules effectrices [36]. Dans la plupart des cas, la PDT peut induire une sur ou sous
expression de cytokine, qui se rapporte souvent à une régression de la tumeur et
à la possibilité de son éradication [37].
7. La réponse au stress cellulaire :
En réponse à nombreux type de stress, y compris la chaleur, les conditions d’oxydation et l’exposition à des composés toxiques, toutes les cellules produisent en commun un ensemble de protéines de choc thermique (Hsps) et des protéines régulées par le glucose (Grps). La plupart des protéines de choc
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thermique, sont des chaperons moléculaires qui lient, stabilisent et enfin protègent les protéines aux stades intermédiaires de pliage, d’assemblage, de translocation à travers les membranes et la dégradation [29]. La transcription des gènes, appartenant à la famille de Hsp, est régulée par un mécanisme impliquant la liaison des facteurs de choc thermique (HSFs) aux éléments spécifiques de choc thermique (HSEs) dans des conditions de stress cellulaire. D’autres études ont aboutit à la proposition que la PDT pouvait être un inducteur ciblé activé par la lumière pour l’expression de gènes spécifiques (par exemple les gènes du suicide cellulaire) si le gène de l’intérêt pouvait être lié aux promoteurs du choc thermique ou aux promoteurs de Grp, et peut entrainer la mort cellulaire ou la résistance cellulaire à la therapie par le laser utilisée par la PDT [29,36].
8. L’hypoxie et l’angiogenèse :
L’hypoxie tumorale est associée à la progression maligne, la résistance à la chimiothérapie, à la PDT et à la radiothérapie, avec une métastase accrue et un mauvais pronostique [29]. Beaucoup de ces effets dans des cellules tumorales hypoxiques sont médiés par une activation transcriptionnelle d’une série spécifique de gènes médié par l’oxygène et dont la relation de la résistance à la therapie est très mal comprise. Le facteur inductible de l’hypoxie (HIF)-1 est perçu comme un maître d’activation transcriptionnelle des gènes modulés par l’oxygène, qui sont impliqués dans le métabolisme énergétique anaérobie, l’angiogenèse, la survie cellulaires et la résistance médicamenteuse [29].Puisque la PDT à la capacité de consommer rapidement des quantités significatives d’oxygène tissulaire et d’arrêter aussi l’afflux de sang qui fournit l’alimentation en oxygène à la région tumorale, le traitement en soit peut produire des niveaux sévères d’hypoxie. Par conséquent, l’expression des niveaux élevés de (HIF)-1
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est souvent associé aux réponses cellulaires au traitement par la PDT globalement pauvres, un complément de recherche est donc justifié dans le but de comprendre et de surmonter ces phénomènes [4].
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