Les  sources  de  stress  oxydant  et  les  mécanismes  de  détoxification

5.1 Les  sources  de  stress  oxydant  et  les  mécanismes  de  détoxification      

♦ Dans  les  cellules  saines    

Le   stress   oxydant   est   le   produit   d’un   déséquilibre   entre   la   production   d’espèces   réactives  de  l’oxygène  (ROS)  et  leur  détoxification,  ce  qui  provoque  une  accumulation   de  ces  dernières.  En  condition  physiologique,  les  ROS  peuvent  provenir  de  différentes   sources,   enzymatiques   et   non-­‐enzymatiques.   On   trouve   ainsi,   parmi   les   sources   enzymatiques,   les   NOXs   (NADPH   oxydase),   la   xanthine   oxydase,   les   cycloxygénases   (COX),  les  lipoxygénases  (LOX)  et  les  thymidines  phosphorylases.  Parmi  les  sources   non-­‐enzymatiques,  on  trouve  la  mitochondrie  qui  représente  la  source  principale  de   ROS  dans  les  cellules  (Murphy  M.P.  et  al.,  2009).  Dans  la  mitochondrie,  les  ROS  sont   produits   du   fait   de   l’activité   de   la   chaîne   respiratoire   lors   de   la   fuite   d’électrons   au   niveau  du  site  IQ  du  complexe  I  du  site  IIF  du  complexe  II  et  du  site  IIIQo  du  complexe   III  (Brand  M.,  2010  ;  Quinlan  C.  et  al.,  2012)  .  De  plus,  l’ATP-­‐synthase,  considérée  par   certains   auteurs   comme   le   complexe   V   de   la   chaîne   respiratoire   mitochondriale,   a   récemment  été  associée  à  la  production  de  ROS  via  son  inhibition  par  la  protéine  IF1   (Martínez-­‐Reyes  I.  et  al.,  2014).  Les  électrons,  qui  se  sont  échappés,  vont  réagir  avec   l’oxygène  présent  dans  la  mitochondrie  et  former  l’anion  superoxyde  (O2.-­‐).  Environ   0,2-­‐2%  de  l’oxygène  consommé  par  la  cellule  part  vers  la  production  de  ROS  (Murphy   M.P.,  2009)  (Figure  9).    

Les   cellules   possèdent,   en   conséquence,   des   mécanismes   efficaces   de   détoxification.   Ainsi,   l’anion   superoxyde   va   être   rapidement   transformé   par   la   Superoxyde   dismutase   2   (SOD2   ou   MnSOD)   en   peroxyde   d’hydrogène   (H2O2)   (Figure   9).   Ce   dernier,   se   diffuse   très   facilement   dans   le   cytosol   où   il   sera   pris   en   charge   par   différentes  enzymes  responsables  de  sa  détoxification  comme    la  SOD  1  (Zn/Cu  SOD),   la   catalase,   les   thioxyredoxines,   le   peroxyredoxynes   et   les   glutathion-­‐peroxydases   (GPx)  qui  utilisent  le  glutathion  réduit  (GSH)  comme  cofacteur.    

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favorisant  l’inflammation  et  la  métastase  (Fitzgerald  J.  et  al.,  2012)  La  surexpression   d’autres  enzymes,  telles  que  les  cycloxygenases,  identifiée  dans  le  cancers  gastriques   (Song  J.  et  al.,  2014),  ou  des  lipoxygenases,  dans  le  cancer  du  colon,  est  associée  à  un   mauvais  pronostic  et  un  phénotype  invasif.  (Wasilewicz  M.  et  al.,  2010).      

L’augmentation   de   ROS   peut   également   être   une   conséquence   de   l’activité   métabolique  aberrante  due  à  l’activation  des  oncogènes  (Cairns  R.  et  al.,  2011).  Ainsi,   il   a   été   montré   que   la   prolifération   exacerbée   des   cellules   cancéreuses   peut   provoquer   une   augmentation   de   l’activité   du   peroxisome   ou   du   réticulum   endoplasmique.   En   effet,   dans   le   but   de   soutenir   la   prolifération,   les   cellules   tumorales   doivent   augmenter   de   manière   importante   la   synthèse   des   protéines.   La   maturation  de  la  plupart  de  celles-­‐ci  a  lieu  au  niveau  du  réticulum,  via  des  réactions   d’oxydation  qui  favorisent  la  formation  des  ponts  disulfure,  ceci  peut  donc  favoriser   la  production  et  accumulation  de  ROS  (Gorrini  C.,  2013).    

En   ce   qui   concerne   le   rôle   de   la   mitochondrie   dans   la   production   de   ROS,   dans   les   cellules   tumorales,   celui-­‐ci   n’a   pas   encore   été   bien   établi.   En   effet,   le   dysfonctionnement   de   la   mitochondrie,   souvent   associé   au   cancer,   permettait   d’expliquer  la  production  aberrante  de  ROS.  Néanmoins,  on  sait  aujourd’hui  que  peu   de  cellules  cancéreuses  présentent  vraiment  un  dysfonctionnement  mitochondrial  dû   aux   mutations   de   l’ADN   mitochondrial.   Ainsi,   la   production   de   ROS   dans   la   mitochondrie   est   surtout   associée   à   une   diminution   de   l’efficacité   du   transport   des   électrons   au   niveau   de   la   chaine   respiratoire   mitochondriale.   Cette   diminution   de   l’efficacité  du  transport  a  surtout  été  observée  dans  des  conditions  qui  provoquent  le   ralentissement   du   transport   d’électrons   (Martínez-­‐Reyes   I.   et   al.,   2014).   Il   a   également  été  observé,  en  condition  physiologique,  que  lors  de  l’hypoxie,  le  complexe   III  de  CRM  produit  plus  de  ROS  qu’en  condition  de  normoxie  dû  à  une  réversion  du   flux  d’électrons.  Cette  augmentation  de  la  production  de  ROS  a  été  d’ailleurs  associée   à   la   stabilisation   du   facteur   HIF-­‐1   (Chandel   N.S.   et   al.,   1998).   De   cette   manière,   en   conditions  pathologiques,  le  flux  d’électrons  au  niveau  de  la  mitochondrie  semble  être   altéré   et   associé   à   une   augmentation   de   la   fuite   d’électrons;   mais   cela   nécessite   encore  une  évaluation  plus  approfondie  dans  différents  modèles.  

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♦ Effet  des  ROS  sur  la  signalisation  cellulaire    

En  condition  physiologique,  on  observe  souvent  une  faible  quantité  de  ROS.  Elle  est   nécessaire   pour   induire   la   prolifération,   la   survie   et   même   dans   certaines   circonstances,   l’adaptation   à   l’hypoxie.   Ainsi,   dans   les   cellules   saines,   les   ROS   permettent  donc  de  réguler  plusieurs  voies  de  signalisation  en  fonction  de  l’état  de  la   cellule.  

Cependant,   l’augmentation   du   taux   de   ROS,   souvent   observé   en   condition   pathologique,   peut   induire   des   modifications   post-­‐traductionnelles   réversibles   au   niveau  de  certaines  protéines,  par  l’oxydation  des  sites  contenant  des  cystéines.  Cette   oxydation  va  provoquer  une  modification  de  la  configuration  de  la  protéine  associée  à   l’activation   ou   l’inhibition   de   celle-­‐ci.   Ainsi,   des   niveaux   modérés   de   ROS   ont   été   associés   à   l’oxydation   et   à   l’inhibition   de   certaines   phosphatases,   comme   celles   qui   régulent   l’activité   de   la   voie   MAPK   (Protein   tyrosine   phosphatase   1b   (PTP1b))   (Barrett  W.  et  al.,  1999),  de  la  voie  AKT  (PTEN)  (Lee  S.  et  al.,  2002)  ou  encore  de  la   voie  NF-­‐κB,  dont  l’activation  constitutive  a  été  liée  à  la  surexpression  des  NOXs  dans   le   mélanome   (Brar   S,   2001).   L’inhibition   de   ces   phosphatases   se   traduit   par   l’activation  des  voies  favorisant  la  prolifération.    

♦ Effet  des  ROS  sur  la  carcinogenèse    

Les  ROS  peuvent  provoquer  également  l’oxydation  des  bases  de  l’ADN.  La  base  la  plus   souvent   altérée   est   la   guanine,   dont   l’oxydation   provoque   la   formation   de   la   8-­‐ oxoguanine.  Cette  base  oxydée  provoque  ainsi  l’insertion  erronée  des  bases  lors  de  la   réplication  de  l’ADN,  entraînant  fréquemment  des  transversions  de  type  GC→TA.  Ces   modifications,  qui  induisent  des  mutations,  sont  souvent  trouvées  lors  de  l’activation   des   oncogènes   ou   l’inactivation   des   gènes   suppresseurs   de   tumeur   comme   RAS   ou   TP53.   Par   ailleurs,   une   étude,   réalisée   sur   le   cancer   du   colon,     suggèrent   que   les   mutations  de  la  protéine  p53  fréquemment  trouvées  dans  ce  cancer  seraient  liées  au   taux  élevé  de  stress  oxydant  (Ziech  D.,  2011).  Il  a  été  montré  également  que,  lors  de  la   sénescence  induite  par  l’activation  des  oncogènes  (OIS)  comme  BRAF  (Kaplon  J.  et  al.,   2013)   ou   RAS   (de   Groof   A.   et   al.,   2009),   on   observe   une   forte   augmentation   de   la  

phosphorylation  oxydative  et  de  la  production  de  ROS.  Ces  ROS  seraient  nécessaires   pour   induire   une   instabilité   génétique   favorisant   l’apparition   de   mutations   très   ponctuelles  au  niveau  de  l’ADN  qui  toucheraient  des  gènes  clés  et  permettraient  de   surmonter   la   sénescence   (Maciag   A.   et   al.,   2004)   (Figure   10).   Cependant,   d’autres   auteurs   soutiennent   que   l’augmentation   de   ROS   est   nécessaire   pour   induire   la   sénescence   et   empêcher   l’initiation   tumorale.   Ces   aspects   restent   encore   à   déterminer   mais   l’implication   des   ROS   dans   d’autres   processus   pro-­‐tumorigènes   telles   que   la   transition   épithélium   mésenchyme   (par   l’activation   de   voies   clés   qui   activent   la   migration   cellulaire),   l’angiogenèse   (l’accumulation   de   ROS   étant   liée   à   l’augmentation  du  VEGF)  et    l’adaptation  à  l’hypoxie    (Sosa  V.  et  al.,  2013)  confirment   le  rôle  positif  de  ROS  dans  le  contexte  tumoral.  

♦ Effet  des  ROS  sur  la  mort  cellulaire  

Une  augmentation  excessive  du  taux  de  ROS  peut  avoir  un  effet  délétère,  car  ces  ROS   provoquent  l’oxydation  excessive  des  molécules  clés  telles  que  l’ADN,   les   lipides   ou   les   protéines,   présentant   des   dommages   irréparables   pour   la   cellule.   Ainsi,   un   taux   très  élevé  de  ROS  est  associé  à  l’induction  de  la  mort  de  la  cellule  dans  la  plupart  des   cas   par   apoptose   (Figure   10).   Cette   induction   peut   être   directe,   car   les   ROS   sont   capables  de  provoquer  l’oxydation  des  résidus  cystéines  de  la  protéine  ANT  qui  fait   partie   des   pores   mitochondriaux,   permettant   la   libération   du   cytochrome   C   et   la   formation  de  l’apoptosome  (Costantini  P.  et  al.,  2000).  Elle  peut  aussi  être  indirecte,   lors  de  dommages  trop  importants,  par  exemple  lors  de  l’accumulation  de  dommages   de  l’ADN    qui  vont  déclencher  l’apoptose  dans  la  cellule  (De  Zio  D.  et  al.,  2013).    

5.3 Les  modifications  métaboliques  participent  à  la  régulation  du  stress