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Dépôt Institutionnel de l’Université libre de Bruxelles / Université libre de Bruxelles Institutional Repository
Thèse de doctorat/ PhD Thesis Citation APA:
Taibi, N. (2005). Importance de la captation lymphocytaire du traceur 99mTc-MIBI et ses aspects radiobiologiques (Unpublished doctoral dissertation).
Université libre de Bruxelles, Faculté des sciences, Bruxelles.
Disponible à / Available at permalink : https://dipot.ulb.ac.be/dspace/bitstream/2013/210908/1/3cfd9906-176c-4bee-b887-86e217985643.txt
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DBM 00B74
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UNIVERSITE LIBRE de BRUXELLES Faculté des Sciences
IMPORTANCE DE LA CAPTATION LYMPHOCYTAIRE DU TRACEUR ^^“Tc-MIBI ET SES ASPECTS RADIOBIOLOGIQUES
Naima Taibi
Dissertation Présentée en vue de l’obtention du grade
de Docteur en Sciences
Promoteurs : Dr P.Bourgeois, Prof C Szpirer, Prof J.Friihling
2005
Faculté des Sciences
IMPORTANCE DE LA CAPTATION LYMPHOCYTAIRE DU TRACEUR ’’”Tc-MIBI ET SES ASPECTS RADIOBIOLOGIQUES
Naima Taibi
Dissertation Présentée en vue de l’obtention du grade
de Docteur en Sciences
Promoteurs : Dr P. Bourgeois, Prof Q Szpirer, Prof J. Frühling
2005
A mes parents
A toutes ma famille
A tous mes amis
promoteur de thèse, le professeur Pierre Bourgeois, qui a toujours fait preuve d’une grande disponibilité à mon égard. Il a dirigé mes travaux avec une attention constante tout en montrant une grande compétence scientifique. Je le remercie encore pour la confiance qu’il m’a toujours témoignée en m’accordant une grande autonomie
Je tiens à témoigner de ma gratitude envers le professeur Janos Frühling qui m’a acceptée dans son service des isotopes de l’institut Jules Bordet et pour la patience absolue qu’il m’a prodiguée.
Je remercie vivement Monsieur le professeur Claude Szpirer qui m’a fait l’honneur d’être parmis le jury ainsi que le professeur Urbain.
Je tiens à exprimer mes très sincères remerciements
à Madame J. Roscam. Szpirer qui a bien voulu accepter de présider le jury de cette thèse. J’ai été très sensible à sa rigueur intellectuelle et sa gentillesse
à Madame Nicole Colas-Linhart du laboratoire de Biophysique de la Faculté Bichat, ( Paris) d’avoir accepté d’être l’expert extérieur
aux Professeurs Luc Vanhamme et Bernard Robaye, de l'IBMM pour leurs conseils et pour leurs critiques constructives qu’ils m’ont apportées, ainsi que pour leur bienveillance d’avoir accepté de juger ce travail
J’adresse mes plus vifs remerciements au Dr P. Hermans de l’hôpital St Pierre qui a souvent répondu à mes questions et avec qui j’ai eu de nombreuses discussions fmctueuses et nous avons étroitement collaboré durant les 2 premières années.
Je remercie également le professeur Madame Kirsh-Volders pour m’avoir accueillie dans le laboratoire de cytogénétique (VUB)
Je remercie Dr Peter Aka (VUB) de m’avoir fourni un programme de statistique, à l’aide duquel, j’ai réalisé les analyses des résultats.
Je souhaite inclure dans mes remerciements les personnes qui ont bien voulu me faire part de leur expérience pratique, je m’adresse à tous les membres, doctorants et techniciens du laboratoire de Cytogénétique de la VUB, que je connais et que je n’ai pas cités ci-dessus, pour les aides qu’ils m’ont apportées ainsi que pour l’ambiance cordiale qui règne au laboratoire.
Un grand merci également au Docteur Daniel Bourgeois de l’institut Bordet, qui m’a
aidé de multiples façons à la correction de cette thèse, en me faisant bénéficier de son
exigence intellectuelle et de sa clarté d’esprit.
J’exprime ma gratitude au Service des isotopes de l’institut Jules Bordet, ses secrétaires, ses infirmières, en particulier, Suzie, pour son soutien moral.
Je remercie la technicienne du Service des isotopes de l’institut Jules Bordet, Brigitte, pour les préparations des radioisotopes.
Je remercie professeur Smail Taibi pour les encouragements constants.
Je voudrais enfin remercier tout spécialement mes parents, mes frères et sœurs et toute
ma famille pour leurs encouragements constants tout au long de ces années. Je remercie mon
chère papa, (actuellement décédé), pour son soutien financier et moral pour les premières
années de cette thèse.
LISTE DES ABRÉVIATIONS
INTRODUCTION 1
A Effets de l'irradiation sur la matière...3
1- Introduction... 3
2- Les unités des radiations...3
3- Les sources des radiations ionisantes...4
3-1. Expositions naturelles... 4
3-2. Expositions artificielles... 5
4- Les différents types de rayonnements ionisants... 7
5- Pénétration des rayonnements dans la matière...8
6- Effets biologiques des irradiations aux niveaux moléculaire et cellulaire... 9
6-1. Effet direct... 9
6-2. Effet indirect...11
6-2-1.Formation de radicaux libres... 11
6-2-2. Devenir des radicaux libres... 12
6-3.Les Lésions de L’ADN... 13
6-3-1 .Introduction...13
6-3-2. Les lésions d ’ADN... 14
6-4. Effets cellulaires... 15
6-4-1 .Effets non létaux... 15
6-4-1-1. Effets génétiques... 15
6-4-1-2. Effets tératogènes... 17
6-4-1-3. Effets somatiques... 17
6-4-1-3-1. Introduction... 17
6-4-1-3-2. Sévérité des effets somatiques dépend de la dose reçue. 17 6-4-2. Effets létaux: la mort cellulaire...18
6-4-2-1 Mort cellulaire programmée...18
6-4-2-1-1 Caractéristiques des cellules apoptotiques...19
6-4-2-1-2 Rôle de l'apoptose... 20
6-4-2-2 Différence avec la nécrose... 22
6.5. Facteurs de réponse à une irradiation...23
6-6.Cycle cellulaire... 24
6-6-1 .Introduction... 24
6-6-2. Les étapes du cycle cellulaire... 24
6-6-3.Les points de contrôle du cycle cellulaire... 26
7-Actions des radiations sur tissus et organes... 28
B- Les cancers induits par les radiations ionisantes...28
1- Introduction... 28
2- Qu’est-ce qu’un Cancer?... 28
3- Les différentes étapes de la cancérogenèse...29
4- Modèle multi-étape... 30
5- Radiations ionisantes: acteurs de la cancérogenèse...31
6- Estimation du risque du cancer résultant des radiations ionisantes... 31
C- Médecine Nucléaire de routine et ses risques...34
1- Les radioisotopes en Médecine Nucléaire... 34
2- Les risques en Médecine Nucléaire...37
2-1. Introduction...37
2-2. les risques des radioisotopes de diagnostique... 37
2-3. Notion de risques...38
D- 99mTechnetium...39
1- Historique... 39
2- Production du 99mTechnetium... 39
3- Caractéristiques physiques et chimiques du 99mTechnetium... 40
4- Utilisation du 99mTechnetiumen Médecine Nucléaire... 40
5- Dosimétrie... 41
5-1. Dosimétrie clinique... 41
5-2. Dosimétrie physique...42
5-2-1 Dosimétrie physique du 99mTechnetium... 42
5-3. Dosimétrie biologique...43
6- Dose absorbée par les cellules sanguines lors des marquages par des radioisotopes... 44
E- Lymphocytes humains... 44
1- Introduction... 44
2- Morphologie et différentiation (Revillard, 2001)... 45
3- Différents types des lymphocytes et leur Rôle dans le système immunitaire... 45
4- Durée de vie des lymphocytes... 47
5- Radiosensibilité des lymphocytes... 48
5-1 Radiosensibilité du cycle cellulaire... 48
F- Les aberrations chromosomiques...49
1- Introduction...49
2- Classification des aberrations chromosomiques... 50
2-1. Définition... 50
2-2. Classification des aberrations chromosomiques...50
2-2-1 Les anomalies de nombre... 50
2-2-2 Les anomalies de structure...51
2-2-2-1 Aberrations de type chromosomiques... 51
2-2-2-1-1 Les intrachanges... 52
2-2-2-1-2 Les interchanges... 54
2-2-2-2 Aberrations de type chromatidique...55
2-2-2-2-1 Aberrations intrachromatidiques... 55
2-2-2-2-2 Aberrations interchromatidiques... 55
2-2-2-3 Aberrations subchromosomiques...55
3- Mécanisme des aberrations chromosomiques... 55
4- Les différents bioindicateurs...56
4-1 La nécessite d'indicateurs biologiques d'effet cellulaire... 56
4-1-3 Choix du test des micronoyaux...59
G- 99mTechnetium-MIBI...61
1- Historique... 61
2- Description... 62
3- Utilité du radio traceur... 62
H- La résistance aux différentes drogues utilisées en chimiothérapie... 62
1- Introduction... 62
2- Mécanisme de captation du 99mTc-MtBI... 64
3- Relation entre 99mTc-MIBI et MDR... 64
4- Relation MDR-SIDA...65
OBJECTIFS... 68
Résultats... 70
1) ÉTUDE DE LA CAPTATION DU 99
mTECHNETIUM-HEXAKIS-2 METHOXY ISOBUTYL ISONITRIL (99MTC-MIBI) PAR DES LYMPHOCYTES CIRCULANTS HUMAINS DE SUJETS NORMAUX ET DE PATIENTS SÉROPOSITIFS + CHIMIORESISTANTS...73
Introduction...75
Matériels et méthodes... 76
Résultas... ■.■...19
Discussion...79
Conclusion...82
2) Effets radiobiologiques du ^Technetium-MIBI dans les lymphocytes circulants humains : étude ex vivo en utilisant la technique de micronoyaux combinée au FISH 96 Introduction...98
Matériels et méthodes... 100
Résultats... 104
Discussion... 106
3) Les Dommages cytogénétiques dans les lymphocytes après scintigraphie avec 99mTc- MIBI : Etude avec 15 patients en utilisant le test de micronoyaux... 122
Introduction...124
Matériels et méthodes... 125
Résultats... 127
Discussion...128
4) Quel est la cause des dommages chromosomiques induits par le 99mTechnetium-
MIBI dans les lymphocytes humains ? Utilisant la technique de micronoyaux... 140
Introduction...142
Matériels et méthodes... 143
Résultats...145
Discussion... 146
Discussion générale... 154
Références... 181
Annexe: matériels et méthodes... 193
1- Lymphocytes élément de choix...193
2- Préparation du ^^Tc-MIBI... 193
3- Réalisation et détermination des doses...193
4- Technique de Micronoyaux (MN)... 195
5- Technique de l'hybridation in situ de fluorescence (FISH)...196
6- technique d'annexine-V...198
humains captaient de manière spécifique le 99mTc-MIBI. Pour ce faire, il a été démontré in vitro à partir de sang de volontaires sains (les critères classiques en la matière, soit):
que ces cellules ne captaient pas de manière significative le 99mTc pertechnétate,
que ces cellules présentaient les courbes d’accumulation et re largage classiquement observées pour ce traceur sur d’autres lignées cellulaires,
l’effet de la température sur ce phénomène d’incorporation cellulaire,
- que les concentrations du traceur dans nos conditions expérimentales jouaient moins que dans d’autres.
A partir du sang de patients Sidéens dont nous avons montré (par immuno-marquage et par le test à la Rhodamine-123) que leurs lymphocytes circulants exprimaient les protéines (PgP- 170, MRP) responsables des phénomènes de chimiorésistance et dont le 99mTc-MIBI est un substrat, il a été également démontré que ces lymphocytes captaient moins le traceur que les lymphoc)^es de sujets normaux et que le Verapamil (qui inhibe la PgP-170) avait un effet sur cette diminution de la captation.
Dans la deuxième partie du travail et les conditions optimales de captation du traceur ayant été ainsi établies, utilisant 1e test des micronoyaux (témoins des dommages chromosomiques), il a été établi, après incubation in vitro de sang total de sujets volontaires sains en présence d’activités croissantes du ^^"’Tc-MIBI, la relation dose-effet correspondant au domaine des doses délivrées lors d’un examen scintigraphique de routine. La relation obtenue est de type non linéaire et le seuil de détection des aberrations se situe à 0,1 Gy (soit 0,25 mCi ou 9,25 Mbq pour 5 ml de sang).
Le test d'hybridation in situ de fluorescence combiné à la technique de micronoyaux a montré que l'effet du traceur est préférentiellement clastogène.
L'étude des conséquences du marquage des lymphocytes par le ^^""Tc-MIBI, en utilisant le test d'AnnexineV, montre que le ^^Tc-MIBI induit le phénomène d'apoptose ainsi que de nécrose cellulaire.
Dans la troisième partie du travail, la technique des micronoyaux a été appliquée au sang de 15 patients présentant des pathologies bénignes (hyperparathyroidie: n=5) ou malignes (n=10) et soumis à une investigation scintigraphique avec injection de 925 MBq (25 mCi) de 99mTc- MIBI (et donc à une exposition in vivo au traceur). Une augmentation significative de la fréquence des micronoyaux a été ainsi démontrée sur les lymphocytes du sang de ces sujets prélevé 3 heures après injection p/r à ce qui était observé avant injection. L’analyse des données montre aussi que l’âge est un facteur à prendre en ligne de compte dans l’apparition de ces dommages chromosomiques. Enfin, 5 sujets seulement sur les 15 montrant une augmentation individuelle significative de la fréquence de ces micronoyaux, il est suggéré que cette augmentation, cette sensibilité, soit plutôt individuelle que systématique.
Enfin et dans la dernière partie du travail, utilisant toujours la même technique des micro
noyaux sur le sang de 8 de ces patients sur lequel leur fréquence spontanée (contrôles) et
comme suite à leur exposition au MIBI seul, au 99mTc-04 et au 99mTc-MIBI a été étudiée in
vitro, il a été montré que (par rapport aux contrôles):
le MIBI en tant que molécule chimique (connue comme toxique à concentration élevée) n’était pas par elle-même responsable de l’apparition de ces dommages chromosomiques (un seul sujet montrant une augmentation significative),
l’irradiation liée à l’exposition (à une activité de 9,25 MBq) de 99mTc-pertechnétate entraînait une augmentation significative de la fréquence des micronoyaux (plus particulièrement chez les mêmes sujets où cette augmentation était observée dans le sang après leur exposition in vivo au traceur suite à l’investigation scintigraphique),
l’irradiation liée à l’exposition (à la même activité de 9,25 MBq) de 99mTc-MIBI entraînait une augmentation non significative de la fréquence des micronoyaux (mais non significativement différente de celles observées avec le 99mTc-04),
Bien qu’un effet de l’irradiation des électrons Auger ou de conversion interne du 99mTc
comme suite à l’accumulation cellulaire (mitochondriale) du 99mTc-MIBI ne puisse être
exclue, ces résultats suggèrent que les dommages chromosomiques observés sont plutôt la
conséquence de l’irradiation gamma.
Ag BCR BEIR CD
antigène
récepteurs des cellules B (Ig de membrane) biological efFects of ionizing radiations
classe de différenciation
CMH le CMH) Ci CIPR FISH
fluorescence) GBq
Gy HAART H- H2O2 HIV ICR Ig Kev MBq MDR MN MNBN MNMonos MAAG MIRD MRP NK OH- PBLs PHA P-gP PYR P 53 Rems RhI23 RI Sv SIDA
^^Tc-MIBI
^^Tc- HMPAO
^^Tc-HDP
CD4+ : cellules exprimant la molécule CD4 CDg : cellules exprimant la molécule CDg
: complexe majeur d’histocompatibilité (ou molécule codée par curie
commission internationale de Protection radiologique
fluorescence in situ d’hybridization ( hybridation in situ de giga becquerel
gray
highly active antirétroviral Therapy radical libre
eau oxygénée
human immunodeficiency virus international commission on radiation immunoglobuline
kilo electron-volt mega becquerel multi-drug résistance micronoyaux
cellules binuclées avec micronoyaux cellules mononuclées avec micronoyaux microsphères d’albumine
médical internai radiation doses
multi-drug résistance associated protein natural killer
radical libre
peripheral blood lymphocytes (lymphocytes humains) phytohémagglutinine
P-glycoprotéine Pyrophosphate proteine 53
roentgen équivalent man rhodamine 123
radiations ionisantes sievert
acronyme du symdrome immunodéficitaire acquis
99mTechnetium-hexakis-2 methoxy isobutyl isonitril
99mTechnetium- hexaméthyl proppylamine oxyde
99mT echnetium-oxydronate
TEL T Te TCR th
ÜNSCEAR i'itüiation.
transfert d’énergie linéaire lymphocytes T
T cytotoxiques
récepteurs d’Ag des cellules T T auxiliaires
United nations Scientific Commitee on the Effects of Atomic
A-EfTets de l’irradiation sur la matière 1- Introduction
La radioactivité est une propriété naturelle de certains atomes. Il existe un certain nombre d’atomes instables (isotopes radioactifs). Ils se transforment en émettant vers l’extérieur des radiations et donnent de nouveaux atomes, qui sont en général stables. On appelle ce phénomène la désintégration radioactive. Dans certains cas, le noyau formé est encore instable et on assiste à une suite de désintégrations avant d’arriver à un noyau stable. Le noyau formé après une désintégration, émet ce surplus d’énergie sous forme de rayonnements a, P, y (onde électromagnétique).
2- Les unités des radiations.
U activité :
L’activité d'une source radioactive mesure le nombre de transformations (également appelées désintégrations) par seconde de cette source. Pour un radioélément donné, le nombre de désintégrations par seconde dépend de la quantité d'atomes radioactifs présente dans la source à un moment donné.
L'unité de mesure de l'activité d'une source radioactive est le becquerel, noté Bq, qui représente une désintégration par seconde.
L’ancienne unité correspondant à l’activité d’un gramme de radium est le curie (Ci), 1 mCi = 2.2 X lO’ desintagration par minutes = 3,7 x 10^ Bq
La ‘A vie ou période radioactive (T/2) :
Une des principales caractéristiques des radioéléments est que leur radioactivité décroît dans le temps du fait de la désintégration. Ce phénomène est appelé la décroissance radioactive.
Selon le radioélément considéré, cette décroissance est plus ou moins rapide. Pour mesurer cette décroissance, on utilise la notion de “ période radioactive ” qui correspond au temps nécessaire pour que la moitié des atomes radioactifs initialement présents ait disparu spontanément.
On définit à coté de la V
2vie physique, une V2 vie biologique correspondant au temps nécessaire pour qu’un être vivant élimine la moitié d’une substance étrangère incorporée.
Dose absorbée :
Les effets d’excitation et d’ionisation dépendent de la nature du rayonnement ionisant qu’il
s’agisse de particules ( a, p) ou d’ondes électromagnétiques (RX, Ry ), ces effets dépendent
également de l’énergie du rayonnement.
Chap I : Introduction
Le facteur essentiel est l’énergie déposée par le rayonnement dans la matière, par unité de mesure. L’unité de dose absorbée est le gray (Gy), qui correspond au dépôt d’une énergie de
1 joule par kilogramme et le centième s’appelle le RAD : 1 Gy = 1 J/Kg = 100 rads
La dose absorbée D est une valeur globale déterminée de 1 masse de matière suffisamment grande pour que les fluctuations statistiques des phénomènes d’interaction soient insignifiantes. Elle représente la densité massique de l’énergie absorbée en un point du milieu.
La dose équivalente :
C’est la dose en gray multipliée par un facteur de pondération Wr lié à la nature du rayonnement : 1 GRAY x Wr = 1 SÊVERT, (Sv), le centième étant le rem
1 Sv = 1 Gy X Wr = 100 rems Dose ejficace :
Afin de pouvoir exprimer dans une même unité le risque associé à l'ensemble des situations d'exposition possibles, les physiciens ont développé un indicateur appelé dose efficace.
L'unité de mesure de cette dernière est le Sievert. C'est une grandeur qui prend en compte la dose en gray ainsi que le type de rayonnement considéré et la sensibilité des organes vis-à-vis des dommages.
3- Les sources des radiations ionisantes
Deux types de sources peuvent être distingués, l’une naturelle et l’autre artificielle ; (figure. 1) 3-1 Expositions naturelles
Elle a deux composantes, interne et externe, et deux origines, cosmiques et telluriques :
1) Rayonnement Cosmique (soleil, étoile...); résulte du choc de particules de haute énergie avec les atomes de l'atmosphère, il résulte en ;
- irradiation externe ; elle est d'autant plus importante que l'altitude est élevée. Elle est doublée tous les 1500 m de hauteur. Elle varie en fonction de la latitude, maximale aux pôles et minimale à l'équateur, est peut être évaluée à 0,35 mSv/an.
- irradiatio interne : des éléments radioactifs formés par l'action des rayons cosmiques sur les
atomes de l'air (3H, 7Be, 14C, 22Na) peuvent être retrouvés à l'état de traces dans le corps
2) Rayonnement Tellurique: Il provient des radioéléments à vie longue présents dans la croûte terrestre depuis la formation de la Terre, il y a 4,5 milliards d'années. Parmi ceux-ci, on citera principalement
- Deux radioéléments de faible activité : le potassium 40 ( période de 1,28 milliard d'années) et le rubidium 87 ( période de 47 milliards d'années).
- Deux autres à l'origine de nombreux produits de filiation radioactifs qui contribuent également aux doses reçues en irradiation externe et interne : L’uranium 238 (période de 4,47 milliards d'années) et le thorium 232 (période de 14,1 milliards d'années).
Cette origine tellurique peut résulter en;
- irradiation externe : Il s'agit de l’irradiation par les rayonnements y émis lors de la désintégration des radionucléotides de la croûte terrestre. Elle varie en fonction de la nature du sol.
- irradiation interne: Elle représente les 2/3 de l'irradiation naturelle et provient de radionucléides en petites quantités dans l'alimentation ou l'eau de boisson, délivrant en moyenne 0,35 mSv/an, la moitié est due au potassium 40, un tiers au plomb 210 et au polonium 210 (descendants de l'uranium 238) et surtout du radon (222Rn) et du thoron (220Tn), gaz radioactifs provenant respectivement de la dégradation de l'uranium et du thorium. En fait, le radon inhalé qui contribue le plus, près de 50 %, à l’irradiation naturelle annuelle. Il est formé au sein des roches et matériaux par désintégration du radium.
L’irradiation naturelle est évaluée à environ 2,3 mSv/an
3-2 Expositions artificielles
Du Public : de 1 mSv/an, elle est essentiellement due aux sources de nature médicale, avec : Les doses limites d'exposition pour le public sont les suivantes, selon les recommandations de la C.I.P.R. 60 (Commission Internationale de Protection Radiologique ; publication 60) : - Dose effective (ou équivalent de dose efficace) maximale : 5 mSv/an,
- Dose effective maximale pour la peau et les organes isolément : 50 mSv/an.
Chap I : Introduction
Figure n°l Répartition des différentes sources d’exposition pour la population. Les val^rs indiquées sont des doses annuelles individuelles moyennes de la population française en mSv/an. (UNSCEAR, 2000).
Les composants de l’exposition homaine (UNSCEAR*)
Exposition natureHe ExposWon artificMIo
Radionucléide de l’organisme Applicalions médicales
Rayonnements cosmiques 0.39 mSv (11,2%)---
023mSv(6.6%) 1.1 mSv(31,5%)
Rayonnements tetluriques 0,46 mSv (13,2%)
Les valeuis indiquées sont des expositions moyennes annuelles en francs
Autres 0,01 mSv(0,3%) (rejets de l'indusine, retombées atmosphériques...) Radon ---
1.3mSv(375%)
Le radiodiagnostic fournit la majeure partie de la dose. Pour un même examen radiologique, la dose délivrée varie de façon importante selon les techniques utilisées et les méthodes d'évaluation. Pour un individu donné, l’irradiation va évoluer selon les examens reçus. Par exemple, en radiographie, les expositions varient de 0,7 mSv pour un thorax à 97 mSv pour le corps entier pour un lavement de baryté. (Table. 1)
L'amélioration des techniques permet de réduire les doses délivrées avec ;
La radiothérapie et la curiethérapie fournissent des doses variables de 10 à 100 Sv ou plus et
la médecine nucléaire (en diagnostic) fournit selon l'examen: pour une scintigraphie
thyroïdienne au ^Tc, 2 mSv à la thyroïde, pour une scintigraphie osseuse au ^Tc, 6 mSv au
squelette...jusqu'à environ 1 Sv pour d'autres examens.
Table 1; Variation de la dose reçue en utilisant différentes techniques d’évaluation.
RADIOGRAPHIE DOSE A LA
PEAU (mSv)
EQUrV. DE DOSE
EFFICACE (mSv)
VARIATIONS (D’après UNSCEAR)
Thorax 0,7 0,1 [0,05-0,36]
Crâne 2 0,15 [0,13-1,35]
Abdomen 3 1 [0,3-4,51
Urographie intraveineuse
20 3,5 [0,7-10,4]
Transit œso-gastro- duodénal
90 3,8 [l,2-9,4]
Lavement baryté 97 7,7 [4,6-10,2]
Scanner abdominal (5 à 10 coupes)
15 2,6
Scanner thoracique - 4,8 -
En résumé, l'exposition au radon constitue la principale source d'exposition de la population française, viennent ensuite les irradiations médicales et les expositions aux rayonnements cosmique et tellurique.
4- Les différents types de Rayonnements ionisants.
Ces rayonnements ont une forte énergie et sont capables d'arracher des électrons aux atomes;
c'est pourquoi on les appelle "rayonnements ionisants". Le rayonnement électromagnétique peut provoquer ime ionisation si la longueur d’ondes est inférieure à 100 nanomètres
parceque, dans ces limites, le photon a suffisamment d’énergie pour expulser un électron.
Il existe différents types de radiations ionisantes: (figure. 2) 1) Particules (neutrons, protons, a, et P)
2) Ondes électromagnétiques (rayons y, rayons X, photons)
Figure n°2 : les différents types de rayonnements ionisants
Chap I : Introduction
Les éléments radioactifs présents dans notre environnement émettent des rayonnements alpha, bêta moins, bêta plus et gamma.
Le rayonnement alpha (a): C’est une particule composée de deux protons et de deux neutrons liés entre eux (noyau d’hélium) et animée d’une grande vitesse. Exemple, la désintégration du radium en radon : ^^^Ra + a
Le rayonnement bêta (P): C’est une particule, électron (P-) ou positron (P+), animée d’une grande vitesse. Il accompagne la transformation d’un neutron en proton (P-), ou d’un proton en neutron (P+). Exemple, la désintégration du tritium en hélium : ^He + p.
Le rayonnement gamma (y) : C’est un rayonnement électromagnétique analogue à celui de la lumière mais beaucoup plus énergétique. On parle de photons gamma. Leur émission suit généralement une désintégration alpha ou bêta et correspond à un réarrangement des nucléons à l’intérieur du noyau fraîchement transformé.
Tandis que le rayon X est une onde aussi électromagnétique produit par un appareil (installation à rayons X, accélérateur) bombardant une cible d'électrons.
Tous ces rayonnements diffèrent par leur capacité de pénétration du matériel.
5- Pénétration des rayonnements dans la matière
De par leur énergie, les rayonnements ionisants sont pénétrants, c'est-à-dire qu'ils peuvent trawKser la matière. Cependant le pouvoir de pénétration est différent pour chacun d'entre
ce qui définit des épaisseurs différentes de matériaux pour se protéger, (figure.3)
Mentionnons que les positons (rayonnement bêta plus) sont pratiquement absorbés sur place:
un positon s'annihile avec le premier électron rencontré sur son passage en formant deux
phptons, ce qui ramène le problème au cas du rayonnement gamma.
FÎ2ure n°3 ; Schéma montrant les différentes pénétrations des rayonnements ionisants Adapté d’après : http://www.cea.fr/fr/pedagogie/Ravonnement/diversite.html#penetration
• Particules alpha. Pénétration très faible dans l’air. Une simple feuille de papier est suffisante pour arrêter les noyaux d’hélium.
• Particules bêta moins : électrons. Pénétration faible. Parcourent quelques mètres dans l’air. Une feuille d’aluminium de quelques millimètres peut arrêter les électrons.
• Rayonnements X et gamma. Pénétration très grande, fonction de l’énergie du rayonnement : plusieurs centaines de mètres dans l’air. Une forte épaisseur de béton ou de plomb permet de s’en protéger.
• Neutrons. Pénétration dépendante de leur énergie.
6- Effets biologiques des irradiations aux niveaux moléculaire et cellulaire.
Les effets biologiques (mort cellulaire, mutagenèse et cancérogenèse) des radiations ionisantes résultent en majorité de modifications chimiques du matériel génétique. Les mécanismes impliqués sont essentiellement radicalaires bien que des processus d'excitation ne puissent être exclus, (figure.4)
6-1 Effet direct
Lorsqu’un rayonnement ionisant pénètre dans la matière, que celle-ci soit inerte ou vivante, il peut interagir avec les atomes rencontrés et perdre à chacune de ces interactions une partie de son énergie : Il s'agit essentiellement de collisions entre les rayonnements ionisants et les électrons des atomes constituant la matière.
Selon l'énergie communiquée à l'électron, la molécule à laquelle il appartient subit une ionisation, une excitation ou acquiert un supplément d'énergie thermique. C’est l’affaire d’une infime fraction de seconde.
Cette énergie cédée sur place est transférée au milieu traversé, ce qui se traduit par des
ionisations (arrachement d’électrons) et des excitations transitoires des atomes concernés. Les
premières induisent des modifications structurales de la matière.
Chap I : Introduction
Fi2ure n°4 : Chronologie des phénomènes biologiques déclenchés par une irradiation chez l’honune ou d’autres organismes supérieurs.
CHRONOLOGIE DES EVENEMENTS
OF lO'^^S h
10'^ S
Seconde -
Minute
Heure' Jour Semaine
Mois An
♦^IRRADIATION
I onis étions^zcitalions
t
Réections^s radicaux Réactions moléculaires
?
Réactions biochimiques Lésions
de ADN génome
Modificateurs de la radiosensibilité Effet O2
\ ▼
^ Mortdil* des cell\
Développement métabolique
Réparation
--^céllulaire
Effets cliniques Immédiats
différée cellules
‘ Cancérisation
Précoces Réparation 1 ▼ tissulaire JT ardifs
Descendance Mutation génétique
Adapté d’après Pr. Chenal Centre Eugène Marquis Radiations et radiothérapie http://www.med.univ-rennesl.fr/resped/s/cancero/radiottt/radiottt.html
La figure ÀT=0 : 10-'^ : 10-5 : Secondes Heures : Jours : Mois, : Années
illustre les effets de la radioactivité et temps d'exposition ; irradiation
ionisation, excitation produisant de l’énergie reliée à la dose, réaction radicalaire et moléculaire produisant des radicaux libres, réactions biochimiques, lésions ADN, peroxydation des membranes, réponse biologique immédiate : réparation, réponse cellulaire, activation génique.
effects précoces : mort cellulaire, réponse tissulaire,
effects tardifs ; séquelles (nécrose, atrophie, fibrose), tumeurs.
6-2- Effet indirect
D’autres molécules, aussi indispensables à la vie, sont également susceptibles d’être affectées par les rayonnements ionisants: les molécules d’eau ; solvant de toutes les molécules de la cellule. Elles occupent une place particulière puisqu’elles représentent plus des deux tiers du poids du corps humain. Les dégâts peuvent être causés de façon indirecte, par ionisation d’une molécule d’eau ( Tubiana, 1986)
6-2-1 Formation de radicaux libres
L’ionisation de la molécule d’eau forme l’espèce H2O 2 + e' dont l’instabilité conduit à HT + HO’ Radical neutre très réactif
Le • signifie la présence d’un e’ non apparié dans une liaison covalente. L’électron libéré se solvaté (s’entoure de plusieurs molécules d’eau) et va réagir avec d’autres molécules pour former des radicaux H" et OH*
En résumé : Ionisation
hv H2O—> H2O+ • +
i BT^ + HO’
e-
I avec H
2O ], avec H
3O+
H* + OH* H* + H
2O
Excitation hv
H
2O -♦ H
2O* HO’ + H*
Les radicaux libres se recombinent à d'autres molécules pour faire des réactions d'oxydation, principalement.
- Le radical H* a un noyau et un électron en périphérie non apparié. Il va se recombiner et donner de l'hydrogène (H2).
- Le radical OH va se recombiner avec lui-même pour donner H2O2, qui est un oxydant très efficace. On parle de phénomènes d’auto-oxydation.
Ce qui se passe pour la molécule d'eau se passe aussi pour une molécule organique.
Chap I : Introduction
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Le phénomène de peroxydation se traduit par des oxydations successives de la molécule organique.
6-2-2 Devenir des radicaux
Après la phase de décomposition radicalaire de l’eau, on aboutit à la présence de deux types de radicaux.
- Oxydant ‘OH
- Réducteur H* ( hydrogène atomique)
Ils peuvent se recombiner entre eux de plusieurs manières : H2, H2O, H2O2
Les proportions des différentes espèces de recombinaison vont varier selon la pureté de L’eau, son oxygénation et selon le *TEL du rayonnement. La formation de H2O2 nécessite un TEL élevé pourtant elle jouera un rôle important dans la mort cellulaire.
La décomposition de l’eau par les rayonnements ionisants génère en effet des espèces chimiques qui sont instables, car elles possèdent un électron non apparié (figure. 5). Ce sont de puissants réactifs qui, s’ils sont créés au voisinage de l’ADN, vont l’oxyder.
L’action des rayons ultraviolets et de certains toxiques chimiques conduit également à la formation de ces espèces actives de l’oxygène intervenant en outre dans les mécanismes du vieillissement cellulaire.
Que les rayonnements ionisants agissent directement ou indirectement sur l’ADN, il en résultera des modifications du même type. Ces lésions, que se soient des dégradations ou des disparitions de bases, des cassures de l’un ou des deux brins de la chaîne d’ADN ou encore des pontages entre cette molécule et certaines protéines, perturberont la conservation du patrimoine génétique.
*Le concept TEL transfert d’énergie linéique permet de définir la qualité d’un rayonnement et de
caractériser la distribution microscopique de la dose. Il e?q)rime, en fait la densité des ionisations
Figure n° 5: Effet indirect des radiations ionisantes: Radiolyse de l'eau : (adapté à partir de URL .www mun ca/biology/scar/Radiolysis of water.gif)
Les radiations ionisantes provoquent la radiolyse de l’eau (H2O) : il y’a formation d’électron et de molécule d’eau excitée (H2O). L’électron et la molécule H20* forment en présence d’autres molécules d’eaq des radicaux libres. Ces derniers sous l’action d’oxygène peuvent former l’eau oxygénée H2O2, molécule stable, capable de provoquer d’importantes altérations au niveau de l’ADN,
6-3 Les lésions de P ADN 6-3-1 Introduction
Dans un organisme vivant, la molécule d’acide désoxyribonucléique (ADN) est un constituant important des cellules, représentant plus d’un dixième de leur poids sec.
Environ cinquante milliards de kilomètres d’ADN se trouvent, en effet accumulés dans le noyau des quelque cinquante mille milliards de cellules d’un organisme humain.
Cette molécule d’ADN, célèbre par sa structure à deux brins complémentaires organisée en
double hélice, constitue le support de l’information génétique, d’où l’importance de son
intégrité.
Chap I : Introduction
6-3-2 Les lésions d’ADN
Elles pourront aboutir à des lésions létales d'emblée pour la cellule ou à des lésions qui n'entraîneront la mort cellulaire que par accumulation d'événements sublétaux.
Les rayonnements ionisants peuvent conduire à des modifications chimiques de certaines parties de la molécule, à des ruptures de liaisons et à la formation de liaisons anormales à l'intérieur de la molécule ou avec d'autres molécules (réticulation).
Des radio expositions très localisées de cellules ont montré que les molécules dont l'atteinte est la plus critique sont celles de l'ADN. L'ADN peut être lésé directement ou indirectement par les produits de la radiolyse de l'eau (chap. précédent).
Les principales altérations de l'ADN sont: (figure. 6)
- des ruptures de chaînes: les deux brins s'écartent par la pénétration de molécules d'eau dans la brèche, des liaisons hydrogènes entre les bases complémentaires sont rompues, provoquant une altération de 2 à 3 nucléotides proches de la rupture. Les ruptures peuvent être simples ou doubles ;
- des lésions des bases nucléiques (surtout le Thymine), ces bases peuvent être hydroxylées par le radical OH* avec formation d’hydroxyperoxyde en présence d’oxygène (ROOH).
- a formation de liaisons chimiques anormales (pontage) intrachaînes ou interchaînes (ADN ou ARN) ou avec une protéine;
- Distorsion des deux brins d'ADN par intercalation, dans le cas de certaines substances chitrtiques, par formation de dimères de bases pyrimidiques, dans le cas de radiations ionisantes gamma (effet Compton) et des rayons UV.
Les rayonnements ionisants sont capables d’agir sur l’ADN de façon directe, par ionisation
des atomes de cette molécule, et d’induire des modifications locales de la double hélice.
Figure n°6; Les principales lésions de l’ADN susceptibles d’être induites par les rayonnements ionisants (d’après Poretti).
ACTION r>£S IRRADIATIONS
Bas» altérée
Boutage entre et protéine
^ Pontage interfarin entre guanine et -•«iMcytosine par F* rintermédiaire
de l'aldéiQrde
^ maloniqne
(ex : dimère —""^^1
de tdigrmidine) 1
Distorsion des ___
deux tarins ^
Pontage -
interbrin dimère B
de tliymîne
r
JRuptiire.s; r
des I
brins
Pontage entre un
— AltN
g messager
~ et un brin
__ d'ADN
e^^.(bétérodimére
tbymidînW->
uracile) Hétéredimèire de tHymtite - wræila
6-4 Effets cellulaires 6-4-1 Effets non létaux : 6-4-1-1 Effets génétiques
Les radiations ionisantes ont le pouvoir de modifier qualitativement le matériel génétique
(figure. 6). Les effets mutagènes, résultent de la modification d’une séquence d'un gêne
contrôlant un caractère héréditaire : (Mutation génétique). Parfois, l'irradiation entraîne une
modification de la structure ou de l'organisation des chromosomes : c’est une mutation
chromosomique (cassures, délétions, échanges de chromatides sœurs, ou perte de bases).
Chap I : Introduction
L'ADN modifié peut être réparé ou non. S’il ne l’est pas, la mutation peut s'exprimer ou non.
Au niveau des cellules somatiques, la perturbation du fonctionnement cellulaire consécutive à la (ou aux) mutation(s) peut s'exprimer par la transformation maligne de la cellule et à moyen terme l'apparition d'un cancer (effet différé) (figure. 7).
Figure n°7 : Schéma illustratif de l’effet des radiations ionisantes sur la cellule. Adapté d’après le cours des effets biologiques des rayonnements ionisants
http://ead.univangers.fr/~jaspard/Page2/COURS/5RavonIONISANT/Cours4/lCours4.htm
• les lésions sont dans la plupart des cas réparées et la cellule redevient normale ;
• si les lésions sont mal réparées, les cellules peuvent perdre leur capacité de division dés la 1ère division (1ère mitose) ou après plusieurs mitoses (mort différée) ;
• enfin, la cellule peut sembler normale en terme de survie, mais être anormale en terme chromosomique et subir des effets génétiques (héréditaires) ou s'orienter vers le développement de cancers.
Au niveau des cellules germinales, le remaniement du génome peut se traduire par une
stérilité de l'individu ou la transmission de malformations à la descendance.
6-4-1-2 Effets tératogènes
Les rayonnements radioactifs sont un facteur parmi ceux qui peuvent expliquer l'apparition d'anomalies génétiques chez le nouveau-né. Des maladies héréditaires, des produits chimiques apportés accidentellement par l'air, les aliments ou certains médicaments, des mutations spontanées peuvent aussi entraîner ces malformations. L'effet tératogène sur l'embryon n'est pas observé pour des doses inférieures à 0,2 Gy.
Pour des doses supérieures à 0,2 Gy, on peut observer des malformations du squelette, de l'œil, du cerveau, un retard mental, un trouble de la croissance, et une augmentation de l'incidence de certains cancers de l'enfant après irradiation fœtale tardive.
Ces malformations ont pu être observées au début du traitement du cancer par radiothérapie, chez les femmes enceintes au moment des soins. Elles ont également été mises en évidence au Japon, auprès d'enfants irradiés in utero par l'explosion des bombes atomiques d'EQroshima et Nagasaki.
6-4-1-3- Effets somatiques 6-4-1-3-1 Introduction
Les effets biologiques de l'irradiation se manifestent surtout par un blocage, souvent irréversible, de la division cellulaire ou, parfois, par un simple retard de la mitose.
Les effets physiologiques aigus sont essentiellement dus à une excitation du système nerveux central par des mécanismes encore peu connus. Les symptômes les plus fréquents sont : nausées et vomissements.
6-4-1-3-2 Sévérité des effets dépend de la dose reçue :
- Dose sublétale : (100 - 250 rems) ; nausées et vomissements. Ces effets dépendent de la dose totale reçue par l’organisme et peuvent apparaître après une irradiation de quelques dizaines de Gray ( Gy), période de latence de 1 à 2 semaines suivie de malaises, anorexie, diarrhée, perte des cheveux, puis récupération.
- Dose létale (350 - 450 rems); nausées et vomissements, latence de 1 semaine suivie par des symptômes sévères avec des hémorragies internes ; 50% de risque mortel dû à l'altération des cellules sanguines et gastro-intestinales .
- Dose supra létale (>650 rems) : nausées et vomissements, état de choc, douleurs
abdominales, diarrhées, fièvres, et mort en quelques heures en raison d'atteintes du système
nerveux et du cœur.
Chap I : Introduction
6-4-2 Effets létaux
La cellule peut se détruire selon deux phénomènes ; par mort cellulaire programmée ou par nécrose.
6-4-2-1 Mort cellulaire programmée
C’est au milieu du siècle dernier que l’on reconnut que chaque organisme vivant, y compris l’être humain, est composé de cellules et que ces dernières sont l’élément de base de la vie.
Peu de temps après, on remarqua que certaines cellules mouraient lors du développement normal d’un organisme.
L’un des premiers cas décrit fut celui du têtard qui perd sa queue lorsqu’il devient grenouille.
Les cellules constituant la queue meurent les unes après les autres, selon un ordre précis et programmé.
La mort des cellules provoque ainsi la disparition de l’organe inutile au stade adulte. La mort cellulaire programmée, qui plus tard allait être appelée «apoptose», venait d’être découverte.
On s’aperçut par la suite qu’elle était essentielle au bon fonctionnement de tout organisme.
Elle permet, par exemple, d’éliminer environ 85% des neurones en formation dans le cerveau d’un embryon en développement. Ce ménage est nécessaire, car le surplus de neurones provoquerait un bruit de fond nuisible au fonctionnement normal du cerveau.
De même, plus de 95% des cellules du système immunitaire disparaissent par apoptose, libérant l’organisme des cellules non efficaces ou qui pourraient réagir contre lui.
Finalement, l’apoptose protège l’organisme en éliminant la très grande majorité des cellules
infectées, endommagées ou potentiellement cancéreuses qui peuvent nuire la santé de la
personne ( Charrette, 1998).
6-4-2-1-1 Caractéristiques des cellules apoptotiques
L'apoptose se caractérise par de profonds changements morphologiques comprenant une réduction du volume cellulaire, un bourgeonnement de la membrane plasmique, une condensation nucléaire et finalement une fi’agmentation intemucléosomale de l'ADN
(figure. 8).
Fiaure n° 8: Schéma des événements morphologiques de l'apoptose.
I. L'apoptose peut être déclenchée par une variété de stimuli différents. H. L'activation de l'apoptose s'accompagne d'une condensation de la chromatine qui débute habituellement sous forme d'amas denses sur la face interne de la membrane nucléaire, ni. La condensation de la chromatine intéresse éventuellement la totalité du noyau ce qui le fait apparaître pycnotique en microscopie optique. Les cellules mourantes commencent également à présenter une surface irrégulière associée aux prémices de la formation de vésicules. IV. Le noyau pycnotique commence à se fragmenter lorsque les vésicules sont exprimées à la surface de la cellule. La cellule mourante s'est maintenant significativement contractée par rapport à sa taille originale. V. La cellule s'est complètement fragmentée en corps apoptotiques. Ces structures contiennent globalement des organites apparemment normaux ainsi que des fragments du noyau condensé. VL Le processus d'apoptose est complet lorsque les corps apoptiques sont phagocytés par les cellules voisines qui sont stimulées pour jouer le rôle de substituts des macrophages.
Une grande variété de stimuli peut induire une réponse apoptotique tels que les récepteurs de la famille du TNF (TNF-RI et Fas par exemple) (figure. 9), les radiations U.V. la génération de radicaux libres, les chocs thermiques et de nombreuses drogues comme la staurosporine, le céramide-C2 ou l'étoposide par exemple.
L'apoptose est étroitement corrélée à l'activation de protéases apoptogènes ou caspases. Les caspases sont synthétisées sous la forme d'une pro-enzyme inactive. L'activation du zymogène est la conséquence de plusieurs clivages séquentiels. Une fois activées, les caspases vont cliver différents substrats impliqués, notamment, dans le maintien de l'intégrité cellulaire.
(Schuler et al., 2001; Ricci et al., 2001).
Chap I : Introduction
Fieure n° 9: Schéma illustratif des facteurs influençant l’apoptose.
La figure.9 montre les différents signaux de la mort cellulaire possibles,. De nombreux facteurs interviennent pour susciter l’apoptose, mais tous aboutissent à une voie commune passant par la mitochondrie, la protéine Bcl-2 et les caspases. Les principaux mécanismes mettant en route le mécanisme de mort cellulaire programmée sont ;Le stress : hypo-oxygénation, par exemple. Le traitement par des substances cytotoxiques ou des corticoïdes, l’atteinte du DNA, la transmission d’un signal de mort (récepteur Fas des lymphocytes cytotoxiques, des natural killer, du facteur de nécrose TNFa ), La privation de facteurs de croissance. Les effecteurs sont les caspases ou un facteur inducteur d’apoptose ou AIF.
6-4-2-1-2 Rôle de l'apoptose Au cours du développement
Le développement normal d'un organe s'effectue non par modelage, mais par sculpture ; les cellules sont produites en grand excès puis certaines meurent, en fonction des critères particuliers requis.
A Vâge adulte
Dans le tissu normal, il existe un équilibre entre mitose et apoptose. Les cellules nécessitent
en permanence certains « facteurs de croissance » pour survivre. Dans le système
immunitaire, l'apoptose est responsable de la délétion des cellules T auto-réactives
(permettant la tolérance du soi), et la sélection des lymphocytes B responsables de la réponse
Dans les cancers
On peut trouver des foyers d'apoptose près des foyers de nécrose, mais aussi après irradiation, chimiothérapie, une hyperthermie modérée, la suppression hormonale (cancer de la prostate) ou au contraire la surcharge en corticoïdes (leucémies et lymphomes). Les lymphocytes cytotoxiques sont tueurs par induction de l'apoptose de la cellule cible (Peter Parhan, 2003).
Plusieurs gènes, en partie régulés par la protéine p53, sont impliqués dans l’initiation de l’apoptose. L’apoptose peut être inhibée par la surexpression d’une protéine bcl2 dont le gène a été cloné dans une translocation (14; 18) d’un lymphome B folliculaire.
Cette protéine est localisée sur les membranes externes des mitochondries, du noyau et du réticulum endoplasmique. Il existe une autre protéine bax qui est capable de se dimériser avec bcl2 induisant alors l’apoptose (bax est en fait un accélérateur de l’apoptose), (figure. 10) Fi2ure n°10; Rôle primordial de la protéine p53 dans la régulation du cycle cellulaire. Adapté d’après: http://www.baclesse.fr/cours/fondamentale/4-division-cellulaire/Divis-il7.htm
En cas de prolifération cellulaire, en présence de c-myc, la protéine p53 va contrôler la division cellulaire en vérifiant l’intégrité du DNA. Si le DNA n’est pas correct ou si Bcl-2 est absent ou inhibé, (dimérisé avec bax), on observe une stimulation de la voie de l’apoptose. Si, au contraire, le DNA a pu être réparé, le cycle cellulaire se poursuit.
Au cours du processus de cancérisation, il existe probablement des défauts de mise en route
de l’apoptose lorsque surviennent des anomalies de l’ADN qui devraient mettre en route
l’apoptose. L’inactivation de la p53 ne permet plus de suivre la voie de l’apoptose et la cellule
entre dans un programme de progression tumorale, dans ces conditions, le proto-oncogène
bcl2 appartient à une nouvelle catégorie de mécanismes : ceux impliqués dans la régulation de
la mort cellulaire (Wyllie, 1994 ; Mohamad et al ,2005).
Chap I : Introduction
Autres pathologie
A l’inverse du cancer où l’apoptose est réprimée, d’autres maladies, notamment les maladies neuro-dégénératives comme la maladie d’Alzheimer, la sclérose latérale amyotrophique, la maladie de Parkinson, mais aussi certaines thyroïdites, les maladies auto-immunes ou encore l’hépatite fulminante pourraient être en rapport avec une apoptose mal contrôlée (Yuan, 2000). L’utilisation de substances inhibitrices des caspases pourrait jouer un rôle thérapeutique intéressant.
L’apoptose est indispensable au maintien de l’homéostasie des tissus. Une perturbation dans la réalisation du programme apoptotique entraîne des pathologies graves telles que les maladies auto-immunes, les maladies dégénératives ou le cancer.
De plus, l’apoptose semble être le mécanisme principal par lequel la radiothérapie et les drogues utilisées en chimiothérapie tuent les cellules. Les cellules tumorales peuvent, cependant, développer une résistance à ces traitements (MDR) (wietzerbin et al., 2000).
6-4-2-2 Différence avec la nécrose
L’apoptose est le type de mort cellulaire tout désigné pour l’élimination des cellules excédentaires ou «nuisibles». C’est une mort douce. La cellule apoptotique se fragmente en plusieurs petits sacs étanches qui sont absorbés et éliminés par les cellules environnantes.
L’apoptose s’oppose à la nécrose qui, elle, n’est pas programmée, (figure. 11). par exemple lors de brûlures ou de fortes compressions. La cellule meurt alors en éclatant. Son contenu se retrouve dans le milieu environnant et provoque une réaction inflammatoire.
La nécrose se compare ainsi à l’explosion d’un édifice ; il y a des dommages aux bâtiments
voisins (les autres cellules), un ménage et des réparations sont nécessaires. L’apoptose, elle,
ne laisse pas de traces ( Jacobson et al., 1997; Dewey et al., 1995) .
Figure n° 11: La nécrose l'apoptose. Adapté à partir :
http://www.google.be/search?q=modele+multistep-H-du+cancer&hl=fr&lr=lang fr&start=
10&sa=N
liKcnosE A
poptoseDeux façons très différentes de mourir pour une cellule: Morphologiquement, l'apoptose (à droite), correspond à une rétraction progressive de la cellule, avec condensation de la chromatine et du cytoplasme, suivie d'une fragmentation caractéristique de l'ADN aboutissant à la formation de fragments cellulaires ou corps apoptotiques. Les organites intracellulaires contenus dans les corps apoptotiques ou sacs apoptotiques sont structurellement intacts. Ils subissent par la suite, l’ingestion par les cellules voisines.
Contrairement, à la nécrose, (à gauche) la cellule perd son intégrité et aboutit à l’éclatement de la cellule suivi d'une réaction inflammatoire locale.
6-S. Facteurs de réponse à une irradiation
Il existe plusieurs facteurs qui favorisent l’action des radiations:
- La radio sensibilité individuelle tumorale et des tissus sains
- La capacité de réparation de l'ADN face au stress causé par les radicaux libres
- La capacité d'adaptation au seuil d'oxydation radio-induit (SORI), qui fait intervenir la peroxydase.
- Les facteurs de croissance radio-induits, tels que le TNF, le TGF: certaines cellules
répondent mieux que d'autres car elles produisent plus ou moins les facteurs de croissance
impliqués dans le contrôle du cycle cellulaire.
Chap I : Introduction
- La concentration en oxygène: si le milieu est très oxygéné, il y aura davantage de phénomènes d'oxydation; à l'inverse, si le milieu contient peu d'oxygène, on aura une relative radiorésistance. (Des études en cours prennent en compte l'augmentation de la concentration en hémoglobine afin de voir quel est l'effet sur la radiosensibilité).
- La cinétique cellulaire tumorale; plus la tumeur a de cellules dans le cycle, plus elle est sensible. Cette notion de cinétique cellulaire s'applique également aux tissus sains, la muqueuse digestive qui a un renouvellement rapide est particulièrement sensible aux radiations.
- Les facteurs externes; les radio-modificateurs qui peuvent être des drogues chimiothérapiques sont souvent radio-sensibilisantes.
- Et le type de radiations... faible ou fortes doses (radioprotection).
6-6- Cycle cellulaire 6-6-1 Introduction
Tous les organismes sont constitués de cellules qui se multiplient par division cellulaire. Un adulte humain a environ 100.000 milliards de cellules, toutes originaires d'une même cellule, la cellule œuf fertilisée. Chez un adulte, on trouve une quantité énorme de cellules en division continue remplaçant celles qui disparaissent.
Avant qu'une cellule puisse se diviser, il faut qu'elle grandisse jusqu'à une certaine taille, qu'elle duplique ses chromosomes, qu'elle sépare ses chromosomes avec une distribution exacte entre les deux cellules filles. Tous ces processus sont coordonnés durant le cycle cellulaire ( Fines, 1995).
6-6-2 Les étapes du cycle cellulaire
Le cycle cellulaire consiste en 4 phases successives : (figure. 12)
* phase Gi ( pour Gap ou Growth phase 1) se situe entre la fin de la mitose et le début de la division cellulaire. Vers la fin de cette phase juste avant que ne débute la phase de synthèse de T ADN, la cellule doit fi’anchir une étape capitale, le point de restriction.
Il s’agit du moment décisif en ce qui concerne la poursuite ou l’arrêt du cycle.
Si les composants des milieux interne et externe sont favorables à la cellule, celle-ci poursuit le cycle en répliquant son ADN et en se divisant. Dans le cas contraire, la cellule entre dans un état de « repos », Go. *
* phase S ( DNA synthesis) est celle pendant laquelle s’effectue la duplication de l’ADN
intermédiaire entre les cellules en Gi et G2.
* phase G2 ( Gap ou Growth phase 2), est située entre la fin de S et la nouvelle mitose, c’est celle pendant laquelle la cellule se prépare à la mitose. Le contenu de l’ADN est double de celui des cellules en Gi.
* phase M ( mitose ou méiose) ou division cellulaire comporte quatre étapes (prophase, métaphase, anaphase, télophase), (figure. 13) qui se caractérisent par la condensation et le clivage progressif des chromosomes, jusqu’à réaliser avant la séparation des deux chromatides sœurs vers deux pôles cellulaires opposés, pôles qui sont à l’origine de deux cellules filles identiques.
* phase Go l’état de repos des cellules qui ne se divisent pas, durant laquelle l’activité métabolique est faible. Sa durée est variable selon les types cellulaires, de quelques secondes à quelques années.
Figure n°12; Différentes étapes du cycle cellulaire: Gi, S, G2 et M.
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Vue générale du cycle cellulaire
Chap I : Introduction
Fieure n°13 : Les différentes étapes de la mitose ( prophase, prométaphase, métaphase, anaphase et télophase). Adapté à partir :
http://www.google.be/search?q=modele+multistep-H-du+cancer&hl=fr&lr=lane fr&start=10
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