apoptose - Cours de l`UE7 à Bichat

APOPTOSE
Rappel : l’apoptose est une forme de mort cellulaire dite programmée. C’est un processus
physiologique qui a plusieurs rôles :
- Permet le sculptage des différents organes dans la morphogénèse.
- Organisation correcte des tissus par élimination des cellules surnuméraires.
- Suppression des cellules dangereuses pour l’organisme. (cellules cancéreuses)
I) Effecteurs et mécanisme de l’apoptose
A) Les effecteurs
Les effecteurs principaux sont les caspases (protéases) capables par clivage d’un substrat de l’activer
(ex :DNAses)ou de l’inactiver(ex :protéines du cytosquelette). Elles sont produites sous forme de
précurseurs inactifs qui par des mécanismes de clivage et de réarrangement donneront des caspases
actives.
Leur activité est régulée à plusieurs niveaux :
- Par leur niveau d’expression
- Activation par auto-catalyse (comme la caspase 8 recrutée sur les récepteur de la mort et qui
va s’auto-clivée pour engendrer une cascade de caspase)
- Interaction avec d’autres facteurs (caspase 9 doit se lier à APAF 1 et au cytochrome C pour
être activée)
- Interaction avec des Icad (inhibiteur qui induit leur dégradation par le protéasome)
B) Le mécanisme
L’évènement majeur est la sortie du cytochrome C de la mitochondrie. Lorsque celui-ci est libéré
dans le cytosol il s’associe à APAF 1 et à la caspase 9 pour former l’apoptosome. Cela entraîne
l’activation de cette caspase qui va pouvoir activer les caspases effectrices. La sortie du Cyt C dépend
des protéines de la famille Bcl2. Dans cette famille on distingue 2 groupes :
- Les protéines pro-apoptotiques (BAX)
- Les protéines anti-apoptotiques (Bcl2)
Ces protéines s’associent à la membrane de la mitochondrie pour permettre la libération du
cytochrome C pour la 1ère ou pour l’empêcher pour la 2nd. (remarque : cette famille joue aussi un rôle
important au niveau du réticulum endoplasmique pour réguler les flux calciques)
Là encore ces protéines sont régulées à plusieurs niveaux :
- Leur niveau d’expression détermine le ratio entre les pro-apoptotiques et les anti-
apoptotiques.
- Il existe des spécificités tissulaires d’expression.
- L’interaction avec le cytosquette qui inhibe ou active leur transport vers la mitochondrie.
- Régulation par des modifications post-traductionnelles (phosphorylation et clivages).

L’autre voie permettant l’activation de l’apoptose passe par les récepteurs membranaires de la
famille du récepteur du TNF (FAS). Après liaison du ligand il y a trimérisation des récepteurs qui
recrutent des protéines adaptatrices qui possèdent des « death domaines» afin d’activer la caspase
8. Certains de ces récepteurs (TNFR 1) peuvent aussi activer de voies anti-apoptotiques comme NFkb.
Conclusion : La cellule est soumise à différents signaux. Elle entre en apoptose soit par manque de
signaux de survie soit parce qu’elle a reçu des signaux apoptotiques. Les voies apoptotiques sont
complètement intégrées dans la signalisation générale de la cellule.
II) Mise en évidence et étude des cellules apoptotiques :
Les cellules en apoptose expriment précocement à leur surface des PS (phosphatidylsérine) ce qui
leur permet de lier l’annexine V. On va ensuite pouvoir attacher à l’annexine V un fluorochrome pour
détecter les cellules en apoptose. (cytométrie de flux et microscopie optique). Cependant ce
processus est réversible, c’est-à-dire que toutes les cellules qui lient l’annexine V n’entre pas en
apoptose.
Les cellules en apoptose subissent un certain nombre de modifications morphologiques :
- Rétrécissement de la cellule
- Condensation du cytoplasme
- Perte des contacts cellulaires
- Compaction de la chromatine
Il est possible d’utiliser l’échelle d’ADN pour les détecter. On marque les extrémités 3’ de
l’ADN avec un fluorochrome ainsi plus l’ADN sera fragmenté plus le signal sera fort.
- Formation de corps apoptotiques
III) L’apoptose dans le tissu osseux
 Pour sculpter un organe la coordination et la coopération entre les cellules qui
prolifèrent et les cellules en apoptoses est indispensable. Une grande partie des facteurs
jouant un rôle dans cette coopération à un rôle important dans l’apoptose des cellules
osseuses chez l’adulte.
 L’os est un tissu dynamique renouvelé en permanence grâce à 2 types cellulaires, les
ostéoclastes et les ostéoblastes. Les 1er lysent l’os puis il y a recrutement de précurseurs
ostéoblastiques qui vont déposer de l’os neuf qui sera ensuite minéralisé. A la fin du
cycle de remodelage les ostéoclastes sont détachés de la surface cellulaire et inactivés
avant d’entrer en apoptose. Les ostéoblastes peuvent soit être piégés dans la matrice
minéralisée et devenir un ostéocyte soit entrer en apoptose.
 Les facteurs indispensables à la différentiation et l’activité des ostéoblastes sont
impliqués dans le phénomène d’apoptose, par exemple le RANK-L (famille du TNF) ou
des cytokines comme le MCSF. La plupart des inhibiteurs comme l’ostéoprotégérine
produite par les ostéoblastes modulent à la fois la différentiation et l’apoptose. La liaison
de RANK-L à son récepteur induit l’activation de voie de survie classiques sarc, PI3K/AKT,
RAF RAS et mapK ainsi que le facteur de transcription NFkb. De même le MCSF agit en

activant la voie PI3K/AKT qui conduit à la dégradation de BID (pro-apoptotique) mais
aussi à une activation de CREB et donc à une augmentation de Bcl2
 Les ostéoclastes créent un compartiment hermétique en s’accolant à la matrice
extracellulaire et ce mécanisme est dépendant des intégrines.
Expérience : invalidation de souris pour la chaîne béta des intégrines, ou inhibition de sarc in vivo.
 Résultats : forte augmentation de l’apoptose des ostéoclastes et une forte diminution de la
résorption osseuse.
 Les ostéoblastes sont issus de cellules souche mésenchymateuses qui doivent s’engager
dans la voie ostéoblastique et proliférer pour donner des précurseurs puis des
ostéoblastes matures qui déposent la matrice extra cellulaire. Enfin une majorité des
ostéoblastes entre en apoptose.
Pour augmenter la formation osseuse on a historiquement cherché des facteurs de prolifération des
cellules puis des facteurs de différentiation des cellules enfin des facteurs modulants la survie des
ostéoblastes (Wnt, TGFbeta). On a identifié des facteurs ayant des rôles différents selon la maturité
des cellules ostéoblastiques et des situations où les ostéoblastes entraient en apoptose (carence
oestrogénique).
Un des facteurs important pour les ostéoblastes est Wnt. Il existe deux voies :
- Voie canonique : fixation de Wnt à son récepteur recrute LRP5 => inactivation du complexe
GSK3/APC /axin qui dégrade la béta cat => béta caténine passe dans le noyau et induit la
transcription des gènes cibles
- Voie non canonique
Cette signalisation Wnt est importante pour la survie des cellules ostéoprogénitrices et au fur et à
mesure de la différentiation les cellules plus matures vont produire des inhibiteurs de cette voie.
Expérience : le traitement des ostéoblaste avec différents facteurs Wnt prévient de l’apoptose
quelques soit le degré de maturité (ERK,Sarc). Ceci est indépendant de la voie canonique de LRP5 car
chez une souris KO LRP5 il n’y a pas d’altération de l’apoptose.
- Chez une souris dont l’activité de LRP5 a été augmentée on constate une augmentation de la
survie.
- Le niveau d’expression du récepteur soluble de Wnt (inhibiteur) corrèle avec le niveau de
mort cellulaire dans les ostéoblastes
- Certains inducteurs de l’apoptose comme les glucocorticoïdes augmentent l’expression de ce
récepteur soluble.
- Très forte altération de l’apoptose chez des souris KO pour cet inhibiteur
Conclusion : Wnt rôle important dans la survie et ce quelques soit le degré de maturation cellules.
Expérience : Le FGF protège les ostéoblastes de l’apoptose induite par l’activation de sérum
- Une mutation activatrice des récepteurs au FGF accélère la maturation des ostéoblastes ainsi
que leur apoptose.

Conclusion : Le FGF joue un rôle différent en fonction du degré de maturité de la cellule. Il protège
les cellules peu matures et induit l’apoptose des cellules plus différenciées.
Expérience : Le BMP2 possède les mêmes propriétés.
 La survie des ostéoblastes dépend également de facteurs hormonaux :
 Les oestrogènes préviennent de l’induction de l’apoptose par le TNF (inhibition des
caspases et augmentation de la survie des ostéoblastes)
Expérience : chez des souris ayant subies une ablation des ovaires on observe une augmentation de
l’apoptose ostéoblastique.
Cette action ne dépend pas de l’interaction avec des récepteurs nucléaires mais d’une
interaction avec des récepteurs membranaire (voie PI3K/AKT/MAPK).
 La PTH qui possède des effets anaboliques sur l’os induit l’expression de gènes de
survie comme Bcl2 et l’inactivation de protéines pro-apoptotiques comme BAX.
 Lien établi entre la diminution de la masse osseuse et l’apoptose des ostéoblastes.
Observation : effet inverse des glucocorticoïdes et des oestrogènes sur l’induction de l’apoptose
(œstrogènes protecteurs/glucocorticoïdes inducteurs).
Expérience : souris sur-exprimant Bcl2 dans les ostéoblastes.
 Résultats : surprise ! On observe une réduction de la taille des souris et de leur masse
osseuse malgré une diminution du nombre de cellules apoptotiques. En fait on a aussi une
diminution de la capacité des ostéoblastes à produire de la matrice (ce qui explique les
résultats).
Les micro-fissure dans l’os induisent l’apoptose des ostéocytes => activation des précurseurs
ostéoblastiques => augmentation de la résorption osseuse => réparation de l’os. Donc en ciblant
l’apoptose des ostéocytes on va avoir une accumulation d’os micro-fracturé.
Conclusion : l’apoptose n’est pas qu’un processus de mort cellulaire c’est un stade tardif de
maturation des cellules. Donc essayer d’augmenter la durée de vie des cellules matures n’est peut-
être pas une bonne stratégie pour améliorer la formation osseuse.
IV) Nouvelles stratégies :
Les nouvelles stratégies essayent d’utiliser des cellules souches mésenchymateuses pour réparer l’os.
Ces cellules multipotentes (capacité à donner plusieurs lignées) sont capables d’auto-renouvellement
et ont de grande capacité de résistance au stress.
Leur phénotype est sous le contrôle de mécanismes épigénétiques, de facteurs de transcription
spécifiques ainsi que de l’interaction avec la niche (micro-environnement cellulaire). Dans cette niche
on trouve de chimiokines qui attirent les cellules, des cytokines qui induisent la signalisation. Au sein
de la niche les cellules vont être en contact avec d’autres cellules et la matrice extracellulaire. Les
cellules souches les plus étudiées sont les cellules souche hématopoïétiques localisées dans la niche
ectoblastique.

Ces niches sont en générale en hypoxie (faible proportion d’oxygène) ce qui permet :
- D’augmenter l’activité de la télomèrase => diminue la sénescence réplicative
- Favoriser l’auto-renouvellement
- Maintenir l’état de quiescence de la cellule ce qui la protège du stress
On peut trouver des cellules souches mésenchymateuses avec un pouvoir ostéogénique dans de
nombreux organes comme la moelle osseuse. Ces cellules sont identifiées par des marqueurs (la
plupart encore très discutés). On connaît des facteurs qui induisent leurs différentiations en cellules
ostéoprogénitrices mais nos connaissances sur les conditions qui permettent la maintenance d’un
pool de cellules souche sont très limitées.
V) APOPTOSE ET CHIMIORESISTANCE :
L’ostéosarcome est un cancer des os long, survenant chez des enfants ou de jeunes adultes. Ce sont
des tumeurs qui résistent aux radiothérapies et aux chimiothérapies.
Actuellement un protocole est proposé, il associe une chirurgie conservatrice et différents agents de
chimiothérapie. Ces agents agissent en bloquant la réplication, la transcription ou en endommageant
l’ADN.
Les différents mécanismes responsables de cette chimiorésistance mettent en œuvre :
- Une augmentation des systèmes de transport et de détoxification pour faire sortir l’agent
cytotoxique de la cellule
- Une augmentation des systèmes d’inactivation des systèmes …. (Désolé la prof marmone on
n’entend rien.)
- Une augmentation des systèmes de réparation de l’ADN
- Des perturbations des points de contrôle du cycle cellulaire
- Modifications des facteurs impliqués dans le processus d’apoptose
Tout cela conduisant à une diminution de l’apoptose d’où la résistance au traitement.
Remarque : Les chercheurs ont mis en évidence la présence de cellules souches cancéreuses au sein
de tumeurs très hétérogènes, ces cellules seraient capables d’auto-renouvellement et donc
responsables de la résistance au traitement.
L’os est un site privilégié pour les cellules cancéreuses car elles détournent les mécanismes impliqués
dans le remodelage osseux. Elles vont activer les ostéoblastes ce qui va activer la résorption osseuse
et permettre la libération de nombreux facteurs de croissance de la matrice qui vont profiter aux
cellules tumorales. (C’est un cercle vicieux)
On constate une accumulation des altérations des gènes p53, et des gènes contrôlant la
différentiation ostéoblastique dans les cellules atteintes d’ostéosarcome. Ces altérations entraînent
une perte du contrôle du cycle cellulaire.