Réponse cellulaire à l’hypoxie des cellules épithéliales alvéolaires Flashcards
Quelle est la constante de Michaelis d’une enzyme mitochondriale ?
Constante de Michaelis d’une enzyme mitochondriale (quantité d’O2 nécessaire
pour que l’enzyme fonctionne à 50% de son activité) = 1 μmol soit 2 mmHg. La chute d’activité cellulaire arrive donc à des PO2 très basses.
Quand parle-t-on d’hypoxie tissulaire ?
On parle d’hypoxie tissulaire quand la diminution du débit d’O2 est telle que cela constitue un facteur limitant pour les réactions enzymatiques mitochondriales.
Quels sont les différents niveaux de réponse à l’hypoxie ?
-
Organisme :
o Chémorécepteurs périphériques (PaO2) : augmentation de la ventilation et du débit cardiaque ;
o Cellules rénales (PO2 tissulaire) : synthèse d’EPO ; - Organe : vasoconstriction pulmonaire hypoxique, néo angiogenèse ;
- Cellulaire : modification de l’activité protéique et de l’expression génique
Quelle différence mécanistique entre un phénomène immédiat et différé ?
Exemples de réaction au niveau des CML ? des chémorécepteurs carotidiens de type 1 ?
- Tout ce qui est immédiat dépend de canaux ioniques. Le reste va dépendre de processus transcriptionnels.
La vasoconstriction hypoxique des cellules musculaires lisses :
Un canal K+ est normalement ouvert, avec une sortie de la cellule vers le milieu interstitiel. En cas d’hypoxie cellulaire, ces canaux se ferment, entrainant une dépolarisation membranaire, l’ouverture de canaux Ca2+ qui laissent entrer du Ca2+ dans la cellule et entrainent une contraction musculaire.
Les chémorécepteurs carotidiens de type 1 :
Le canal K+ se ferme à cause de l’augmentation du sulfure d’hydrogène (H2S). En effet en cas d’hypoxémie il y a également moins de monoxyde de carbone (CO) produit, qui est un inhibiteur de l’enzyme synthétisant l’H2S. La fermeture du canal induit in fine la libération de granules de sécrétion qui activent le nerf des glomus carotidiens et déclenchent des potentiels d’action.
Quelles sont les 2 phases de réaction de la cellules à l’hypoxie sévère ?
- Une phase de défense avec des réactions immédiates avec pour objectif de
diminuer la consommation d’ATP - Puis une phase de survie avec des réactions retardées avec pour
objectif la majoration de la production d’ATP via des modifications géniques sous un contrôle principal : le facteur HIF (Hypoxemia Inducible Factor).
Comment s’appelle le facteur de transciption lié à l’hypoxie ?
Quels éléments peuvent mimer une hypoxie ? (2)
- Détection par des O2 sensors => activation d’effecteurs dans le cytoplasme (HIF), qui vont entrer dans le noyau et se fixer sur les séquences HRE (Hypoxemia Responsive Element) de l’ADN pour modifier l’expression génique.
- Un chélateur du fer ou du cobalt peut mimer une hypoxie, mais l’expérience est plus dure à faire en pratique.
Facteur de transcription HIF :
Quelle conformation ?
Quelles caractéristiques des 2 sous-unités ?
- C’est un hétéro-dimère formé de deux sous unités α et ß. Elles font partie de la famille protéique des « PAS domain ».
- α a une partie terminale particulière, avec des domaines de trans-activation de l’ADN via une arginine, et ODDD (domaine de dégradation dépendant de l’O2) entouré de deux prolines. Les trois acides aminés cités peuvent être hydroxylés en présence d’O2.α (1-2-3) est une protéine cytoplasmique, activée uniquement
en cas d’hypoxie. Elle se déplace dans le noyau,
dimérise avec ß et lance la transcription. - ß est dans le noyau de manière constitutive.
Quelles différences entre HIF1 et 2 alpha ?
- HIF-1α et HIF-2α sont les principales formes de HIF. Ils ont 50% d’homologie.
- HIF-1α est ubiquitaire, très utile dans le développement embryonnaire. Les souris KO meurent en gestation. Il est aussi impliqué dans le métabolisme des cellules.
- HIF-2α (aussi appelé EPAS = Endothelial PAS domain protein) est moins ubiquitaire, très exprimé dans l’épithélium alvéolaire (mais aussi l’endothélium, les fibroblastes rénaux, les hépatocytes, les myocytes cardiaques…). Il est plus impliqué dans l’activation transcriptionnelle des gènes (EPO, différenciation et réparation cellulaire…).
Les deux se fixent à HRE et activent les mêmes gènes mais pas forcément
dans les mêmes cellules et on ne sait pas exactement pourquoi même si
on a des hypothèses
Quel mode de régulation de HIF ?
Quelle durée de vie en normoxie ?
Quel mécanisme de dégradation ?
Quel mécanisme pour la translocation dans le noyau ?
- Les deux sont régulés globalement de la même manière, de manière post traductionnelle (pas ou peu de modification des ARNm en hypoxie aigue).
- En situation normale normoxique, ces deux protéines, qui sont synthétisée en continu, vont être dégradées par hydroxylation en moins de 5 minutes par deux enzymes (prolyl et asparginyl hydroxylase = PHDs et FIH).
- L’hydroxylation sur la proline est reconnue par une ubiquitine ligase elle-même reconnue par le protéasome et entrainant sa dégradation. L’ubiquitine en question est la VHL = Von Hippel Lindau (gène suppresseur de tumeur et diminuant l’expression du VEGF, d’où des tumeurs très vascularisées quand il n’est plus fonctionnel).
- L’hydroxylation sur l’asparaginine entraine une translocation dans noyau, une liaison avec la sousunité ß, mais pas de transcription et de trans-activation (pas de recrutement des co-activateurs).
En hypoxie, ces deux molécules (HIF-1α et HIF-2α) ne sont pas dégradées. Les α se fixent sur les ß, l’association se fixe sur HRE et entraine l’activation de gènes.
Quels sont les O2 sensors ? (2)
Laquelle est inhibée en 1er ?
- Les O2-sensors sont les HIF hydroxylases. Elles font partie de la super famille des oxygénases dépendantes du 2-oxoglutarate (cofacteur = ascorbate ; contient du fer sous forme non héminique).
-
Prolyl hydroxylases PHD (1, 2 majoritairement, et 3). PHD2 est induite par
l’hypoxie. - Le deuxième groupe est celui des asparaginyl hydroxylases FIH.
- Les PHD sont inhibées avant les FIH.
Que se passe-t-il si on fait une souris KO PHD2 ? PHD 1 et 3 ?
- Si on fait une souris KO pour la PHD2, celle-ci aura une vascularisation très importante (oreille, trachée). En l’absence de PHD2, HIF s’accumule, stimule la production de VEGF et donc l’angiogenèse.
- On n’observe rien de similaire (et même rien) chez des souris KO pour PHD1 et 3.
Régulation intriquée avec notamment la chaine de transport des électrons :
Quel complexe de la chaine est inhibé ? Quelle conséquence pour HIF ?
Quel rôle des ROS ?
Quel rôle de HIF sur ROS ?
- Le complexe III de transfert de électrons de la chaine mitochondriale est plus particulièrement en cause
- L’inhibition du complexe III mitochondrial inhibe la stabilisation de HIF-1α et donc entraine sa diminution.
- ROS => inhibition des PHDs avec in fine majoration de la quantité circulante de HIF-1α. La production de ROS est augmentée principalement dans l’espace inter-membranaire de la mitochondrie, un peu dans le cytosol, mais diminue dans la matrice mitochondriale.
- Et HIF-1α inhibe le fonctionnement mitochondrial pour limiter la production de
ROS qui serait délétère pour la cellule : régulation subtile !
Quel nouveau pardigme tant qu’au rôle de HIF ?
Nouveau paradigme :
Le rôle principal de HIF-1α en hypoxie n’est pas tant d’induire la glycolyse anaérobie mais d’inhiber le fonctionnement mitochondrial pour éviter la production exagérée de ROS.
On peut le confirmer avec des fibroblastes KO pour HIF-1α : ils ont une production normale voire augmentée d’ATP, mais décèdent de toxicité due aux ROS en hypoxie prolongée.
Comment évolue HIF en hypoxie chronique ?
Modulation complexe de HIF en hypoxie chronique : quelles voies possibles ?
- Ce qu’on sait, c’est que l’expression de HIF diminue.
- Production de mRNA qui le régulent négativement
- Production de ses propres anti-sens
- Induction des PHD2 qui le détruisent.
- Par ailleurs, HIF-3α est un inhibiteur de HIF-1α et HIF-2α.
- Il y a aussi une régulation non hypoxique de HIF : les voies NF-κB, PI3K/mTOR, MAPK/ERK, TNF, et de l’angiotensine III.
Dans quelles pathologies HIF est-il favorable ?
Dans quelles pathologies est-il délétère ?
Favorable : ischémie de membre, AOMI, IDM, AVC, anémie sur IRnC…
Délétère : cancer et métastases, HTP, maladies rénales fibrosantes et fibrose (incertain). De nombreux activateurs et inhibiteurs de HIF sont en cours de développement.
Comment évolue le métabolisme sur des PII en hypoxie au cours du temps ?
On fait une culture in vitro de pneumocytes II de rats en hypoxie (25 mmHg ; normoxie = 160 mmHg).
L’ATP chute dans les 4 premières heures (pas de manière drastique), puis la concentration d’ATP revient à la normale, avec augmentation des lactates. Il y a eu une induction des gènes du métabolisme anaérobie, via HIF.
