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Med Sci (Paris). 2002 January; 18(1): 70–78.
Published online 2002 January 15. doi: 10.1051/medsci/200218170.

HIF-1 : régulateur central de l’hypoxie

Emmanuel Gothié and Jacques Pouysségur*

E. Gothié, J. Pouysségur : Institut de Recherches Signalisation, Biologie du développement et Cancer , Cnrs UMR 6543, IFR 72, Centre A. Lacassagne, 33, avenue de Valombrose, 06189 Nice, France
 

L’homme, comme la plupart des espèces animales, présente une dépendance totale vis-à-vis de l’oxygène (dioxygène) pour sa survie. Sans un apport adéquat en oxygène, l’organisme est donc condamné à mourir extrêmement rapidement. Durant l’embryogenèse, les organismes supérieurs développent des systèmes respiratoire et circulatoire complexes pour assurer la disponibilité de l’oxygène à toutes les cellules de l’organisme. Une diminution en oxygène (hypoxie) va donc entraîner une réponse physiologique générale de l’organisme pour compenser ce manque. Ainsi, chez l’animal, une réponse rapide a lieu à la suite de la détection du taux d’oxygène sanguin au niveau de structures spécialisées situées dans la crosse aortique (les barorécepteurs). Un signal dopaminergique est envoyé au cerveau qui émet à son tour des signaux augmentant la respiration et le rythme cardiaque. Il en résulte une augmentation de la pression sanguine et de la saturation en oxygène nécessaires au métabolisme tissulaire. Dans le cas d’une période prolongée en condition d’hypoxie (exemple de personnes effectuant un séjour en altitude), des modifications telles qu’une augmentation du métabolisme anaérobie - ou glycolyse (avec pour conséquence la sécrétion d’acide lactique dans les muscles) - et du nombre de globules rouges sanguins, permettent de compenser le manque d’oxygène et de fournir une énergie suffisante aux processus cellulaires [1–4].

Ces réponses de l’organisme sont bien connues sur le plan physiologique, mais aussi sur le plan moléculaire grâce aux efforts de nombreuses équipes de recherche, principalement au cours des deux dernières décennies. L’objectif de cette revue est de faire le point sur le régulateur clé de cette réponse cellulaire à l’hypoxie, le facteur induit par l’hypoxie-1 (HIF-1 pour hypoxia inducible factor-1), et de présenter les perspectives de recherches futures pour décrypter cette voie complexe.

Mise en évidence de HIF-1

L’hypoxie a été montrée comme étant capable de stimuler l’expression de l’érythropoïétine (EPO), une hormone glycoprotéique synthétisée principalement au niveau du rein. Cette hormone est acheminée par voie sanguine jusqu’à la moelle osseuse pour y stimuler les précurseurs des globules rouges qui vont proliférer et se différencier en érythrocytes, augmentant le nombre de globules rouges sanguins et donc le potentiel de captage en oxygène du sang. L’étude du promoteur de l’EPO a permis de mettre en évidence une séquence enhancer en position 3’ non codante du gène (5’-TACGTGCT-3’) qui est sensible à l’hypoxie et qui a été nommée HRE (hypoxia response element). Cette séquence fixe en condition d’hypoxie un complexe protéique nommé HIF-1 [5]. La découverte de cette activité HIF-1 a permis le clonage des deux ADN complémentaires impliqués dans cette activité [6, 7] qui codent pour les deux protéines du complexe HIF-1, HIF-1α et HIF-1ß. HIF-1ß a été identifié comme étant le facteur ARNT1 (aryl hydrocarbon receptor nuclear translocator), une protéine déjà décrite et impliquée dans les phénomènes de détoxification des cellules. En revanche, HIF-1α est spécifique de la réponse hypoxique.

Les gènes codant pour HIF-1α et ARNT1 ont été clonés chez de nombreuses espèces (souris, rat, xénope, drosophile…) et leur séquence protéique est très conservée (90 % d’homologie entre l’homme, le rat et la souris). Le gène hif-1α, localisé sur le chromosome 14 (14q21-q24), est constitué de 15 exons chez l’homme. Des isoformes issues d’épissages alternatifs ont été mises en évidence pour HIF-1α d’abord chez la souris et le rat [8, 9] puis récemment chez l’homme [10]. Ces phénomènes d’épissage ne sont pas tous conservés entre les espèces et leurs rôles physiologiques restent à déterminer.

Le gène hif-1β/arnt1 est localisé sur le chromosome 1 humain (1q21). Des phénomènes d’épissage alternatif sont aussi décrits pour arnt1, ainsi le gène humain présente un exon alternatif retrouvé aussi chez le rat. Un autre épissage est également décrit chez la truite.

Chez l’homme, les transcrits de hif-1α sont fortement exprimés dans tous les organes de façon constitutive [11]. Cette expression ubiquiste a été confirmée chez la souris [9,12]. Les transcrits du gène arnt1 sont exprimés de façon ubiquiste et constitutive chez la souris [13], une distribution semblable étant globalement retrouvée chez le rat [14].

Structure de HIF-1

HIF-1 est un hétérodimère constitué des deux sous-unités HIF-1α et ARNT1/HIF-1ß (Figure 1). HIF-1α et ARNT1 humains possèdent respectivement 826 et 789 acides aminés. Ils contiennent des domaines bHLH (basic-helix loop helix) et PAS (PER-ARNT-SIM) à leur extrémité amino-terminale et font donc partie d’une superfamille de protéines contenant ces domaines (AHR, aryl hydrocarbon receptor, SIM, single-minded, PER, period, CYC, cycle…). Le motif HLH intervient dans la dimérisation des protéines tandis que la région basique qui le précède intervient dans la fixation et la spécificité de la liaison de la protéine à l’ADN. PAS est le sigle provenant des noms des protéines dans lesquelles des séquences répétées imparfaites ont été découvertes initialement (protéines de drosophile, PER et SIM, et la protéine des vertébrés ARNT). HIF-1α contient d’autres domaines fonctionnels importants pour sa fonction de régulateur de la transcription de gènes cibles par l’hypoxie. Il s’agit tout d’abord de ses deux domaines de transactivation situés dans la partie carboxy-terminale. Étudiés par plusieurs équipes, leur structure et leur régulation fine sont bien connues [15–17]. Le premier domaine de transactivation (TAD-N ou NAD) correspond aux acides aminés 531-575. Le second TAD (TAD-C ou CAD), en position carboxy-terminale dans la protéine, correspond aux acides aminés 813-826. Ils sont séparés par un domaine inhibiteur de la transcription [15]. La région précédant le domaine TAD-N, pourrait aussi présenter une activité d’inhibition [16]. ARNT1 contient aussi un domaine TAD dans sa partie carboxy-terminale, mais ce dernier n’est pas impliqué dans la réponse à l’hypoxie [16], ce qui souligne encore que HIF-1α est l’élément clé de la réponse à l’hypoxie.

Un domaine responsable de la dégradation (oxygen-dependent degradation domain ou ODD) de HIF-1α en normoxie par le protéasome [18] et situé entre les acides aminés 401-603 a été mis en évidence [19] (voir Régulation de l’activité de HIF-1). Une étude détaillée de ce domaine a montré que les différentes sections (acides aminés 401-496, 497-529 et 530-603) étaient toutes capables de conférer des induc-tions par l’hypoxie à des degrés différents. Néanmoins, une analyse comparée des séquences des protéines de la famille de HIF-1α (notée HIF-α) et des expériences complémentaires ont souligné l’importance d’une séquence de 15 acides aminés (557-571) responsable de la stabilisation par l’hypoxie des protéines HIF-α [20] et retrouvée aussi dans la protéine homologue de HIF-1α chez la drosophile: Similar (Sima). Deux séquences PEST de 20 acides aminés (riches en proline, acide gluta-mique, sérine ou thréonine) ont été décrites pour HIF-1α, mais ne semblent pas être impliquées de façon claire dans l’instabilité de la protéine [19]. Elles sont localisées au niveau des acides aminés 499-518 et 581-600 [6] à la fin du domaine ODD.

Enfin, deux séquences de localisation nucléaire ont été décrites. La première séquence possède une structure bipartite 17RRKEKSRDAARSRRSKE33 (similaire au NLS, nuclear localisation sequence, de la nucléoplasmine) et est localisée dans le domaine bHLH. Elle est réprimée par le domaine PAS-B, ce qui entraîne une rétention cytoplasmique de la protéine. La seconde séquence 718RKRK721 est apparentée au NLS retrouvé dans l’antigène grand-T de SV40. Cette séquence jouerait un rôle clé dans l’import nucléaire dépendant de l’hypoxie de HIF-1α [21]. Les domaines de fixation connus des co-fac-teurs de HIF-1, p300/CBP, SRC-1, Ref-1, HSP90 et pVHL, sont aussi indiqués sur la figure 1 (voir Régulation de l’activité de HIF-1).

Régulation de l’activité de HIF-1
Induction hypoxique de HIF-1
Si les voies de signalisation en aval du facteur HIF-1 sont bien documentées, les mécanismes en amont par lesquels les variations d’oxygène sont détectées au niveau cellulaire sont demeurés très longtemps inconnus (Figure 2). Ainsi, plusieurs hypothèses sur la nature du senseur de l’oxygène étaient avancées sans pour autant que les données disponibles soient suffisantes pour valider un modèle plutôt qu’un autre. Néanmoins, les équipes de P.J. Ratcliffe et de W.G. Kaelin Jr viennent de publier des données remarquables sur le mécanisme d’activation de HIF-1 impliquant une activité hydroxylase dépendante du fer et de l’oxygène. L’enzyme correspondante - dénommée HIF-PH pour HIF-α prolylhydroxylase - serait le senseur de l’oxygène cellulaire [22, 23]. Tout récemment, trois HIF-PH conservées de C. elegans à l’homme viennent d’être identifiées [56–57]*. D’autres hypothèses fondées sur l’intervention d’enzymes impliquées dans la formation de molécules oxygénées réactives (ROS pour reactive oxygen species) sont aussi avancées (voir Perspectives dans la détermination de la signalisation en amont de HIF-1). En ce qui concerne HIF-1, les éléments clés de sa régulation et de son activité sont désormais bien connus même si certaines zones d’ombre demandent encore à être éclaircies. Ainsi, les ARNm des deux sous-unités de HIF-1 sont exprimés de façon constitutive et stable dans la plupart des cellules [24]. Au niveau protéique, ARNT1/HIF-1ß est lui aussi stable. En revanche, HIF-1α est dégradé extrêmement rapidement en condition de normoxie (demi-vie de l’ordre de 5 min) [6] par le système ubi-quitine/protéasome [18, 19, 25, 26].

Le facteur suppresseur de tumeur pVHL (von Hippel-Lindau) - cible de mutations dans les cellules germinales donnant le syndrome de cancer héréditaire caractéristique de la maladie du même nom - est clairement impliqué dans ce mécanisme. Il forme avec les élongines B et C et la culline-2 (Cul-2), un complexe qui présente une activité E3 ubiquitine ligase dans des extraits cellulaires. Ce complexe présente aussi des similitudes de structure et de fonction avec les composants du complexe multiprotéique SCF (Skp1 - Cul-1 - F-box protein), qui cible les protéines régulatrices du cycle cellulaire au système de dégradation par l’ubiquitine (→) [27, 28]. pVHL se fixe via son domaine ß au domaine de transactivation N-TAD de HIF-1α contenant le déterminant de 15 acides aminés, conservé entres les éléments HIF-α [20, 27–29]. Dans cette région, le motif LXXLAP est extrêmement important pour l’interaction entre pVHL et le domaine N-TAD d’HIF-1α , une mutation de ce domaine abolissant totalement celle-ci. En fait, pVHL reconnaît une forme hydroxylée au niveau de la proline de ce domaine (Pro564), une modification apportée par HIF-PH. D’autres acides aminés comme les Leu562 et Tyr565, et les Ser551 et Thr552 sont aussi importants, mais sont sans doute impliqués pour faciliter l’hydroxylation de P564 (respectivement [22, 23] et [26]). Enfin, la lysine K532 du domaine N-TAD est clairement essentielle pour la dégradation d’HIF-1α [27]. pVHL dirige directement l’ubiquitinylation d’HIF-1α (et d’HIF-2oc) et la dégradation par le protéasome en normoxie qui s’ensuit [27]. L’hypoxie entraîne la stabilisation de cette sous-unité avec une diminution de l’ubiquitinylation de HIF-1α [25] - un phénomène spécifique de HIF-1α puisque l’hypoxie ne modifie pas l’ubiquitinylation de p53 [29] -permettant ainsi son accumulation et l’activation de la voie du HIF-1 consécutive. En fait, l’interaction pVHL/HIF-1α n’a lieu qu’en normoxie, tandis que l’hypoxie, le cobalt ou la DFO, empêchant la HIF-PH d’hydroxyler HIF-1α , inhibent cette interaction et stabilisent le facteur de transcription [22, 23].

(→) m/s 1999, n°8-9, p. 1008 et n° 11, p. 1259

HPTF (HIF-1α proteasome targeting factor) est aussi un facteur impliqué dans la dégradation de HIF-1α . Il fonctionne selon un mécanisme de régulation par rétro-contrôle de la dégradation d’HIF-1α ([30] et figure 3) analogue à celui rencontré pour le couple p53/MDM2. Dans ce dernier, p53 règle son propre niveau d’expression en induisant l’expression de son régulateur négatif MDM2. HPTF pourrait s’avérer être en réalité le senseur HIF-PH, une hypothèse que nous avons récemment proposée [58]*. De façon intéressante, il a été aussi récemment décrit que p53 peut lui aussi intervenir sur la dégradation de HIF-1α par le protéasome à la suite d’une ubiquitinylation dirigée par MDM2 [31]. Toutefois, cette notion demande à être confirmée.

Une fois stabilisé, HIF-1α est transporté dans le noyau. Cette étape est dépendante de son signal de localisation nucléaire sensible à l’hypoxie, situé en position carboxy-terminale. Il peut se dimériser dans ce compartiment avec HIF-1ß qui est pour sa part exclusivement nucléaire [32, 33]. L’hétérodimère se fixe alors sur les éléments HRE des gènes sensibles à l’hypoxie et induit la transactivation de ces derniers. L’hypoxie joue donc à plusieurs niveaux sur la sous-unité HIF-1α : en la stabilisant, en favorisant sa translocation nucléaire et, enfin, en augmentant l’activité transactivatrice de ses deux domaines de transactivation. Plusieurs co-facteurs peuvent intervenir en se fixant au complexe et en augmentant la transactivation. Il a ainsi été montré que p300/CBP est capable de se fixer au domaine C-TAD de HIF-1α et d’activer la transactivation [21]. TIF2 (pour transcription intermediary factor 2) et SRC-1 (pour steroid-receptor co-activators) sont aussi capables d’interagir avec HIF-1α d’une manière dépendante de l’hypoxie et d’augmenter le potentiel de transactivation inductible sous hypoxie. SRC-1 peut produire cet effet en synergie avec p300/CBP et la protéine de régulation redox Ref-1 est capable d’augmenter fortement cet effet, ce qui indique que ces trois protéines sont des composants importants de la voie de signalisation de l’hypoxie [34].

HIF-1α interagit encore avec d’autres co-facteurs tels que la protéine chaperon HSP90 [24]. HSP90 est nécessaire à l’activation de HIF-1 en hypoxie. Il permet notamment, en se liant à HIF-1α en normoxie, que celui-ci adopte une conformation activable par l’hypoxie, un rôle cohérent avec son rôle de protéine chaperon [35, 36]. L’interaction HSP90-HIF-1α semble liée aux conditions d’oxygénation, HSP90 se dissociant de HIF-1α en situation d’hypoxie [35]. Par ailleurs, la modification de conformation de HIF-1α par HIF-1ß dans le noyau n’a pas lieu en l’absence d’une conformation de HIF-1α dirigée par HSP90 [36].

La présence de partenaires cellulaires spécifiques éventuels peut donner lieu à une réponse à l’hypoxie spécifique de tissu. Ainsi, il est proposé que le récepteur nucléaire hépatique HNF4 participe avec HIF-1 au contrôle de l’expression de l’érythropoïétine [3, 37].

Autres régulations de HIF-1 : induction non hypoxique de HIF-1 / phosphorylation / isoformes
Bien que l’hypoxie soit le facteur majoritaire d’induction de HIF-1α au niveau des cellules, d’autres stimulus, tels que l’insuline, l’IGF-1 et 2 (insulin-like growth factor), l’EGF (epidermal growth factor) ou le FGF (fibroblast growth factor), sont capables d’augmenter le niveau de ce facteur de transcription dans certains types cellulaires. Il a en outre été montré une activation consécutive de gènes contrôlés par des HRE tels que vegf, glut 1 et 3, alda, pgk. Dans des cellules musculaires lisses vasculaires (VSMC), HIF-1α est fortement augmenté en situation de normoxie par des agonistes de récepteurs membranaires (angiotensine II, thrombine et PDGF, platelet derived growth factor) et capable d’induire aussi la formation du VEGF [38].

Une voie indépendante de l’hypoxie est donc aussi capable d’induire la formation du complexe HIF-1 fonctionnel et ce par un mécanisme dépendant également de la stabilisation de HIF-1α . La corrélation entre l’induction de gènes impliqués dans le transport du glucose ou de la glycolyse par l’hypoxie mais aussi par l’insuline via les mêmes éléments (HIF-1α et HIF-1ß), laisse penser que ces derniers sont aussi essentiels pour l’activation de gènes nécessaires pour fournir à la cellule l’énergie requise dans des conditions de normoxie [39]. De façon intéressante, l’augmentation de HIF-1α dans es VSMC est dépendante de la production de ROS. Cette voie, pour l’instant spécifique de ces cellules, pourrait jouer un rôle clé dans la production du VEGF en normoxie et donc induire la perméabilité des vaisseaux en phase d’inflammation [38].

Des modifications par phosphorylation / déphosphory-ation ont été proposées comme essentielles dans la voie menant à l’activation de HIF-1 [4]. Notre laboratoire a récemment montré que HIF-1α était fortement phosphorylé in vivo. Cette phosphorylation entraîne des modifications importantes dans le profil de migration de la protéine confirmant les hypothèses de modifications post-traductionnelles déjà émises [6]. Les p42/p44 MAPK sont capables de phosphoryler HIF-1α in vivo, de reproduire ce profil électrophorétique et d’augmenter son activité transactivatrice [40].

L’existence d’autres membres de la famille bHLH/PAS pouvant fixer HIF-1ß (AHR, SIM…), d’isoformes de HIF-1α récemment découvertes (HIF-2α1,, HIF-3α2,) ou de formes résultant d’un épissage alternatif laisse supposer des phénomènes de compétition entre les différents éléments [24]. Par ailleurs, la présence d’autres partenaires potentiels pour HIF-1α (ARNT2 et ARNT33) laisse envisager d’autres hétérodimères fonctionnels pouvant également interférer avec la voie centrale de la réponse cellulaire dépendante de HIF-1.

HIF-1, régulateur central de l’expression de gènes en hypoxie

Décrit au départ comme le régulateur de l’expression du gène epo en hypoxie, HIF-1 s’est révélé être en réalité le régulateur central de l’expression de nombreux gènes sous hypoxie. Comme vu précédemment, HIF-1 est exprimé dans tous les types cellulaires examinés dont la plupart n’expriment pas d’érythropoïétine. Ainsi, HIF-1 ne semble pas restreint à cette seule activité. Cela a été confirmé par l’analyse de promoteurs de gènes connus pour être sensibles à l’hypoxie, notamment les enzymes de la voie glycolytique qui, pour la plupart, présentent des HRE dont l’activité a pu être vérifiée [41]. Ces enzymes permettent un basculement sur le métabolisme anaérobie et la production d’énergie (via la voie glycolytique) nécessaire aux cellules lorsque les apports en oxygène sont réduits. Des sites fonctionnels HRE ont aussi été trouvés dans de nombreux autres gènes parmi lesquels le facteur de croissance de l’endothélium vasculaire (VEGF pour vascular endothelial growth factor), qui entraîne une augmentation de l’angiogenèse rencontrée au cours du développement, de processus physiologiques ou physiopathologiques, la NO synthase inductible (i-NOS) et l’hème oxygénase-1 (HO-1) qui donnent lieu à la synthèse des vasodilatateurs monoxyde d’azote (NO) et monoxyde de carbone (CO) respectivement, la tyrosine hydroxylase (TH) qui est une enzyme clé dans la régulation de la respiration, et la transferrine qui comme l’EPO intervient dans l’érythropoïèse [3, 42]. L’ensemble de ces gènes permettent au niveau cellulaire, mais aussi à l’échelle de l’organisme, une réponse adaptative à l’hypoxie et HIF-1 est la clé de voûte de l’ensemble de ces réponses physiologiques [3]. Le tableau I présente l’intégralité des gènes actuellement connus réglés par le facteur HIF-1 (d’après [41]).

Implication de HIF-1 dans l’embryogenèse et la physiopathologie

La démonstration de l’importance de HIF-1 dans l’homéostasie de l’oxygène a été clairement établie par l’invalidation des gènes (KO pour knock-out) codant pour les deux sousunités du complexe. En premier lieu, le KO de HIF-1ß [43] a permis de montrer l’importance du complexe HIF-1. En effet, l’invalidation du gène entraîne un retard du développement, des malformations au niveau du tube neural, de la vésicule vitelline, du placenta, qui conduisent à la mort embryonnaire au jour E 10,5 de la gestation. Dans un second temps, plusieurs équipes indépendantes [44–46] ont réalisé le KO de HIF-1α et ont ainsi pu démontrer un rôle global de HIF-1α au niveau du développement et de la physiologie vasculaire. En effet, des souris HIF-1(α−/− ne sont pas viables (mort embryonnaire au jour E 10,5 de la gestation) présentant une déficience au niveau de la vascularisation et des malformations cardiaques et neuronales [44]. Des similitudes avec le phénotype d’embryon VEGF+/- [47,48] montrent un lien clair entre l’expression du VEGF et celle de HIF-1α , nécessaire pour un développement harmonieux de la structure vasculaire. Les différentes isoformes d’HIF-1α ou d’HIF-1ß ne peuvent pas remplacer les sous-unités manquantes et compenser totalement leur fonction dans la réponse à l’hypoxie. HIF-1α et HIF-1ß ne sont donc pas des gènes redondants et l’hétérodimère HIF-1 exerce indiscutablement un rôle essentiel dans le développement embryonnaire.

Les études réalisées sur des cellules ES HIF-1α−/− ont aussi pu démontrer le rôle central de ce facteur de transcription dans la régulation des gènes impliqués dans le métabolisme glycolytique [44, 45].

L’adaptation des cellules cancéreuses à l’hypoxie est une étape critique pour la progression tumorale. Des tumeurs induites chez la souris nude, par injection de cellules d’hépatome c4 déficientes en ARNT1, sont significativement moins abondantes que celles induites par les cellules sauvages Hepa1 et présentent une densité capillaire moindre corrélée à une absence de transcrits du VEGF [49]. En ce qui concerne HIF-1α , les tumeurs induites chez la souris nude par injection de cellules ES HIF-1α−/− sont faiblement vascularisées et moyennement hémorragiques contrairement à celles issues de cellules ES HIF-1α+/+. Le facteur de transcription HIF-1 joue donc un rôle clé dans le développement tumoral par son action angiogénique via le contrôle de l’expression du VEGF.

Perspectives dans la détermination de la signalisation en amont de HIF-1

La découverte de l’implication de plusieurs HIF-proline hydroxylases est une avancée majeure dans les mécanismes “senseur” d’oxygène de la signalisation hypoxique. Les futures investigations devront révéler les étapes qui contrôlent l’activité de ces enzymes, leur inductibilité, notamment par l’hypoxie (voir HPTF et auto-contrôle), leur distribution et localisation subcellulaire. Par ailleurs, les phénomènes de phosphorylation sont essentiels dans la signalisation du HIF-1 : à quels niveaux interviennent-ils et quelles sont les kinases/phosphatases responsables de la régulation de l’activité de HIF-1. Existe-t-il aussi d’autres facteurs intermédiaires ? Enfin, si les effets du cobalt et de la DFO sont expliqués par leur action au niveau de la proline hydroxylase, plusieurs observations expérimentales concernant notamment les ROS, restent à éclaircir. Ces métabolites de l’oxygène pourraient effectivement constituer des seconds messagers impliqués dans la signalisation de l’hypoxie, et les enzymes les engendrant être d’autres senseurs d’oxygène cellulaires. Par exemple, une oxydase NAD(P)H et la superoxyde-dismutase peuvent respectivement produire des anions superoxyde (O-2) et de l’eau oxygénée (H2O2). Dans ce sens, une oxydoréductase NAD(P)H de type cytochrome b a été identifiée chez les mammifères et proposée comme senseur d’oxygène [50]. La diminution de la formation de ces espèces oxygénées réactives en hypoxie pourrait être le déclencheur de la signalisation d’HIF-1 [51]. Par ailleurs, les cytochromes oxydases - éléments de la chaîne mitochondriale de transport des électrons -pourraient elles aussi avoir un rôle dans cette signalisation. En effet, en condition d’hypoxie, la réduction de l’oxygène en eau est diminuée au profit de la formation d’O2-, un résultat inverse du modèle précédent. Néanmoins, diverses expériences ont donné des résultats en faveur de l’un ou l’autre des modèles, et restent ainsi insuffisantes pour trancher le débat [51]. Les limitations inhérentes aux outils pharmacologiques sont donc ici indiscutables et il s’avère nécessaire de développer des approches génétiques pour décortiquer entièrement cette voie de signalisation complexe. Une première approche consistant à exprimer dans des cellules des marqueurs de surface exprimés en hypoxie à l’aide de constructions sous contrôle d’éléments de réponses à l’hypoxie, a permis d’isoler plusieurs mutants exprimant faiblement ou pas le marqueur de surface. Un seul s’est révélé positif et correspondait à une mutation pour HIF-1α [52]. Dans l’étude menée, aucun autre élément de la voie de l’hypoxie n’a pu être découvert. Notre laboratoire développe actuellement une approche similaire, mais fondée cette fois sur une sélection négative. L’objectif est de faire exprimer dans des lignées cellulaires des constructions cytostatiques ou cytotoxiques sous la dépendance de HRE. Des clones cellulaires résistants devront présenter des mutations au niveau de la voie de signalisation d’HIF-1. Une étude de ces mutants devrait nous permettre de caractériser des éléments de régulation de la proline hydroxylase spécifique de HIF-α et éventuellement d’autres intermédiaires de la voie de l’hypoxie.

Par ailleurs, les cellules tumorales situées au sein des tumeurs solides étant très souvent extrêmement résistantes à la radiothérapie, l’utilisation de tels vecteurs activables par l’hypoxie reste un outil thérapeutique potentiel. Une expérience similaire réalisée par Ruan et al. a notamment déjà permis de montrer que l’expression réglée par l’hypoxie d’une protéine toxique (protéine apoptotique Bax sous la dépendance de HRE) est possible dans des cellules tumorales de cerveau (U-87 MG et U-251 MG-NCI) et entraîne la mort par apoptose des cellules transfectées sous anoxie [53].

Le rôle essentiel du facteur HIF-1 au cours du développement, dans la physiologie ou au niveau pathologique, fait de la découverte des mécanismes clés de son activation un véritable challenge. Les découvertes à venir sur cette voie de signalisation permettront sans aucun doute de nouvelles approches thérapeutiques de maladies sévères comme le cancer, ou les ischémies cérébrales ou cardiaques. Allant dans ce sens, il a été récemment montré que le peptide apparenté à la cathéline PR39 (prolin and arginine-rich peptide) est capable d’induire fortement l’angiogenèse en inhibant la dégradation d’HIF-1α par le système ubiquitine/protéasome. Ce peptide et des analogues de celui-ci pourraient donc s’avérer être des agents efficaces pour l’induction de l’angiogenèse thérapeutique [54].

 
Acknowledgments

Nous remercions vivement Edurne Berra, Christiane Brahimi-Horn et David Busti pour la relecture du manuscrit et leurs suggestions. Les travaux provenant de notre laboratoire ont été soutenus par le Cnrs, l’Inserm, l’Association pour la Recherche contre le Cancer (ARC) et la Ligue Nationale pour la Recherche contre le Cancer (Équipe labellisée).

 
Footnotes
*Les références 56, 57 et 58 ont été incluses en toute dernière minute, ce qui explique leur numérotation.
1aussi nommé EPAS1 pour endothelial PAS domain protein 1, MOP2 pour member of PAS superfamity, HLF pour HIF-1a like factor, HRF pour HIF-related factor.
2aussi appelé MOP7
3aussi appelé MOP3, JAP3, BMAL1 pour brain and muscle Arnt-like protein 1 ou Cycle(CYC)
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