ARTICLE
L'apoptose, également appelée mort cellulaire programmée
(du grec « chute en se détachant ») est une forme physiologique
de mort cellulaire essentielle au maintien de l'homéostasie et
au développement normal des tissus. Il s'agit d'un moyen de compenser
une hyperplasie, secondaire à une stimulation anormale de la prolifération.
De ce fait, il apparaît que toute défaillance du processus
apoptotique pourrait conduire à une prolifération cellulaire
excessive et constituer, ainsi, un facteur impliqué dans le processus
de carcinogenèse. La liste des pathologies liées à
une perturbation de l'apoptose et/ou de la prolifération s'allonge
de jour en jour. La compréhension des mécanismes qui régulent
ce type de mort cellulaire sont autant de pistes potentielles pour envisager
différentes stratégies thérapeutiques, soit inhibitrices,
soit activatrices du processus apoptotique.
Au cours de ces dernières années, l'approche thérapeutique
dans le traitement des cancers a suivi essentiellement deux voies de recherche.
Elles consistent à induire, l'une un programme de différenciation
cellulaire par différentes contraintes biochimiques, l'autre un
programme d'apoptose par chimiothérapie, radiothérapie ou
hormonothérapie.
La leucémie aiguë promyélocytaire (LAM3)
constitue un réel problème de santé publique. Les
cliniciens sont très souvent démunis face à cette
hémopathie maligne, malgré les stratégies thérapeutiques
actuelles utilisant la chimiothérapie. L'évolution de cette
pathologie est très souvent défavorable. Différentes
équipes [11, 44, 58, 61] ont récemment mis en évidence
l'efficacité d'As2O3 en solution injectable
dans le traitement de la LAM3 après un traitement conventionnel.
Ces premiers résultats, très encourageants, laissent présager
que l'arsenic trivalent pourrait constituer une nouvelle classe thérapeutique
utilisable en clinique et plus particulièrement dans les domaines
de l'oncologie et de l'hématologie.
Cet article est une revue bibliographique sur l'apoptose : 1) ses différents
aspects caractéristiques (morphologiques, biochimiques et génétiques),
2) ses mécanismes d'induction, 3) ses implications en pathologie
et les voies thérapeutiques ouvertes par la compréhension
de ce phénomène et enfin 4) une illustration de traitement
inducteur de l'apoptose : l'arsenic dans le traitement de la LAM3.
Caractéristiques de l'apoptose
: aspects morphologiques et biochimiques
Le terme apoptose a été proposé en 1972 par Kerr,
Wyllie et Currie par opposition au terme de nécrose après
avoir observé des différences morphologiques particulières
[26]. Systématiquement, la nécrose est associée in
vivo à une réaction inflammatoire contrairement à
l'apoptose. La nécrose n'est pas déterminée par des
facteurs intrinsèques à la cellule mais par des perturbations
de l'environnement cellulaire : attaque du complément, hypoxies,
anoxies, ischémies sévères, exposition à différentes
toxines et poisons métaboliques ou encore à des infections
virales lytiques, autrement dit, toute évolution provoquant la
perte du contrôle de la perméabilité membranaire.
En effet, des études ultrastructurales montrent que la nécrose
se caractérise par une modification de la perméabilité
membranaire avec diminution de la densité et augmentation du volume
cellulaire due à une entrée massive d'eau et d'ions sodium.
Les organites intracellulaires (mitochondries, lysosomes...) sont rapidement
altérés. La rupture de la membrane lysosomiale entraîne
la libération des hydrolases dans la cellule et finalement dans
le milieu extracellulaire après lyse de la membrane plasmique.
Les principales différences notées entre ces deux types
de mort cellulaire sont principalement morphologiques et ont été
bien décrites dans la littérature, à partir d'observations
utilisant les microscopies optique, avec émission de fluorescence
et électronique [56]. Contrairement à la nécrose,
au cours du processus apoptotique, les organites intracellulaires conservent
leur intégrité et la membrane plasmique n'est pas perméable
aux colorants vitaux (bleu trypan). L'apoptose se caractérise par
différents critères morphologiques stéréotypés
dominés par une atrophie du corps cellulaire, une condensation
cytoplasmique et nucléaire. Des invaginations de la membrane nucléaire
et de la membrane plasmique entraînent respectivement une fragmentation
du noyau et du cytoplasme conduisant à la formation d'amas, classiquement
appelés « corps apoptotiques » [75]. Ces derniers sont
très rapidement éliminés des tissus par phagocytose
après avoir été reconnus par des phagocytes qui peuvent
être des macrophages, des cellules épithéliales voisines
et même des cellules tumorales. Cet aspect stéréotypé
de la mort cellulaire par apoptose permet de définir son importance
tant d'un point de vue qualitatif que quantitatif d'après les critères
que nous avons précédemment définis. Cependant, établir
une caractérisation rigoureuse de l'apoptose au niveau biochimique
et génétique est plus difficile car les critères
observés peuvent être variables d'un type cellulaire à
l'autre [67]. Ainsi, l'activation d'une ou plusieurs endonucléases
dont l'activité est dépendante du calcium et du magnésium,
entraîne un clivage internucléosomique de l'ADN génomique
qui génère des fragments de 180-200 paires de base (longueur
d'un fragment d'ADN enroulé autour d'un seul octamère d'histones)
[2, 25, 74, 75]. Cette fragmentation donne un aspect caractéristique
(en échelle) après électrophorèse sur gel
d'agarose. Cependant, différents travaux ont montré que
cette fragmentation est un événement inconstant et peut
être absent de certains modèles cellulaires lors de l'induction
du processus apoptotique [14, 45]. Contrairement au processus nécrotique
qui est un phénomène passif ne nécessitant pas d'énergie
et qui survient à la suite de toute agression d'origine exogène,
l'apoptose est un processus actif nécessitant de l'énergie
sous forme d'ATP, dans lequel la cellule devient actrice de sa propre
mort.
De nombreux agents inducteurs de
l'apoptose
L'apoptose a souvent été associée à l'expression
« mort cellulaire programmée ». La nuance doit être
faite entre une « mort programmée » physiologique et
l'induction d'un processus apoptotique par différents agents d'origine
exogène [49]. Les recherches de ces dernières années
ont permis d'identifier de nombreux inducteurs capables d'initier l'engagement
des cellules vers une voie de suicide. La caractérisation de récepteurs
exprimés au niveau de la membrane plasmique a permis d'identifier
différents inducteurs susceptibles de moduler la mort cellulaire.
Ainsi, le processus apoptotique peut être induit par la stimulation
de récepteurs transmembranaires spécifiques, soit par son
propre ligand, soit par des anticorps dirigés contre ces derniers
ou par d'autres ligands non physiologiques, comme il a été
montré pour le récepteur du TNFalpha (tumor necrosis
factor alpha) [18], ou pour le complexe récepteur de l'antigène
TcR/CD3 localisé à la surface des lymphocytes T. La stimulation
du récepteur au TGF-beta1 (transforming growth factor beta1)
déclenche l'apoptose dans certains modèles de cellules épithéliales
en culture [54] qui peut être prévenue par l'expression de
l'oncogène E1A de l'adénovirus [7], ce qui laisse sous-entendre
la notion de molécules anti-apoptotiques capables d'inhiber l'engagement
des cellules vers un programme de mort cellulaire. Dans le cadre de l'immunité
cellulaire, il est maintenant bien établi que la lyse cellulaire
induite par les lymphocytes T cytotoxiques (CTL) est le résultat
d'un contact spécifique entre ces derniers et un site antigénique
situé sur la cellule cible (cellules infectées par un virus
ou encore transformées par un processus oncogénique). Les
mécanismes impliqués dans cette lyse cellulaire impliquent
le système Fas et le système perforine/granzymes [22, 41].
Dans le premier système, l'antigène Fas encore désigné
sous le nom d'APO-1 ou CD95 est un récepteur transmembranaire exprimé
à la surface des CTL, des cellules natural killer, mais
également de nombreux tissus (rein, cur, foie, thymus) où
la fixation de son ligand physiologique FasL (Fas ligand) déclenche
le processus apoptotique [22]. Dans le deuxième système,
le CTL libère au voisinage de la cellule cible une molécule
appelée perforine qui forme un canal membranaire à la surface
de la cellule cible permettant l'entrée et la translocation nucléaire
de molécules appartenant à la famille des sérines
estérases (granzymes) avec comme représentant principal
le granzyme B [60]. Là encore, la conséquence ultime de
cette action pour la cellule cible, sera sa mort par apoptose.
Parallèlement à l'induction du processus apoptotique via
un récepteur spécifique, différentes stimulations
chimiques peuvent induire l'apoptose telles que la suppression de facteurs
de croissance [16, 34], d'hormones [65, 72] de certaines cytokines [16,
34] ou encore, la stimulation par diverses molécules pharmacologiques,
en particulier anticancéreuses ou immunomodulatrices. En effet,
l'apoptose est observée dans les cellules tumorales traitées
par des agents cytotoxiques tels que les inhibiteurs des topo-isomérases,
les antimétabolites, les agents alkylants, les intercalants, ou
encore les inhibiteurs de la formation du fuseau mitotique [15]. Plus
récemment, parmi les agents chimiques qui induisent l'apoptose,
certains ont été identifiés comme étant des
oxydants ou des agents activateurs du métabolisme oxydatif (dont
l'anion superoxyde, le radical hydroxyle et le peroxyde d'oxygène)
[6]. Différentes stimulations physiques telles que l'exposition
aux radiations ionisantes [26, 29, 57, 76], la destruction des contacts
entre les cellules et la matrice extracellulaire, l'hyperthermie contribuent
également à déclencher la mort cellulaire par apoptose.
Régulation génétique de l'apoptose
Le terme « mort programmée » a été utilisé
pour expliquer l'existence d'un contrôle génétique
dans lequel la transcription active d'un ou plusieurs gènes aurait
un effet létal sur les cellules qui les expriment. L'existence
de ce contrôle a été démontrée au cours
du développement du nématode Caenorhabditis elegans.
En effet, sur les 1 090 cellules qui le constituent, 131 cellules sont
éliminées par apoptose [17]. Trois gènes clés
ont pu être identifiés et montrés comme étant
impliqués dans la régulation de l'apoptose chez C. elegans.
On distingue deux gènes effecteurs (ced-3 et ced-4)
et un gène suppresseur (ced-9) [71, 77]. Le clonage du gène
ced-9 et l'analyse de son produit a permis de mettre en évidence
une homologie de séquence avec la protéine anti-apoptotique
Bcl-2 exprimée chez l'homme [51]. Il est devenu le chef
de file d'une famille d'une quinzaine de gènes dont les produits
peuvent exercer un effet anti-apoptotique tels que bcl-xl ou bcl-w
ou pro-apoptotique avec bcl-xs, bax, bak ou bik. Les mécanismes
biochimiques de régulation de l'apoptose par la protéine
Bcl-2 commencent aujourd'hui à être mieux compris.
En effet, les protéines Bcl-2 ou Bax sont capables
de s'homodimériser (Bax/Bax, Bcl-2/Bcl-2) ou de s'hétérodimériser
(Bax/Bcl-2). La survie cellulaire dépend de l'équilibre
des concentrations de Bcl-2 et de Bax [46]. Si Bcl-2
est en excès dans la cellule, elle forme des dimères Bcl-2/Bax
avec la protéine Bax et le reste forme des dimères
Bcl-2/Bcl-2. Dans ce cas, la cellule survit. À l'inverse,
en présence d'un excès de la protéine Bax,
après liaison avec toutes les protéines Bcl-2, des
dimères Bax/Bax se forment, ce qui déclenche le processus
apoptotique (figure 1).
Sous l'effet de différents agents inducteurs de l'apoptose (suppression
de facteurs trophiques, irradiations, chimiothérapie), on observe
une chute du potentiel de membrane mitochondriale (deltapsim)
en amont de toutes altérations chromatiniennes [29, 47, 48]. Il
en résulte une augmentation de la perméabilité membranaire
(transition de perméabilité). Il a récemment été
montré que les protéines Bcl-2 ou Bcl-xl sont
susceptibles de former des canaux ioniques dans l'épaisseur de
membranes artificielles [37, 55] suggérant leur implication dans
la formation de mégacanaux mitochondriaux responsables de la transition
de perméabilité. L'ouverture de ces mégapores ou
MPTP (mitochondrial permeability transition pore) entraîne
la libération dans le cytosol de différents facteurs : ATP,
cytochrome c, AIF (apoptosis inducing factor, qui est une protéine
apoptogène). La transition de perméabilité peut être
inhibée par Bcl-2, présent sur la membrane mitochondriale
externe à proximité des mégapores. C'est le premier
niveau d'inhibition du processus apoptotique. Les facteurs libérés
dans le cytoplasme après activation de l'apoptose, vont déclencher
l'activation d'enzymes appartenant à la famille des caspases [36]
qui joueraient le rôle d'effecteurs intracellulaires décisifs
dans l'activation de l'apoptose (figure
1). Parmi les substrats caractérisés des caspases,
on peut citer des protéines intracellulaires essentielles comme
la topo-isomérase I, la poly(ADP-ribose) polymérase (PARP),
enzyme-clé du système de réparation de l'ADN et la
DNase impliquée dans le clivage de l'ADN. L'activité protéolytique
des caspases peut être inhibée par des protéines virales
dont p35, CrmA et E1B19K, qui sont capables de se fixer de manière
compétitive sur le site actif de ces enzymes qui sont ainsi inactivées
[38]. C'est le deuxième niveau d'inhibition de l'apoptose.
L'analyse du produit du gène ced-3 dont l'expression est
décisive dans l'induction de l'apoptose chez C. elegans,
a permis d'identifier son homologue de structure chez les mammifères,
la protéine ICE (interleukine-1beta converting enzyme) responsable
de la conversion de la pro-interleukine-1beta en interleukine-1beta connue
pour ces effets pro-inflammatoires [77]. Le produit du gène ced-4
chez C. elegans, interviendrait comme chaperon dans l'activation
des caspases [13]. La recherche de son homologue humain a mis en évidence
une protéine appelée APAF-1 (apoptosis protease-activating
factor) [79]. Il apparaît de plus en plus clairement que les
caspases ont un rôle pivot dans la phase d'exécution du processus
apoptotique (figure 1).
À côté du gène bcl-2 ou de ceux que
nous avons précédemment définis, d'autres oncogènes
ont été identifiés tels que le proto-oncogène
c-myc ou ras. Tous deux sont impliqués dans la régulation
de la prolifération cellulaire sous l'action de divers facteurs
de croissance et interviennent également dans la régulation
du processus apoptotique. Ce phénomène est observé
lorsqu'il existe un découplage entre des niveaux élevés
d'expression de c-myc et la disparition des signaux mitogéniques
[19]. L'apoptose induite dans les cellules T immatures après stimulation
de son récepteur antigénique, peut être inhibée
par l'utilisation d'un oligonucléotide antisens correspondant à
c-myc [59]. L'expression du gène bcl-2 est susceptible
de prévenir l'apoptose induite par c-myc sans abolir ses
propriétés mitogéniques [4, 20]. L'inhibition de
l'apoptose est également observée dans des lignées
cellulaires prélymphocytaires qui surexpriment la protéine
Bcl-2. Parallèlement au rôle central de Bcl-2
dans l'inhibition du processus apoptotique, le rôle du gène
p53 considéré comme un gène suppresseur de
tumeurs a été particulièrement étudié
[30]. En effet, le produit de ce gène est une phosphoprotéine
nucléaire impliquée dans la régulation du cycle cellulaire
et en particulier dans la transition G1 à S en contrôlant
la transcription de gènes spécifiques et en maintenant la
stabilité du génome. Toutes les altérations chromosomiques
ou mutations provoquées par différents agents inducteurs
dans une cellule donnée conduisent sous le contrôle de la
protéine p53 à déclencher un programme de
mort cellulaire par apoptose, lorsque le système de réparation
de l'ADN lésé est dépassé. Ainsi, la mutation
du gène p53 a souvent été associée
à une diminution de l'apoptose dans de nombreux cancers (carcinomes
coliques, cancers du sein, néphroblastomes). À titre d'exemple,
l'analyse immunohistochimique d'adénocarcinomes coliques avec métastases
hépatiques a pu montrer la réciprocité d'expression
entre les gènes bcl-2 et p53 [35]. Il est maintenant
bien établi que la transformation de l'épithélium
colorectal en carcinomes est associée à une inhibition progressive
de l'apoptose [3].
Apoptose et perspectives thérapeutiques
La compréhension du mécanisme apoptotique permet d'envisager
deux grandes approches thérapeutiques : 1) une induction de l'apoptose
dans les pathologies où l'on observe une insuffisance d'apoptose
: néoplasies, syndactylie, hypospadias, psoriasis [10, 27, 42,
68, 73], 2) une inhibition de l'apoptose dans les pathologies où
l'on observe une suractivation de l'apoptose cellulaire : sida, alopécie,
maladies neurodégénératives [23, 40, 43]. La recherche
de nouvelles molécules à visée thérapeutique
susceptibles d'inhiber l'apoptose a permis de montrer que des peptides
synthétiques sont capables de bloquer spécifiquement les
caspases cellulaires en interagissant avec le site actif [43]. Cette propriété
a pu être mise à profit pour démontrer leur intérêt
dans des modèles d'accidents vasculaires ischémiques cérébraux
[24], ou encore dans l'inhibition de la lyse cellulaire induite par activation
de la voie de Fas dans certaines formes d'hépatites fulminantes
[53]. Les pathologies neurodégénératives telles que
la maladie d'Alzheimer, la sclérose latérale amyotrophique
(SLA) ou encore la maladie de Parkinson sont toutes caractérisées
par une suractivation de la mort cellulaire par apoptose. Dans le cas
de la maladie d'Alzheimer ou de la SLA, une destruction des neurones cholinergiques
est observée. De plus, la maladie d'Alzheimer se caractérise
par une accumulation de plaques neurofibrillaires dans le cerveau des
patients dont le peptide beta-amyloïde, constituant principal de
ces plaques, joue un rôle majeur dans l'induction de l'apoptose
[43]. Dans le cas de la maladie de Parkinson, l'atteinte porte sur la
destruction par apoptose des neurones dopaminergiques nigrostriés
[43]. Plusieurs approches thérapeutiques à visée
neuroprotectrice ont été proposées pour inhiber l'apoptose
dans ces différentes pathologies. L'utilisation d'inhibiteurs irréversibles
des monoamines oxydases (sélégiline) dans la maladie de
Parkinson [21], d'inhibiteurs de canaux calciques (nimodipine, almodipine,
nifédipine) [5, 21], d'anti-oxydants [33], ou encore d'inhibiteurs
de la production de monoxyde d'azote, ont également été
proposés. Il a également été suggéré
que l'apoptose cellulaire induite par le virus HIV pourrait contribuer
aux complications neurologiques fréquemment associées au
cours du sida. Récemment, il a été montré
par des études réalisées in vitro que la mémantine
(1-amino-3,5-diméthyladamantane) pourrait inhiber l'apoptose et
de ce fait, être utilisée dans le traitement des démences
associées au SIDA [39].
Exemple d'agent inducteur de l'apoptose : l'arsenic
utilisé dans le traitement de la leucémie aiguë promyélocytaire
Les leucémies aiguës à promyélocytes (LAM3)
présentent, dans 80 % des cas, une translocation qui leur est spécifique
: t(15;17)(q22-23;q12-21). Elle se traduit par la fusion du gène
« promyelocytic leukemia » et du gène codant pour
le récepteur à l'acide tout trans-rétinoïque
alpha. La protéine PML-RAR-alpha arrête la maturation des
cellules myéloïdes au stade promyélocytes.
Les traitements conventionnels classiquement utilisés dans cette
hémopathie maligne sont des inhibiteurs de la topo-isomérase
II (anthracyclines) ou des agents alkylants tels que l'ARA-C (cytosine
arabinoside) ainsi qu'un agent inducteur de la différenciation
cellulaire : l'acide tout trans-rétinoïque (ATRA) [8,
9]. Ils permettent chez la majorité des patients de contrôler
l'évolution immédiate de la pathologie. Malgré les
stratégies lourdes d'intensification thérapeutique ou le
recours à l'autogreffe ou l'allogreffe de cellules souches hématologiques,
l'évolution est encore plus défavorable en cas de rechute.
Récemment, différents essais cliniques réalisées
en Chine et aux États-Unis ont mis en évidence l'efficacité
d'As2O3 en solution aqueuse injectable (ampoules
dosées à 10 mg/10 ml) à diluer avec une solution
de glucose à 5 % ou dans une solution isotonique de NaCl, dans
le traitement de la LAM3 en rechute après un traitement
conventionnel [11, 44, 58, 61]. Les patients ont été traités
par des doses allant de 0,1 à 0,2 mg.kg 1.jour
1, en perfusion I.V. de 2 à 4 heures, jusqu'à disparition
des cellules leucémiques visibles dans la moelle osseuse. Ainsi,
cinquante-deux patients atteints de leucémie aiguë promyélocytaire
ont été traités par As2O3 dans
un essai clinique en Chine, dont trente n'étaient pas préalablement
traités et vingt-deux avaient bénéficié préalablement
d'un traitement conventionnel [11]. Les résultats de cet essai
ont montré que trente-quatre patients ont été mis
en rémission complète (22/30 et 12/22 respectivement). Ces
données ont été confirmées plus récemment
dans un autre essai réalisé à Shangaï, sur quinze
patients atteints de LAM3 en rechute [58]. Quatorze patients
traités par As2O3 seul ou en association
avec d'autres thérapeutiques (daunorubicine, ARA-C, ATRA) ont été
mis en rémission complète. Sur les dix patients traités
seulement par As2O3, neuf ont obtenu une rémission
complète. La durée nécessaire de traitement par As2O3
pour obtenir cette rémission chez les neuf patients est comprise
entre 28 et 44 jours avec une moyenne de 38 jours. La dose totale nécessaire
pour une rémission complète est comprise entre 280 et 440
mg. L'ensemble de ces résultats observés avec As2O3
sont à rapprocher de différentes études préliminaires
réalisées à Harbin en Chine [64, 78]. L'équipe
américaine de Soignet en 1998 a évalué également
l'efficacité d'As2O3 chez douze patients
atteints de LAM3 en rechute après un traitement conventionnel
[61]. Onze des douze patients sont entrés en rémission complète
après 12 à 39 jours de traitement par As2O3
(doses cumulatives de 160 à 515 mg). La durée moyenne de
rémission a été au moins de 5 mois [61]. Plus récemment,
58 patients ont été traités (11 nouvellement diagnostiqués
et 47 en rechute) par As2O3 pendant 6 semaines [44].
La rémission complète a été obtenue dans 8
cas sur 11 nouvellement diagnostiqués. La durée moyenne
pour obtenir la rémission complète était de 35 jours.
Parmi les effets secondaires observés chez les patients inclus
dans les différents essais cliniques et ayant bénéficié
du traitement par As2O3, on peut citer principalement
une hyperleucocytose, l'apparition de troubles gastro-intestinaux (nausées,
vomissements, diarrhées), des réactions cutanées
(sécheresse, ichtyose), une hépatotoxicité avec élévation
des enzymes hépatiques sériques (gammaGT, transaminases)
[11, 44, 58, 61]. À l'heure actuelle, il existe deux autres essais
cliniques en cours aux États-Unis évaluant l'efficacité
d'As2O3 dans les hémopathies malignes, avec
d'une part, un essai clinique de phase II qui évalue le taux de
rémission après administration d'As2O3
chez les patients présentant une leucémie aiguë myéloïde,
une leucémie myéloïde chronique ou une myélodysplasie
en rechute ou en poussée évolutive, et d'autre part, un
essai clinique de phase III comparant l'efficacité et la toxicité
de la trétinoïne, la cytarabine et la daunorubicine avec ou
sans As2O3 comme traitement d'induction ou de consolidation
chez les patients atteints de LAM3 [résultats non publiés].
Les données pharmacocinétiques disponibles à ce
jour montrent l'apparition rapide d'un pic plasmatique d'arsenic après
injection I.V. avec un t1/2alpha de 0,89 heure et un t1/2beta de 12,13
heures. La concentration plasmatique maximale d'arsenic est de 5,5 à
7,3.10 6 mol.L 1 pour une injection
de 10 mg d'As2O3 [58]. Le métabolisme d'As2O3
a principalement été étudié dans les intoxications
arsenicales [32, 66]. Il consiste en deux méthylations successives
sous l'action de méthylases hépatiques avec formation d'un
dérivé monométhylé (acide monométhylarsonique)
et un dérivé diméthylé (acide diméthylarsinique),
tous deux éliminés majoritairement au niveau urinaire et
minoritairement au niveau de la bile, de la salive et des phanères
[32, 66].
Le mécanisme d'action de l'arsenic minéral trivalent montre
une inhibition de la prolifération cellulaire précédant
une mort cellulaire par induction d'un processus apoptotique [12]. Ce
mécanisme serait lié à une action directe sur la
transition de perméabilité au niveau mitochondrial [28,
31, 38]. L'apoptose a été observée in vitro
sur la lignée cellulaire leucémique NB4 exprimant la translocation
chromosomique t(15;17) conduisant à la formation de la protéine
de fusion PML/RARalpha et in vivo sur des blastes leucémiques
frais [11, 12, 70]. Cette protéine chimérique conduit à
un arrêt du développement des cellules myéloïdes
au stade des promyélocytes. Cette apoptose est associée
à un rétrocontrôle négatif du gène codant
pour la protéine Bcl-2 [1, 12], une augmentation de l'expression
et une maturation de caspases cellulaires [1, 61] et à une protéolyse
de la protéine hybride PML/RARalpha [11]. Il n'est pas impossible
qu'en raison de l'importance du nombre de protéines clivées
par les caspases, la protéine hybride PML/RARalpha, marqueur moléculaire
de la pathologie, soit également un substrat de ces enzymes [61].
L'arsenic trivalent est responsable d'une apoptose préférentielle
à forte concentration (10 6 mol.L 1)
et d'une différentiation plus soutenue à faible concentration
(10 7 mol.L 1).
Actuellement, compte tenu des résultats prometteurs observés
avec As2O3, l'Assistance Publique-Hôpitaux
de Paris a développé un essai clinique de phase II dans
cinq types d'hémopathies malignes réfractaires, en rechute
ou en poussée évolutive. En effet, différents résultats
expérimentaux laissent supposer que les dérivés arsenicaux
organiques tels que le mélarsoprol [62], ainsi que d'autres molécules
en cours d'évaluation telles que la lonidamine [50, 52] et la bryostatine
[63, 69] pourraient avoir un intérêt dans le traitement de
certaines formes d'hémopathies malignes.
CONCLUSION L'abondance
des travaux réalisés sur le thème de l'apoptose et
sur la compréhension des mécanismes qui le gouvernent laisse
espérer la découverte de nouveaux agents chimiques ou biologiques
susceptibles d'agir spécifiquement à l'échelle cellulaire
par l'activation d'enzymes clés de ce processus telles que les caspases
ou encore par l'utilisation d'une stratégie antisens dirigée
contre tel ou tel gène connu pour être activateur ou inhibiteur
de ce processus. Ainsi, la modulation du processus apoptotique pourra constituer
une nouvelle voie d'approche dans la recherche de produits pharmacologiques
induisant ou inhibant sélectivement l'apoptose.REFERENCES
1. Akao Y, Mizoguchi H, Kojima S, Naoe T, Ohishi N, Yagi
K. Arsenic induces apoptosis in B-cell leukaemic cell lines in vitro
: activation of caspases and down-regulation of Bcl-2 protein. Br
J Haematol 1998 ; 102 (4) : 1055-60.
2. Arrends MJ, Morris RG, Wyllie AH. Apoptosis : the role
of the endonuclease. Am J Pathol 1990 ; 136 : 593-608.
3. Bedi A, Pasricha PJ, Akhtar AJ, Barber JP, Bedi GC, Giardiello
FM, Zehnbauer BA, Hamilton SR, Jones RJ. Inhibition of apoptosis during
development of colorectal cancer. Cancer Res 1995 ; 55 (9) : 1811-6.
4. Bissonnette RP, Escheverri F, Mahboudi A, Green DR. Apoptotic
cell death induced by c-myc is inhibited by bcl-2. Nature 1992
; 359 : 552-4.
5. Branconnier RJ, Branconnier ME, Walshe TM, McCarthy C,
Morse PA. Blocking the Ca(2+)-activated cytotoxic mechanisms of cholinergic
neuronal death : a novel treatment strategy for Alzheimer's disease. Psychopharmacol
Bull 1992 ; 28 (2) : 175-81.
6. Buttke TM, Sandstrom PA. Oxydative stress as a mediator
of apoptosis. Immunol Today 1994 ; 15 (1) : 7-10.
7. Cai X, Shen YL, Zhu Q, Jia PM, Yu Y, Zhou L, Huang Y,
Zhang JW, Xiong SM, Chen SJ, Wang ZY, Chen Z, Chen GQ. Arsenic trioxide-induced
apoptosis and differentiation are associated respectively with mitochondrial
transmembrane potential collapse and retinoic acid signaling pathways
in acute promyelocytic leukemia. Leukemia 2000 ; 14 (2) : 262-70.
8. Castaigne S, Chomienne C, Daniel MT, Ballerini P, Berger
R, Fenaux P, Degos L. All-trans retinoic acid as a differentiation therapy
for acute promyelocytic leukemia. I. Clinical results. Blood 1990
; 76 (9) : 1704-9.
9. Castaigne S, Lefebvre P, Chomienne C, Suc E, Rigal-Huguet
F, Gardin C, Delmer A, Archimbaud E, Tilly H, Janvier M, et al.
Effectiveness and pharmacokinetics of low-dose all-trans retinoic acid
(25 mg/m2) in acute promyelocytic leukemia. Blood 1993
; 82 (12) : 3560-3.
10. Chautan M, Chazal G, Cecconi F, Gruss P, Golstein P. Interdigital
cell death can occur through a necrotic and caspase-independent pathway.
Curr Biol 1999 ; 9 (17) : 967-70.
11. Chen GQ, Shi XG, Tang W, Xiong SM, Zhu J, Cai X, Han ZG, Ni
JH, Shi GY, Jia PM, Liu MM, He KL, Niu C, Ma J, Zhang P, Zhang TD, Paul
P, Naoe T, Kitamura K, Miller W, Waxman S, Wang ZY, de The H, Chen SJ,
Chen Z. Use of arsenic trioxide (As2O3) in the treatment
of acute promyelocytic leukemia (APL). I. As2O3
exerts dose-dependent dual effects on APL cells. Blood 1997 ; 89
(9) : 3345-53.
12. Chen GQ, Zhu J, Shi XG, Ni JH, Zhong HJ, Si GY, Jin XL, Tang
W, Li XS, Xong SM, Shen ZX, Sun GL, Ma J, Zhang P, Zhang TD, Gazin C,
Naoe T, Chen SJ, Wang ZY, Chen Z. In vitro studies on cellular
and molecular mechanisms of arsenic trioxide (As2O3)
in the treatment of acute promyelocytic leukemia : As2O3
induces NB4 cell apoptosis with downregulation of Bcl-2 expression and
modulation of PML-RAR alpha/PML proteins. Blood 1996 ; 88 (3) :
1052-61.
13. Chinnaiyan AM, Chaudhary D, O'Rourke K, Koorin EV, Dixit VM.
Role of CED-4 in the activation of CED-3. Nature 1997 ; 388 : 728-9.
14. Cohen GM, Sun XM, Snowden RT, Dinsdale D, Skilleter DN. Key
morphological features of apoptosis may occur in the absence of internucleosomal
DNA fragmentation. Biochem J 1992 ; 286 : 331-44.
15. Debatin KM. Activation of apoptosis pathways by anticancer
drugs. Adv Exp Med Biol 1999 ; 457 : 237-44.
16. Duke RC, Cohen JJ. IL-2 addiction : withdrawal of growth factor
activates a suicide programm in dependent T-cells. Lymphokine Res
1986 ; 5 : 289-99.
17. Ellis R, Yuan J, Horvitz HR. Mechanisms and functions of cell
death. Ann Rev Cell Biol 1991 ; 7 : 663-98.
18. Espevik T, Brockhaus M, Loetscher H, Nonstad U, Shalaby R.
Characterization of binding and biological effects of monoclonal antibodies
against a human tumor necrosis factor receptor. J Exp Med 1990
; 171 : 415-26.
19. Evan GI, Wyllie AH, Gilbert CS, Littlewood TD, Land H, Brooks
M, Waters CM, Penn LZ, Hancock DC. Induction of apoptosis in fibroblasts
by c-myc protein. Cell 1992 ; 69 : 119-28.
20. Fanidi A, Harrington EA, Evan GI. Cooperative interaction between
c-myc and bcl-2 proto-oncogenes. Nature 1992 ; 359 : 554-6.
21. Giladi N, Honigman S, Hocherman S. The effect of deprenyl treatment
on directional and velocity control of arm movement in patients with early
stages of Parkinson's disease. Clin Neuropharmacol 1999 ; 22 (1)
: 54-9.
22. Golstein P. Deux mécanismes moléculaires pour
la cytotoxicité T : perforine/granzymes et Fas. medecine/science
1995 ; 11 : 99-104.
23. Gougeon ML, Montagnier L. Programmed cell death as a mechanism
of CD4 and CD8 T cell deletion in AIDS. Molecular control and effect of
highly active anti-retroviral therapy. Ann N Y Acad Sci 1999 ;
887 : 199-212.
24. Hara H, Friedlander RM, Gagliardini V, Ayata C, Fink K, Huang
Z, Shimizu-Sasamata M, Yuan J, Moskowitz MA. Inhibition of interleukin
1beta converting enzyme family proteases reduces ischemic and excitotoxic
neuronal damage. Proc Natl Acad Sci USA 1997 ; 94 (5) : 2007-12.
25. Hewish DR, Burgoyne LA. Chromatin sub. structure. The digestion
of chromatin DNA at regularly spaced sites by a nuclear deoxyribonuclease.
Biochem Biophys Res Commun 1973 ; 52 : 504-10.
26. Kerr JFR, Wyllie AH, Currie AR. Apoptosis : a basic biological phenomenon
with wide ranging implications in tissue kinetics. Br J Cancer
1972 ; 26 : 239-57.
27. Kliche KO, Hoffken K. The role of apoptosis in hematologic
malignancies and modulation of apoptosis as a new therapeutic approach.
J Cancer Res Clin Oncol 1999 ; 125 (3-4) : 226-31.
28. Kroemer G, de The H. Arsenic trioxide, a novel mitochondriotoxic
anticancer agent ? J Natl Cancer Inst 1999 ; 91 (9) : 743-5.
29. Kroemer G, Zamzani N, Susin SA. Mitochondrial control of apoptosis.
Immunol Today 1997 ; 18 : 44-51.
30. Lane DP. p53, guardian of the genome. Nature 1992 ; 358 :
15-6.
31. Larochette N, Decaudin D, Jacotot E, Brenner C, Marzo I, Susin
SA, Zamzami N, Xie Z, Reed J, Kroemer G. Arsenite induces apoptosis via
a direct effect on the mitochondrial permeability transition pore. Exp
Cell Res 1999 ; 249 : 413-21.
32. Mann S, Droz PO, Vahter M. A physiologically based pharmacokinetic
model for arsenic exposure. II. Validation and applications in humans.
Tox Appl Pharmacol 1996 ; 140 : 471-86.
33. Mason RP, Leeds PR, Jacob RF, Hough CJ, Zhang KG, Mason PE,
Chuang DM. Inhibition of excessive neuronal apoptosis by the calcium antagonist
amlodipine and antioxidants in cerebellar granule cells. J Neurochem
1999 ; 72 (4) : 1448-56.
34. McConkey DJ, Hartzell P, Chow SC, Orrenius S, Jondal M. Interleukine
1 inhibits T-cell receptor-mediated apoptosis in immature thymocytes.
J Biol Chem 1990 ; 265 : 3009-11.
35. Merritt AJ, Potten CS, Watson AJ, Loh DY, Nakayama K, Nakayama
K, Hickman JA. Differential expression of bcl-2 in intestinal epithelia.
Correlation with attenuation of apoptosis in colonic crypts and the incidence
of colonic neoplasia. J Cell Sci 1995 ; 108 : 2261-71.
36. Mignon A, Rouquet N, Joulin V. Les caspases, les protéases
à cystéine de l'apoptose : un enjeu thérapeutique
pour demain ? medecine/science 1998 ; 14 : 9-17.
37. Minn AJ, Velez P, Schendel SL, Liang H, Muchmore SW, Fesik
SW, Fill M, Thompson CB. Bcl-xl forms an ion chanel in synthetic lipid
membranes. Nature 1997 ; 385 : 353-7.
38. Missero C, Filvaroff E, Dotto GP. Induction of transforming
growth factor beta 1 resistance by the E1A oncogene requires binding to
a specific set of cellular proteins. Proc Natl Acad Sci USA 1991
; 88 : 3489-93.
39. Muller WE, Schroder HC, Ushijima H, Dapper J, Bormann J. gp120
of HIV-1 induces apoptosis in rat cortical cell cultures : prevention
by memantine. Eur J Pharmacol 1992 ; 226 (3) : 209-14.
40. Muller-Rover S, Rossiter H, Lindner G, Peters EM, Kupper TS,
Paus R. Hair follicle apoptosis and Bcl-2. J Investig Dermatol Symp
Proc 1999 ; 4 (3) : 272-7.
41. Nagata S, Golstein P. The fas death factor. Science
1995 ; 267 : 1449-56.
42. Negoescu A. Apoptosis in cancer : therapeutic implications.
Histol Histopathol 2000 ; 15 (1) : 281-97.
43. Nieoullon A. Cellular bases of neurodegenerative processes.
Therapie 1998 ; 53 (1) : 21-9.
44. Niu C, Yan H, Yu T, Sun HP, Liu JX, Li XS, Wu W, Zhang FQ, Chen
Y, Zhou L, Li JM, Zeng XY, Yang RR, Yuan MM, Ren MY, Gu FY, Cao Q, Gu
BW, Su XY, Chen GQ, Xiong SM, Zhang TD, Waxman S, Wang ZY, Chen SJ. Studies
on treatment of acute promyelocytic leukemia with arsenic trioxide: remission
induction, follow-up, and molecular monitoring in 11 newly diagnosed and
47 relapsed acute promyelocytic leukemia patients. Blood 1999 ;
94 (10) : 3315-24.
45. Oberhammer F, Fritsch G, Schmied M, Pavelka M, Printz D, Purchio
T, Lassmann H, Schulte-Hermann R. Condensation of the chromatin at the
membrane of an apoptotic nucleus is not associated with activation of
an endonuclease. J Cell Sci 1993 ; 104 : 317-26.
46. Oltvai ZN, Milliman C, Korsmeyer S. Bcl-2 heterodimerizes in
vivo with a conserved homolog, Bax, that accelerates programmed cell
death. Cell 1993 ; 74 : 609-19.
47. Petit PX, Lecoeur H, Zorn E, Dauguet C, Mignotte B, Gougeon
ML. Alterations in mitochondrial structure and function are early events
of dexamethasone-induced thymocytes apoptosis. Proc Natl Acad Sci USA
1995 ; 130 : 157-67.
48. Petit PX, Susin SA, Zamzani N, Mignotte B, Kroemer G. Mitochondria
and programmed cell death : back to the future. FEBS lett 1996
; 396 : 7-13.
49. Raff MC. Social controls on cell survival and death : an extreme
view. Nature 1992 ; 356 : 397-400.
50. Ravagnan L, Marzo I, Costantini P, Susin SA, Zamzami N, Petit
PX, Hirsch F, Goulbern M, Poupon MF, Miccoli L, Xie Z, Reed JC, Kroemer
G. Lonidamine triggers apoptosis via a direct, Bcl-2-inhibited
effect on the mitochondrial permeability transition pore. Oncogene
1999 ; 18 (16) : 2537-46.
51. Reed JC. Bcl-2 and the regulation of programmed cell death.
J Cell Biol 1994 ; 124 : 1-6.
52. Robins HI, Longo WL, Steeves RA, Cohen JD, Schmitt CL, Neville
AJ, O'Keefe S, Lagoni R, Riggs C. Adjunctive therapy (whole body hyperthermia
versus lonidamine) to total body irradiation for the treatment
of favorable B-cell neoplasms : a report of two pilot clinical trials
and laboratory investigations. Int J Radiat Oncol Biol Phys 1990
; 18 : 909-20.
53. Rodriguez I, Matsuura K, Ody C, Nagata S, Vassalli P. Systemic
injection of a tripeptide inhibits the intracellular activation of CPP32-like
proteases in vivo and fully protects mice against Fas-mediated
fulminant liver destruction and death. J Exp Med 1996 ; 184 (5)
: 2067-72.
54. Rotello RJ, Lieberman RC, Purchio AF, Gershenson LE. Coordinated
regulation of apoptosis and cell proliferation by transforming growth
factor beta 1 in cultured uterine epithelial cells. Proc Natl Acad
Sci USA 1991 ; 88 : 3412-5.
55. Schendel SL, Xie Z, Montal MO, Matsuyama S, Montal M, Reed
JC. Channel formation by antiapoptotic protein bcl-2. Proc Natl Acad
Sci USA 1997 ; 94 : 5113-8.
56. Schwartzman RA, Cidlowski JA. Apoptosis : the biochemistry
and molecular biology of programmed cell death. Endocrine Reviews
1993 ; 14 : 133-51.
57. Sellins KS, Cohen JJ. Gene induction by gamma-irradiation leads
to DNA fragmentation in lymphocytes. J Immunol 1987 ; 139 : 3199-206.
58. Shen ZX, Chen GQ, Ni JH et al. Use of arsenic trioxide
(As2O3) in the treatment of acute promyelocytic
leukemia (APL). II. Clinical efficacy and pharmacokinetics in relapsed
patients. Blood 1997 ; 89 : 3354-3360.
59. Shi Y, Glynn JM, Guilbert LJ, Cotter TG, Bissonnette RP, Green
DR. Role for c-myc in activation-induced apoptotic cell death in T cell
hybridomas. Science 1992 ; 257 : 212-4.
60. Shi L, Mai S, Israels S, Browne K, Trapani JA, Greenberg AH.
Granzyme B. (Gra B) autonomously crosses the cell membrane and perforine
initiates apoptosis and Gra B nuclear localization. J Exp Med 1997
; 185 : 855-66.
61. Soignet SL, Maslak P, Wang ZG, Jhanwar S, Calleja E, Dardashti
LJ, Corso D, DeBlasio A, Gabrilove J, Scheinberg DA, Pandolfi PP, Warrell
RP Jr. Complete remission after treatment of acute promyelocytic leukemia
with arsenic trioxide. N Engl J Med 1998 ; 339 (19) : 1341-8.
62. Soignet SL, Tong WP, Hirschfeld S, Warrell RP Jr. Clinical
study of an organic arsenical, melarsoprol, in patients with advanced
leukemia. Cancer Chemother Pharmacol 1999 : 417-21.
63. Song XD, Norman AW. Bryostatin-1 and 1alpha, 25-dihydroxyvitamin
D3 synergistically stimulate the differentiation of NB4 acute promyelocytic
leukemia cells. Leukemia 1999 ; 13 : 275-81.
64. Sun HD, Ma L, Hu XH. Treatment of acute promyelocytic leukemia
by Ailing-1 therapy with use of syndrome differentiation of traditional
Chinese medicine. Chin J Comb Trad Chin West Med 1992 ; 12 : 170-1.
65. Terada N, Yamamoto R, Takada T. Inhibitory effect of progesterone
on cell death of mouse uterine epithelium. J Steroid Biochem 1989
; 33 : 1091-6.
66. Thompson DJ. A chemical hypothesis for arsenic methylation
in mammals. Chem Biol Interact 1993 ; 88 (2-3) : 89-104.
67. Tomei LD, Shapiro JP, Cope FO. Apoptosis in C3H/10T1/2 mouse embryonic
cells : evidence for internucleosomal DNA modification in the absence
of double-strand cleavage. Proc Natl Acad Sci USA ; 1993 : 90 (3)
: 853-7.
68. Tomkova H, Fujimoto W, Arata J. Expression pattern of the bcl-2
homologous protein bad in normal skin, psoriasis vulgaris and keratinocytic
tumors. J Dermatol Sci 2000 ; 22 (2) : 132-7.
69. Wall NR, Mohammad RM, Reddy KB, Al-Katib AM. Bryostatin 1 induces
ubiquitination and proteasome degradation of bcl-2 in the human acute
lymphoblastic leukemia cell line, Reh. Int J Mol Med 2000 ; 5 (2)
: 165-71.
70. Wang ZG, Rivi R, Delva L, Konig A, Scheinberg DA, Gambacorti-Passerini
C, Gabrilove JL, Warrell RP Jr, Pandolfi PP. Arsenic trioxide and melarsoprol
induce programmed cell death in myeloid leukemia cell lines and function
in a PML and PML-RARalpha independent manner. Blood 1998 ; 92 (5)
: 1497-504.
71. Williams GT, Smith CA. Molecular regulation of apoptosis : genetic
controls on cell death. Cell 1993 ; 74 (5) : 777-9.
72. Williams GT, Smith CA, Spooncer E, Dexter TM, Taylor DR. Haemopoietic
colony stimulating factors promote cell survival by suppressing apoptosis.
Nature 1990 ; 343 : 76-9.
73. Winter RM, Tickle C. Syndactylies and polydactylies : embryological
overview and suggested classification. Eur J Hum Genet 1993 ; 1
(1) : 96-104.
74. Wyllie AH. Glucocorticoïd-induced thymocyte apoptosis is associated
with endogenous endonuclease activation. Nature 1980 ; 284 : 555-6.
75. Wyllie AH, Morris RG, Smith AL, Dunlop D. Chromatin cleavage in
apoptosis : association with condensed chromatin morphology and dependence
on macromolecular synthesis. J Pathol 1984 ; 142 (1) : 62-77.
76. Yamada T, Ohyama H. Radiation-induced interphase death of rat thymocytes
is internally programmed (apoptosis). Int J Radiat Biol 1988 ;
53 : 65-75.
77. Yuan J, Horvitz HR. The Caenorhabditis elegans genes ced-3 and ced
-4 act autonomously to cause programmed cell death. Dev Biol 1990
; 138 : 33-41.
78. Zhang P, Wang SY, Hu XH. Arsenic trioxyde treated 72 cases of acute
promyelocytic. Chin J Hematol 1996 ; 17 : 58-62.
79. Zou H, Henzel WJ, Liu X, Lutschg A, Wang X. Apaf-1, a human protein
homologous to C. elegans CED-4 participates in cytochrome c-dependent
activation of caspase-3. Cell 1997 ; 90 : 405-13.
|