Effet de l'hypoxie sur la résistance des cellules cancéreuses à l'étoposide: Etude de l'apoptose et de l'autophagie

(eng) Tumor hypoxia is a characteristic of the microenvironment of most solid tumors. It corresponds to the low oxygen tension observed in certain areas of the tumor and is the result of the rapid proliferation of tumor cells and the disordered structure of the tumoral vascular network. Tumor hypoxia is often correlated with poor prognosis for patients because it is a phenomenon that enhances the aggressiveness of cancer cells and their resistance to anticancer therapies such as radiotherapy and chemotherapy. Resistance to chemotherapy is due to a direct effect of hypoxia, because the drugs used in chemotherapy often require oxygen to perform their cytotoxicity, and to an indirect effect of hypoxia, as it induces a series of adaptations in cancer cells. Hypoxia modifies the metabolism, stimulates angiogenesis, erythropoiesis and regulates cell survival by acting on the regulation of apoptosis. Regulation of apoptosis by hypoxia is complex, depending on its severity. Indeed, hypoxia may stimulate or inhibit apoptosis. Understanding the regulation of apoptosis by hypoxia is important because apoptosis is involved in the selection of the tumor cells that are more aggressive and affects the effectiveness of cytotoxic drugs used in chemotherapy. This work aims to investigate the regulation of apoptosis by hypoxia. First, we compared the effect of hypoxia on apoptosis induced by etoposide, a cytotoxic drug used to treat different types of cancer, on three human cancer cell lines isolated from three different organs. We have shown that the effect of hypoxia on etoposide-induced apoptosis was dependent on cell lines as hypoxia stimulates etoposide-induced apoptosis in MCF7 cells while it inhibits the etoposide-induced apoptosis in HepG2 cells. These results show that the regulation of apoptosis by hypoxia is a complex mechanism that not only depends on the severity of hypoxia but also on other parameters such as cell lines. Next, we investigated how hypoxia is able to protect HepG2 cells from etoposide-induced apoptosis. For this, we evaluated the involvement of several transcription factors. The results showed that hypoxia protected HepG2 cells from etoposide-induced apoptosis by inhibiting the activity of p53 transcription factor and activating c-jun transcription factor. We also evaluated the involvement of autophagy that is a cellular process involved in recycling long-lived proteins and organelles and in the survival and cell death. In hypoxic conditions, autophagy can be induced by a mechanism involving the protein BNIP3. We showed that, in HepG2 cells, autophagy was induced by etoposide but not by hypoxia. However, etoposide-induced autophagy has different consequences depending on the oxygen tension as we observed that autophagy promoted etoposide-induced apoptosis under normoxia but not under hypoxia. Finally, we showed that BNIP3 did not influence autophagy but was involved in the protection against etoposide-induced apoptosis observed under hypoxia. In conclusion, these results showed that the regulation of apoptosis by hypoxia is a complex phenomenon that depends on several parameters including the cell line. Moreover, these results also indicate that hypoxia protects cancer cells against apoptosis by inducing several adaptative mechanisms. They are of importance as they enhance our understanding of the resistance process occurring in cancer patients.

(fre) L’hypoxie tumorale est une caractéristique du microenvironnement de la plupart des tumeurs solides. Elle correspond à la faible tension en oxygène observée au niveau de certaines zones de la tumeur et est la conséquence de la prolifération rapide des cellules tumorales et de la structure désordonnée de la tumeur et de sa vascularisation. L’hypoxie tumorale est souvent corrélée à un mauvais pronostic de guérison des patients car c’est un phénomène qui renforce l’agressivité des cellules cancéreuses et leur résistance à des thérapies anticancéreuses telles que la radiothérapie et la chimiothérapie. La résistance à la chimiothérapie est due à un effet direct de l’hypoxie, car les agents utilisés en chimiothérapie nécessitent souvent l’oxygène pour exercer leur cytotoxicité, et à un effet indirect de l’hypoxie qui induit une série d’adaptations au niveau de la cellule. L’hypoxie modifie le métabolisme de la cellule, stimule l’angiogenèse, l’érythropoïèse et régule la survie cellulaire en participant à la régulation de l’apoptose. La régulation de l’apoptose par l’hypoxie est complexe car en fonction de sa sévérité, l’hypoxie peut stimuler ou au contraire, inhiber l’apoptose. La compréhension de la régulation de l’apoptose par l’hypoxie est importante car l’apoptose participe à la sélection des cellules tumorales les plus agressives et conditionne l’efficacité des agents cytotoxiques utilisés au cours de la chimiothérapie. Ce travail a pour objectif d’étudier les mécanismes de régulation de l’apoptose par l’hypoxie. Dans un premier temps, nous avons comparé l’effet de l’hypoxie sur l’apoptose induite par l’étoposide, qui est un agent cytotoxique utilisé pour traiter certains types de cancers, au niveau de trois lignées cancéreuses humaines provenant de trois organes différents. Nous avons montré que l’effet de l’hypoxie sur l’apoptose induite par l’étoposide était dépendant de la lignée cellulaire car l’hypoxie stimule l’apoptose induite par l’étoposide dans les cellules MCF7 alors qu’elle inhibe l’apoptose induite par l’étoposide dans les cellules HepG2. Ceci montre que la régulation de l’apoptose par l’hypoxie est un mécanisme complexe, qui ne dépend pas uniquement de la sévérité de l’hypoxie, mais également d’autres paramètres tels que la lignée cellulaire. Dans la suite du travail, nous avons étudié comment l’hypoxie était capable de protéger les cellules HepG2 de l’apoptose induite par l’étoposide. Pour cela, nous avons évalué l’implication de plusieurs facteurs de transcription. Les résultats ont mis en évidence que l’hypoxie protège les cellules HepG2 de l’apoptose induite par l’étoposide en inhibant le facteur de transcription p53 et en activant le facteur de transcription c-jun. Nous avons également évalué l’implication de l’autophagie qui est un processus cellulaire impliqué dans le recyclage des protéines de longue durée de vie et des organites ainsi que dans la survie et la mort cellulaire. En condition d’hypoxie, l’autophagie peut être induite par un mécanisme impliquant la protéine BNIP3. Nous avons montré que, dans les cellules HepG2, l’autophagie était induite par l’étoposide mais pas par l’hypoxie. Cependant, l’autophagie induite par l’étoposide a des conséquences différentes en fonction de la tension en oxygène puisque les résultats ont montré que l’autophagie favorise l’apoptose induite par l’étoposide en normoxie mais pas en hypoxie. Enfin, nous avons montré que BNIP3 n’influençait pas l’autophagie mais participait à la protection contre l’apoptose induite par l’étoposide en hypoxie. En conclusion, les résultats obtenus montrent que la régulation de l’apoptose par l’hypoxie est un phénomène complexe qui est dépendant de plusieurs paramètres dont la lignée cellulaire. De plus, ces résultats indiquent que, lorsque l’hypoxie protège de l’apoptose, cette protection résulte de plusieurs adaptations mises en place par l’hypoxie. Ces résultats sont importants car ils améliorent notre compréhension des phénomènes de résistance observés chez les patients.