L APOPTOSE RADIO-INDUITE

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1 L APOPTOSE RADIO-INDUITE P. VERRELLE Centre Jean Perrin - Radiothérapie-Curiethérapie - Centre Régional de Lutte contre le Cancer - Clermont-Ferrand - L'apoptose radio-induite 1. Introduction Le terme d apoptose a été introduit en biologie en 1972 par Kerr et al (1) pour désigner une forme particulière de mort cellulaire. Il est issu du mot grec apoptosis (apo : loin de, qui marque un achèvement ; ptosis : chute) employé pour définir la chute des feuilles ou des pétales. En effet, au sein d un tissu, la cellule qui meurt par apoptose, se détache de ses voisines comme la feuille qui tombe de l arbre. Cette mort cellulaire est un processus actif (2) mettant en jeu un programme préétabli d interactions moléculaires, et silencieux, sans phénomènes inflammatoires d accompagnement. Ces aspects différentient l apoptose de la nécrose qui est une mort passive et bruyante avec réaction inflammatoire secondaire. Phénomène physiologique fondamental de la vie des organismes pluricellulaires, l apoptose constitue également un mode suicidaire de réponse cellulaire à une agression externe chimique ou physique incluant les radiations. Dans un premier temps, il est utile de faire un rappel synthétique des connaissances actuelles sur l apoptose en général, avant de se focaliser sur l apoptose radio-induite en se limitant au cas des radiations ionisantes. 2. Synthèse des connaissances actuelles sur l'apoptose 2.1. Circonstances de survenue de l apoptose Apoptose et tissus normaux La mort cellulaire programmée joue un rôle majeur dans le développement puis l homéostasie tissulaire (3). Elle est impliquée dans la sculpture des formes embryonnaires puis foetales, la maturation du système nerveux central ou la sélection négative des lymphocytes T immatures auto-réactifs dans le thymus. Autrement dit, l apoptose survient toujours au même endroit dans le tissu embryonnaire puis foetal et à des moments précis de son développement d où l appellation de mort cellulaire programmée (4). Chez l adulte, l apoptose participe à l homéostasie des tissus soumis à un renouvellement permanent. L involution de l endomètre au cours du cycle ovarien normal ou de la glande mammaire après arrêt de la lactation, se fait par apoptose. Dans tous ces cas de figure, l apoptose est induite après activation d un récepteur membranaire par un ligand physiologique mortifère (hormones, cytokines, etc...). Enfin, les cellules tuées par les lymphocytes T cytotoxiques meurent en apoptose (5) Apoptose et cancer La mort cellulaire apoptotique étant un moyen d équilibrer la prolifération cellulaire, on pouvait s attendre à ce qu une inhibition de cette apoptose puisse être impliquée dans la cancérisation. De fait, il a été montré que l oncogène bcl-2 activé dans certains lymphomes, était l équivalent fonctionnel du gène anti-apoptotique Ced9 de Caenorhabditis elegans (6). Autre exemple, chez les souris lpr, l association d une mutation du gène codant pour la molécule Fas à une prolifération lymphoïde indique que l impossibilité d induire l apoptose peut être à l origine d une progression tumorale (7). En effet, la molécule Fas est un récepteur membranaire qui transmet à la cellule un signal de mort lorsqu il est activé. L apoptose spontanée, au sein des tumeurs malignes constituées, est étudiée par plusieurs équipes espérant corréler fréquence de l apoptose spontanée, sensibilité aux thérapeutiques non chirurgicales et survie. A l heure actuelle, la fréquence de l apoptose spontanée dans un tissu tumoral semble corrélée au degré d oxygénation de la tumeur (8) mais ne constitue pas en soi un facteur pronostique à l intérieur d un type histologique défini. Dans un autre registre, il a été récemment mis en évidence que des cellules de mélanomes (9) et de cancers coliques (10), en exprimant le ligand du récepteur membranaire Fas, peuvent éliminer les lymphocytes qui s accolent à elles en induisant leur apoptose par activation du récepteur membranaire Fas Agression cellulaire et apoptose Au cours du développement et de l homéostasie des tissus, l induction de l apoptose n est probablement pas le Revue de l'acomen, 1998, vol.4, n 4 315

2 P. VERRELLE résultat d une agression cellulaire. Il est toutefois clairement démontré que des agressions externes telles que les radiations ionisantes et ultraviolettes, la chaleur, un stress oxydatif ou osmotique, une perte de l adhésion cellulaire et la plupart des médicaments cytostatiques utilisés en oncologie peuvent conduire à la mort apoptotique. En règle générale, un stress défini induit une apoptose massive dans les tissus où son rôle physiologique est important dans leur homéostasie, par exemple les cellules des cryptes jéjunales, les cellules lymphoïdes et les cellules germinales. Il est, par contre, beaucoup plus difficile de provoquer expérimentalement l apoptose des fibroblastes, de l épithélium vésical ou de la muqueuse colique. Il faut enfin souligner que la capacité des cellules à mourir en apoptose peut exister intrinsèquement, mais n être déclenchée de façon sélective que par tel ou tel agent déclenchant. Ainsi, les cellules leucémiques M10 présentent une apoptose massive après hyperthermie (43 C), mais pas après exposition aux radiations ionisantes. A l inverse, les cellules leucémiques Molt-4N1 présentent une apoptose massive après exposition aux radiations ionisantes, mais l hyperthermie ne déclenche pas de phénomène apoptotique (11) Stigmates morphologiques et biochimiques de la cellule apoptotique Dans un tissu normal ou tumoral, l apoptose est détectée dans des cellules isolées contrairement à la nécrose qui se présente en plages ou se localise préférentiellement au centre tumoral. échelle (Cliché 2) dont chaque barreau diffère des voisins de 180 paires de bases, taille de l ADN d un nucléosome (14). Cet aspect est bien différent du profil électrophorétique en traînée d un ADN dégradé de cellules nécrotiques. - CLICHÉ 1 - Les lymphocytes humains observés en microscopie à fluorescence (agrandissement 100x) après un marquage de l ADN au bisbenzimide H (Hoechst). La morphologie de la chromatine caractéristique des cellules apoptotiques (condensation, homogénéisation et formation de corps apoptotiques, cellules brillantes) peut être facilement distinguée de celle des cellules non apoptotiques (cellules plus foncées). (Avec l aimable permission de Jozo DELIC, LRC n 2 du CEA/Laboratoire de Radiopathologie, Institut Curie) La première étape est une condensation en croissant de la chromatine associée à une agglomération des organites cytoplasmiques et particulièrement des mitochondries. La cellule s arrondit, diminue de volume, se densifie et les espaces intercellulaires s élargissent (Cliché 1). Contrairement à la nécrose, les membranes lysosomiales et plasmiques restent intactes (12). La seconde étape est la fragmentation du noyau et du cytoplasme en corps apoptotiques enveloppés d une double membrane nucléaire et cellulaire. Ces corps apoptotiques s individualisent les uns des autres (Cliché 1) pour être ensuite ingérés par les phagocytes environnants sans aucune réaction inflammatoire lymphocytaire ou polynucléaire (12, 13). A terme, cette mort cellulaire, discrète et silencieuse, se déroule en quelques heures et ne laisse aucune trace. La traduction biochimique la plus marquante de la mort apoptotique est le clivage enzymatique de l ADN nucléaire entre les nucléosomes. La migration électrophorétique de cet ADN apoptotique donne une image caractéristique en - CLICHÉ 2 - L électrophorès d ADN sur gel d agarose (1,5%). L ADN extrait à partir de 10 6 lymphocytes humains non irradiés (a), irradiés à 10 Gy ( 137 Cs) et mis en culture pour 4 h (b), 8 h (c) ou 24 h (d). La fragmentation oligonucléosomale de l ADN chromatinien (multiples de ~180 paires de bases, dite "en échelle") caractéristique de l apoptose radio-induite peut être observée 24 heures après irradiation. (Avec l aimable permission de Jozo DELIC, LRC n 2 du CEA/ Laboratoire de Radiopathologie, Institut Curie). 316 Revue de l'acomen, 1998, vol.4, n 4

3 L'apoptose radio-induite 2.3. Détection et quantification de l apoptose Le diagnostic d apoptose se fait classiquement par mise en évidence de corps apoptotiques au microscope après coloration cytologique ou spécifique de l ADN (Cliché 1) et d une migration en échelle de l ADN sur électrophorèse en gel d agarose (Cliché 2). Associant biologie moléculaire et microscopie optique, il existe maintenant une technique dite TUNEL (TdTmediated-dUTP nick end-labelling) permettant de détecter in situ les cellules en apoptose en utilisant la terminaldéoxynucléotidyltransférase, enzyme capable d ajouter de la déoxyuridine biotinilée aux extrémités 3 OH terminales de l ADN, sites de coupures spécifiques des endonucléases apoptotiques (15). La cytométrie en flux, couplée à la technique TUNEL peut quantifier les cellules en apoptose au sein de la population cellulaire analysée. Si il est maintenant relativement aisé de repérer et quantifier l apoptose dans une culture cellulaire, il est plus délicat d obtenir les mêmes renseignements sur des tissus normaux ou tumoraux Mécanismes moléculaires de l apoptose L induction de l apoptose Dans les circonstances physiologiques précitées ou au cours de certaines situations pathologiques, c est l activation d un récepteur membranaire par son ligand spécifique qui induit l apoptose. Plusieurs familles de ces récepteurs sont connues, par exemple : TNFR (récepteur du facteur nécrosant des tumeurs), Fas/Apo-1/CD95 et Apo- 2 activées respectivement par Fas-L (Fas-ligand) et TRAIL (TNF-related apoptosis inducing ligand). Il s ensuit la transmission d un signal mortifère à l intérieur de la cellule via une cascade d interactions successives entre domaines homologues de plusieurs protéines (FADD/MORT-1, MACH-FLICE) regroupées sous le nom d adaptateurs qui vont, en bout de chaîne, activer les effecteurs de l apoptose (16, 17) (Figure 1). Cette voie d induction ne passe pas par le noyau et n implique donc pas une modification de l expression des gènes. Cependant, l activation de ces récepteurs peut aussi conduire à l apoptose en empruntant une autre voie de transduction du signal, cette fois vers le noyau, appelée SAPK/JNK (stress-actived protein kinase/ c-jun N-terminal kinase) qui est également activée après un stress apoptogène (18). A coté de ces voies d activation d origine membranaire, il existe une voie interne via la protéine P53 qui est activée après détection d une lésion de l ADN. Nous reviendrons plus en détail sur les voies SAPK/JNK et P53 dans le cadre de l apoptose radio-induite L exécution de l apoptose Les différentes voies de l induction semblent converger vers un processus commun de déroulement de l apoptose. Celui-ci comprend schématiquement deux étapes successives (Figure 1). La première étape, réversible, se caractérise par une chute du potentiel trans-membranaire des mitochondries liée à une ouverture de mégapores par lesquels sont déversés dans le cytosol différentes molécules telles que le cytochrome c, le facteur AIF (apoptosis inducing factor) et des espèces réactives de l oxygène ou ROS (reactive oxygen species) (19,20). Cette étape est contrôlée par les protéines de la famille Bcl-2 qui pourraient être des constituants ou des régulateurs des mégapores mitochondriaux. Leur action est anti-apoptotique en inhibant le passage vers le cytosol du cytochrome c et du facteur AIF (Figure 1). En fait, les gènes bcl-2 appartiennent à une famille de gènes comprenant une quinzaine de membres dont certains, comme bax, codent pour des protéines toujours localisées sur la membrane mitochondriale mais dont la fonction est cette fois pro-apoptotique. Schématiquement, c est la résultante des interactions opposées entre gènes antiapoptotique et pro-apoptotique de la grande famille bax/ bcl-2 qui fixe le niveau d activité des protéines antiapoptotique type Bcl-2 conditionnant l apoptose (21). La deuxième étape correspond à l activation en cascade par le cytochrome c et le facteur AIF d une famille de protéases à cystéine ou caspases qui clivent leur substrat au niveau d un résidu aspartate (19). Ces protéases dégradent spécifiquement des protéines maintenant l intégrité anatomique de la cellule et son homéostasie, telles que l actine, des lamines nucléaires, la topo-isomérase I, la PARP (poly(adp-ribose) polymérase), la DNA-PK (DNAdependent protein kinase) et la protéine Rb (retinoblastome). A côté de l inactivation de ces protéines dont le fonctionnement est vital pour la cellule, le clivage protéolytique par les caspases active des endonucléases, soit directement comme la DFF (DNA fragmentation factor), soit indirectement comme la Dnase I. Ces endonucléases sont responsables de la fragmentation internucléosomique de l ADN particulière à l apoptose. Après activation des caspases, le processus d apoptose est irréversible. Différentes protéines peuvent inhiber l activation des caspases, créant ainsi, après la famille Bax/ Bcl-2 un deuxième niveau de régulation de l exécution de l apoptose. L une d entre elles, baptisée survivine, est particulièrement intéressante car elle est abondamment exprimée dans un éventail varié de tumeurs solides (22). Dans la transmission du signal apoptotique émis par les récepteurs Fas ou TNFR, l activation des caspases, molécules effectrices de l apoptose, peut résulter directement de celle des adaptateurs qui sont eux-mêmes des caspases. Revue de l'acomen, 1998, vol.4, n 4 317

4 P. VERRELLE - FIGURE 1 - Représentation schématique des différentes voies d induction de l apoptose (voir texte). activation ; inhibition. 318 Revue de l'acomen, 1998, vol.4, n 4

5 L'apoptose radio-induite 3. L apoptose radio-induite 3.1. Introduction L irradiation est l une des agressions d origine physique capable d induire l apoptose. Par ailleurs, l apoptose est un mode de réponse aux radiations, parmi d autres, dont l importance dépend étroitement du type cellulaire irradié La mort cellulaire sous irradiation Classiquement, les cellules soumises à une dose suffisante de radiations ionisantes ne mourraient que si ces cellules rentraient en mitose. Cette mort, dite post-mitotique ou reproductive, peut survenir, en principe sous forme d une nécrose, après plusieurs divisions cellulaires postérieures à l irradiation (mort cellulaire différée) (23). Pour une cellule clonogénique, elle est définie par la perte de sa capacité à générer une descendance supérieure à 50 cellules. Cette perte de clonogénicité équivalente à une mort fonctionnelle de la cellule paraît expliquer les différences de survie après irradiation pour un grand nombre de lignées cellulaires humaines, normales ou tumorales. Les facteurs les mieux corrélés à ce type de létalité cellulaire sont le taux de cassures double brin de l ADN résiduelles, non ou mal réparées, et le taux d aberrations chromosomiques radioinduites (24). En fait, certains travaux suggèrent que cette mort différée puisse survenir sous forme d une apoptose tardive (25, 26). Ce concept de mort post-mitotique n expliquait pas la mort rapide en interphase observée après irradiation à une dose modérée de certains types cellulaires comme les lymphocytes. La découverte de l apoptose a apporté à cette observation une explication satisfaisante, confirmée expérimentalement (27). La proportion de cellules qui meurent en apoptose après irradiation, est très variable selon le type cellulaire. Ainsi, l apoptose radio-induite est fréquemment observée dans les cellules et tissus pour lesquels l apoptose a un rôle physiologique important, exemple : cellules embryonnaires, précurseurs hématopoïétiques, cellules cryptiques jéjunales, lymphocytes et cellules germinales des deux sexes. A l inverse, pour le fibroblaste, l épithélium cutané ou l hépatocyte, l apoptose radio-induite est rare et difficile à détecter, même après une irradiation à haute dose ; de plus, sa fréquence n augmente pas sensiblement avec le débit de dose (28). Ces observations illustrent le fait que l apoptose constitue un mode de réponse, parmi d autres, aux radiations ionisantes dont l importance tient plus au type cellulaire qu à la dose délivrée Mécanismes moléculaires de l apoptose radio-induite L induction de l apoptose par les radiations ionisantes Les cibles moléculaires à l origine d une radio-réponse cellulaire sont multiples. Concernant la réponse de type apoptotique, au moins deux composants cellulaires ont été identifiés comme des cibles initiales : La membrane cellulaire et l ADN nucléaire La membrane Il a été clairement démontré que l irradiation de cellules endothéliales d aorte bovine en culture, activait en quelques minutes la dégradation enzymatique de la sphyngomyéline membranaire en céramide et phosphocholine (29). La céramide, ainsi générée, active la première protéine kinase d une voie de transduction du signal vers le noyau, aboutissant après une cascade de phosphorylations à celle de la protéine nucléaire c-jun (Figure 2). La phosphorylation du facteur de transcription c-jun induit l expression de gènes pro-apoptotiques dont le gène TNFa. Activée par des agressions physiques diverses (stress thermique, osmotique ou oxydatif en général) autres que les radiations ionisantes, cette voie de transduction du signal nommée SAPK/JNK (stress-activated protein kinase/c- Jun N-terminal kinase) conduit à l apoptose indépendamment de P53 (18). La voie SAPK/JNK est différente, voire antagoniste, de la voie MAPK/ERK (mitogen-activated protein kinase/extracellular signal-regulated kinase) qui transduit un signal mitogénique. Cette induction de l apoptose, à partir de la sphyngomyéline membranaire, disparaît en cas de déficience de la sphyngomyélinase (maladie de Niemann-Pick) (30) et peut être inhibée par le b-fgf (basic fibroblastic growth factor) via une activation de la PKC (protein kinase C) et sans intervenir sur l induction et la réparation des cassures double-brin de l ADN (29) L ADN nucléaire La seconde cible initiale est l ADN nucléaire, elle est commune aux radiations ionisantes et à de nombreux agents chimiques endommageant l ADN, comprenant beaucoup de médicaments utilisés en chimiothérapie des cancers. Les radiolésions sont détectées à l occasion du contrôle de l intégrité de l ADN par différentes protéines lors des points de contrôle qui ont lieu en phase G1et G2 du cycle cellulaire. La découverte de radiolésions en G1 ou G2 induit un arrêt du cycle cellulaire suivi soit de la mise en jeu des systèmes de réparation de l ADN, soit d une activation du programme apoptotique (Figure 3). Si les lésions ont été réparées, le blocage en G1ou G2 est levé et la cellule peut soit terminer la phase G1 et entrer en phase S, soit terminer la phase G2 et entrer en mitose. Si les dégâts sont irréparables, là encore, il peut y avoir activation du pro- Revue de l'acomen, 1998, vol.4, n 4 319

6 P. VERRELLE - FIGURE 2 - La voie membranaire de l induction de l apoptose par les radiations ionisantes. activation ; inhibition. 320 Revue de l'acomen, 1998, vol.4, n 4

7 L'apoptose radio-induite gramme apoptotique. Après radiolésion de son ADN, le choix que va faire la cellule d entrer en apoptose ou de réparer, dépend plus de sa nature cellulaire que de la dose reçue ; par exemple, les lymphocytes humains normaux meurent massivement en apoptose pour une dose inférieure à 1Gy ; à l inverse, des fibroblastes en culture, bien qu irradiés à des doses beaucoup plus fortes, ne meurent que rarement en apoptose (Figure 3). La sensibilisation à l apoptose radio-induite par l incorporation de bromodéoxyuridine à la place de la thymidine dans l ADN et les expériences d induction de l apoptose après irradiation sélective de l ADN nucléaire, démontrent que la molécule d ADN est bien une cible primaire (31). Comment des radiolésions de l ADN peuvent conduire à la mort apoptotique, est une question qui a été très étudiée au niveau moléculaire au cours de ces dernières années. Il s en dégage un schéma d interactions moléculaires de plus en plus précis même si il demeure de nombreuses inconnues. La détection des radiolésions est assurée par différentes protéines, dont la DNA-PK qui reconnaît les cassures double-brin. Cette DNA-PK comprend trois sous unités : deux d entre elles, Ku70 et Ku80 "patrouillent" le long de l ADN à la recherche de cassures double-brin pour se fixer au niveau des extrémités libres de l ADN. Cette liaison est suivie par l adhésion de la troisième sous unité ou DNA- PK cs (DNA-PK catalytic subunit) qui phosphoryle alors plusieurs protéines de voisinage dont P53 (32). Présentant un domaine kinase homologue à celui de DNA- PK cs, la protéine ATM (ataxia telangiectasia mutated) de 350 kd phosphoryle également P53 après irradiation. Cette protéine est présente à la fois dans le cytoplasme et dans le noyau (33). L oxydation directe de la protéine ATM par des ROS induites par l irradiation, activerait sa fonction kinase entraînant la phosphorylation de P53 et de la tyrosine kinase c-abl. Cette tyrosine kinase c-abl phosphorylée active la voie d induction de l apoptose SAPK/JNK indépendante de P53. Activée par ces phosphorylations, la protéine P53 soit induit des gènes impliqués dans l arrêt du cycle cellulaire (p21 waf1 en G1, s et BTG2 en G2) précédant la réparation de l ADN, soit induit ou réprime des gènes impliqués dans l induction de l apoptose (Figure 3). Ces derniers comprennent classiquement le gène pro-apoptotique bax qui est activé et le gène anti-apoptotique bcl-2 qui est inhibé. Récemment a été isolée une série de gènes dont l expression est augmentée dans des cellules où une surexpression contrôlée de p53 induit l apoptose. Ces gènes sont des oxydo-réductases entraînant la production de ROS qui (34) provoquent un stress oxydatif et altèrent directement les mitochondries, le tout conduisant à l apoptose. Enfin, il a été également rapporté l an dernier que P53 active un gène Apo-2 codant pour un récepteur fonctionnel du ligand mortifère TRAIL (35). Toutes ces données soulignent le rôle central de la protéine P53 dans la réponse cellulaire à une radiolésion de l ADN. Ainsi, des cellules intestinales de souris présentant une délétion de p53 sont totalement résistantes à l induction de l apoptose après irradiation, tandis que les mêmes cellules avec un gène p53 normal présentent, quatre heures après irradiation, une apoptose très abondante (36). De même, si une dose de 1Gy est suffisante pour provoquer l apoptose des thymocytes murins normaux, des doses de 7 à 20 Gy ne parviennent pas à déclencher l apoptose dans des thymocytes de souris présentant une délétion des deux allèles de p53 (37). Le déterminisme moléculaire P53 dépendant qui fait choisir à une cellule irradiée l option apoptose s il s agit d un lymphocyte ou l option réparation s il s agit d un fibrobaste demeure incompris Remarques L implication des ROS dans l apoptose radio-induite se fait à plusieurs niveaux : 1) résultant de l effet physicochimique des radiations ionisantes sur l oxygène, ils constituent un stress oxydatif activant la voie SAPK/JNK, peut être par l intermédiaire de ATM et c-abl ; 2) ils peuvent léser l ADN et donc induire la voie P53 dépendante de l apoptose ; 3) ils sont produits et excrétés par la mitochondrie lors de l exécution de l apoptose et amplifient le processus en provoquant des lésions de la membrane mitochondriale, cette action sur les mitochondries est contrée par les protéines de stress HSP70 et HSP27 (heat shock proteins) qui constituent un mécanisme supplémentaire de régulation négative de l apoptose (38) ; 4) et enfin, ils sont générés par des oxydo-réductases P53 dépendantes. A côté des voies membranaire des céramides et nucléaire de l ADN, certaines protéines comme ATM semblent bien constituer une cible initiale de l action des radiations ionisantes et des ROS en général. Les différentes voies d induction de l apoptose, radio-induite ou autres, sont, en fait, très intriquées comme le suggèrent les éléments suivants : 1) la protéine ATM active la voie P53 mais aussi, via c-abl, la voie SAPK/JNK utilisée également dans la transduction d un signal membranaire ; 2) le TNF qui est un inducteur de l apoptose externe à la cellule, est également induit de manière endogène par la voie SAPK/JNK ; 3) P53 induit l expression d un récepteur à TRAIL ; 4) enfin, les ROS sont impliqués dans l apoptose radio-induite, à plusieurs niveaux et quelle que soit la cible primaire L exécution de l apoptose radio-induite Les mécanismes moléculaires de la mort apoptotique sem- Revue de l'acomen, 1998, vol.4, n 4 321

8 P. VERRELLE - FIGURE 3 - Induction de l apoptose par radiolésion de l ADN ou de la protéine ATM (voir texte). Le "choix" entre réparation ou apoptose est fonction de la nature des cellules irradiées. 322 Revue de l'acomen, 1998, vol.4, n 4

9 L'apoptose radio-induite blent toujours impliquer une variation du potentiel transmembranaire des mitochondries et une activation des caspases (19, 20, 38). Cependant, il semble que chaque type de stimulus apoptotique puisse conduire à l activation d un sousgroupe spécifique de caspases. Ainsi, il a été montré que l apoptose radio-induite nécessitait l activation de la caspase 3 qui n est pas mise en jeu dans l apoptose induite par la liaison du TNFa à son récepteur CD95 (39) Apoptose et radiobiologie La mort apoptotique pourrait être un déterminant de la radiosensibilité intrinsèque reflétée par la pente à l origine (composante a) d une courbe de survie cellulaire après irradiation. En d autres termes, les lésions dites létales d emblée pourraient être dues, en partie, à l apoptose. Pour une lignée cellulaire donnée, certains auteurs proposent d en quantifier la fraction sensible à l apoptose radioinduite, de manière à introduire un facteur correctif prenant en compte cette apoptose et sa relative indépendance vis à vis de l augmentation de dose, dans les modélisations mathématiques des courbes de survie comme le modèle linéaire quadratique (40) Apoptose et radiothérapie L apoptose radio-induite explique très bien les effets secondaires précoces des radiations ionisantes sur certains tissus sains comme l oedème des parotides avec hyperamylasémie et la chute du taux des lymphocytes circulants qui surviennent rapidement après une irradiation corporelle totale dans le cadre d une greffe de moelle. Les différences considérables de sensibilité à l apoptose radio-induite que l on observe d un tissu sain à un autre, sont globalement transférables aux tissus tumoraux correspondants ; en exemple, 25 Gy suffisent pour stériliser des foyers métastatiques ganglionnaires d un séminome testiculaire, alors que 70 Gy sont rarement suffisants pour obtenir le contrôle local d un fibrosarcome en place. Pour les carcinomes humains les plus fréquents et les sarcomes, l apoptose ne semble pas représenter le mécanisme essentiel de mort cellulaire après irradiation et sa fréquence n est pas toujours corrélée à la survie clonogénique (41). Toutefois, certains travaux préliminaires suggèrent que le taux d apoptose radio-induite, mesuré à partir d un échantillon tumoral irradié in vitro, est corrélé à la réponse clinique à la radiothérapie dans le cas des lymphomes non hodgkiniens (42). Des différents travaux effectués sur des lignées tumorales murines et humaines, il ressort que, comme pour les tissus sains correspondants, c est l origine histologique qui détermine la sensibilité à l apoptose radio-induite : élevée pour les lymphomes, faible pour les sarcomes et les carcinomes épidermoïdes et, notion intéressante, intermédiaire pour les adénocarcinomes (43). Pour des tumeurs présentant un taux d apoptose radioinduite significatif, il a été démontré que ce taux restait constant au cours d une irradiation fractionnée, si l intervalle entre les fractions est de 24 heures (44). Cette observation est d une grande importance en radiothérapie car elle suggère que, pour une dose totale donnée, le fractionnement de l irradiation en augmenterait l efficacité. 4. Conclusion L apoptose radio-induite est une découverte radiobiologique majeure pour plusieurs raisons. Elle est l explication du phénomène resté longtemps mystérieux qu est la mort des lymphocytes irradiés à faible dose et en interphase. L extrême sensibilité des cellules germinales à l apoptose induite par les radiations ionisantes et autres agents mutagènes, permet l élimination des cellules mutées et contribue ainsi à maintenir l intégrité du patrimoine génétique d une génération à l autre. Enfin, le fait que la radiocurabilité de certains cancers passe par l apoptose, ouvre un champ d investigations thérapeutiques passionnants, visant à identifier le déterminisme moléculaire qui fait que dans de nombreux cancers, l irradiation n induit pas l apoptose dans le but de le neutraliser et d induire de cette manière une sensibilité tumorale accrue aux radiations ionisantes. REMERCIEMENTS L auteur remercie Pierre GOLSTEIN, Christian-Jacques LARSEN et Jozo DELIC pour leur contribution scientifique et Martine VERRELLE pour son aide dans la préparation du manuscrit. Références bibliographiques 1. Kerr JFR, Wyllie AH, Currie AR. Apoptosis : a basic logical phenomenon with wide-ranging implications in tissue kinetics. Br J Cancer 1972 ; 26 : Ellis HM, Horvitz HR. Genetic control of programmed cell death in the nematode C. elegans. Cell 1986 ; 44 : Raff MC. Social controls on cell survival and cell death. Nature 1992 ; 356 : Ellis RE, Yuan JY, Horvitz HR. Mechanisms and functions of cell death. Ann Rev Cell Biol 1991 ; 7 : Revue de l'acomen, 1998, vol.4, n 4 323

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