Vue d’ensemble des enzymes histone désacétylases classiques et des inhibiteurs d’histone désacétylases
Abstrait
Le rôle important des enzymes histone désacétylases dans la régulation de l’expression des gènes, la prolifération cellulaire et la survie en a fait des cibles attrayantes pour le développement d’inhibiteurs d’histone désacétylases comme médicaments anticancéreux. L’acide subéroylanilide hydroxamique (Vorinostat, Zolinza), un analogue structurel de la trichostatine A prototypique, a été approuvé par la Food and Drug Administration américaine pour le traitement du lymphome cutané à cellules T avancé en 2006. Cette autorisation a été suivie par celle du peptide cyclique, le depsipeptide (Romidepsin, Istodax) pour la même maladie en 2009. Actuellement, de nombreux inhibiteurs d’histone désacétylase font l’objet d’essais précliniques et cliniques pour le traitement des hémopathies et des tumeurs solides. La plupart de ces études portent sur des combinaisons d’inhibiteurs d’histone désacétylase avec d’autres modalités thérapeutiques, en particulier les chimiothérapies conventionnelles et la radiothérapie. L’objectif de cet article est de fournir un aperçu des enzymes histone désacétylases classiques et des inhibiteurs d’histone désacétylases en mettant l’accent sur les thérapies combinées potentielles.
1. Introduction
La chromatine est une structure dynamique qui, via de nombreux mécanismes dont la méthylation de l’ADN et les modifications post-traductionnelles des histones, subit un remodelage pour faciliter les processus métaboliques dont la transcription, la réplication et la réparation . L’une des modifications post-traductionnelles des histones les plus étudiées est l’acétylation, qui a été définie pour la première fois dans les années 1960. L’acétylation des histones est contrôlée par les actions opposées de deux groupes d’enzymes, à savoir les histones acétyltransférases (HAT) et les histones désacétylases (HDAC). Les HAT catalysent le transfert de la fraction acétyle du substrat acétyl-coA au groupe ε-amino des résidus lysine des histones. Cela neutralise la charge positive des histones, affaiblissant leur interaction avec l’ADN chargé négativement. Il en résulte une conformation de la chromatine plus détendue et plus permissive sur le plan transcriptionnel. Les enzymes HDAC éliminent les groupes acétyles des histones, ce qui entraîne un état chromatinien plus condensé et répressif sur le plan transcriptionnel .
Les 18 enzymes HDAC de mammifères identifiées à ce jour sont classées en deux groupes distincts. Les enzymes HDAC de classe III, qui comprennent les sirtuines 1 à 7, ont besoin de nicotinamide adénine dinucléotide (NAD+) pour désacétyler les résidus de lysine. Elles ont été impliquées dans de nombreuses maladies et dans le processus de vieillissement. Les 11 autres enzymes sont connues sous le nom d’enzymes HDAC classiques et feront l’objet du reste de cet article. Un intérêt intense pour la fonction et la manipulation pharmacologique de ces enzymes a rapidement suivi le clonage initial et la caractérisation des premières HDAC humaines dans les années 1990. Les différentes isoformes des enzymes HDAC classiques ont fait l’objet d’une analyse phylogénétique approfondie et sont regroupées en trois classes différentes (Figure 1). Les enzymes de classe 1, composées des HDAC1, 2, 3 et 8, qui présentent des similitudes avec le régulateur de transcription de la levure RDP3, sont principalement localisées dans le noyau. Elles sont exprimées de manière ubiquitaire et jouent des rôles fonctionnels importants dans la régulation de la prolifération et de la survie cellulaires. En revanche, les enzymes HDAC de classe II, qui partagent une homologie avec l’enzyme Hda1 de la levure, font la navette entre le cytoplasme et le noyau, et ont des profils d’expression et des fonctions de régulation spécifiques aux tissus plus restreints. Les enzymes de classe II sont encore subdivisées en classe IIa (HDAC4, 5, 7 et 9 ; font la navette entre le noyau et le cytoplasme) et classe IIb (HDAC6 et 10 ; principalement cytoplasmique). Les fonctions des différentes isoformes d’enzymes HDAC ont été examinées récemment. La HDAC6 présente un intérêt particulier : c’est une désacétylase cytoplasmique majeure qui a été relativement bien caractérisée, du moins en partie, grâce à l’utilisation de la tubacine, un inhibiteur spécifique. De nombreuses cibles protéiques non histones pour HDAC6 ont été identifiées, notamment l’α-tubuline, la cortactine, d’autres chaperons et des peroxiredoxines. Un rôle important dans la prolifération et la survie cellulaire a fait de HDAC6 une cible importante pour la thérapie du cancer. Des découvertes récentes ont indiqué les effets cytotoxiques et apoptotiques combinés de la tubacine, un inhibiteur spécifique de HDAC6, avec des agents chimiothérapeutiques conventionnels dans les cellules cancéreuses mais pas dans les cellules normales. En outre, il a été démontré que HDAC6 est une cible importante pour la protection et la régénération après une lésion du système nerveux central. La HDAC11 est le seul membre de la classe IV qui partage des similitudes avec les enzymes de classe I et de classe II. Des preuves récentes indiquent que HDAC11 a des rôles immunomodulateurs .
Relation évolutive entre les enzymes histone désacétylases classiques (HDAC). La superfamille des HDAC forme des groupes distincts sur le plan évolutif en fonction de leur homologie de séquence avec la levure. Les enzymes de classe I partagent une similarité avec la levure, la dépendance réduite au potassium-3 (Rpd3), et se composent des HDAC1, 2, 3 et 8. Rpd3 est le plus homologue à HDAC1 et HDAC2. Les HDAC de classe II partagent une homologie avec l’histone désacétylase-1 (Hda1) de la levure, et les enzymes de cette classe forment deux sous-classes distinctes. La classe IIa comprend les HDAC4, 5, 7 et 9 ; la classe IIb comprend les HDAC6 et 10. Hda1 est le plus étroitement lié à HDAC6. L’arbre phylogénétique montre que HDAC11 ne partage pas suffisamment d’homologie avec les HDAC de classe I ou de classe II et forme donc la classe IV et partage une certaine identité avec Rpd3 et Hda1. Le pourcentage d’identité/similarité de la séquence d’acides aminés des HDAC par rapport à celle de Rpd3 ou Hda1 est indiqué entre parenthèses, pour HDAC11 l’identité/similarité de la séquence par rapport à Hda1 est indiquée et par rapport à Rpd3 est donnée entre parenthèses. Les HDACs ont un domaine de désacétylase (DAC) conservé avec les queues C- et N-terminales représentées par des lignes noires. Les signaux de localisation nucléaire, les domaines de liaison du facteur d’amplification des myocytes 2 (MEF2) et les motifs de liaison des chaperons 14-3-3 avec les sites de phosphorylation de la sérine sont représentés. Le nombre de résidus d’acides aminés de l’isoforme la plus longue de chaque HDAC est indiqué à droite, et le site chromosomique de chaque HDAC est indiqué entre parenthèses. H. sapiens : Homo sapiens ; S. cerevisiae : Saccharomyces cerevisiae ; SE14 : répétitions tétradécapeptidiques contenant du Ser-Glu ; ZnF : domaine à doigt de zinc se liant à l’ubiquitine. Adapté de .
2. Inhibiteurs d’histone désacétylase
Plusieurs groupes structurels différents de composés sont connus pour posséder une activité d’inhibition d’HDAC. L’inhibiteur d’HDAC le plus largement étudié est l’acide hydroxamique prototypique, la trichostatine A . La trichostatine A est un puissant antibiotique antifongique qui a été isolé à partir d’un métabolite de Streptomyces hygroscopicus. Il s’agit d’un puissant inhibiteur d’HDAC à large spectre dont les essais en milieu acellulaire indiquent une affinité relativement élevée pour toutes les enzymes de classe I, II et IV. Un autre exemple d’hydroxamique est l’acide suberoylanilide hydroxamique (SAHA, Vorinostat, Zolinza), disponible en clinique. Comme la trichostatine A, le SAHA est un puissant inhibiteur d’HDAC à large spectre. En raison de ses puissants effets anticancéreux et de sa fenêtre thérapeutique favorable, le SAHA a été approuvé par la Food and Drug Administration (FDA) américaine pour le traitement du lymphome cutané à cellules T (CTCL) avancé en 2006. D’autres acides hydroxamiques font actuellement l’objet d’essais cliniques, notamment le belinostat (PXD101), le panobinostat (LBH589) et le givinostat (ITF-2357). Cette classe de composés possède une activité d’inhibition d’HDAC dans la gamme nanomolaire à faible micromolaire .
Les peptides cycliques qui comprennent la trapoxine et le depsipeptide sont également de puissants inhibiteurs d’HDAC. Le depsipeptide (Romidepsin, Istodax) a également été approuvé par la FDA pour le traitement du CTCL en 2009 . De même, les benzamides, dont l’entinostat (MS-275, SNDX 275) et le MGCD0103, sont de puissants inhibiteurs d’HDAC dont l’activité se situe dans la gamme des faibles micromolaires. La classe la moins puissante d’inhibiteurs d’HDAC est celle des acides aliphatiques qui possèdent une activité de l’ordre du millimolaire. Ce groupe comprend l’acide valproïque, un composé qui a été largement utilisé en clinique comme médicament antiépileptique. Nous avons utilisé un autre exemple d’acide aliphatique, le butyrate de sodium, pour mettre en évidence les effets anticancéreux des inhibiteurs d’histone désacétylase (figure 2).
Vue d’ensemble des effets biologiques des inhibiteurs d’histone désacétylases (HDAC) sur les cellules malignes et transformées, en utilisant le butyrate de sodium (NaB) comme exemple. (a) Représentation schématique simplifiée des voies moléculaires à l’origine du potentiel clinique des inhibiteurs d’HDAC dans le traitement du cancer. Le statut d’acétylation des histones est régulé par les actions opposées des histones acétyltransférases (HATs) et des HDACs. Les inhibiteurs d’HDAC exercent des effets anticancéreux par le biais de modifications médiées par l’hyperacétylation des histones (Î ») dans l’expression de certains gènes et en interagissant directement avec de nombreuses protéines non histones intracellulaires clés, notamment l’α-tubuline, la protéine de choc thermique 90 et Ku70. Les inhibiteurs d’HDAC entraînent une activation et une répression transcriptionnelles de 2 à 20 % des gènes, dont certains sont associés à la différenciation, à l’arrêt du cycle cellulaire, à l’apoptose, à l’inhibition de la croissance et à la mort cellulaire, ainsi qu’à l’inhibition de la migration, de l’invasion et de l’angiogenèse des cellules cancéreuses. (b) Effets biologiques du butyrate de sodium (NaB) dans les cellules cancéreuses et normales. (i) Le butyrate de sodium provoque une hyperacétylation des histones dans les myocytes cardiaques H9c2. Les cellules ont été différenciées avec 10 nM d’acide all-trans-rétinoïque pendant 7 jours dans un milieu pauvre en sérum, avant une incubation de 24 heures avec 2 et 5 mM de butyrate de sodium. Les lysats cellulaires totaux ont été immunoblotés pour l’histone H3 acétylée, et l’histone H3 non modifiée a été utilisée comme contrôle de charge. (ii) Le butyrate de sodium entraîne une réduction de la viabilité cellulaire dans les cellules érythroleucémiques humaines K562 et les myocytes cardiaques H9c2. Les cellules ont été traitées avec les concentrations indiquées de butyrate de sodium pendant 24 heures, et la viabilité cellulaire relative a été mesurée à l’aide du kit de test Cell Titer blue (Promega). (iii) Le butyrate de sodium induit l’apoptose dans les cellules K562. Les cellules ont été traitées avec du butyrate de sodium 10 mM pendant 24 heures, et l’activité de la caspase 3/7 a été mesurée en utilisant le kit de test Apo-ONE Homogène (Promega). (iv) Le butyrate de sodium provoque l’arrêt des cellules K562 dans la phase G1 du cycle cellulaire. Les cellules non traitées (en haut) et les cellules traitées avec 5 mM de butyrate de sodium (en bas) pendant 24 heures ont été colorées avec de l’iodure de propidium, et la distribution du cycle cellulaire a été examinée par cytométrie en flux.
Brièvement, les inhibiteurs d’HDAC entraînent l’accumulation d’histones hyperacétylées et il a été démontré qu’ils modifient l’expression d’environ 2 à 20 % des gènes dans les lignées cellulaires malignes . Dans l’ensemble, il a été démontré que les inhibiteurs d’HDAC diminuent la prolifération cellulaire, induisent la mort cellulaire, l’apoptose et la différenciation, provoquent l’arrêt du cycle cellulaire (G1 à des concentrations plus faibles et à la fois G1 et G2/M à des concentrations relativement élevées), et diminuent la migration, l’invasion et l’angiogenèse dans les lignées cellulaires malignes et transformées. Les effets des inhibiteurs d’HDAC sont beaucoup moins prononcés, d’un facteur 10 au moins, dans les cellules normales, ce qui explique leur utilité clinique dans le cancer. Pour améliorer potentiellement l’index thérapeutique des inhibiteurs d’HDAC dans le traitement du cancer, des composés sélectifs de classe ou spécifiques d’isoformes ont été suggérés. Dans ce contexte, la tubacine et le PC-34051, qui inhibent sélectivement HDAC6 et HDA8, en sont des exemples. Il a été récemment démontré que ces deux composés ont des effets anticancéreux. Cependant, la question de la sélectivité reste controversée, certains arguments suggérant que les effets pléiotropiques des inhibiteurs d’HDAC à large spectre, qui sont généralement bien tolérés, peuvent être avantageux pour le traitement du cancer étant donné l’hétérogénéité et l’adaptabilité des cellules malignes. Cependant, il est généralement admis que les composés sélectifs seront très probablement plus bénéfiques pour les applications non oncologiques des inhibiteurs d’HDAC qui incluent potentiellement le traitement de l’hypertrophie cardiaque, de l’asthme et de divers troubles neurodégénératifs .
3. Thérapies combinatoires avec les inhibiteurs d’histone désacétylase
Bien qu’ils possèdent des effets anticancéreux intrinsèques, il est largement admis que les inhibiteurs d’HDAC seront plus efficaces lorsqu’ils seront utilisés en combinaison avec d’autres modalités de traitement du cancer. Il existe de nombreuses combinaisons qui font actuellement l’objet d’une évaluation préclinique et clinique. Il s’agit notamment des combinaisons avec des inhibiteurs de méthyltransférase tels que l’azacitidine, des cytotoxiques médiés par les récepteurs tels que l’acide rétinoïque, et la photothérapie. Pour mettre en évidence les avantages et les complexités potentielles, nous nous concentrerons ici sur les combinaisons d’inhibiteurs d’HDAC avec les chimiothérapies conventionnelles à base d’anthracyclines et la radiothérapie (figure 3).
(a)
(b)
(a)
(b)
Passerelles moléculaires expliquant les effets additifs et/ou synergiques des combinaisons d’inhibiteurs d’HDAC avec des chimiothérapies ou des radiations. (a) Représentation schématique simplifiée. Les effets cytotoxiques additifs et/ou synergiques de l’utilisation de combinaisons d’inhibiteurs d’HDAC et de produits chimiothérapeutiques peuvent être le résultat de modifications de la conformation de la chromatine médiées par l’acétylation des histones (en particulier dans les cas où des combinaisons avec des médicaments ciblant l’ADN tels que les anthracyclines, qui nécessitent une accessibilité à l’ADN, sont utilisées). De même, les inhibiteurs d’HDAC peuvent renforcer les effets cytotoxiques des rayonnements ionisants et ultraviolets (UV) en augmentant l’accessibilité de l’ADN aux dommages. Un autre mécanisme implique la régulation de la transcription des gènes par les inhibiteurs d’HDAC, en particulier la diminution de l’expression des gènes de Ku70, Ku86, DNA-PKcs et Rad51, qui sont des composants clés des voies de réparation des cassures double brin. Paradoxalement, il a été démontré que les inhibiteurs d’HDAC protègent des effets des rayonnements ionisants in vivo en diminuant l’expression de cytokines inflammatoires telles que le facteur de nécrose tumorale, TNF-α, et de facteurs de croissance fibrogènes tels que TGF-β1 et TGF-β2. (b) La trichostatine A (TSA) augmente les dommages à l’ADN induits par les photothérapies ciblant l’ADN (UVASens), les rayonnements ionisants et les agents chimiothérapeutiques. Dans l’exemple présenté, la formation de cassures double brin de l’ADN a été évaluée par la coloration des foyers γH2AX. Les cellules ont été traitées avec 1 μM de TSA pendant 24 heures avant une incubation d’une heure avec 0,1 μM d’UVASens. Les cellules ont ensuite été irradiées avec 10 J/m2 d’UVA et incubées pendant une heure supplémentaire avant la coloration pour γH2AX. Les contrôles appropriés 10 J/m2 et UVASens seulement sont également représentés. Dans des expériences séparées, les cellules ont été traitées avec 1 μM de TSA pendant 24 heures avant l’irradiation avec 2 Gy (137Cs). Les cellules ont été colorées pour les foyers γH2AX une heure après l’irradiation. Dans d’autres expériences, les cellules ont été traitées avec 1 μM de TSA pendant 24 heures avant une incubation d’une heure avec 1 μM de doxorubicine. Les cellules ont été lavées et incubées pendant 24 heures supplémentaires avant la coloration de γH2AX.
Les anthracyclines, typées par la daunomycine et son analogue structural la doxorubicine, sont des agents chimiothérapeutiques anticancéreux de première ligne dont l’histoire clinique s’étend sur plus de 50 ans . Ce sont des intercalateurs d’ADN et des inhibiteurs de l’enzyme topoisomérase II bien connus. Les mécanismes d’action des anthracyclines impliquent l’inhibition de la synthèse de l’ARN, la génération d’espèces réactives de l’oxygène et l’accumulation de lésions de l’ADN, y compris les cassures double brin de l’ADN, particulièrement mortelles. Une pléthore d’études ont montré que les inhibiteurs d’HDAC peuvent potentialiser les effets cytotoxiques des anthracyclines. Par exemple, il a été démontré que la trichostatine A augmente l’apoptose et la mort cellulaire induites par la doxorubicine dans les cellules érythroleucémiques humaines K562, le carcinome thyroïdien anaplasique et les cellules d’adénocarcinome alvéolaire A549. De même, il a été démontré que le SAHA et l’acide valproïque augmentent la sensibilité des cellules malignes aux effets de la doxorubicine. Les inhibiteurs d’HDAC induisent l’hyperacétylation des histones, ce qui entraîne une conformation de la chromatine plus ouverte et plus permissive sur le plan transcriptionnel, un phénomène qui a été vérifié par des essais de digestion à la MNase. En outre, il a été démontré que les inhibiteurs d’HDAC augmentent le nombre de sites de liaison et également l’affinité de ces sites pour les anthracyclines dans la chromatine acétylée. On peut donc supposer que les inhibiteurs d’HDAC peuvent augmenter la mort cellulaire induite par les anthracyclines, du moins en partie, en modifiant l’architecture de la chromatine. Cependant, les changements médiés par les inhibiteurs d’HDAC dans l’expression des gènes et l’altération de la fonction des substrats non histones sont également impliqués comme le soulignent les études avec les inhibiteurs isoformes sélectifs .
L’effet cytotoxique additif et/ou synergique fournit la base des essais cliniques utilisant des combinaisons d’inhibiteurs d’histone désacétylases et d’anthracyclines pour diverses malignités . Cependant, des complications potentielles ont été identifiées. Par exemple, il a été démontré que le depsipeptide régulait à la hausse le gène MDR1 dans les cellules leucémiques, entraînant une résistance à la doxorubicine. L’expression de la pompe à glycoprotéine P codée par MDR1 est bien connue pour entraîner une résistance aux médicaments multiples, un problème clinique majeur en oncologie, et le potentiel d’inversion de la répression du gène MDR1 dans les cellules malignes par une variété d’inhibiteurs d’HDAC a été indiqué par d’autres études. En revanche, d’autres études plus récentes ont indiqué que les inhibiteurs d’HDAC peuvent supprimer l’expression des transporteurs ABC, soulignant que cette question nécessite des éclaircissements supplémentaires .
Une autre complication potentielle de l’utilisation des inhibiteurs d’HDAC est la toxicité cardiaque. Des études ont montré que les inhibiteurs d’HDAC à large spectre peuvent posséder une activité cardiotoxique en soi. D’autres études ont montré que le prétraitement avec des inhibiteurs d’HDAC potentialise les dommages à l’ADN et les effets cytotoxiques de la doxorubicine dans les systèmes de culture cellulaire. Il est bien connu que l’effet secondaire limitant la dose des anthracyclines est la toxicité cardiaque irréversible due à la génération d’espèces réactives de l’oxygène, y compris les radicaux hydroxyle et le peroxyde d’hydrogène. Les cardiomyocytes sont particulièrement sensibles car ils ont des niveaux relativement faibles d’anions superoxydes et d’enzymes de détoxification du peroxyde d’hydrogène par rapport aux autres types de cellules. Des études utilisant des réponses hypertrophiques et l’induction de cassures double-brin de l’ADN comme points finaux ont indiqué que les inhibiteurs d’HDAC à large spectre, la trichostatine A, l’acide valproïque et le butyrate de sodium, augmentent les effets de la doxorubicine. De même, des études in vivo soulignent les controverses concernant la biologie des inhibiteurs d’HDAC dans le cœur. Par exemple, des résultats récents montrent que la trichostatine A et l’acide valproïque protègent de l’hypertrophie cardiaque induite par la charge et les agonistes in vivo. Cependant, des résultats contrastés indiquent que la trichostatine A aggrave le dysfonctionnement du ventricule droit induit par le cerclage des artères pulmonaires chez le rat. Compte tenu de ces complications potentielles, les effets combinatoires d’inhibiteurs d’HDAC plus sélectifs ou spécifiques d’une isoforme avec les thérapeutiques conventionnelles pourraient présenter un avantage thérapeutique. Dans ce contexte, une étude récente a montré que le composé sélectif d’HDAC6, la tubacine, potentialise les effets de la doxorubicine et de l’étoposide dans les lignées cellulaires transformées. D’autres évaluations dans cette direction sont prévues.
4. Combinaison des inhibiteurs d’histone désacétylase avec la radiothérapie
Des études précoces ont indiqué que l’acide gras à chaîne courte, le butyrate de sodium, potentialise les cellules cancéreuses du côlon et du nasopharynx aux effets cytotoxiques du rayonnement ionisant . Bien qu’un mécanisme inhabituel ait été utilisé pour décrire cet effet, une autre étude a indiqué que le prototype de l’inhibiteur d’HDAC, la trichostatine A, augmente également la radiosensibilité des cellules malignes. D’autres études ont corroboré ces résultats en indiquant que pratiquement tous les inhibiteurs d’HDAC à large spectre, y compris la trichostatine A, le SAHA, le depsipeptide, le butyrate de sodium, le phénylbutyrate, la tributyrine et l’acide valproïque, potentialisent la mort cellulaire radio-induite dans les cellules malignes. À des concentrations relativement élevées d’inhibiteur d’HDAC, on a observé des facteurs de modification de la dose (rapport entre les doses de rayonnement dans les cellules traitées et non traitées par l’inhibiteur d’HDAC qui donnent le même niveau de survie) de ~2. À ces concentrations plus élevées, l’arrêt du cycle cellulaire (G1 et G2), l’inhibition de la synthèse de l’ADN et l’induction de l’apoptose par les inhibiteurs d’HDAC ont été supposés expliquer l’effet de sensibilisation aux rayonnements. À des concentrations relativement faibles d’inhibiteurs d’HDAC, un effet de sensibilisation aux rayonnements est également observé. Un certain nombre d’études ont établi une association entre l’inhibition des HDAC et les protéines impliquées dans les cascades de signaux en réponse aux lésions de l’ADN. En résumé, les effets de radiosensibilisation des inhibiteurs d’HDAC peuvent impliquer les mécanismes suivants. Tout d’abord, l’hyperacétylation des histones modifie l’architecture de la chromatine, ce qui entraîne une confirmation plus ouverte de la chromatine, qui peut être plus sensible aux lésions initiales de l’ADN induites par les rayonnements. En outre, les inhibiteurs d’HDAC peuvent interagir avec des protéines clés de transduction du signal impliquées dans les voies de réponse aux lésions de l’ADN. Enfin, il a été démontré que les inhibiteurs d’HDAC régulent la transcription des gènes impliqués dans la voie de réparation des cassures double brin de l’ADN. Par exemple, il a été démontré que le prétraitement par le SAHA atténue l’augmentation induite par les radiations des protéines de réparation de l’ADN Rad51 et DNA-PKcs . De même, il a été démontré que le butyrate de sodium diminue l’expression des protéines de réparation de l’ADN Ku70, Ku86 et DNA-PKcs dans les lignées cellulaires de mélanome. En outre, en utilisant la bléomycine, la doxorubicine et l’étoposide pour induire des cassures double brin de l’ADN évaluées par l’accumulation de foyers γH2AX, il a été montré que les inhibiteurs d’histone désacétylase ciblent l’acétylation de Ku70, ce qui entraîne une sensibilisation .
Dans le contexte des combinaisons avec la radiothérapie, l’acide valproïque qui a une longue histoire clinique dans le traitement de l’épilepsie est important . Des études précliniques ont indiqué que l’inhibiteur d’HDAC sensibilise les lignées cellulaires de gliome humain aux effets des rayonnements ionisants (rayons X) à la fois in vitro et in vivo . Comme on l’a vu récemment, l’acide valproïque a été associé à l’agent alkylant témozolomide et aux radiations pour le traitement potentiel du glioblastome multiforme. Cette stratégie est actuellement en cours d’évaluation dans un essai clinique de phase II .
5. Effets radioprotecteurs des inhibiteurs d’histone désacétylase
Paradoxalement, des preuves émergentes indiquent que les inhibiteurs d’HDAC possèdent des activités radioprotectrices. Les premières études ont indiqué que le prétraitement avec le phénylbutyrate offre un effet radioprotecteur modeste dans les cellules humaines normales et cancéreuses . D’autres études ont indiqué que le phénylbutyrate protège du syndrome d’irradiation cutanée in vivo. On pense que les propriétés radioprotectrices des inhibiteurs d’HDAC impliquent la répression des cytokines inflammatoires (par exemple, l’interleukine (IL) 1, l’IL-8, le facteur de nécrose tumorale (TNF-)α) et des facteurs de croissance fibrogènes (par exemple, le facteur de croissance transformant (TGF-)β). Ces facteurs sont connus pour être impliqués dans la réponse inflammatoire aux radiations et, en particulier, la sécrétion prolongée de TNF-α et de TGF-β par les cellules épithéliales, endothéliales et du tissu conjonctif est impliquée dans le syndrome de radiation cutanée . Outre le phénylbutyrate, il a été démontré que les inhibiteurs d’HDAC à large spectre, la trichostatine A et l’acide valproïque, protègent des lésions cutanées radio-induites et de la létalité radio-induite chez les souris. Ces effets étaient également corrélés à une diminution de l’expression du TNF-α, du TGF-β1 et du TGF-β2. D’autres recherches dans cette direction avec le phénylbutyrate ont indiqué que l’inhibiteur d’HDAC peut protéger les souris de la létalité aiguë induite par le rayonnement γ. Les effets étaient corrélés à une atténuation des dommages à l’ADN et de l’apoptose . Il est intéressant de noter que l’administration prophylactique et postirradiation du phénylbutyrate a permis une radioprotection présentant des applications cliniques potentielles intéressantes. La prophylaxie serait appropriée pour la radiothérapie avant l’exposition à l’irradiation, et les administrations postirradiation seraient appropriées dans les cas d’exposition aux radiations par inadvertance.
6. Conclusions
Les inhibiteurs de HDAC ont émergé comme une nouvelle classe importante de thérapeutiques anticancéreuses. Bien qu’ils possèdent de puissants effets cytotoxiques et apoptotiques seuls, il est prévu qu’ils seront plus utiles lorsqu’ils seront utilisés en combinaison avec d’autres modalités de cancer. C’est ce qui ressort de la majorité des essais cliniques actuels, qui portent essentiellement sur des associations d’inhibiteurs d’HDAC avec des chimiothérapies et des radiothérapies classiques. Une question importante dans ce domaine reste de savoir si les composés sélectifs de classe ou spécifiques d’isoforme auront une plus grande efficacité thérapeutique que les inhibiteurs d’HDAC classiques à large spectre. Les inhibiteurs d’HDAC à large spectre ont des effets anticancéreux pléiotropes, ce qui peut être avantageux étant donné l’hétérogénéité et l’adaptabilité des cellules malignes. D’autre part, les composés sélectifs de classe ou d’isoforme peuvent offrir une plus grande fenêtre thérapeutique avec moins d’effets hors cible. D’intenses efforts de recherche sont actuellement déployés pour mieux comprendre la fonction des enzymes HDAC, et des composés plus spécifiques sont de plus en plus disponibles. Par conséquent, il est prévu que la question de la sélectivité soit clarifiée, ouvrant peut-être d’autres opportunités pour la traduction clinique de cette classe de composés.
Conflit d’intérêts
K. Ververis et T. C.. Karagiannis déclarent qu’ils n’ont aucune relation financière directe avec les identités commerciales mentionnées dans cet article qui pourrait conduire à un conflit d’intérêts.
Remerciements
Le soutien de l’Institut australien des sciences et de l’ingénierie nucléaires est reconnu. T. C. Karagiannis a reçu des prix AINSE. Epigenomic Medicine Laboratory est soutenu par le National Health and Medical Research Council of Australia. K. Ververis bénéficie d’une bourse de troisième cycle Baker IDI. Cet article a été soutenu en partie par le programme de soutien aux infrastructures opérationnelles du gouvernement de Victoria. Les auteurs tiennent à remercier l’utilisation des installations fournies par Monash Micro Imaging à l’AMREP et, en particulier, l’assistance experte des Drs Stephen Cody et Iśka Carmichael.
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