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Med Sci (Paris). 2004 February; 20(2): 197–206.
Published online 2004 February 15. doi: 10.1051/medsci/2004202197.

Jonctions communicantes et cancer : implications et perspectives

Marc Mesnil*

Équipe Communication jonctionnelle, Cnrs UMR 6558, Laboratoire des Biomembranes et Signalisation cellulaire, Université de Poitiers, 40, avenue du Recteur Pineau, 86022 Poitiers Cedex, France
Corresponding author.
 

L’inhibition de contact, qui désigne l’arrêt de prolifération de cellules à confluence, décrite dès les premières cultures cellulaires [ 1], laissait présager que le contact intercellulaire favorisait la transmission de signaux antimitotiques de cellule à cellule. À l’opposé, les cellules cancéreuses, ayant souvent perdu cette propriété d’inhibition de contact, faisaient figures d’exception, et leur étude pouvait alors procurer des indices susceptibles d’élucider ce phénomène.

Parmi les différents moyens de communiquer dont disposent les cellules, les jonctions communicantes (gap junctions) ont vite été suspectées d’être les responsables de la transmission des signaux antimitotiques. Par l’intermédiaire des canaux intercellulaires constitués de connexines qu’elles contiennent (Figure 1), les jonctions communicantes assurent l’échange de composés de petite taille, dont certains pourraient agir sur la réplication cellulaire et rendre compte de l’inhibition de contact [ 3]. Par ailleurs, la nature des molécules capables de diffuser par les jonctions communicantes suggère que ces dernières possèdent un rôle fondamental, souligné par leur présence dans la quasi-totalité des cellules, à quelques exceptions près : cellules sanguines circulantes, certains neurones, spermatozoïdes et cellules musculaires squelettiques matures. Les connexines (Cx) constituent une famille multigénique dont les membres se différencient surtout par la longueur et la séquence de leur terminaison carboxyle. Ces variations permettent de les classer selon une nomenclature dérivée de leur poids moléculaire (de la plus petite des connexines de 23 kDa ou Cx23, à la plus grande de 62 kDa ou Cx62) (Figure 1B) [ 4]. On ignore actuellement le rôle physiologique exact joué par ces différentes connexines. Leur spécificité d’expression et de perméabilité est néanmoins en faveur d’une implication dans des processus d’organogenèse et de maintien de fonctions tissulaires. Ces implications semblent confirmées par l’existence de maladies associées à des altérations de certaines connexines (Cx32 et neuropathie de Charcot-Marie-Tooth liée au chromosome X, Cx26 et surdité…) [4], et par le phénotype de souris transgéniques dont le gène d’un type particulier de connexines a été invalidé (Tableau I).

Prémices d’une implication

C’est en étudiant des cellules cancéreuses que W.R. Loewenstein a suggéré, dès les années 1960, que la communication jonctionnelle participait à la régulation de la prolifération cellulaire (Figure 2). Il avait observé que des cellules de tumeurs du foie chez le rat sont, à l’inverse des hépatocytes normaux, incapables d’échanges ioniques. Or des observations similaires avaient été effectuées lors de l’étude de tumeurs thyroïdiennes chez les rongeurs, et de tumeurs de l’estomac chez l’homme [ 5]. W.R. Loewenstein stipula donc que l’absence de communication jonctionnelle était une caractéristique des cellules cancéreuses participant au dérèglement de la multiplication cellulaire [ 6]. Cette caractéristique avait à l’époque plus valeur de postulat que de vérité scientifiquement démontrée car la bibliographie n’était pas riche de travaux dans ce domaine, elle était même émaillée d’exceptions [5]. Pourtant, l’hypothèse fut acceptée, probablement du fait qu’il était facile d’établir une relation de cause à effet entre une « absence de communication directe » et un « comportement asocial » des cellules tumorales au sein d’un tissu strictement organisé.

En 1979, au moment où W.R. Loewenstein publiait une revue sur le sujet [5], deux équipes confortaient son hypothèse en montrant qu’un promoteur tumoral, le tétradécanoyl 12-13 phorbol acétate, extrait du croton, inhibait la communication jonctionnelle de cellules en culture [ 7, 8]. Ces données, établissant un lien tangible entre les jonctions communicantes et la cancérogenèse (Figure 3), furent confirmées sur d’autres modèles et permirent de considérer la plupart des promoteurs tumoraux comme étant des inhibiteurs de la communication jonctionnelle [ 10]. Il était tentant de voir l’inhibition de ce type de communication activement impliquée dans le processus de cancérogenèse, qui pourrait, lors d’une phase prétumorale, par des promoteurs tumoraux favoriser l’apparition du phénotype cancéreux en perturbant l’homéostasie tissulaire (Figure 3).

Par la suite, des anomalies de communication ont été observées dans de nombreuses lignées tumorigéniques. Selon les modèles, l’anomalie consistait en une perte de communication soit entre les cellules tumorigéniques (absence de communication homologue), soit avec les cellules normales uniquement (absence de communication hétérologue) (Figure 3) [9]. Le postulat de W.R. Loewenstein devenait un constat d’autant plus remarquable qu’il ne dépendait ni du type cellulaire étudié, ni de l’espèce animale considérée : constat dont l’uniformité n’était en réalité qu’apparente, les causes moléculaires affectant la fonction des connexines étant variées, directe (absence de transcription des gènes de connexines, de traduction de leur ARNm, d’un transport transcytoplasmique efficace de ces protéines ou de leur phosphorylation adéquate) ou indirectes (perte de la reconnaissance intercellulaire). La disparité des causes pouvait permettre d’attribuer à une altération de la communication jonctionnelle un rôle de dénominateur commun de la transformation tumorigénique (Figure 4). Si l’on a pu émettre l’hypothèse selon laquelle ce dénominateur commun n’était qu’un simple marqueur du phénotype tranformé, son implication allait en réalité s’avérer plus forte à la lumière des résultats obtenus à l’aide d’ADNc codant pour les connexines.

L’implication « suppression tumorale »

Les premiers ADNc de connexine clonés furent ceux codant pour la Cx32 [ 11], la Cx43 [ 12] et la Cx26 [ 13]. La transfection de ces ADNc dans des cellules tumorales dépourvues de jonctions communicantes et l’induction de l’expression des connexines qui s’ensuit entraînent souvent une réduction du pouvoir tumorigénique ou du taux de réplication cellulaire [6]. Les connexines se comportent donc comme des régulateurs du phénotype, voire des suppresseurs de tumeur (Figure 4).

Toutefois, ce rôle suppresseur de tumeur est complexe, car la réexpression de la communication jonctionnelle n’entraîne pas systématiquement la perte du phénotype transformé. Par exemple, toutes les connexines testées confèrent aux cellules HeLa la capacité de communiquer, mais seule la Cx26, et parfois la Cx43, sont des suppresseurs de tumeur pour ces cellules [ 14]. L’équation « rétablissement de la communication jonctionnelle = suppression tumorale » n’est donc pas simple. D’autres paramètres entrent en jeu, puisque l’association va au-delà de la réinduction d’une communication et dépend du type de connexine réexprimé. La littérature scientifique à ce sujet semble aller dans ce sens, la suppression tumorale est surtout obtenue à la suite de la réinduction de l’expression de la connexine d’origine (celle normalement présente dans le tissu avant cancérisation, ou dans la lignée cellulaire avant transformation (Tableau II).

Quelle(s) fonction(s) pour les connexines ?

L’élucidation de l’effet suppresseur de tumeur par les connexines dépend d’une meilleure connaissance de leur biologie ; or il faut admettre que nous ne savons presque rien de la nature de la communication qu’elles modulent ni comment elles participent au processus transformant. Peu de molécules transférées par l’intermédiaire des jonctions communicantes ont été identifiées. Parmi les quelques molécules transmissibles identifiées, certaines, comme l’adénosine diphosphate impliquée dans des voies métaboliques fondamentales, ne permettent pas de supposer un rôle spécifique des connexines dans la cancérogenèse [ 18]. Certes, la perméabilité à des seconds messagers appuie l’idée d’un rôle des connexines dans le maintien de l’homéostasie tissulaire, mais sans plus [ 19]. La microinjection de sondes fluorescentes a seulement montré que les connexines sont douées de perméabilités différentes [ 20], rendues plus subtiles par leur capacité à former des connexons hétéromériques1 [ 21].

Si la réinduction de la communication jonctionnelle n’aboutit pas toujours à une normalisation du phénotype, nous avons également observé que des mutations réduisant la capacité fonctionnelle de la Cx26 n’augmentent pas le pouvoir tumorigénique des cellules HeLa [ 22]. Ces résultats suggèrent un cumul de fonctions pour les connexines : celle de modulateurs de la communication intercytoplasmique et celle de régulateurs de la prolifération cellulaire. Cette hypothèse est corroborée par une localisation des connexines parfois incompatible avec un rôle de médiation de la communication jonctionnelle : une étude rapporte, par exemple, une localisation nucléaire - et non pas membranaire - de la Cx43 dans des cellules transformées par des oncogènes [ 23] ; de même, la suppression tumorale induite par la Cx43 dans des cellules de glioblastomes n’est pas associée à un gain de communication jonctionnelle, mais plutôt à la localisation cytoplasmique de la protéine [ 24]. Bien qu’éparses, ces données suggèrent que les connexines possèderaient d’autres fonctions que celle de simple médiateur de la communication jonctionnelle (Tableau III). De plus, les interactions directes qui ont été récemment observées entre la Cx43 et d’autres protéines (submembranaires ou cytoplasmiques) font paraître les connexines non plus seulement comme de simples éléments constitutifs des jonctions communicantes [ 25], mais aussi comme des éléments pouvant être impliqués dans différentes voies de signalisations.

Questions en suspens

Malgré ces considérations, l’hypothèse de W.R. Loewenstein demeure valable. Cependant, il reste à définir le rôle exact des connexines dans le processus cancéreux, et un certain nombre de questions demeurent donc sans réponse. Le rôle des connexines est-il lié au seul maintien de la communication jonctionnelle ? Si oui, quels sont les facteurs régulateurs de la croissance dont elles modulent le transfert ? À quel(s) stade(s) du processus cancéreux interviennent-elles ? Y sont-elles impliquées pour la régulation d’autres processus comme l’apoptose [ 26] ? Ont-elles un autre rôle que de moduler la communication intercellulaire ? Existe-t-il des interactions entre elles et d’autres protéines qui contrôleraient le cycle cellulaire ? Les études dont a fait l’objet la Cx43 portent les questions à un niveau plus moléculaire : l’expression de la Cx43 réduit celle de kinases liées au cycle cellulaire [ 27] ; pourquoi cette connexine est-elle nucléaire lorsque certains oncogènes sont activés ? Sa localisation cytoplasmique est-elle corrélée à la perte de tumorigénicité des cellules de gliomes ? Les interactions entre la Cx43 et d’autres protéines participent-elles au contrôle de la multiplication cellulaire ?

Résoudre ces interrogations est d’importance, en particulier dans l’hypothèse d’une utilisation thérapeutique des connexines. En effet, la communication jonctionnelle permet d’obtenir l’effet de proximité (bystander effect) observé dans certaines thérapies expérimentales employant des gènes suicides tels que le gène HSV-tk (herpes simplex virus-thymidine kinase) [ 28] (voir Encadré). Si elles étaient rendues plus efficaces chez l’homme, ces stratégies thérapeutiques présenteraient l’avantage d’administrer, dans le cas de tumeurs à faible pouvoir métastatique, des chimiothérapies localisées moins lourdes à supporter pour le patient [17]. Jusqu’à présent, ces thérapies géniques n’ont pas eu le succès escompté [ 29] : hormis le fait que les phases d’essai ont souvent concerné des patients au stade ultime de la maladie, il semble que les échecs obtenus proviennent aussi d’un mauvais transfert intratumoral des gènes suicides [ 30]. D’après nos résultats, l’effet de proximité dû à la communication jonctionnelle pourrait suppléer à ce défaut [ 31] ; mais la fonction aberrante des connexines dans les cellules cancéreuses risque de s’opposer à la mise en place d’un effet de proximité conséquent. Si plus de données concernant les connexines dans les tumeurs humaines étaient disponibles, nous pourrions identifier les types de tumeurs qui, pourvues en connexines, seraient susceptibles d’être ciblées par la thérapie génique suicide du gène HSV-tk. L’application thérapeutique des connexines pourrait en outre favoriser l’action de substances chimiothérapeutiques classiques [ 32].

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Conclusions et perspectives

Si de nombreux travaux vont dans le sens d’une implication des connexines dans la cancérogenèse, les données sont cependant encore plus de l’ordre de la suggestion, et n’élucident pas le rôle véritable des connexines dans ce processus. Jusqu’à présent, les travaux sur les connexines se sont peu focalisés sur l’étude de cancers sporadiques chez l’homme : il a bien été montré que la régulation moléculaire de la communication jonctionnelle est corrélée à diverses étapes de transformation in vitro ou de progression tumorale chez l’animal, mais les données chez l’homme (Tableau IV) sont encore trop éparses ou contradictoires pour pouvoir en tirer une conclusion générale quant à une implication certaine des connexines dans la cancérogenèse humaine. Une analyse de l’expression et de la localisation des connexines tenant compte de l’état de progression des tumeurs serait profitable pour cerner davantage le rôle tenu par les jonctions communicantes dans la cancérogenèse.

L’analyse moléculaire précise des connexines in situ pourrait également avoir des répercussions dans le domaine de la thérapie antitumorale, puisque les jonctions communicantes seraient capables d’améliorer l’efficacité de traitements chimiothérapeutiques en permettant probablement la diffusion de signaux apoptotiques [32, 41]. De plus, des données suggèrent que l’effet de proximité peut être amplifié par des traitements capables d’augmenter la communication jonctionnelle [ 42, 43]. Chez l’animal, de tels résultats ont été obtenus après injection intrapéritonéale d’acide rétinoïque, d’apigénine ou de lovastatine. Cela pourrait être les prémices d’une « manipulation pharmacologique », à but thérapeutique, des jonctions communicantes [43].

L’autre aspect des connexines méritant d’être étudié est celui de la spécificité de leur action de suppresseur de tumeur (Tableau II). Autrement dit, l’effet suppresseur de tumeur observé après transfection de gènes de connexines dans des cellules tumorales ne se rencontrerait que pour les connexines normalement présentes dans le tissu avant cancérisation. Pour vérifier cette hypothèse, il faudrait réexprimer des connexines spécifiques dans des lignées tumorales de différentes origines, en prenant garde à ne pas sélectionner les clones à forte croissance, susceptibles d’être moins pourvus en connexines si celles-ci sont effectivement impliquées dans la régulation négative de la croissance cellulaire. Une fois ces clones obtenus, l’étude des mécanismes moléculaires de la suppression tumorale induite par l’expression spécifique de connexines serait envisageable.

On le voit, les sujets d’étude ne manquent pas et débordent le seul cadre des jonctions communicantes. Les données accumulées suggèrent que ces jonctions sont une pièce d’un puzzle, ou plutôt qu’elles font partie d’un réseau de régulation du phénotype cellulaire. Elles seraient à un carrefour physiologique isolé artificiellement des autres systèmes fondamentaux de la cellule du fait de notre propension à compartimenter les phénomènes. La compréhension de l’action des connexines dans la cellule dépendra de l’intégration d’une étude moléculaire spécifique dans une vision élargie des phénomènes impliqués. Il convient de ne pas perdre la vision de la forêt par l’étude approfondie de l’écorce d’un seul arbre. En d’autres termes, il ne faudrait pas que nous soyons comme Sganarelle affirmant : « Nous autres grands médecins, nous connaissons d’abord les choses1. »

 
Footnotes
1 Connexons hétéromériques : constitués de connexines de type différent.
1 Molière, Le Médecin malgré lui. Acte II, scène IV.
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