Santé

Dérégulation du métabolisme énergétique et de la lipogenèse

Dossier - Cancer : les mécanismes biologiques
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Le cancer touche 350.000 personnes par an en France et il est la première cause de mortalité. Malgré les multiples visages de cette maladie, les travaux de recherche des trente dernières années ont permis de définir des points communs aux cancers.

  
DossiersCancer : les mécanismes biologiques
 

Paradoxalement, les cellules cancéreuses utilisent le métabolisme qui leur rapporte le moins d'énergie. Voyons plus en détail l'effet Warburg et la lipogenèse.

Figure 20. Dérégulation du métabolisme énergétique dans les cellules cancéreuses. En situation saine, la cellule puise son énergie en orientant son métabolisme vers la respiration. En situation cancéreuse, le métabolisme est orienté majoritairement vers la fermentation pour accélérer la production de nouvelles molécules qui permettent la conception de nouvelles cellules cancéreuses. © Grégory Ségala

Une partie importante de l'énergie des cellules est puisée dans le glucose qui est un sucre. La récupération d'une petite portion de l'énergie contenue dans le glucose est effectuée par la voie métabolique de la glycolyse (Figure 20) au cours de laquelle le glucose est dégradé par une série de réactions biochimiques. Le pyruvate qui est le produit final de la glycolyse subit ensuite de nouvelles réactions métaboliques qui nécessitent de l'oxygène et qui visent à récupérer le maximum d'énergie : ces réactions font partie de la respiration qui se déroule dans les mitochondries de la cellule. Lorsque l'oxygène est insuffisant, les cellules transforment le pyruvate en acide lactique, ce qui permet une récupération d'énergie nettement inférieure : c'est la fermentation.

L’effet Warburg

Figure 21. Otto Warburg, prix Nobel de médecine en 1931. © Nobelprize.org

En 1924, Otto Warburg (Figure 21) a remarqué que les cellules cancéreuses consomment énormément de glucose et qu'elles le dégradent en acide lactique même en présence d'oxygène. Cette caractéristique particulière a été nommée l'effet Warburg. La transformation du pyruvate en acide lactique diminue beaucoup la récupération de l'énergie contenue dans le glucose par rapport à la respiration. Paradoxalement, la prolifération cellulaire qui est intense dans les cellules cancéreuses est très consommatrice en énergie. Ces cellules compensent le mauvais rendement énergétique de la fermentation en augmentant considérablement l'entrée de glucose dans la cellule. La consommation en glucose des cellules cancéreuses est donc forte.

Les cellules cancéreuses trouvent un avantage à arrêter prématurément la récupération de l'énergie contenue dans le glucose. En effet, elles utilisent des produits intermédiaires de la glycolyse pour synthétiser des acides nucléiques, afin de dupliquer leur génome, ou des acides aminés pour synthétiser de nouvelles protéines (Figure 20). Cela leur permet d'apporter plus rapidement les constituants nécessaires à la formation des futures cellules filles et permet donc une prolifération cellulaire plus efficace.

La lipogenèse

Les lipides sont des constituants majeurs de nos cellules puisque la membrane plasmique est composée de phospholipides, tout comme les membranes présentes à l'intérieur des cellules. En situation normale, les lipides apportés par notre alimentation suffisent aux besoins journaliers de nos cellules.

Cependant, pour proliférer, les cellules ont besoin de produire une grande quantité de phospholipides pour construire les membranes des cellules filles. Par conséquent, les cellules cancéreuses produisent elles-mêmes une part importante des lipides dont elles ont besoin pour fabriquer les membranes : la synthèse des lipides s'appelle la lipogenèse. Les enzymes qui sont chargées de synthétiser les lipides de la cellule sont surexprimées dans les cellules cancéreuses, en particulier l'acide gras synthase qui participe à la synthèse des phospholipides de la cellule. La surexpression de cette enzyme est retrouvée dans la plupart des cancers, y compris dans les stades précoces de l'oncogenèse, ce qui suggère que la suractivation de la lipogenèse est essentielle à la progression tumorale.