Retrouvez également l’étude The other end of the rainbow en anglais.
Résumé
Bien que le rayonnement infrarouge soit omniprésent dans le milieu terrestre, les effets du rayonnement infrarouge sur la peau humaine ont été traditionnellement ignorés. Les études récentes suggèrent un rôle important pour le rayonnement de l’infrarouge A (760-1440 nanomètres) dans l’inflammation cutanée, photo-vieillissement et photo-carcinogenèse. Dans cette question, Calles et autres identifient et analysent le transcriptome causé par l’IRA dans les fibroblastes cutanés humains. Leur travail ouvre la voie à de nouvelles orientations de recherches en photobiologie d’IRA, et soulève d’importantes questions cliniques au sujet de la photo protection et dermato-thérapie axé sur l’IR.
Introduction
La réfraction de la lumière dans ses couleurs constitutives a été décrite la première fois au 11ème siècle par le scientifique et le grand penseur Ibn al-Haytham (Alhacen), et était en pleine maturité dans la description de Sir Isaac Newton du spectre électromagnétique en 1671. En 1800, l’astronome William Herschel a édité sa découverte « des rayons calorifiques » au-delà de la partie rouge du spectre visible. Il a constaté que la réfraction de la lumière à travers un prisme a séparé un ensemble de rayons électromagnétiques, connue plus tard sous forme de rayonnement infrarouge (IRR), qui a produit une augmentation de la température sur un thermomètre au- delà de celle enregistrée dans le spectre visible (Mahmoud et autres, 2008).Bien que le rayonnement infrarouge ait été connu par la science depuis 210 années, le rayonnement ultraviolet (UVR) étant plus ancien, l’impact du rayonnement infrarouge sur la pathologie cutanée a suscité beaucoup moins d’attention que ses homologues ultra-violettes et visibles. Avec la publication de l’étude par Calles et collègues (2010), ceci va enfin commencer à changer. Ces investigateurs ont exposé des fibroblastes cutanés humains au rayonnement d’IRA et, employant la technologie de microarray (puce ADN), ils ont analysé le transcriptome causé par l’IRA. Les changements observés ont différé à maints égards des UV et ont permis d’identifier un certain nombre de gènes du cancer qui pourraient contribuer au photo-vieillissement et au cancer de la peau. En 1894, l’UNNA a décrit la première fois une dermatose photodistribué chez les marins qu’ils ont appelé « Seemanshaut » (carcinome de la peau des marins), photo-vieillissement localisé qu’il a attribué à l’exposition prolongée au soleil. Au début du siècle suivant, Hyde (1906) et Dubreuilh (1907) ont publié les premières preuves liant le cancer de la peau humain à la lumière du soleil. Les études suivantes chez les souris ont isolé des longueurs d’onde dans le spectre ultraviolet (280-400 nanomètre), et en particulier dans l’UVB (280-320 nanomètre) en tant que plus apte à causer des cancers de la peau sans mélanome (Findlay 1928 ; Freeman 1978) parmi ces longueurs d’onde qui atteignent la surface terrestre (290-4,000 nanomètre). En soi, les stratégies de photo-protection se sont concentrées presque exclusivement sur la limitation de l’exposition aux longueurs d’onde dans l’UVB et, de plus en plus, l’UVA (320 – 400 nanomètre). Néanmoins, le rayonnement ultraviolet constitue seulement 7% de l’énergie solaire qui atteint la peau ; 39% se situent dans le spectre de lumière visible (400-760 nanomètre). Mais la fraction la plus considérable de l’énergie solaire, 54%, se compose de rayonnement infrarouge (Kochevar et autres, 1999). Le rayonnement d’IR est divisé en IRA (760-1440 nanomètre), IRB (1440-3000 nanomètre) et IRC (3000 nm-1 millimètre). De ces derniers, seulement la fraction d’IRA – 30% du rayonnement d’IR qui atteint le corps humain – pénètre profondément dans la peau ; et 65% de cette partie atteint le derme (Schroeder et autres, 2010). Ainsi, l’IRA est bien placée pour exercer des effets sur le derme.
Rayonnement infrarouge en dermatologie clinique et expérimentale
Jusqu’à tout récemment, l’exposition chronique au rayonnement infrarouge (lorsqu’il est administré sous le seuil permettant d’induire des lésions thermiques) a seulement été identifié comme cause d’un désordre de peau, signe de l’érythème, une hyperpigmentation réticulée classiquement vu sur les jambes de ceux reposant trop proche des feux de foyer. Cette constellation d’atrophie épidermique, pigment de l’incontinence, de dégénérescence de collagène et d’élastoses cutanés ont eu une renaissance récemment avec la popularité croissantes des ordinateurs portables. Les ordinateurs portables, posés sur les jambes pendant des périodes prolongées, peuvent également produire cette dermatose rare. En plus, l’IR a été rapporté comme causatif dans un cas chronique de Kérastose lichenoïdes (Vernassière et autres, 2004). L’IRA est présent dans des lits de bronzage et a été impliquée dans la potentialisation des dommages causés par UV dans le derme murin (Kligman, 1982). D’autre part, on a récemment observé le traitement préparatoire d’IR pour réduire des dommages de l’ADN causés par l’UVB dans l’épiderme murin, apparemment par la réparation stimulante d’excision de nucléotide (Jantschitsch et autres, 2009). D’ailleurs, l’IR est également utilisé en dermatologie cosmétique pour le traitement des rhytides et du relâchement de la peau en raison de sa capacité de stimuler la production du type dermique I et III en collagène et en élastine (Tanaka et autres, 2009b), et a trouvé l’utilité thérapeutique clinique ou investigatrice dans des teints tels que la sclérodermie (Meffert et autres, 1990), d’acné (Orringer et autres, 2007), de plaies (Horwitz et autres, 1999) et des brûlures (Ezzati et autres,2009), et, chez les souris, dans le traitement du mélanome (Dees et autres, 2002). Mais cette indulgence à un prix (Schieke, et autres, 2003). Comme il a été mentionné, les longueurs d’onde d’IRA sont beaucoup plus longues que celles dans le spectre UV et pénètrent donc plus profondément dans la peau. Ceci produit des chromophores supplémentaires et des fibroblastes cutanés, qui sont critiques pour l’intégrité structurelle de la peau et de l’élasticité cutanée, les cibles principales de cette forme d’énergie rayonnante. En effet, l’activation causée par l’IRA de protéines kinase mitogène-activée (MAPK) augmente la matrice metalloproteinase-1 (MMP-1) des voies de signalisation de la protéine kinase dans les fibroblastes cutanés. MMP-1 s’est avéré être important dans le photo-vieillissement aussi bien que pour la carcinogenèse UV. L’expression MMP-1 causée par l’IRA doit au moins en partie rétrograder la signalisation mitochondrial qui a comme conséquence la production des radicaux libres dans la peau (Darvin et autres, 2007 ; Schroeder à Al, 2008). À cet égard, on lui a proposé que l’enzyme terminale de la chaîne respiratoire mitochondrial, oxydase du cytochrome c soit un chromophore infrarouge (Karu et autres, 2008).
Identifiant de la régulation génique induite par l’IRA
L’étude actuelle prolonge cette connaissance dans plusieurs nouvelles directions passionnantes. Tout d’abord, en évaluant l’IRA du transcriptôme induit dans les fibroblastes humains cultivés, et en utilisant un algorithme de sélection pour filtrer les différences interindividuelles, Calles et autres réussissent à identifier 599 transcriptions différentielles réglementés de gènes, qui peuvent être divisés en 4 groupes principaux : les gènes associés (a) à l’homéostasie extracellulaire de la matrice (MEC); (b) l’homéostasie d’ion de calcium ; (c) signalisation d’effort ; et (d) liée à l’apoptose de signalisation. Dans chaque catégorie, les différences dans l’expression du gène entre les fibroblastes irradiés et non irradiés ont jeté une nouvelle lumière sur des voies IRA déclenchées.
Parmi les gènes de la matrice extracellulaire, MMP-1 est augmentée, mais son inhibiteur tissulaire compensatoire de tissu de MMP-1 n’a pas créé de déséquilibre en faveur de la dégradation de l’ECM, soutenant un rôle de photo-vieillissement de l’IRA. En plus, les protéines impliquées dans l’adhérence cellulaire et migratoire : la fibronectine 1, VCAM-1, cadhérine CDH10 et deux gènes d’intégrine, se sont avérés être diminués par l’irradiation d’IRA, suggérant que l’IRA pourrait altérer des processus de guérison de blessures. Ces données doivent être réconciliées avec les données in vivo expérimentales (récapitulées par Peplow et autres, 2009) qui soutiennent les effets bénéfiques de la photo-bio modulation du laser infrarouge dans la cicatrisation. Naturellement, l’irradiation de laser, focalisée aux longueurs d’onde spécifiques (généralement à l’extrémité la plus courte du spectre d’IRA), devrait démontrer des différences dans la transcription du gène des lampes d’IRA émettant dans tout le spectre d’IRA, et les différences entre les transcripteurs à différentes longueurs d’ondes spécifiques de IRA seraient un sujet intéressant pour une étude plus approfondie. Par conséquent, le dosage peut jouer un rôle, comme la stimulation réduite, et même l’inhibition de la blessure guérissante, a été observée à des doses plus élevées dans deux études (Peplow et autres, 2009).
Fait intéressant, une transcription de gènes qui est augmentée est collagène I(COL1A1). Ces résultats sont compatibles in vivo aux résultats de Tanaka, et autres (2009a) chez les souris qui ont observé l’induction préférentielle d’un collagène plus doux, ayant pour résultat une élasticité cutanée accrue, après irradiation d’IRA de la peau.
En ce qui concerne l’homéostasie d’ion de calcium, l’étude actuelle identifie 18 gènes IRA modulés appropriés. Inclus parmi ces derniers, sont des acteurs clés dans la signalisation induite par le calcium qui sont diminués dans le photo-vieillissement – l’atpase de Na/K, et des protéines clés dans la voie de signalisation de phospho-inositol. En même temps, une constellation de gènes est augmentée qui semblent refléter les changements intracellulaires catalysés par la signalisation rétrograde mitochondrial dans le contexte du stress oxydatif.
L’étude prolonge notre connaissance aussi bien dans le domaine du stress. Les travaux précédents ont prouvés que l’IRA active la voie des MAPK (Schieke et autres, 2003 ; Shibata et autres, 2009). Employant des inhibiteurs des trois composantes principales de cette voie, les auteurs ont constatés que plusieurs gènes activés par l’IRA dépendent de l’ERK 1/2, des p38 et des voies de JNK et soumettent à une contrainte les gènes relatifs.
Le STAT3, anti-apoptotique et prolifératif, un médiateur important de l’inflammation de tumeur (Yu H et autres, 2009) est l’une des contraintes liées à des gènes qui est augmenté par l’IRA. STAT3 est un médiateur important de l’inflammation de tumeur (Yu H et autres, 2009) et ceci peut aider à expliquer le rôle de l’IRA chronique dans le cancer de la peau. En revanche, la sous-unité d’IL-12/23 p40 (gène d’IL-12B) s’est avérée pour réguler l’IRA.IL-12 et IL-23 se sont avérés pour déclencher la réparation d’excision de nucléotide dans les kératinocytes et pour stimuler l’apoptose. Ces deux cytokines se sont en plus avérés pour avoir une efficacité dans la prévention de l’immunosuppression causée par les rayons UV et en empêchant les lymphocytes T régulateur induites par UVR (Majewski et autres, 2010 ; Schwarz et autres, 2005). Les dimères de pyrimidine de Cyclobutane et l’immunosuppression causée par UVR sont des facteurs clé dans l’initiation et la promotion de cancer de la peau, et la regulation d’IL-12et d’IL-23 dans le milieu cutané par IRA peut aider à commencer à expliquer les bienfaits rapportés de l’IRA sur des dommages des rayons UV in vivo (Jantschitsch et autres, 2009).
En conclusion, l’étude actuelle fournit les informations supplémentaires concernant le rôle complexe de l’IRA dans l’apoptose, démontrant l’augmentation de la régulation pro-apoptique de BAX et la stimulation de l’expression de la protéine de survie FASTK et TNFRSF6B d’une part et la baisse de la régulation du MAUVAIS pro-apototique par l’intermédiaire de l’induction de ROS de la voie de P13K/AKT d’autre part. Comme l’a noté l’auteur, ceci peut aider à expliquer les effets différentiels sur l’apoptose rapporté par d’autres, selon si l’irradiation d’IRA précède l’irradiation apoptogène d’UVB (dans ce cas elle est anti-apoptotique) ou est appliquée seule (dans ce cas elle est pro-apoptotique). De futures études sont justifiées pour tracer les mécanismes de ces effets plus entièrement.
Les orientations futures.
Ce rapport ouvre la porte pour davantage de recherche dans les actions biologiques de l’IR sur la peau. Cette forme d’énergie rayonnante pénètre plus profondément dans la peau, active un ensemble de cibles moléculaires uniques et, active un ensemble unique de cibles moléculaires et, par conséquent, produit des effets biologiques sur la peau qui sont différents d’autres formes d’énergie rayonnante. Les changements dans les gènes bien connus pour leurs rôles dans le photo-vieillissement et la photo-carcinogénèse par le rayonnement de l’IRA est d’une pertinence évidente pour la dermatologie d’investigation, et ces conclusions seront d’une aide immense dans l’orientation des études sur des modèles in vivo .Tel que noté ci-dessus, des effets différentiels sur l’expression du gène à différentes longueurs d’ondes dans le spectre d’IRA devraient être définis, et les chromophores IRA intracellulaires devront être identifiés.
La pertinence clinique de ces résultats touche à des aspects de la prévention et de la thérapie. Comme Schroeder et autres (2010) ont noté, des stratégies de protection du soleil doivent être reconsidérées. Les protections solaires actuelles n’ont pas été évaluées pour, et sont peu susceptibles de posséder une efficacité contre l’IRA. L’application topique des antioxydants a été montrée pour abroger la production MMP-1 causée par l’IRA (Schroeder et autres 2008) et ceci peut être une stratégie anti-IRA viable.
Bien que les effets des rayons UV sur des kératinocytes et les effets des rayons IR sur les fibroblastes cutanés partagent un certain nombre de paramètres biologiques, il y a des différences substantielles dans l’expression des gènes et les chromophores qui lancent ces processus, aussi bien que les voies intracellulaires qui sont activées par eux sont très différentes. Ceci soulève la question intéressante de savoir s’il existe des motifs d’inquiétude au sujet de la lumière visible, qui se trouve entre UV et l’IR sur le spectre électromagnétique. Les chromophores dans le spectre visible sont présents dans la peau et les études récentes de spectroscopie de résonance de paramagnétique électronique ont démontré la génération significative de ROS dans la peau par la lumière visible (Zastrow et autres, 2009).
La génération de nouvelles connaissances sur les effets de l’IR sur la peau détient la promesse d’une meilleure compréhension des maladies cutanées, telles que le photo-vieillissement, avec l’objectif ultime des stratégies préventives et thérapeutiques plus efficaces auxquelles cette forme d’énergie rayonnante participe.