Génétique du Cancer
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Génétique du Cancer 1. Facteurs génétiques du cancer révélés par analyse de la génétique prémoléculaire 2. Oncogènes 3. Anti-oncogènes 4. Hypothèse de carcinogénèse de deux-temps à pleusieures étapes. Facteurs génétiques du cancer révélés par analyse de la génétique prémoléculaire 1. Anomalies chromosomiques avec risque augmenté du cancer. 2. Mutations monogéniques et cancer. 3. Maladies monogéniques associées avec instabilité chromosomique et cancer. 4. Cancers de la nature polyfactorielle. Aberrations chromosomiques constitutionnelles avec risque du cancer maladie génétique anomalie chromosomique Syndrome de Down (Mongolisme) trisomie 21 Syndrome de Klinefelter 47, XXY Syndrome de Turner 45, X type de importance prédisposition clinique au cancer leucémie cause la plus fréquente de retard mental modéré; le risque est lié à l’âge maternel Cancer du phénotype de type masculin Sein associé à des anomalies caractéristiques; incidence 1/1000 garçons Carcinome phénotype de type féminin de l’ovaire associé à des anomalies caratéristiques Mutations monogénique et cancer Maladie génétique mode d’hérédité Exostose multiple héréditaire AD Chondrosarcome Neurofibromatose AD Neurofibrosarcome Néoplasies multiples AD Carcinome parathyroïd Carcinome thyroïd Polypose familiale du côlon AD Cancer du côlon Tylosis AD Cancer de l’oesophage Syndrome familial AD du cancer tumeur Cancer du côlon Cancer du sein etc Rétinoblastome AD Rétinoblastome AD=autosomique dominant Neurofibromatose 1. Features cliniques majeures La feature seule constante de cette maladie est la presence de taches café au lait, tumeurs fibromateuses de la peau. (1) Von Recklinghausen neurofibromatose(NF1): Taches café au lait. Nombreuse neurofibromes qui dérivent du système nerveux périphérique, augmentent en nombre et taille avec âge. Autre tumeurs d’origine des crêtes neurales, particulièrement les gliomes du nerf optique et neurofibrosarcome sont aussi présents. (2) Neurofibromatose acoustique bilateral (NF2) Les taches café au lait et les neurofibromatose sont moins fréquentes en nombre dans NF2 que dans NF1. Presque 100% des patients presentent le neurinome bilateral du nerf coustique. Ce sont des tumeurs bénignes dérivant du huitième nerf cranial et entraine la perte de l’audition ou le vertige. Les tumeurs de la bulbe cérébrale et des racines des nerfs cervicaux supérieur sont aussi fréquentes. 2. Génétique Autosomique dominante avec des variations importantes dans l’expression. Pénétrance complète. Le gène NF1 est localisé sur le chromosome 17q11.2. Le NF2 est situé sur chromosome 22q12. Syndrome familial du cancer (Adénocarcinome Héréditaire) 1. Features cliniques majeures: Il existe une forme de cancer commun dans une famille, mais chaque membre n’a pas nécessairement le même cancer. (1) Type I (syndrome familial du cancer de Lynch II). Cancer du colon associé avec autres formes de cancer, particulièrement carcinome de l’endométre, l’ovaire, le pancréas, le sein, la prostate, l’estomac, la peau, et le mélanome. (2) Type II(sydrome de Li-Fraumeni) Cancer du sein associé avec autre formes de cancer, particulièrement carcinome du cerveau, de la surrénale, de la thyroïde, et de la vessie, aussi de la sarcome, leucémie, et du lymphome. Quelques caractéristiques génétiques speciales y compris (1) Les tumeurs affectant plusieurs membres d’une famille à un âge particulièrement jeune et suivant un mode autosomique dominant. (2) Un patient ayant souvent plus d’un tumeur primaire; par exemple, un patient pouvant avoir le carcinomes du côlon et l’endométre en même temps. (3) Les tumeurs peuvent être multicentrique. (4) Plus de 25% de descendance du proposant sont impliqués, le pourcentage exact dépend de l’âge de ces individus. 2. Hérédité: AD avec environ 60% de pénétrance. Pédigree d’une famille du cancer chez quelle beaucoup de membres ont eu les carcinomes du sein ou des sarcomes variés de tissue mou (Syndrome de Li-Fraumeni) I-1, II-1, II-2, II-3, III-4, IV-2 — Carcinome du sein III-2, IV-3, IV-4 — Carcinome de poumon III-1 — Cancer de la peau, Sarcome de l’iléum, Carcinome prostatique III-3 — Carcinome du pancréas IV-1 — Leucémie aiguë IV-5 — Sarcome rectale V-1, V-3 — Rhabdomyosarcome V-2 — Tumeur de wilms V-4 — Gliome Rétinoblastome Caractérisques cliniques majeures: 1. Le rétinoblastome est une tumeur maligne de la rétine chez l’enfant, dont l’incidence est d’environ 1 sur 20,000 naissances. Le diagnostic de rétinoblastome doit habituellement être suivi de l’énucléation de l’oeil atteint, bien que de plus petites tumeurs, diagnostiquées à un stade plus précoce, puissent être traitées par thérapie locale, permettant de préserver la vue. 2. Environ 40% des cas de rétinoblastome sont héréditaires. Le 60% des cas sont sporadiques. Dans une forme sporadique, les deux allèles RB1 d’une seule cellule rétinienne ont été inactivés par une mutation somatique. Puisque ceci est un événement rare, il existe habituellement une seule tumeur(le rétinoblastome est unilatéral) et l’âge d’apparition est plus tardif que chez les enfants atteints de la forme héréditaire. Hérédité: 1. AD avec pénétrance de 60-90% et expréssion variable. 2. En général, les cas bilatéraux sont héréditaires et donc transmissibles. Les cas unilatéraux sont des mutations aléatoires mais, il est important de savoir que 15% des patients avec un rétinoblastome unilatéral ont une forme héréditaire. 3. Associé avec 13q délétion. Mutations monogéniques et cancer maladie génétique mode tumeur d’hérédité Albinism AR Cancer de la peau Xeroderma Pigmentosum AR Cancer de la peau Bruton XR Agammaglobulinimie Leucémie Maladies monogéniques associées avec instabilité chromosomique et cancer maladie mode signes cliniques d’hérédité Ataxie AR Ataxie cérébelleuse, telangiectasie, télangiectasie retarde de croissance, déficience en immunoglobulines, apraxie oculomotrice, prédisposition au cancer aberrations chromosomiques cassure de type chromatidienne, défaut de réparation de l’ADN tumeur lymphome Anémie Fanconi AR petite taille, hypoplasie adiale, haute fréquence anémie, pancytopénie, pigmentation cassures de la peau chromosomiques et d’échanges entre chromosomes non homologues leucémie Symdrome de Bloom AR Petit poids à la naissance, nanisme, fréquence élévée malaire, rach lupique de la face, d’échanges des exacerbé par la lumière du soleil chromatides soeurs (SCE) et de cassures chromosomiques leucémie AR=récessif autosomique Cancers de la nature polyfactorielle Le cancer n’est pas une maladie mono-factorielle. Au niveau moléculaire, on peut voir le phénomène de coopération entre oncogènes dits 《immortalisants》et oncogènes dits 《transformants》. L’étude biochimique des protéines commence aussi à révéler des interactions moléculaires de type protéine-protéine. D’autre part certains oncogènes ont un effet pléiotrope à cause de leur effet trans-activateur de plusieurs autres gènes. Au niveau cellulaire: bien que les cancers dérivent d’une prolifération cellulaire monoclonale, l’hétérogénéité phénotypique des cellules tumorales est une donnée constante. Elle résulte d’une hypermutabilité des cellules du clone tumorigène qui engendre à son tour des souspopulations secondaires. Parmi celles-ci certaines se distinguent par des caractères acquis en cours de route: résistance à la chimiothérapie, pouvoir invasif, pouvoir métastatique. La multiplicité des anomalies trouvées témoigne de la grande instabilité génétique des clones de cellules cancéreuses. Il sera important de déterminer s’il existe un ordre stéréotypé dans l’apparition des différentes lésions du DNA. Etiologie des cancers polyfactoriels 1. Cancer du sein 2. Cancer du poumon 3. Cancer gastrique Cancer du sein 1. Le risque est 2 à 3 fois supérieur chez les apparentés de premier degré que chez les contrôles. Ce risque est d’autant plus important que le proposant est atteint avant le ménopause et de façon bilatérale. 2. Corrélation avec la fréquence de cancer du sein chez les jumeaux MZ est un peu superieur que chez les jumeaux DZ. Etude familiale du cancer du sein chez les caucasiens Proposant Contrôles Fréq chez soeur et fille 2.3% Proposants avec apparition postménopausique NS Proposants avec apparition préménopausique 6.7% Proposants avec implication bilatérale 13% Proposants avec apparition 17% préménopausique et implication bilatérale données de Nora, JJ et Fraser, Fc(1981). Etude des jumeaux du cancer du sein chez les caucasiens 1. Données d’Danish: 70/4368 jumeaux de même-sexe avec au moins un ayant cancer du sein. CMZ=4/23=17% CDZ=6/47=13% 2. Données groupées: CMZ=28% CDZ=12% données de Nora, JJ et Fraser, Fc, 1981 MZ: monozygote DZ: dizygote Cancer du poumon 1. Fumées est incontestablement la cause majeure, mais les facteurs génétiques prédisposant peuvent aussi exister. Si un individu fumeur est apparenté à une personne avec cancer du poumon. Son risque d’avoir un cancer du poumon est augmenté de 14 fois à celui de la population générale. 2. Polymorphisme de l’induction de l’enzyme microsomique associé avec susceptibilité à cancer du poumon. Hydrocarbon polycyclique hydroxylase de hydrocarbones d’aryle Forms epoxide carcinogénique Polymorphism dans population (1) Inductibilité basse 45% (2) Inductibilité intermediaire (3) Inductibilité haute Patients atteints de cancer du poumon représentent présque jamais d’ “inductibilité base” et 30% de ces patients présentent le phénotype d’ “inductibilité haute”. Ce suggère que l’individu avec enzymes facilement inducible vont transformer plus facilement les hydrocarbones précarcinogéniques de fumeur du cigarette aux forms carcinogeniques. Cancer Gastrique On n’est pas sure concernant le role de la génétique dans developpement du cancer gastrique. 1. L’arbres généalogiques AD publiés également compatible avec l’hypothèse MF. 2. Le risque plus haut dans individus avec groupe sanguin A. 3. Le risque augmenté chez les patients avec immunodéficience déterminée génétiquement. 4. Le haut risque dans polypose gastrique familial. 5. Une caractéristique dans syndrome familial du cancer. Epoque génétique moléculaire du cancer humain Evénement 1. Découverte de l’oncogène dominant activé Auteur Krontiris TG et al(1981) Shih C et al(1981) 2. Oncogènes activés Der CJ. Et al(1982) sont homologues des gènes Parada LF et al(1982) transformés rétroviraux 3. Rb est un gène récessif du cancer Benedict WF et al(1983) 4. Clonage du gène Rb Friend SH et al(1986) Lee WH et al(1987) 5. P53 est un gène suppresseur du tumeur Eliyahu D et al(1989) Finlay CA et al(1989) Oncogènes 1. Nature clonale du cancer. 2. Phénotype de la cellule cancéreuse in vitro. 3. Définition de v-onc et c-onc. 4. Oncogène viral v-src dérive d’un gène cellulaire normal de poulet. 5.Proto-oncogènes de humain et leurs localisations chromosomiques. 6. Localization cellulaire des produits protéiques de protooncogène. 7. Fonctions des produits protéiques de proto-oncogène. 8. Activation des proto-oncogènes. 9. Génétique des proto-oncogènes activés. Nature clonale du cancer Arguments: 1. L’enzyme de la glucose-6-phosphate déshydrogénase (G6PD) située sur le chromosome X. En raison de l’inactivation du chromosome X, chez les femmes hétérozygotes, seul un des deux allèles de la paire allélique lié au chromosome X est exprimé dans les cellules somatiques. Les lignées cellulaires qui dérivent des tumeurs chez ces femmes expriment l’un ou l’autre allèle G6PD mais pas les deux à la fois, ce qui indique que chaque tumeur a pour origine une seule cellule. 2. Les réarrangement chromosomiques caractéristiques d’un grand nombre de cancers, tels que les translocations observées dans le lymphome de Burkitt et dans la leucémie myéloïde chronique, indiquent également que ces cancers ont une origine unicellulaire. Phénotype de la cellule cancéreuse in vitro Une fiche signalétique de la cellule transformée. Les principales caractéristiques phénotypiques des cellules transformées sont: 1. La perte de l’inhibition de contact. 2. La perte de la dépendance vis-à-vis de l’ancrage. 3. L’indépendance vis-à-vis des facteurs de croissance. 4. La croissance illimitée, c’est-à-dire l’immortalité. 5. La tumorigénicité après injection dans un organisme immuno-tolérant (souris athymique dite nude). Définition de v-onc et c-onc v-pour le gène viral et c-pour le gène cellulaire v-onc: la présence d’un v-onc est responsable pour la tumorigénèse virale aiguë. c-onc: un gène cellulaire qui peut être activé par transduction, mutation ou remaniement du rétrovirus et devient un v-onc ou un gène transformé cellulaire. Organisation génomique du rétrovirus sauvage Séquence empaquetée (Psi) Transcriptase réverse Protéines structurales interne Répétitions terminales longues 1. Promoteur/ Enhanceurs 2. Intégration 3. D’autres fonctions Glycoprotéines envelopées Il est notable que beaucoup, mais pas la totalité, des oncogènes identifiés dans les tumeurs humaines sont en fait dérivés d’oncogènes viraux isolés précédemment à partir de virus ARN capable d’induire des tumeurs. L’observation de la capacité d’un virus à transformer une cellule normale en une cellule maligne illustre le fait que les gènes peuvent être un élément important dans la conversion maligne. v-onc dérive de c-onc Le gène src a été utilisé comme sonde et a révélé l’existence d’une séquence unique équivalente dans le génome des cellules de poulet non infectées(1976). L’oncogène src existe donc normalement dans le génome de la cellule hôte. La comparaison du gène viral et du gène cellulaire montre que s’ils codent pour la même protéine (avec de très minimes différences), leur structure générale diffère, avec en particulier une disparition des introns dans l’oncogène viral. Diagramme montrant l’oncogène derivé du proto-oncogène cellulaire Protooncogène Génome de rétrovirus sans oncogène Génome de RSV ψ: Séquence empaquetée Proto-oncogènes humains et leurs localisations chromosomiques Exemples sélectionnés d’oncogènes Oncogène source Protéines de transduction du signal abl Virus Abelson de la leucémie murine src Virus du sarcome de Rous(poulet) trk Carcinome du côlon humain H-ras Virus du sarcome Harvey chez le rat N-ras Différentes tumeurs humaines (neuroblastomes) Protéines nucléaires se liant à l’ADN myc Sarcome du poulet N-myc Neuroblastome humain Facteur de croissance sécrété sis Virus du sarcome simien Récepteurs des facteurs de croissance erbA Érythroblastose aviaire Localisation des Propriété biochimique proto-oncogènes 9q34 20q12-13 1q32 11p15.5 1p13 Protéine kinase Protéine kinase Protéine kinase GTPase GTPase 8q24 2q24 Se lie à l’ADN Inconnu 22q12.3-13.1 13q21-22 Chaîne β du facteur de croissance dérivé des plaquettes(PDGF) Récepteur stéroïde Réalisé d’après Park M, Van de Woude GF(1989) Oncogenes: Genes associated with neoplastic disease. In Scriver CR, Beaudet AL, Sly WS, Valle D(eds). The metabolic basis of inherited disease, 6th ed. McGraw-Hill, New York, pp.251-276 La localisation cellulaire des produits protéiques de proto-oncogène 1. Protéines secrétées (sis=PDGF β) 2. Protéines membranaires (ABL, ERBB1=EGFR, RAS, YES, FPS, SRC, FMS) 3. Protéines cytoplasmiques (ERBA1, ERBA2, MIL, MOS) 4. Protéines nucléaires (MYC, MYB, FOS, BLYM, SKI) Localisation cellulaire des produits protéique de l’oncogène varié Membranes internes Membrane cellulaire Nucléus Cytoplasme Fonctions des produits protéiques de proto-oncogène Transduction du signal et régulation de la croissance par les produits des proto-oncogènes, classés par leur localisation et leur fonction dans la cellule. La dérégulation du proto-oncogène peut conduire à une transformation maligne. Fonctions des produits protéiques de proto-oncogène 1. Facteurs de croissance, tels que l’EGF (facteur de croissance épithéliale) et PDGF(facteurs de croissance dérivés des plaquettes). 2. Récepteurs spécifiques pour les facteurs de croissance. 3. Protéines membranaires liant le GTP Le système de transduction entre les signaux extracellulaires et leur impact intra-cellulaire comporte un mécanisme complexe dans lequel des Gprotéines(protéines liant les nucléotides à guanosine) oscillent entre une forme active liée au GTP et une forme inactive liée au GDP. 4. Protéines cytoplasmiques pour la transduction du signal, telles que ras, src, et abl qui sont des protéines kinases et des protéines se liant au GTP. 5. Protéines nucléaires telles que myc qui interagissent avec les gènes en se liant à l’ADN. Génétique du proto-oncogène activé 1. Activation du proto-oncogène est un type de mutation génique dans une cellule somatique. Cette mutation est transmissible au niveau de la cellule mais nonhérité. C’est à dire, elle n’est pas héréditaire. 2. Proto-oncogène activé ou gène transformé cellulaire représente comme un gène dominant. Une copie est suffisante pour conduire une cellule normale à la cellule tumorale. Activation des proto-oncogènes 1. Mutation ponctuelle. 2. Translocation chromosomique. 3. Amplification génique. Mutation ponctuelle Une observation importante concernant les proto-oncogènes provient de l’analyse moléculaire de l’oncogène ras qui dérive d’une lignée cellulaire du carcinome de la vessie. L’oncogène et son proto-oncogène diffèrent seulement par une paire de bases. Une mutatuion ponctuelle dans la cellule somatique de la tumeur a conduit à la synthèse d’un produit génique anormal, capable de stimuler la croissance de la lignée cellulaire, la transformant en tumeur. Les oncogènes ont un effet dominant au niveau cellulaire; c’est -à dire, lorsqu’ils sont activés, un seul allèle mutant est suffisant pour changer le phénotype d’une cellule d’un phénotype normal à un phénotype malin. Les mutations ponctuelles de ras sont observées dans un grand nombre de tumeurs, et les gènes ras sont, d’après les observations expérimentales, des cibles pour des carcinogènes connus, une observation qui confirme le rôle des gènes ras mutés dans le développement d’un grand nombre de cancers. Activation de c-onc par mutation ponctuelle dans la famille des ras c-onc activé HRAS-1 KRAS-2 NRAS HRAS-1 NRAS cancer codon mutation carcinome de la vessie cancer du sein cancer du poumon cancer du colôn LAM cancer du poumon Neuroblastome 12 12 12 12 12 61 61 acid aminé CGC→GTC gly→val CGC→GAC gly→asp GGC→TGC gly→cys GGC→GTC gly→val GGC→GAC gly→asp CAA→CTA gln→leu CAA→AAA gln→lys Translocation chromosomique La translocation chromosomique est un mécanisme fréquent d’activation des proto-oncogènes dans une variété de cancers. Dans la leucémie myéloïde chronique(CML), la transformation maligne est liée à la translocation du proto-oncogène abl de sa position normale sur le chromosome 9, sur le chromosome 22 dans les cellules souches hématopoïetiques. La translocation entre chromosomes 9 et 22 contribue directement au développement du phénotype malin et est aussi un indicateur diagnostique de CML, ainsi que d’autres translocations sont dans d’autres types de cancer. Amplification génique Un autre mécanisme important est l’amplification génique, un processus rare voire inexistant dans les cellules normales, mais fréquent dans les cellules cancéreuses, les segments d’ADN amplifié sont souvent détectés sous la forme de deux types de changements cytogénétiques, les double-minutes et les régions qui se colorent de façon homogène (HSR), dans lesquels on ne retrouve pas la structure normale des bandes et qui contiennent de multiples copies d’un segment d’ADN amplifié. Comment et pourquoi les double-minutes et les HSR surviennent-ils est encore très mal compris, mais les régions amplifiées sont connues pour contenir des copies additionnelles de protooncogènes qui modifient la croissance cellulaire. Par exemple, le proto-oncogène N-myc est amplifié jusqu’à 200 fois dans 40% des neuroblastomes. Le phénomène est vraisemblablement relié à la progression tumorale. Activation du proto oncogènes par amplification Cancer cancer pulmonaire à pétites cellules Neuroblastome Oncogène cellulaire myc N-myc L-myc N-myc Amplification 80fois 50fois 20fois 250fois Glioblastome erb-B1(EGFR) 50fois Cancer du sein erb-B2 30fois Gènes suppresseurs de tumeur L’existence des gènes dominants suppresseurs de cancers est suspectée depuis longtemps, car il est parfois possible de supprimer le phénotype transformé d’une cellule par fusion somatique avec une cellule normale. Gènes suppresseurs de tumeur 1. Evidence pour hypothèse du gène suppresseur de tumeur 2. Gènes suppresseurs de tumeur humaine et leur localisation chromosomique. 3. Localisation cellulaire des produits proteines du gènes suppresseur de tumeur. 4. Fonction des produits proteines des gènes suppresseurs de tumeur. 5. Inactivation des gènes suppresseur de tumeur. 6. Génétique des gènes suppresseurs de tumeur inactivée. 7. Exemples typiques des gènes suppresseurs de tumeur. Evidence pour hypothèse du gène suppresseur de tumeur 1. Etude de l’hybride cellulaire somatique Les études avec hybride cellulaire somatique a montré que les cellules malignes humaines fusionnées avec cellules normales humaines, deviennent un hybride cellulaire nontumorigénique. Ce phénomène du suppresseur tumeur suggère qu’un gène(ou des gènes) de la cellule normale peut remplacer un gène défectueux dans les cellules cancereuses et rétablir la reponse aux régulateurs normaux de la croissance cellulaire. Ceci permet de conclure que les tumeurs sont developpées à cause de la perte des gènes régulateurs de la croissance de leur gènomes. 2. Perte de l’hétérozygotie(Loss of Heterozygosity LOH) et la découverte du premier anti-oncogène Des anti-oncogènes ont été trouvés par l’étude d’ADN tumoral dans des cas de rétinoblastome familial avec délétion constitutionnelle en 13q14. Celle-ci a montré une perte de l’hétérozygotie pour certains RFLP proches du locus. 3. Analyse génotypique Au niveau génotypique, la perte de l’hétérozygotie était prouvée par le fait que ces sujets avaient deux allèles distincts dans leur ADN constitutionnel (ADN des leucocytes) alors qu’un seul était visible par analyse selon southern de l’ADN tumoral. Cette perte ne pouvait donc représenter qu’un second événement somatique, survenant nécessairement sur le chromosome non porteur de la délétion en 13q14. 4. Etude sur cytogénétique L’analyse du caryotype de ces tumeurs est venue confirmer la perte du chromosome 13 normal, soit simple avec monosomie pour le chromosome 13 délété(hémizygotie), soit suivie d’une duplication du chromosome 13 délété(homozygotie vraie). La découverte de la perte de l’hétérozygotie dans les cellules tumorales a été riche de conséquences: l’existence des gènes dominants réclamant une inactivation homozygote pour qu’un cancer se développe: les anti-oncogènes ou gènes suppresseurs de cancers. Gènes suppresseurs de tumeur humaine et leur localisation chromosomique Syndrome gène cloné localization Fonction proposée de chromosomique produits protéiques 13q14.3 cycle cellulaire et régulation transcriptionelle Fixation d’E2F Rétinoblastome RB1 Syndrome Li-Fraumeni P53 17p13.1 Facteur transcription; réponse à lésion d’ADN et apoptose stressée Polypose adénomateuse Familiale microtubule APC 5q21 Regulation de Fixation β-catenin de Neurofibromatose type 1 NF1 ` 17q11.2 GAP pour P21 proteine ras; Fixation de microtubule Tumeur de Wilms 11p13 WT1 repésseur de transcription Gènes suppresseurs de tumeur humaine et leur localisation chromosomique Syndrome gène cloné localization Fonction proposée de chromosomique produits protéiques Cancer familial du sein 1 BRCA1 17q21 Interaction avec protéine Rad51; réparation de cassure des deux brins. Cancer familial du sein 2 BRCA2 13q12 voire BRCA1 Syndrome de Von Hippel-Lindau (VHL) VHL 3p25 Régulatrices transcriptionnels Cancer rénal papillaire Hérédité MET Mélanome familial P16(CDKN2) 9p21 élongation par ARN polymérase II 7q31 HGF pour recepteur transmembranaire Inibiteur de CDK4 et CDK6, Kinase de cyclin-dépandant Gènes suppresseurs de tumeur humaine et leur localisation chromosomique Syndrome gène cloné localisation chromosomique 11q13 Néoplasies endocriniennes(MEN1) multiples Type 1 MEN1 Néoplasies endocriniennes(MEN2) multiples Type 2 RET Exostose multiple EXT1,EXT2,EXT3 8q24.1 11p11-13 19p 10q11.2 Fonction proposée de produits protéique Unconnu kinase tyrosine recepteur transmembranaire pour GDNF unconnu Gènes suppresseurs de tumeur humaine et leur localisation chromosomique Syndrome gène cloné localisation chromosomique Fonction proposée de produits protéique Ataxie-télangiectasie ATM 11q22 réparation d’ADN Induction de P53 Syndrome de Bloom BLM 15q26.1 hélicase d’ADN? Xeroderma Pigmentosum XPB, XPD, XPA groupes complentation multiple réparation d’ADN hélicase réparation d’excision nucléotïde Anémie Fanconi FACC, FACA 9q22.3, 16q24.3 réparation d’ADN Localisation cellulaire des produits protéiques des gènes suppresseurs 1. Protéines membranaires DCC, VHL?, NF2? 2. Protéines cytoplasmiques NF1, APC? 3. Protéines nucléaires P53, Rb, WT-1 Fonction des produits proteiques des gènes suppresseurs de tumeur Les produits proteiques des gènes suppresseurs de tumeur ont des fonctions diversifiées: 1. Molécule d’adhésion cellulaire(DCC) 2. Linkage entre membrane et cytoskeleton (NF2?) 3. GTPase-activateur(NF1) 4. Facteur transcriptionnel (P53, Rb, WT-1) 5. Fonction unconnue (APC, VHL) Fonctions de P53 sauvage 1. Fonctions biochimiques (1) Fixer ADN dans un manier de sequence specifique. (2) Activer la transcription à paitir des promoteurs avec sites de fixation de P53. (3) Inhiber la transcription à paitir des promoteurs sans sites de fixation de P53. (4) Stimuler l’hybridation d’ADN. (5) Inhiber l’activité de hélicase. (6) Inhiber la replication d’ADN. 2. Fonctions Biologiques (1) Induire l’arrêt de croissance à G1. (2) Induire l’apoptose (la mort cellulaire programmée) après lésion d’ADN. (3) Inhiber la croissance cellulaire tumorale. (4) Garder la stabilité génétique. Génétique des gènes suppresseurs de tumeur inactivée 1. Inactivation du gène suppresseur de tumeur qui est un type de gène mutation observée dans une cellule gérminale ou somatique. Ce gène suppresseur de tumeur par mutation est héréditaire, s’il a lieu dans une cellule gérminale, mais non-héréditaire s’il est observé dans une cellule somatique. 2. Le gène suppresseur du tumeur inactivée ou mutée, aussi appelé “gènes récessifs de cancer”. Les cellules de l’hétérozygotie peuvent avoir le phénotype normal. La cellule à l’état hémizygote ou homozygote produit une cellule tumorale à cause de l’absence de proteine suppretrice tumorale. Quelques exemples typiques des gènes Suppresseurs de tumeur 1. Gène Rb Le gène Rb couvre une région de plus de 180kb et code pour un messager de 4.7kb correspondant à une protéine de 927 acides aminés (environ 110KDa) entièrement déduits de la structure du ADNc. Il s’agit d’une phosphoprotéine (p110RB) retrouvée dans les noyaux de tous les types cellulaires ,et possédant les caractéristiques structurales d’une DNA-binding protéine. L’expression de l’anti-oncogène RB est ubiquitaire, semble être aussi impliqué dans d’autres cancers que les tumeurs embryonnaires. Les délétions grandes et petites ou mutations du gène Rb peuvent être observées chez les patients avec rétinoblastome et osteosarcome. Comparaison des formes mendélienne et sporadiquue des cancers tels que le rétinoblastome, le syndrome de WAGR, et la polypose lamiliale du côlon. Origine du rétinoblastome héréditaire et sporadique Sporadique Gamètes normaux Gamètes normaux Gamètes anormaux Héréditaire 1er coup dans la ligne de germe Locus RB1 Zygote avec un allèle Rb Zygote normaux Division cellulaire Cellules Division somatiques cellulaire 1er coup Méiose 2ème coup Prolifération uncontrôlée conduisant au rétinoblastome Gamètes normaux Toutes les cellules sont +/Rb Division cellulaire Cellules somatiques Méiose 2ème coup dans précurseur de cellule somatique des yeux Gamètes Gamètes Prolifération uncontrôlée normaux anormaux conduisant au rétinoblastome 2. Gène P53 (1) Le gène p53, est localisé sur chromosome 17p13.1, une région fréquemment délétée dans un cancer de côlon. Une copie du gène p53 est délétée dans tous les cancers du côlons. En effet, dans toutes les tumeurs examinées, l’allèle p53 réstant présente au moins une mutation provequant une substitution d’acid aminé. (2) Au niveau très bas de la protéine p53, a été trouvé dans les cellules normales, mais il est souvent très élevé dans les cellules transformées en culture et dans les tumeurs humaines. On pense d’abord leur contribution à tumorigénèse. Maintenant, Il est claire que les mutations multiples dans le gène p53 sont résponsables à stabilité de la protéine. La protéine p53 sauvage a une demi-vie d’environ 15 minutes, par contre, les protéines p53 avec mutations variées ont une demi-vie de pleusieurs heures. (3) Surexpression de la protéine p53 mutée a au début malconduit à la notion que p53 est un oncogène. Il a maintenant été clairement montré que seulement le gène p53 avec mutations ont été considérés comme oncogènes et que le gène sauvage a un rôle suppresseur de la transformation. (4) Des mutations dans le gène p53 ont été trouvées chez des sujets présentant le cancer du côlon, autre cancers tels que les cancers du poumon, de la vessie, du cerveau, du neurofibrosarcome, et le cancer du sein, et leucémie myeloïd chronique ont été aussi détecté. Arbre généalogique du syndrome de Li-Fraumeni, dans lequel le cancer du sein, les sarcomes, et d’autres tumeurs malignes sont apparus. Les âges au moment du diagnostic sont indiqués. (Redessiné d’après Li FP [1988] Cancer families: Human models of susceptibility to neoplasia - the Richard and Hinda Rosenthal Foundation award lecture. Cancer Res 48: 5381-5386) Gène p53 avec mutations et altérations génétiques les plus communes dans les cancers humains cancer fréquence des mutations du gène p53 cancer du côlon 70% cancer du sein 30-50% cancer du poumon 50% cancer pulmonaire à 100% petites cellules Quelques exemples typiques des gènes suppresseurs de tumeur 3. Gène WT-1 un gène codant pour une protéine en doigt de zinc a été cloné à partir de la région 11p13 chez les patients atteints de tumeur de Wilms. C’est vraisemblablement le locus en cause dans au moins certains cas. Cependant, il ne s’agit probablement pas du seul gène prédisposant à la tumeur de Wilms, puisqu’un grand nombre de gènes de cette région chromosomique sont exprimés dans le rein, et parce que dans certaines familles le locus prédisposant se localise en 11p15, alors que dans d’autres la localisation génétique est inconnue. Le gène WT-1 a une expression tissulaire spécifique. Il est n’impliqué que dans la tumeur de Wilms. Gènes suppresseurs de tumeur identifiés pour diagnostic amélioré et traitement du cancer 1. Les gènes suppresseurs de tumeur peuvent être utilisés pour identifier les membres de famille qui portent le gène ou les gènes muté(s) et alors sont considérés les porteurs avec haut risque de développement de cancer. 2. Certain types des gènes p53 mutés dans les tumeurs peuvent donner un signal de mauvais pronostic. Il a été décrit que l’expression augmentée de la protéine P53 mutée est corrélée avec la rechute rapide et survie diminuée chez les femmes ayant un cancer du sein sans métastase gauglionaire. 3. Il est probable que de nouvelles découvertes concernant le rôle fondamental des changements d’ADN dans la carcinogénèse conduisent dans un avenir proche à de meilleures méthodes de prévention et de traitement de la maladie cancéreuse. Comparaison des oncogènes et des gènes suppresseurs de tumeur Propriété oncogènes gènes suppresseurs de tumeur 1. Fonction nécessaire pour modulation négative de la croissance et multiplication multiplication, nécessaire normale des cellules pour la différentiation 2. Défaut mutation ponctuelle, gène mutation ponctuelle génétique de fusion, amplification alléle normal génique perdu 3. Carcinomutation dominante mutation récessive, genicité hétérozygote peut homozygote ou hémizygote avoir le cancer peut avoir le cancer 4. Mode mutation de la cellule mutation de la cellule transmission somatique somatique ou gérminale, non héritable héritable s’il a lieu dans cellule gérminale 5. Type du leucémie, lymphome tumeur solide cancer Hypothèse de deux temps à pleusieurs étapes 1. Rétinoblastome et hypothèse de Knudson: carcinogénèse de deux-temps 2. Hypothèses pleusieurs étapes. de carcinogénèse des Rétinoblastome et hypothèse de Knudson: carcinogénèse de deux-temps L’existence de mutations récessives conduisant au cancer a d’abord été proposée par De Mars en 1960. Il a suggéré que certaines formes de cancers pouvaient être initiées lorsque chez une personne hétérozygote pour une mutation récessive (germinale). Une cellule subissait une deuxième mutation (somatique) rendant cette cellule homozygote et donnait ainsi naissance à la tumeur. Cette hypothèse 《en deux-temps》a été élaborée par Knudson (1971) qui a proposé que les formes du cancer telles que le rétinoblastome qui survient dans des formes héréditaires et sporadiques, pourraient être expliquées en supposant que dans la forme héréditaire, la première mutation est présente dans la lignée germinale, tandis que dans la forme sporadique les deux mutations sont somatiques. Les gènes impliqués sont maintenant connus comme des gènes suppresseurs de tumeur, jouant un rôle important dans la prolifération cellulaire, la différenciation, et d’autres fonctions cellulaires. L’inactivation des gènes suppresseurs de tumeur par mutation ou tout autre mécanisme conduit à une perte de la régulation et par conséquent est oncogénique. Cette théorie de Knudson etait réalisée par l’étude du DNA tumoral dans des cas de rétinoblastome familial avec délétion constitutionnelle du gène Rb en 13q14. Hypothèse de carcinogénèse de pleusieurs étapes 1. Etapes dans l’évolution du cancer du côlon Le degré croissant d’anomalies est associé à une perte séquentielle des gènes suppresseurs de tumeur sur plusieurs chromosomes y compris APC, DCC et p53 et une activation du proto-oncogène ras. Génes altérés dans cancers du colon Gène chromosome tumeurs avec classifimutations cation FCC 2 -15% ? K-Ras 12 -15% Cyclines variation 4% neu/HER2 17 2% myc 8 2% APC 5 >70% DCC 18 >70% p53 17 >70% Action réplication précis d’ADN oncogène molécule de signal intracellulaire oncogène régulatrices des cycles cellulaires oncogène recepteur de facteur de croissance oncogène régulatrices de l’activation génique suppresseur unconnu de tumeur suppresseur molécule d’adhésion de tumeur cellulaire suppresseur régulatrice de tumeur de l’activation du gène Hypothèse de carcinogénèse de pleusieurs-étapes 2. Hypothèse de multi-étapes-un mécanism général pour cancer. Une cellule normale a un mécanism de la régulation de la croissance. Une mutation singulière peut activer la croissance, mais n’est pas suffisante pour escamper le mécanism de contrôle normal. Avec chacune étape des mutations, la cellule a plus d’advantage de croissance. Lorsque une régulation normale est completement altérée, une croissance incontrôlée est amorcée et une tumeur maligne se développe. Perspectives de la génétique du cancer Le cancer est une maladie génétique dans laquelle le contrôle normal de la croissance cellulaire est perdu. Le mécanisme de base dans tous les cancers est la mutation, soit dans les cellules gérminales soit, beaucoup plus fréquemment, dans les cellules somatiques. Beaucoup reste à élucider concernant les processus génétiques de la carcinogénèse et les facteurs de l’environnement pouvant modifier l’ADN et donc conduire au cancer. L’identification du cancer avant que celui-ci ne se développe chez les personnes qui y sont prédisposées est un objectif important de la cancérologie.
