Th. SOUSSI INTÉRÊTS CLINICO-BIOLOGIQUES DE L’ÉTUDE DES ALTÉRATIONS DU GÈNE SUPPRESSEUR DE TUMEUR p53 DANS LES CANCERS HUMAINS Th. SOUSSI Institut Curie, Université P. & M. Curie - Paris - 1. Cycle cellulaire et cancer Notre organisme est composé d’environ 5 1012 cellules réparties dans plus de 200 types cellulaires différents qui composent les tissus (cellules sanguines, nerveuses, germinales ...). La prolifération cellulaire au sein de ces tissus est rigoureusement contrôlée au cours de notre vie; certaines cellules (les neurones) ne nécessitant pas un renouvellement constant, d’autres étant perpétuellement en cours de multiplication (cellules sanguines ou de la peau). Le contrôle de cette multiplication cellulaire normale se fait par l’intermédiaire d’un équilibre permanent entre facteurs activateurs (stimulateurs de la division cellulaire) et facteurs inhibiteurs (freins de la division cellulaire). Toute altération de cet équilibre, ou homéostasie cellulaire, peut faire pencher la balance soit du côté inhibiteur, dans ce cas la cellule meurt et disparaît, soit du côté activateur et dans ce cas la cellule se divise de façon incontrôlée et peut donner naissance à un cancer. Les oncogènes sont les régulateurs positifs de la prolifération cellulaire. Leur modification est dominante car il suffit qu’une des deux copies du gène soit modifiée pour qu’elle se manifeste. On connaît actuellement plus de 50 oncogènes. Les plus connus sont les gènes ras, myc, ou abl. La seconde catégorie comprend les gènes suppresseurs de tumeur (appelés aussi anti-oncogènes). Leur altération est récessive car il est nécessaire que les deux copies du gène soient modifiées pour inactiver leur fonction. Une dizaine de ces gènes sont identifiés à l’heure actuelle. Rb, p53 ou APC sont les plus connus (1). Plus récemment, deux nouvelles catégories de gènes ont été impliquées dans cette régulation. i) les gènes impliqués dans la mort cellulaire programmée (nommée aussi apoptose). L’apoptose est un phénomène biologique normal qui est aussi contrôlée par des molécules inhibitrices qui répriment cette mort cellulaire. La disparition de ces molécules par altération de leurs gènes (Bcl2 et gènes apparentés) conduit à l’immortalisation de la cellule. ii) les gènes impliqués dans la réparation de l’ADN et dont l’altération conduit à une instabilité génétique importante. Il est essentiel de garder à l’esprit que ces classifications ne sont pas rigides et que l’évolution de nos connaissances montre qu’il existe une superposition importante entre ces différentes catégories. Le gène p53 est un suppresseur de tumeur qui est impliqué dans l’apoptose. Très récemment, Vogelstein et collaborateur ont proposé une nouvelle manière de classer les gènes suppresseurs en deux catégories, les "gatekeeper" et les "caretakers" (2). Les premiers sont responsables du maintien de l’homéostasie cellulaire en inhibant la division cellulaire et/ou en induisant l’apoptose. Leur fonction est donc de limiter la prolifération cellulaire. Ces gènes seraient spécifiques de chaque tissu. Comme exemple, on peut prendre VHL (altéré dans le syndrome de von Hippel Lindau) ou APC (altéré dans la polypose adénomateuse familiale). Les gènes de types "caretakers" sont impliqués dans le contrôle de la stabilité génétique. Leurs altérations ne sont pas directement liées à la transformation cellulaire mais plutôt à une augmentation du taux de mutations qui peuvent affecter d’autres gènes. Les gènes MLH1 et MSH2, impliqués dans la réparation des mésapariements de l’ADN, sont inactivés chez les patients atteints du syndrome de Lynch. 2. Le gène suppresseur de tumeur p53 Il est maintenant clairement établi que le gène p53 peut être classé dans le groupe des gènes suppresseurs de tumeur, même si son mode d’action diffère un peu de l’archétype "gène suppresseur de tumeur" que représente le gène du rétinoblastome RB1 (3). En 1989 B. Vogelstein et J. Minna publièrent la première mise en évidence de mutations du gène p53 dans des cellules de cancers colorectaux et bronchiques (4,5). Par la suite, ces travaux ont été confirmés par d’autres équipes, et actuellement plus de 2 000 publications font état de mutations du gène p53 dans divers cancers humains (3,6). Ces altérations sont retrouvées dans 40 à 45 % des cas de cancers, toutes localisations confondues (Figure 1). Il s’agit de l’événement génétique le plus fréquent mis en évidence à ce jour. À titre de comparaison, le gène ras n’est altéré que dans 10 à 20 % des cancers. Ces mutations s’accompagnent généralement d’une perte 312 Revue de l'ACOMEN, 1999, vol.5, n°3 Intérêts clinico-biologiques de l'étude des altérations du gène suppresseur de tumeur p53 d’hétérozygotie du bras court du chromosome 17 (le gène codant pour la p53 est situé en 17p13). Dans la plupart des cas, il s’agit de mutations ponctuelles retrouvées au niveau de quatre des cinq domaines conservés au cours de l’évolution (II à V), entre les acides aminés 120 et 250. En 1984, il avait été montré que l’irradiation de cellules de souris par les U.V. induisait une stabilisation de la protéine p53 in vivo. Ces résultats ont été repris par Kastan et collaborateurs qui ont observé un phénomène similaire avec des rayonnements g (8) De plus, ces auteurs ont mis en évidence que cette accumulation de protéine p53 induisait un blocage transitoire du cycle cellulaire au niveau de la phase G1, juste avant la réplication de l’ADN. Il est généralement admis que cet arrêt de la division cellulaire après que l’ADN ait été endommagé, est mis à profit par la cellule pour induire une réponse de type SOS, permettant la réparation des lésions. Le plus intéressant dans les travaux de Kastan et collaborateurs est l’observation que ce phénomène est inexistant dans les cellules exprimant une p53 mutée, c’est-à-dire qu’il n’existe pas d’arrêt cellulaire après que l’ADN a été endommagé (Figure 2). Dans d’autre cas, la p53 sauvage induit plutôt un phénomène apoptotique dans les cellules après introduction de lésions génotoxiques. Les raisons pour lesquelles certains types cellulaires subissent soit un arrêt de la prolifération soit l’apoptose par l’intermédiaire de la p53 sauvage ne sont pas connues à l’heure actuelle. L’introduction de p53 sauvage dans des cellules n’ayant pas de p53 fonctionnelle, conduit à la restauration de l’arrêt en G1 ou de l’apotose après irradiation. - FIGURE 1 Distribution des mutations du gène p53 dans les divers cancers humains. Les cancers sont classés selon leur prévalence dans le monde Ces mutations transformantes s’associent à une inactivation de la fonction de régulation négative de la prolifération cellulaire par le gène p53. Dans certains cas, le produit muté est responsable d’un phénotype dominant, indispensable au maintien et/ou à l’induction de cette transformation. Cette observation est importante pour comprendre pourquoi, contrairement à tous les autres gènes suppresseurs de tumeurs, il est nécessaire de garder une p53 mutante dans les cellules tumorales. Cette fonction de "gène suppresseur de tumeur" attribuée à la p53 a été confirmée par les travaux de S. Friend et son équipe. Ces auteurs ont montré qu’il existait des mutations somatiques et germinales du gène p53 dans des familles atteintes du Syndrome de Li-Fraumeni (syndrome de cancers héréditaires) (7). Dans toutes les familles étudiées, il y a une stricte corrélation entre la transmission de l’allèle muté et l’apparition du cancer. Revue de l'ACOMEN, 1999, vol.5, n°3 3. Le rôle de la p53 dans le maintien de la stabilité de notre génome Ce phénomène n’est pas limité à l’irradiation par les rayons UV oug, mais s’étend à toutes lésions qui affectent l’ADN (9). En effet, des agents tels que le Bromhydrate d’éthidium ou la Vincristine, qui n’induisent pas de coupure au niveau de l’ADN, sont incapables d’induire un arrêt en G1 tandis que des molécules telles que la mitomycine D ou le cisplatine, qui provoquent directement des lésions de l’ADN, induisent une accumulation de la protéine p53 et un arrêt du cycle cellulaire. La p53 sauvage agirait donc comme un "feu rouge" qui provoquerait l’arrêt de la division cellulaire pour que la cellule ait le temps de réparer une lésion génétique (10). Si, pour une raison encore mal connue, la cellule n’est plus capable de réparer son ADN, on peut concevoir que la p53 participe à l’élimination de cette cellule, en induisant un mécanisme de mort cellulaire programmée ou "apoptose". Par contre, les cellules tumorales ayant une p53 mutée ne sont plus capables d’assurer le maintien de l’intégrité génétique, car la cellule ne reçoit plus de signal d’arrêt de division (Figure 2). On se trouve donc en présence d’une cellule dont le génome est moins stable et qui accumulera des mutations diverses permettant l’émergence de clones cellulaires de malignité accrue. Ces travaux ont ensuite été confirmés par diverses équipes qui ont montré que tout 313 Th. SOUSSI agent (physique ou chimique) qui était capable d’endommager l’ADN, pouvait induire cette réponse p53 dépendante. La seule pièce qui manque à ce puzzle est l’identifi- cation du ou des signaux qui induisent la stabilisation de p53 après l’apparition des lésions au niveau de l’ADN. - FIGURE 2 Rôle de la p53 dans le maintien de la stabilité génétique. 4. Etude et analyse des altérations du gène p53 : intérêts 1. Les mutations du gène p53 ne sont pas aléatoires. La répartition de ces mutations définit les régions de la protéine p53 qui sont essentielles à sa fonction. De plus, l’analyse des propriétés de ces diverses protéines p53 mutantes montre que toutes les mutations ne sont pas équivalentes. 2. Les mutations du gène p53 sont généralement associées à un mauvais pronostic pour les patients. Leur détection pourrait donc être un facteur de décision dans le choix d’une thérapie ciblée. 3. La détection de mutations germinales du gène p53 dans des familles à haut risque de cancers devrait permettre de suivre la ségrégation de la mutation et de mettre au point de nouvelle approche de diagnostic de ces altérations. 4. Comme nous l’avons indiqué précédemment, l’analyse du spectre des mutations au niveau du gène p53 a fait apparaître que ce gène pouvait être une excellente sonde pour faire de l’épidémiologie moléculaire et ainsi déterminer l’origine de certains cancers. 5. Les altérations du gène p53 peuvent être associées à la résistance de certaines tumeurs à l’action de plusieurs agents de chimiothérapie. La connaissance des altérations du gène p53 pourra aussi dans ce cas être prise en compte dans le choix thérapeutique. 6. De nouvelles méthodes de thérapie génique spécifiques des tumeurs ayant une altération du gène p53 ont été récemment développées. Leur utilisation est conditionnée par notre connaissance de l’état de la p53 chez les patients traités par ces nouvelles approches. 5. Analyse des altérations du gène p53 : comment ? Comme le montre la Figure 3, trois types d’analyses peuvent êtres effectués pour appréhender l’état du gène p53 dans les tumeurs humaines (11). 1. L’analyse moléculaire qui permet de mettre en évidence la nature de la mutation qui a altéré le gène p53. 2. L’analyse immunohistochimique qui permet de mettre en évidence l’accumulation de la protéine p53 dans les cellules cancéreuses. En effet, il a été démontré que les 314 Revue de l'ACOMEN, 1999, vol.5, n°3 Intérêts clinico-biologiques de l'étude des altérations du gène suppresseur de tumeur p53 mutations du gène p53 changent la conformation de la protéine qui devient plus stable. Demi-vie de la p53 sauvage est de 15 à 20 minutes dans une cellule normale tandis que la demi-vie de la plupart des p53 mutantes (quelle que soit la localisation de la mutation) est de 5 à 10 heures. Il y a donc accumulation de p53 mutante inactive dans le noyau des cellules tumorales. 3. L’analyse sérologique qui détecte les anticorps antip53 dans le sérum des malades. Il a été démontré que ces anticorps étaient dus à un phénomène d’auto-immunisation consécutive à l’accumulation de p53 dans les cellules tumorales. La présence de ces anticorps est donc la conséquence indirecte d’une altération du gène p53. 5.1. Analyse moléculaire Par l’intermédiaire d’une réaction d’amplification en chaîne (PCR) suivie d’une analyse de séquence, il est possible d’étudier directement la nature de l’événement mutationnel qui a altéré le gène. Dans plus de 90% des cas, il s’agit de mutations ponctuelles qui ne modifient qu’un seul nucléotide sur les 23 000 que comporte le gène. Contrairement au gène ras, pour lequel trois codons seulement, sur les 189, sont les cibles de mutations oncogéniques, les mutations du gène p53 peuvent modifier 90 des 393 codons nécessaires à la synthèse de la protéine. Cette très grande hétérogénéité rend le diagnostic plus difficile car la région à analyser est étendue sur la quasi-totalité du gène. Cette analyse moléculaire du gène p53 est délicate et ne convient pas à une analyse diagnostique de routine. Néanmoins, pour des analyses d’épidémiologie moléculaire dans lesquelles des populations à haut risque peuvent être étudiées de manière rétrospective, elle reste le seul moyen de déterminer avec exactitude la nature de l’événement mutationnel ayant altéré le gène. Des techniques de détection semi directes comme l’analyse par SSCP (Single Strand Conformation Polymorphism) ou DGGE (Denaturant Gradient Gel Electrophoresis) peuvent permettre d’effectuer une sélection de la région génomique à séquencer. Ces approches permettent de détecter rapidement la présence d’une mutation dans un fragment d’ADN mais ne donne aucune information sur la localisation exacte de la mutation ou sur sa nature. - FIGURE 3 Analyse multifactorielle des altérations du gène p53 dans les cancers humains. a. b. c. d. La mutation du gène p53 peut être mise en évidence par séquençage direct après amplification du gène par la technique de PCR. Détection de l’accumulation de protéine dans les noyaux des cellules tumorales par immunohistochimie. Dosage des anticorps anti-p53 sériques par un test ELISA. Analyse fonctionelle par un test biologique dans la levure (12). Revue de l'ACOMEN, 1999, vol.5, n°3 315 Th. SOUSSI 5.2. Approche immunocytochimique L’une des propriétés importantes des protéines p53 mutées est l’allongement de leur demi-vie. Dans une cellule normale, la p53 est indécelable car sa demi-vie est extrêmement courte (15 à 20 minutes). Dans les cellules transformées, la protéine mutante est beaucoup plus stable (demivie de 4 à 12 heures) et s’accumule dans le noyau (Figure 4). Il est donc possible de faire un diagnostic immunocytochimique (couplé à une analyse histologique) sur du tissu tumoral pour visualiser directement cette accumulation de la p53 (13). Ce type d’étude a été effectué sur un grand nombre de cancers et il y a généralement une bonne corrélation entre l’analyse moléculaire (présence de mutation) et l’analyse immuno-histochimique (accumulation de protéine mutée). Cette approche a l’avantage de pouvoir être appliquée en routine dans les laboratoires d’anatomie pathologique. Plusieurs laboratoires ont produit de nouveaux anticorps monoclonaux dirigés contre la p53 humaine (14-16). Ces nouveaux anticorps ont l’avantage de pouvoir être utilisés pour des diagnostiques immunohistochimiques dans des conditions très diverses telles que la détection de p53 sur des coupes provenant de tissus inclus dans de la paraffine après fixation dans le formol ou le Bouin. - FIGURE 4 - Récemment, une nouvelle approche spécifique au cancer du sein a été développée. Il s’agit de doser la quantité de protéine p53 dans les cytosols d’extrait tumoraux (17-19). Ces extraits ont généralement été préparés et conservés pour le dosage des récepteurs hormonaux. Par ELISA, en utilisant des anticorps spécifiques de la p53, il est possible d’évaluer la quantité de p53 dans ces cytosols. Il s’agit d’une méthode très rapide permettant des analyses rétrospectives sur de nombreux échantillons. Le problème associé à cette approche est le seuil utilisé pour définir une accumulation anormale de p53. De plus, la méthode d’extraction et de conservation de ces cytosols est très variable d’un centre à l’autre et peut être également une limitation de cette approche. 5.3. Analyse sérologique 10% des malades atteints de cancer du sein présentent des anticorps anti-p53 dans leur sérum (20) . Ce pourcentage peut atteindre 20% chez les enfants atteints de lymphomes B alors qu’il est nul dans le cas de patients atteints de lymphomes T. Ce résultat est à rapprocher des études de mutations du gène p53 dans les hémopathies qui montrent un pourcentage élevé de mutations dans les hémopathies B alors que les hémopathies T sont épargnées (21). Durant ces cinq dernières années, ces études sérologiques ont été élargies et il a pu être montré que ces anticorps anti-p53 étaient uniquement présents dans le sérum de patients atteints de divers types de cancers. L’apparition d’Ac-p53 est liée à une réaction immunitaire en réponse à une accumulation intra-tumorale de la protéine p53, mais les mécanismes précis qui gouvernent cette autoimmunisation ne sont pas encore élucidés (22). Environ la moitié des tumeurs comportant une mutation du gène p53 sont associées à la présence d’Ac-p53 sériques (Figure 5). 316 Revue de l'ACOMEN, 1999, vol.5, n°3 Intérêts clinico-biologiques de l'étude des altérations du gène suppresseur de tumeur p53 - FIGURE 5 Fréquence des anticorps anti -p53 dans divers types de cancer. Colonne de gauche : p53-Ab - Colonne de droite : mutation Les avantages de la sérologie p53 sur les autres techniques sont les suivantes : 1) elle ne nécessite pas de matériel tumoral ; 2) elle constitue un reflet global des altérations du gène p53 et de son expression et n’est pas tributaire de l’hétérogénéité ou de la nécrose tumorale 3) elle peut constituer un marqueur de suivi au cours du traitement; 4) les Ac-p53 ont une grande stabilité ce qui permet de réaliser des études rétrospectives sur des échantillons de sérum congelé 5) Elle peut être utilisée pour le diagnostic de tumeurs invisibles à l’examen clinique. En effet, des anticorps anti-p53 ont été détectés chez des patients à haut risque de cancer (Fumeurs, dysplasie de Barrett) plusieurs années avant la manifestation clinique du cancer (23; 24). L’analyse sérologique ne supplantera pas l’analyse moléculaire ou immunohisto-chimique mais elle peut en être un complément important. 6. p53, apoptose et sensibilité aux drogues Il est connu depuis longtemps que l’action de certains agents anti-tumoraux comme le fluoro-uracile ou les radiations ionisantes, provoquent une induction de l’apoptose des cellules tumorales. Récemment, Lowe et al. ont montré que des cellules de souris exprimant une p53 mutée sont résistantes à cette apoptose, alors que les cellules exprimant une p53 sauvage sont sensibles à ces agents thérapeutiques (25). Par la suite, de nombreux travaux ont tenté de rechercher une corrélation entre mutation du gène p53 et sensibilité à divers agents génotoxiques dans des lignées de cellules tumorales humaines. L’ensemble des ré- Revue de l'ACOMEN, 1999, vol.5, n°3 sultats tend à montrer une relation entre altération du gène p53 et résistance aux lésions génotoxiques (26-30) mais cette relation n’est pas absolue (31,32). Par la suite, diverses études ont tenté d’évaluer la réponse aux traitements en fonction du statut du gène p53 dans des séries de patients traités de façon homogène. Dans ce cas encore, les résultats sont relativement contradictoires (33-41) et il faudra encore attendre quelques années avant d’avoir une vision plus exacte de ce phénomène. Néanmoins, dans le cancer du sein, Aas et al. ont montré une bonne corrélation entre mutation du gène p53 et résistance à la doxorubicine (42). L’ensemble de ces observations est d’un intérêt majeur pour plusieurs raisons. Tout d’abord, la connaissance de l’état du gène p53 dans une tumeur permettrait un choix thérapeutique adapté à la tumeur. D’autre part, elle suggère que la réintroduction de p53 sauvage dans ces cellules tumorales ou la conversion de la p53 mutante sous une forme conformationnelle sauvage pourrait induire un phénomène d’apoptose dans ces cellules. En fait, cette hypothèse a été récemment testée avec succès par Fujiwara et al. Ces auteurs ont en effet montré que l’infection d’une tumeur résistante au cisplatine, par un adénovirus recombinant exprimant la p53 sauvage, induit un retour à la chimiosensibilité de la tumeur qui est détruite par apoptose (43). A la suite de ces travaux, un grand nombre d’études sur des lignées cellulaires ont montré que la réintroduction de p53 sauvages dans des cellules tumorales exprimant une p53 mutée restaurait la sensibilité à des agents aussi divers que l’irradiation, le cisplatine ou le 5-FU (44-46). 317 Th. SOUSSI 7. Analyse des altérations du gène p53 dans les cancers du sein : fréquences des altérations Le cancer du sein est sans conteste le cancer ayant fait l’objet du plus grand nombre de ces études. Depuis 1989, plus de 400 articles ont analysé l’état du gène p53 et de ses conséquences dans les cancers du sein. Les altérations du gène p53 sont retrouvées dans 20 à 40% des cancers du sein. Les variations d’une étude à l’autre peuvent être expliquées par des variations au niveau des populations étudiées et/ou de méthodologie. Néanmoins deux particularités peuvent être observées. Tout d’abord, les fréquences d’altérations du gène p53 obtenues par les analyses immunohistochimiques (40-50%) sont toujours supérieures à celles qui sont obtenues par l’analyse moléculaire (20-30%). Il ne s’agit pas seulement de problèmes techniques mais de la mise en évidence de l’accumulation de protéine p53 en absence de toute modification de son gène. Les mécanismes impliqués dans ce phénomène sont inconnus pour l’instant. Dans une étude récente portant sur 316 patientes atteintes de cancers du sein, les auteurs ont étudié les altérations du gène p53 par une approche moléculaire et immunohistochimique (19,47-49). Dix-neuf patientes ont une accumulation de p53 sans mutation tandis que 3 patientes ont une mutation faux-sens sans accumulation de la protéine. Dans les cancers du sein inflammatoire, la p53 est parfois accumulée dans le cytoplasme des cellules tumorales (37% des cas) sans que le gène ait une quelconque mutation (50,51). Dans ce cas, l’altération toucherait le mécanisme de transport de la p53 vers le noyau. L’activité biologique de la p53 s’exerçant dans le noyau, ce type de séquestration cytoplasmique induit donc une inactivation fonctionnelle de la p53. Ce type d’inactivation a aussi été décrit dans les neuroblastomes (52). Dès 1992, une première analyse sérologique sur 100 patientes atteintes de cancer du sein avait montré que 12% de ces patientes avaient des anticorps anti-p53 dans leur sérum (20). Des observations plus récentes confirment ce résultat sur de plus grandes séries (53-57). 7.1. Problèmes associés aux méthodologies d’étude du gène p53: application au cancer du sein Plusieurs biais peuvent être impliqués dans les diverses études du statut du gène p53. Ces biais peuvent expliquer partiellement i) les différences entre les taux d’altération d’une étude à l’autre et ii) les variations dans les études pronostiques. Les études moléculaires sont moins nom- breuses que les études immunohistochimiques car elles sont plus lourdes et plus coûteuses. D’autre part, des méthodes de détection semi directes sont utilisées dans la majorité de ces études. La sensibilité de ces approches n’est pas de 100% et il est donc possible d’avoir de faux négatif. Un autre biais dans ces analyses moléculaires concerne la portion du gène p53 qui est analysée. En général, seuls les exons 5 à 9 sont analysés. Il est généralement admis que 10% des mutations peuvent donc être "oubliées" par cette approche. Cette estimation a été confirmée expérimentalement par l’étude de Bergh et al. qui ont analysé l’intégralité du gène p53 chez 316 patientes atteintes de cancer du sein (58). Onze mutations sur 87 sont retrouvées dans les exons 3 (1 mutations) 4 (7 mutations) et 10 (3 mutations) (58). Pour les analyses immunohistochimiques, les biais sont plus nombreux et plus difficiles à apprécier. À l’heure actuelle, il n’y a pas de consensus pour établir le seuil de positivité, celui-ci pouvant aller de 1% jusqu’à 15% suivant les études. Le matériel de départ peut lui aussi affecter les résultats. Suivant qu’il s’agit de matériel congelé ou de bloc de paraffine, et suivant la méthode de fixation, il y a de grandes variations (59, 60). Une étude récente a montré que les lames stockées trop longtemps peuvent présenter une détérioration des antigènes qui se traduit par des faux négatifs (61). L’anticorps utilisé peut aussi affecter les résultats. Plusieurs anticorps monoclonaux sont disponibles commercialement. Tous n’ont pas la même affinité pour la p53 et ne reconnaissent pas les mêmes épitopes de la p53. L’utilisation de méthodes pour démasquer les épitopes antigéniques a aussi été très discutée (62-65). D’autre part, des informations très contradictoires ont suggéré que certains anticorps monoclonaux pouvaient être spécifiques des p53 sauvages ou mutantes. Cette information a été reprise de façon très ambiguë par plusieurs sociétés qui distribuent ces anticorps. La réalité est tout autre. Ces anticorps ne reconnaissent que certaines formes de p53 mutantes et ceci uniquement lorsque la p53 est sous forme native, non dénaturée. Lors d’une analyse immunohistochimique, la p53 dans un tissu fixé est généralement dénaturée (surtout si on utilise un système de démasquage d’épitope) et sera reconnue par tous les anticorps. Un dernier biais important est le nombre de patients étudiés dans chacune de ces études. Une analyse très intéressante a été publiée sur l’ensemble des études pronostiques publiées entre 1990 et 1994 (Tableau I). De façon logique, cette étude montre que le nombre de patients inclus dans une étude est un facteur déterminant dans la fiabilité des études statistiques. 318 Revue de l'ACOMEN, 1999, vol.5, n°3 Intérêts clinico-biologiques de l'étude des altérations du gène suppresseur de tumeur p53 - TABLEAU I Valeur pronostique des altérations du gène p53 en fonction du nombre de patients inclus dans l’étude (66). Cette analyse n’est pas spécifique au cancer du sein et a été effectuée sur l’ensemble de la littérature. Nombre de publications Nombre de patie nts inclus dans l'é tude Vale ur pronos tique prouvé e Pas de vale ur pronos tique Ré s ultats mitigé s % d'article s montrant une vale ur pronos tique pour p53 > 200 13 1 0 93 150- 199 7 3 1 70 100- 149 10 8 0 56 50- 99 13 10 2 57 > 49 6 10 2 38 7.2. p53 et paramètres cliniques dans le cancer du sein Les altérations du gène p53 sont généralement corrélées avec l’absence de récepteur aux œstrogènes et à la progestérone, la présence de récepteurs à l’E.G.F., un taux élevé de cellules tumorales en phase S, un indice élevé de prolifération Ki67, l’aneuploïdie des cellules tumorales ou la surexpression de l’oncogène c-erbB2. Tous ces paramètres biologiques constituent des marqueurs d’agressivité tumorale. Dans ces études, le statut p53 a été déterminé soit par des analyses moléculaires (47,67), immunohistochimiques (68,69) ou sérologiques (54,70). A l’inverse il ne semble pas exister de corrélation entre la surexpression de protéine p53 et les autres paramètres cliniques tels que la taille de la tumeur, la présence de métastase et l’âge de la patiente. Il y a une forte controverse en faveur de l’intérêt de la p53 en tant que marqueur pronostique dans le cancer du sein. Une récente méta analyse portant sur 37 articles publiés entre 1991 et 1995 fait le point sur ces contradictions (9 800 patientes, analyse immunohistochimique seulement) (71). Douze travaux montrent que le statut du gène p53 est un marqueur pronostic indépendant, alors que 11 études ne trouvent qu’une valeur pronostique très limite et 14 études ne mettent en évidence aucune valeur pronostique. En général, les analyses moléculaires du gène p53 sont plus consensuelles et retrouvent un intérêt pour la p53 en tant que marqueur pronostique dans le cancer du sein (47, 67, 72-74). Un grand nombre d’études se sont concentrées plus particulièrement sur les cancers du sein N0. À ce niveau aussi, la controverse est aussi importante avec des études montrant que le statut du gène p53 a une valeur pronostique sur la survie (75-77) alors que d’autres travaux ne retrouvent pas cette valeur pronostique (78-80). Il est encore Revue de l'ACOMEN, 1999, vol.5, n°3 extrêmement difficile de comprendre ces résultats contradictoires qui peuvent avoir pour explications des biais méthodologiques ou de recrutement. Il est aussi important de garder à l’esprit que le type de traitement peut aussi avoir une influence sur ces résultats. Dans des séries rétrospectives de patientes ayant des inclusions pouvant remonter jusqu’à 1970, l’évolution des méthodes de diagnostic et des modalités thérapeutiques peut aussi induire des biais importants. Comme nous l’avons indiqué précédemment, le statut du gène p53 pourrait aussi avoir une répercussion sur la réponse au traitement mais la encore, le petit nombre d’études publiées divergent (37,42,48,80,81). Une première étude sur 205 patientes, montre que le statut du gène p53 (analyse par IHC) n’est pas associé à la réponse au Tamoxifène chez des femmes ayant un cancer du sein associé à des métastases (82). Par contre, une second analyse sur 401 cas montre que le statut p53 (analysé par IHC) est associé à la rechute locale (83). Plusieurs études récentes suggèrent qu’il y aurait une disparité dans les diverses mutations du gène p53 et que la contribution de chacune d’entre elles dans la transformation cellulaire pourrait être différente (47,84). Ces observations sont en accord avec nos connaissances sur l’hétérogénéité du comportement in vitro de ces divers mutants du gène p53 (85). Aas et al. ont montré que les mutations qui affectent le domaine L2 et L3 de la protéine p53 sont associés à une résistance des patientes à la doxorubicine (42). Si cette notion d’hétérogénéité du comportement des mutations du gène p53 se confirme, il sera nécessaire d’entreprendre des études moléculaires à grande échelle pour établir de façon certaine les relations entre le statut du gène p53 et son association avec le pronostic ou la réponse au traitement. 319 Th. SOUSSI 8. p53 et thérapie génique A la lumière de ce qui est décrit précédemment, à savoir la fréquence des altérations du gène p53 dans les cancers humains et les relation entre statut du gène p53 et réponse à la thérapie, plusieurs essais cliniques ont déjà démarré. Les résultats de l’un d’entre eux ont récemment été publiés par J. Roth et collaborateur (86). Il porte sur l’utilisation d’un rétrovirus recombinant exprimant la p53 sauvage. En utilisant diverses constructions, ces auteurs avaient montré que l’introduction de p53 sauvage à l’aide de ce type de vecteur n’avait aucun effet délétère sur des cellules normales mais induisait une apoptose des cellules n’ayant plus de p53 sauvage (87). Neuf patients atteints de cancers du poumon non à petites cellules ont été inclus dans ce protocole de phase I. Le rétrovirus recombinant a été injecté localement au niveau de la tumeur primaire. Les patients ont ensuite été traités par radio et chimiothérapie. Une régression locale de la tumeur a été observée chez trois patients tandis qu’une stabilisation, elle aussi locale, pouvait être observée chez trois autres patients. Une augmentation significative des cellules en apoptose a été mise en évidence dans les biopsies provenant des cellules traitées par rapport aux cellules mon traitées. Aucun effet toxique n’a été observé chez ces patients. D’autres protocoles similaires utilisant soit un rétrovirus, soit un adénovirus recombinant sont en cours à l’heure actuelle. Il est encore trop tôt pour se prononcer sur l’efficacité réelle de ce types de protocole par rapport aux thérapies conventionnelles. 8.1. Le virus ONYX-O15, une alternative originale ? Un second travail a utilisé une approche très différente et beaucoup plus originale dans le but de développer de nouvelles approches thérapeutiques liées au statut du gène p53. F. McCormick et son équipe (société Onyx, USA) ont développé un adénovirus mutant (ONYX-015) qui ne peut lyser que les cellules n’ayant plus de p53 active, c’est à dire les cellules tumorales (88). Ce virus ONYX-O15 est beaucoup moins actif sur les cellules non tumorales exprimant une p53 sauvage. Cette découverte est basée sur l’observation que l’une des protéines virales, la protéine E1B, doit interagir et neutraliser la p53 pour que le virus soit capable d’effectuer son cycle lytique. Le virus ONYX015 exprime une protéine E1B mutante qui l’empêche de se fixer à la p53 sauvage. Le virus ne peut donc pas effectuer de cycle lytique dans les cellules ayant une p53 normale car celle-ci n’est pas neutralisée par le mutant E1B. Par contre, dans des cellules ayant une p53 mutante, ce virus à un cycle lytique très actif qui détruit la cellule (88). On voit qu’avec ce virus, on réalise le vieux rêve mythique de tout thérapeute, avec un vecteur thérapeutique capable de différentier les cellules normales des cellules cancéreuses. Le travail publié par cette équipe montre que ce nouveau virus est très sélectif dans des études in vitro ou dans un modèle de tumeurs greffées sur souris nude. Plusieurs essais de phase I sont en cours mais les résultats ne sont pas encore connus à l’heure actuelle. Le problème principal lié à l’utilisation de ce virus concerne son immunogénicité importante qui empêche toute utilisation systémique 8.2. p53 et immunothérapie : une approche qui ne doit pas être négligée Plus d’un tiers des patients ayant une altération génétique du gène p53 développent une réponse humorale vis à vis de cette p53 qui se traduit par l’apparition d’anticorps antip53 circulant dans le sérum des malades ((22) pour revue). Cette réponse humorale s’accompagne d’une réponse cellulaire avec apparition de cellules T reconnaissant la protéine p53 (89). Ces observations ont conduit plusieurs équipes à envisager des approches d’immunothérapie. Des peptides possédant une mutation du gène p53 ont été utilisés pour immuniser des souris. Les cellules T cytotoxiques obtenues sont capables de lyser des cellules tumorales exprimant une p53 mutée (90-92). Des essais cliniques de phase 1 sont en cours mais les résultats préliminaires sont assez décevants. Dans un modèle murins, il est possible de vacciner des animaux avec un virus recombinant exprimant la p53 sauvage ou mutante. Cette vaccination protège l’animal de la croissance de cellules tumorales exprimant une p53 mutante. Par contre, aucun effet protecteur n’est observé si la tumeur exprime une p53 normale (93). 8.3. Restauration de la fonction de transactivation par la partie amino-terminale Le gène mdm2 code pour une protéine qui se fixe specifiquement sur le domaine de transactivation de la protéine p53 et régule donc négativement l’activité de transcription de la p53 (94,95). Cette interaction servirait à moduler l’activité de la p53 après un stress génotoxique. Récemment, il a aussi été établi que mdm2 pourrais être aussi impliqué dans le catabolisme de la p53 (96,97). Le gène mdm2 est amplifié dans près de 30% des sarcomes des parties molles et dans plusieurs autres types de cancers (98-100). Cette amplification conduit à une accumulation de la protéine mdm2 qui, en se fixant sur la p53, va inactiver cette dernière. Le site de fixation de la p53 sur mdm2 est très bien caractérisé et le complexe entre les deux protéines à pu être cristallisé (101,102). Ces informations sont 320 Revue de l'ACOMEN, 1999, vol.5, n°3 Intérêts clinico-biologiques de l'étude des altérations du gène suppresseur de tumeur p53 très importantes car l’une des stratégies envisagée pour rétablir la fonction de transactivation de la p53 dans ces cancers est la possibilité de trouver de petites molécules capables de dissocier les complexe p53:mdm2. L’équipe de D. Wynford-Thomas a validé cette approche de manière très élégante (103). Pour cela, ils ont utilisé un anticorps monoclonal qui reconnaît le domaine de la protéine mdm2 qui est en interaction avec la p53. La micro injection de cet anticorps dans des cellules ayant un gène mdm2 amplifié conduit à une restauration importante de l’activité de transactivation de la p53 endogène (103). Il est donc tout à fait envisageable que de petits fragments d’anticorps ou d’autres molécules similaires puissent être utilisés pour des approches thérapeutiques. La société PharmaGenics a mis au point un système de criblage automatisé pour rechercher de telles molécules. Sur les 50 000 molécules testées, 3 se sont révélés être capables de dissocier le complexe p53:mdm2 in vitro. Il reste à vérifier si ces molécules sont capables i) de dissocier le même complexe in vivo dans des cellules de mammifères et si ii) cette réactivation de p53 peut conduire à la mort de la cellule par une voie p53 dépendante. 8.4. Restauration de la fonction de fixation specifique à l’ADN par la partie carboxyterminale La partie carboxy-terminale de la p53 a fait l’objet d’un grand nombre d’études au cours de ces deux dernières années. Selon Hupp et Lane, la protéine p53 existerait sous deux formes : une forme active pour la fixation spécifique à l’ADN, et une forme latente (104). La région carboxy-terminale de la p53 joue un rôle majeur dans la transition p53 latente-p53 active et donc dans la régulation de l’activité de fixation spécifique de la p53 sur l’ADN. La délétion des 30 acides aminés carboxy-terminaux active la p53 de façon constitutive (104). D’autres modifications de la partie carboxy-terminale activent fortement la fixation spécifique de la p53 sur l’ADN (104-106). Un anticorps monoclonal dirigé contre un épitope carboxy-terminal de la p53 (PAb 421) permet in vitro la transition de la forme latente à la forme active. C’est également le cas de petits peptides dérivés du domaine carboxy-terminal de régulation négative (domaine correspondant à l’épitope reconnu par PAb421). De même, la phosphorylation in vitro de sa partie carboxy-terminale par la caséine kinase II active la p53. Le seul modèle actuellement connu d’activation in vivo de la p53 est la glycosylation, cette propriété n’ayant été mise en évidence que dans un type cellulaire. (107). La micro injection d’un anticorps monoclonal dans des cellules exprimant une p53 sauvage est capable d’activer spécifiquement la p53. Toutes ces données suggèrent que le domaine carboxy-terminal bloque le domaine central et doit être déplacé pour permettre la fixation spécifique de la p53 sur l’ADN. Revue de l'ACOMEN, 1999, vol.5, n°3 Ce qui est plus intéressant, c’est l’effet de cet anticorps ou de ces peptides sur les p53 mutantes. Dès 1993, il avait été suggéré que l’anticorps PAb421 pouvait restaurer partiellement l’activité de fixation à l’ADN de certaines p53 mutantes (108). Abarzua. et al. ont montré que la micro injection de cet anticorps dans des cellules SW480 (cellule de cancer du colon exprimant une p53 mutantes) est capable de réactiver la fonction de transactivation de la p53 (109). De même, l’introduction de petits peptides correspondant à la partie carboxy-terminal de la p53 est aussi capable de réactiver certaines p53 mutantes (110). Le travail le plus intéressant est celui de Salinova et al. qui montrent que cette réactivation de la p53 mutante s’accompagne d’une mort des cellules par apoptose (111). Nous ne connaissons pas à l’heure actuelle les mécanismes qui sont à la base de cette réactivation de la p53. Ils sont certainement dus à la structure extrêmement flexible de la protéine p53. Tant que la structure tridimensionnelle de la p53 mutante restera inconnue, il sera difficile d’interpréter ces résultats. Néanmoins, l’ensemble de ces données montre que l’inactivation de la p53 n’est pas un phénomène irréversible. Il est possible de réactiver, même partiellement l’activité de transactivation de la p53. Sachant que cette protéine mutante est en quantité extrêmement importante dans les cellules tumorales, on peut penser que la réactivation de seulement 10% de cette p53 pourrait induire la mort des cellules tumorales. 9. Conclusion Le gène p53 est altéré dans 50% des cancers humains, avec un taux particulièrement élevé dans les cancers les plus fréquents (poumon, sein ou colon). La possibilité d’utiliser nos connaissances sur le produit de ce gène pour développer de nouvelles approches de thérapies anti cancéreuses est un défi lancé par de nombreux laboratoires, tant au niveau académique que privé. Les voix d’approche sont nombreuses et certaines d’entre elles sont prometteuses. Quelque soit l’issue de ces travaux, il n’en restera pas moins qu’ils nous auront apporté une somme de connaissance importante sur la fonction de ce gène qui est essentiel au maintien de l’intégrité de notre patrimoine génétique. Références 1. Weinberg R.W. Oncogenes, Antioncogenes, and the molecular bases of multistep carcinogenesis. Cancer Res. 1989; 49: 3713-21. 2. Kinzler K.W. and Vogelstein B. Cancer-susceptibility genes Gatekeepers and caretakers. Nature 1997; 386: 761. 321 Th. SOUSSI 3. Greenblatt M.S., Bennett W.P., Hollstein M., et al. Mutations in the p53 tumor suppressor gene: clues to cancer etiology and molecular pathogenesis. Cancer Res 1994; 54: 4855-78. 4. Nigro J.M., Baker S.J., Preisinger A.C., et al. Mutations in the p53 gene occur in diverse human tumour types. Nature 1989; 342: 705-8. 5. 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