Analyse génétique du cancer de la prostate familial

ARTICLE ORIGINAL Progrès en Urologie (1999), 9, 680-688
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Analyse génétique du cancer de la prostate familial :
localisation d’un gène prédisposant au cancer de la prostate (PCaP)
sur le chromosome 1q 42.2-43
Antoine VALERI (1, 2), Eric DRELON (1), Thomas PAISS (4, 5), Walter VOGEL (4), Robert de PETRICONI (5),
Richard HAUTMANN (5), Georges FOURNIER (2), Philippe MANGIN (3),
Philippe BERTHON (1), Olivier CUSSENOT (1)
(1) Centre de Recherches pour les Pathologies Prostatiques, Hôpital Saint-Louis, Paris, France,
(2) Service d’Urologie, CHRU de Brest, France, (3) Service d’Urologie , CHRU de Nancy, France,
(4) Abteilung für Medizinische Genetik der Universität Ulm, Allemagne, (5) Urologische Universitätsklinik, Ulm, Allemagne
Depuis les travaux de MORGANTI [24] décrivant pour la
première fois l'existence de formes familiales de cancer
de la prostate (CaP), plusieurs études ont confirmé
l'agrégation familiale de CaP dans environ 15 à 25%
des cas et la survenue de formes héréditaires dans 5 à
10% cas [37], avec une transmission autosomique*
dominante* [4, 13, 31]. L'hypothèse d'une transmission
récessive* ou encore liée au chromosome X a égale-
ment été évoquée [23, 27]. Une étude récente, par ana-
lyse de liaison génétique*, a proposé la localisation
d'un gène de prédisposition* au CaP sur le chromoso-
me 1q 24-25, qui serait impliqué dans 30% des CaP
Manuscrit reçu : mars 1999, accepté : juin1999.
Adresse pour correspondance : Dr.A. Valeri, Service d’Urologie, Hôpital de la
Cavale Blanche, 29609 Brest Cedex.
RESUME
Buts : Réaliser une analyse de liaison génétique afin de localiser les gènes de prédis-
position au cancer de la prostate (CaP) héréditaire. En effet, différentes études épidé-
miologiques ont mis en évidence une agrégation familiale dans 15 à 25 % des cas, et
la survenue de formes héréditaires dans 5 à 10 % des CaP.
Méthodes : Une étude génétique portant sur 47 familles Françaises et Allemandes, a
été réalisée, incluant 122 patients et 72 sujets considérés comme sains après dosage du
PSA. Cette étude a été conduite par analyse de liaison portant sur 364 marqueurs
microsatellites répartis sur tout le génome (en moyenne tous les 10 cM.).
Résultats : Les analyses de liaison paramétriques et non paramétriques ont permis
l'identification d'un locus sur le chromosome 1q 42.2-43, qui pourrait être porteur
d'un gène prédisposant au CaP (bâptisé PCaP). La localisation primaire a été confir-
mée par plusieurs marqueurs, en utilisant 3 modèles génétiques différents. Le LOD
score maximum (probabilité de liaison entre le locus et la maladie) en analyse bi-point
atteignait 2.7 pour le marqueur D1 S2785. L'analyse multipoint paramétrique et non
paramétrique a permis d'obtenir un HLOD score et un NPL score respectivement de
2.2 et 3.1 (avec P=0.001). L'analyse d'hétérogénéité avec calculs de LOD scores en
analyse multi-point a permis d'estimer jusqu'à 50 % la proportion de CaP hérédi-
taires en rapport avec ce locus, avec une probabilité d'hétérogénéité de 157/1. De plus,
I'étude d'un sous-groupe de 9/47 familles caractérisées par un CaP à début précoce
(avant l'âge de 60 ans), a confirmé la très forte probabilité de localisation d'un gène
de prédisposition sur le locus 1q42.2-43 pour ces familles (LOD score multi-point et
un NPL score respectivement de 3.31 et 3.32 avec P=0.001).
Conclusion : La localisation de gènes de prédisposition permet d'envisager à moyen
terme, I'identification au sein des familles des sujets ayant hérité de l'anomalie géné-
tique et donc à haut risque de CaP. Il sera alors possible de réaliser un dépistage ciblé
du CaP afin de réaliser un diagnostic le plus précoce possible.
Mots clés : Cancer de la prostate, génétique, transmission héréditaire, conseil génétique.

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héréditaires (33). Ce locus* nommé HPC 1 (Hereditary
Prostate Cancer 1) reste un sujet de controverse. Ce
locus a été confirmé par deux autres equipes avec une
significativité faible [6, 15] et par une extension à de
nouvelles familles [14] du travail de S M I T H [ 3 3 ] .
Cependant cette localisation n'a pas été confirmée par
plusieurs autres études comprenant notamment les tra-
vaux du consortium U.K/Canada/Texas [9] et de trois
groupes Nord Américains [3, 22, 35]). Un autre locus de
prédisposition au CaP siègeant sur le chromosome 1 (1
p36) vient d'être localisé par une équipe américaine, et
serait impliqué dans les familles où existent des CaP
mais également des tumeurs cérébrales [12]. Par
ailleurs, un autre gène de prédisposition* a récemment
été localisé sur le bras long du chromosome X (Xq 27-
28) nommé HPCX qui pourrait expliquer jusqu'à 16%
des cas héréditaires [41].
Afin d'identifier les gènes prédisposant au CaP et
grâce à l'implication de la communauté urologique
française, nous avons effectué une collecte nationale
de familles avec au moins 2 cas de CaP (Etude
ProGène) [36]. Pour les familles informatives*
(formes héréditaires, grandes fratries) une banque
d'ADN constitutionnel a été constituée. Ceci a permis
de réaliser une analyse de liaison génétique* incluant
par ailleurs des familles recensées à partir d'une étude
allemande. Nous avons ainsi pu localiser un gène
prédisposant au CaP (nommé PCaP) sur le chromo-
some 1q 42.2 - 43, dont le locus* est significative-
ment distant du gène HPC 1 en 1q 24 - 25 [33].
MATERIEL ET METHODES
Collecte des familles
La méthodologie de la collecte familiale, publiée anté-
rieurement [36], a également été détaillée dans un
autre article de ce même volume (38). L'étude a été ini-
tiée en juillet 1994, incluant des familles avec au
moins 2 CaP dont l'histologie confirmant le diagnostic
était disponible. Un sous groupe de familles respectant
les critères d'informativité* pour analyse de liaison
génétique* a pu ainsi être précisé. Il s'agissait de
familles porteuses de CaP héréditaires répondant aux
critères de C ARTER [4], avec au moins 3 cas de CaP,
dont au moins 2 cas vivants acceptant un prélèvement
sanguin pour analyse de l'ADN (génotypage). Une
méthodologie comparable a été appliquée à l'étude
allemende. Par ailleurs un dosage du PSA a été systé-
matiquement réalisé chez les sujets des familles étu-
diées ayant plus de 40 ans avant de les considérer
comme non atteints dans l'analyse.
Etude de l'ADN constitutionnel : génotypage
Pour chaque individu dont le prélèvement était oppor-
tun pour l'étude, l'ADN constitutionnel a été extrait
directement à partir des leucocytes circulants et des
lignées de Iymphocytes ont été immortalisées [36]. Les
marqueurs génétiques* utilisés pour le génotypage*
(n= 364), de type microsatellites* ont été sélectionnés
au sein de la carte génétique du Généthon [8)]afin d'ob-
tenir un intervalle génétique moyen de 10
centiMorgan* (cM).
Deux méthodes successives ont été utilisées. La pre-
mière mise au point au laboratoire du Généthon par
VIGNAL [39] utilise une technique semi automatisée de
génotypage* microsatellite* après amplification des
marqueurs par PCR. Par cette méthode 216 marqueurs
ont été étudiés. En pratique 50 µl de solution PCR
étaient préparés avec 60 ng d'ADN dans des micro-
plaques (96 puits) en utilisant un robot permettant une
distribution rapide et précise à large échelle. Les pro-
duits PCR de 16 marqueurs étaient mélangés puis
coprécipités avant électrophorèse sur gels dénaturants
de polyacrylamide à 6%. Les produits ainsi séparés
étaient ensuite transférés sur membranes Hybond N+
(Amersham) et fixés par UV. Ces différentes étapes
(des PCR aux transferts) ont été effectuées au
Laboratoire de génotypage* du Généthon (Evry,
France). Les membranes étaient ensuite hybridées avec
3 sondes de tailles suffisamment distinctes pour per-
mettre après révélation sur films, une lecture aisée.
L'ADN de sujets témoins (famille CEPH 134702) était
analysé pour chaque marqueur afin de disposer de
contrôles positifs avec la taille de référence [8].
L'allèlotypage* était obtenu par comparaison avec les
contrôles positifs. La lecture des membranes a été
effectuée par au moins 2 membres de l'équipe et de
manière indépendante.
La seconde méthode a été réalisée afin de compléter
le génotypage* et obtenir un total de 364 marqueurs
en utilisant un séquenceur semi automatisé ABI 377.
Les réactions PCR (volume total de 15µl) conte-
naient 30 ng d'ADN, 4-50 pmoles d'amorce de
chaque marqueur fluorescent, 0.6 U de Taq polymé-
rase, 0.25 mM de dNTP, 2.5 mM MgCI2 et des tam-
pons complémentaires. Les conditions de PCR
incluaient une dénaturation initiale de 10 min à
95°C; 10 cycles de dénaturation (94°C pendant 15 s),
annealing (55°C pendant 15s) et une élongation
(72°C pendant 30 s); ainsi qu'une élongation finale de
10 min à 72 °C. Trois à cinq PCR étaient réalisées en
multiplex. Douze marqueurs étaient analysés simul-
tanément par un séquenceur semiautomatique (ABI
377). L'allèlotypage* était effectué par le programme
Genescan et Genotyper ll, par comparaison avec les
allèles* des contrôles positifs des membres des
familles CEPH 134702 et 88415.
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Pour les lecteurs pour lesquels la terminologie génétique n’est pas familière, un
glossaire a été inclus en annexe. Les termes explicités dans ce glossaire sont indi-
qués dans le texte par un astérisque (*).

Analyse de liaison
Celle-ci a pour but de chercher un marqueur chromoso-
mique* (de siège connu) dont un même allèle* est
constamment cohérité,avec le CaP. Le gène de prédis-
position* et le marqueur étant liés, puisque cohérités,
ils ne donnent pas de recombinaison* lors de la méïo-
se. L'analyse de liaison* apprécie la vraisemblance
d'une liaison génétique pour diverses valeurs de recom-
binaison (θ) voisines de zéro et pour un marqueur
donné [16].
L'analyse bi-point paramétrique des LOD scores* a été
réalisée en utilisant le programme MLINK du logiciel
Fastlink 3.0P [7, 18] (et l'analyse multipoint* paramé-
trique* et non paramétrique* des LOD scores* [40] en
utilisant Genehunter [17]. Des contrôles réalisés à partir
de Linkmap [7] ou Vitesse [28] n'ont montré aucune dif-
férence significative pour les LOD scores* en analyse
paramétrique* multipoint*. Trois modèles génétiques
ont été utilisés. Tous ces modèles ont été choisis sur la
base d'une transmission autosomique* dominante* d'un
gène avec un allèle* morbide de fréquence 0.003 et une
pénétrance* totale de 88% à 85 ans [4]. Dans ces
modèles nous avons utilisé des classes de pénétrance*
âge-dépendantes avec pour les génotypes* de prédispo-
sition (hétérozygotes* et éventuellement homozygotes*)
les paramètres suivants: 0,01 avant 40 ans, 0.1 entre 40
et 55 ans, 0.5 entre 55 et 70 ans et 0.9 après 70 ans. La
d i fférence entre les 3 modèles était la pénétrance* du
génotype* non prédisposant avec un taux de phénoco-
pie* de 0,01 quel que soit l'âge dans le modèle 1, 10%
dans le modèle 2 et dans le modèle 3 un taux de phéno-
copie* constant de 15% comme dans le modèle utilisé
dans l'étude de SM I T H [33]. Le statut des femmes était
considéré comme inconnu. Les fréquences allèliques*
ont été considérées selon la base d'un échantillon de 50
individus indépendants. La comparaison avec les fré-
quences publiées paRDib [8] n'a montré aucune diff é-
rence significative.
RESULTATS
Les résultats de la collecte des familles effectuée de
juillet 1994 à janvier 1999 sont rapportés dans un autre
article de ce mêmevolume [38]. Un échantillon de 47
familles incluant 10 familles allemandes (Tableau 1) a
été étudié pour l'analyse de liaison génétique*.
Nous avons ainsi analysé 122 patients (CaP+) et 72 indi-
vidus sains (PSA normal) par génotypage* hautement
polymorphe* utilisant 364 marqueurs microsatellites*
(incluant 27 marqueurs sur le chromosome 1), au sein de
la carte génétique du Généthon [8] répartis sur tout le
génome et espacés en moyenne de 10 cM* (Tableau 1).
Une liaison préliminaire a été observée avec le marqueur
D1S2842 sur le chromosome 1q 42.2-43 [1]. Une analy-
se secondaire de liaison bi-point* et multi-point* para-
métrique* et non paramétrique* portant sur 14 mar-
queurs de la région d'intérêt (répartis sur 40.3 cM) a
confirmé cette localisation. Nos résultats montrent un
LOD score* de 2,7 pour θ= 0,1 en analyse bi-point
selon le modèle 1 pour le marqueur D1S2785. En analy-
se multipoint* le LOD score* était de 1,89 selon le
modèle 2 et selon le modèle 1 l'hypothèse d'hétérogénéi-
té* donnait un HLOD score de 2.2. L'analyse multi-
point* non paramétrique* NPL [ 40], qui est indépen-
dante du modèle génétique, confirmait ces données per-
mettant d'obtenir un LOD score* de 3,1 avec P = 0,001.
La valeur α, proportion de familles liées à ce locus a été
déterminée de deux manières. Genehunter a été utilisé
pour pour le calcul de HLOD [32], qui est un LOD
score* non paramétrique* [17]. Selon le modèle 1, α
était égal à 48 %, alors que le modèle 2 ne montre pas
d'hétérogénéité* au voisinage du LOD score* maximal.
Par ailleurs une analyse d'homogénéité génétique selon
le programme Homog [25, 29] en analyse multipoint*
permet d'observer une proportion αsemblable (50%),
avec une probabilité de 157/1 en faveur de l'hétérogé-
néité*, pour le modèle 1. Le modèle 2 ne montrait aucun
résultat en faveur d'une hétérogénéité. Cependant la
limite inférieure de probabilité conditionnelle de liaison
a montré que les familles pouvaient être divisées en 2
g r o u p e s .
Dans 9 familles l'âge au diagnostic de tous les sujets
atteints de la dernière génération était inférieur ou égal à
60 ans (extrêmes : 48 - 60). Nous avons analysé ce sous-
groupe et testé l'hétérogénéité* de la fréquence de
recombinaison* par comparaison avec les autres
familles. Pour cela nous avons utilisé le "predivided
sample test" [25] avec le programme Mtest.. Nous avons
obtenu un X2(1 df) significatif à 16.25 (P < 0.0001) pour
le modèle 1. Les LOD scores* bipoint* et multipoint* et
les NPL scores ont été calculés pour ce sous-groupe de
familles. Une valeur comparable de 3.3 a éte obtenue en
LOD et NPL scores multipoint pour le marqueur
D1S2785 pour le modèle 1. La reconstitution des haplo-
types* avec le programme Genehunter a montré que
dans chacune de ces 9 familles, il existait un haplotype*
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Tableau 1. Caractéristiques des familles génotypées.
ParamètreRésultat
Nombre de familles étudiées 47
Nombre d’individus génotypés 194
Nombre de sujets atteints génotypés 122
Nombre moyen de CaP/famille (extrêmes) 3,31 (3-8)
Nombre moyen de CaP génotypés/ 2,60 (2-5)
famille (extrêmes)
Age moyen (ans) au diagnostic (extrêmes) 65,9 ± 8,8 (41-85)
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précis présent chez tous les membres atteints de la famil-
le. Cependant aucun recombinant permettant de réduire
la région d'intérêt n'a pu être mis en évidence. Ces don-
nées suggérent l'étroite association entre l'agrégation
familiale de CaP et l'âge au diagnostic. En effet nous
avons observé à partir des familles recrutées dans l'étude
Progène que la survenue précoce de CaP était corrélée au
nombre de cas de CaP observés dans la famille : l'âge
moyen au diagnostic étant de 68.5 ans dans les familles
à 1 cas, 67 ans pour 2 cas, 65.6 ans pour 3 cas, 60.6 ans
pour 4 cas et plus.
DISCUSSION
L'analyse de liaison génétique* effectuée sur le premier
sous-groupe de familles informatives* de CaP hérédi-
taires (47 familles dont 10 allemandes) a permis de
localiser un gène de prédisposition* au CaP (PCaP) sur
le chromosome 1q 42.2-43 (Figure 1), cette localisation
ayant été confirmée par 14 marqueurs* sélectionnés
dans la région d'intérêt. Trois modèles ont été utilisés
pour tenir compte du problème des phénocopies* c'est à
dire des patients ayant un CaP dans certaines familles,
du fait du hasard et non par prédisposition. En effet
puisqu'il est impossible de déterminer précisément le
taux de phénocopies*, dans les familles à plusieurs CaP,
nous lui avons attribué des valeurs différentes selon le
modèle en tenant compte des données épidémiologiques
disponibles. En effet le CaP représente dans les pays
occidentaux 5 à 10 % de l'ensemble des cancers, avec
une incidence annuelle standardisée de 1-2/100.000
vers 40 ans pour atteindre 1600/100.000 vers 80 ans
avec un risque cumulé au long de l'existence d'environ
10% (2). Ainsi dans le modèle 1, nous avons considéré
un taux constant de phénocopie* de 1%. Etant donné
que les cas héréditaires ont souvent une survenue pré-
coce, il nous est apparu opportun de considérer un
second modèle considérant un taux de phénocopie*
croissant selon l'âge. Le troisième modèle proche de
celui utilisé pa R S M ith [33] a donné dans notre étude des
résultats comparables à ceux des modèles 1 et 2 pour le
locus 1q 42.2-43 mais avec une significativité moindre.
Bien que les résultats des LOD scores* en analyse bi-
point* n'atteignait pas le seuil de 3, cette valeur de
significativité a été obtenue pour le calcul des LOD
scores* en analyse multi-point*. Par ailleurs un LOD
score* de 3.3 a même été obtenu pour le sous-groupe
de familles pour lesquelles le CaP avait un début pré-
coce. Cependant ces différents résultats des LOD
scores* ne permettent pas d'exclure un certain risque
d'erreur (faux positifs) bien que faible. AinSI, GENIN
[11] a montré que pour une maladie autosomique*
dominante*, et selon la structure généalogique, la pro-
babilité de l'absence de liaison pour un LOD score* de
3 pouvait atteindre 8 à 16%. Cependant ce taux d'erreur
est fortement corrélé à la structure familiale et au
modèle génétique utilisé. La première cause d' erreur
pourrait être en rapport avec une mauvaise définition
des paramètres génétiques aux loci morbides.
Cependant CLERGET-DARPOUX [5] a montré que cela
s'accompagne plutôt d'un risque de faux négatif que de
faux positif. Une autre cause d'erreur conduisant à des
faux positifs est l'utilisation de fréquences alléliques*
erronées pour les marqueurs du locus étudié.
Cependant, comme les fréquences alléliques* utilisées
dans notre étude, ont été évaluées à partir de la popula-
tion étudiée et qu'elles étaient conformes aux valeurs
antérieurement publiées, ont peut exclure cette cause
de faux positifs.
En ce qui concerne l'hétérogénéité* génétique nos
résultats ont estimé que le locus PCaP serait impliqué
jusqu'à 50% des familles étudiées, alors que HPC1
I'était dans 30% des cas dans l'étude de SMITH [33].
Une méta-analyse présentée récemment a conclu que le
gène HPC1 ne serait en fait qu'un gène mineur de pré-
disposition, impliqué seulement dans 5% des CaP héré-
ditaires. Ces données confirment l'hypothèse d'une pré-
disposition multigènique* comme c'est le cas pour la
majorité des cancers héréditaires (sein, colon, rein ...).
La valeur a de 50% évoquée pour la proportion de CaP
héréditaires liés à PCaP est probablement surestimée
en partie du fait du nombre de familles avec simple-
ment 2 cas. La valeur de 20% correspondant au ratio de
9 / 47 pour les familles à survenue précoce de CaP est
probablement une limite inférieure de α. Une meilleu-
re estimation de αnécessiterait de réaliser une méta-
analyse sur une collection mondiale de familles. On
peut cependant considérer que la proportion de CaP
héréditaires résultant d'une prédisposition portée par
PCaP est probablement inférieure à 50%.
Le locus de prédisposition (HPC1) décrit par SMITH
[33]) après analyse de liaison génétique* portant sur
des familles américaines et suédoises, est localisé sur le
chromosome 1q 24-25. Ce locus est situé vers le cen-
tromère, à 60 cM du locus 1q 42.2-43 décrit dans notre
étude (Figure 1). Nous avons réalisé une analyse de
liaison* sur la région 1q 24-25, et comme d'autres tra-
vaux récemment publiés [3, 9, 22, 35], nous n'avons
observé aucune liaison au niveau de ce locus*. Les
divergences entre les résultats de notre étude et de celle
de SMITH [33] peuvent s'expliquer notamment par: le
nombre de familles incluses dans l'analyse (47 contre
91), le nombre moyen d'individus atteints par famille
(3,3 / famille vs 4.9 / famille), et le nombre moyen de
sujets génotypés (4.1 / famille vs 6,6 / famille). Les dif-
férences de composition éthnique des populations étu-
diées peuvent également être à l'origine des résultats. Il
est également intéressant de noter que dans l'analyse
réalisée parSMITH [33], il existait un pic de LOD score
pour le marqueur D1S235 du chromose 1. Ce marqueur
situé de manière centromérique par rapport à notre
locus pouvait présager nos résultats.
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Nous avons recherché des pertes d'hétérozygotie*
(LOH pour Lost Of Heterozygosity) sur des tumeurs
sporadiques pour des marqueurs de la région 1q 24-25,
et des LOH ont été observées dans 9/55 tumeurs [19].
Nous avons par ailleurs complété notre étude par des
marqueurs de la région 1q 42.2-43. Dans 5/9 tumeurs
presentant des LOH en 1q 24-25 la délétion* atteignait
la région 1q 42.243. Par ailleurs la perte d'allèle* en 1q
42.2-43 était observée pour 6 tumeurs sans délétion*
1q 2425. Toutes ces données suggèrent que le chromo-
some 1 peut porter 2 gènes impliqués dans la tumori-
génèse prostatique.
En ce qui concerne le locus de prédisposition 1 p 36
situé récemment identifié [12], il est significativement
distant du locus PCaP, car situé sur l'autre bras chro-
mosomique du chromosome 1. Il semble impliqué dans
un faible nombre de familles présentant une agrégation
de CaP et de tumeurs cérébrales ce qui n'était pas le cas
des familles analysées dans notre étude.
Peu de gènes d'intérêt sont connus pour être cartogra-
phiés au niveau du locus candidat (1q 42.2-43); il s'agit
du gène PCTA-1 un membre de la famille des galectines
[34]; le poly (ADP-ribose) polymérase [21]; et le RAS-
GTP dépendant-binding protéine RAB-4 [30]. De même
un site fragile [10] et une intabilité génétique de type
erreur de réplication* ont été observés au niveau de la
région 1q 42.2-43 [26] évoquant une possible association
avec des cancers héréditaires du côlon non polyposiques.
Par ailleurs cette région est également le siège de trans-
locations dans les glioblastomes sporadiques [20].
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Figure 1. Carte génétique du chromosome 1 figurant le locus HPC1 (1q 24-25) et le locus PCaP (1q42.2-43), ainsi que le locus
1p 36 récemment localisé, qui serait impliqué dans les familles où existe une coagrégation de cancers de la prostate et de tumeurs
cérébrales. Noter que HPC1 et PCaP sont significativement distants sur le bras long du chromosome 1.
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