La réponse individuelle aux rayonnements
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AMTSN – 27 mai 2016 La réponse individuelle aux rayonnements ionisants Pr Michel Bourguignon Faculté de médecine Simone Veil – UVSQ Institut de Radioprotection et de sûreté nucléaire [email protected] Remerciements à : Nicolas Foray, INSERM UMR 1052, Lyon Nobuyuki Hamada, CRIEPI, Tokyo Pourquoi s’intéresser à la réponse individuelle aux RI ? L’utilisation d’équipements et de sources émettrices de rayonnements ionisants (RI) est très large et en croissance dans le monde Les expositions aux RI sont en progression constante en médecine : radiothérapie et imagerie (1ère exposition !) Les RI cassent l’ADN y compris aux faibles doses (1mGy) la réponse individuelle n’est pas rare : 5-15 % (jusqu’à 25% ?) de la population concernée Le cancer est en croissance, mais la durée de vie aussi… Quels sont les liens entre ces observations ? Il faut faire quelque chose. Quoi ? Rappel historique Rayons X (Roentgen 1895) et radioactivité (Becquerel 1896) Radiosensibilité individuelle identifiée avant 1900 du fait des conséquences particulières des premiers traitements de maladies de peau (lupus, hypertrichose) et de cancers : épilation, érythème, dermatites, brûlures. Premiers cancers radioinduits décrits en 1902 1906 Débat au sujet de l’application médicale des RX. Bergonié identifie 2 questions : 1- incertitude sur l’évaluation de la dose et 2- différences de sensibilité individuelle des patients, i.e., “idiosyncrasie ” attribuée à des prédispositions héréditaires ou acquises Le mot “radiosensibilité ” introduit en 1927 par Regaud et Lacassagne pour remplacer “idiosyncrasie” Nous ne sommes pas égaux vis-à-vis des RI ! N.Foray, C.Colin and M.Bourguignon. 100 years of individual radiosensitivity : how we have forgotten the evidence. Radiology 2012, 264 (3) : 627-631 La réponse individuelle vis-à-vis des RI Evidence scientifique de 3 situations différentes Radiosensibilité • Réactions tissulaires significatives (précoces ou tardives) après radiothérapie sans erreurs dans la délivrance de la dose • Liée à des morts cellulaires et à la perte de la capacité des cellules à se diviser Radiosusceptibilité • Susceptibilité particulière au cancer radioinduit associée à une transformation cellulaire, une instabilité génomique et à l’acquisition d’un pouvoir carcinogène Radiodégénérescence • Réponse particulière après exposition aux RI concernant des effets dégénératifs : effets cardiovasculaires et cataractes La réponse individuelle vis-à-vis des RI La réponse individuelle aux RI soulève des questions de santé publique que l’on ne peut plus ignorer Besoin de recherches actives avec différentes approches la signalisation et la réparation de l’ADN, leurs conséquences omiques et épigénétiques, les phénomènes de transport associés le rôle des cellules souches la micro-vascularisation des tissus, en particulier le changement phénotypique des cellules endothéliales en cellules mésenchymateuses dans le développement de la fibrose l’identification de bio-marqueurs pertinents et la mise au point de tests de dépistage en routine pour des études épidémiologiques ciblées sur des cohortes variées (exposés/non exposés, cancer/non cancer…) …/… Le programme de recherche européen MELODI (Multidisciplinary European Low Dose Initiative) a fait de la réponse individuelle visà-vis des RI, ses mécanismes intimes et ses conséquences pour la santé, une de ses priorités La réponse individuelle aux RI La radiosensibilité individuelle La radiosusceptibilité individuelle La radiodégénérescence individuelle Implication pour le système de protection radiologique La radiosensibilité individuelle : de la clinique à la cellule 1- Les cas rares de réaction fatale post radiothérapie chez le patients hyperradiosensibles Patients AT, avec mutation ATM homozygote, traités par radiothérapie pour leucémie or lymphome. Encore un cas en 2010 ! Patient muté LIGIV (1 cas) Survie clonogénique à 2 Gy : 1-5% Taux élevé de micronoyaux et de cassures chromosomiques radioinduites Morgan et al 1968 - Godoff et al 1967- Taylor et al 1975 - Pritchard et al 1982- Plowman et al 1990 Pietrucha et al 2010 - Riballo 1999 - Joubert et al 2008 - Badie et al 1995 a - Badie et al 1995b La radiosensibilité individuelle : de la clinique à la cellule 2- Les syndromes radiosensibles avec défauts de réparation des CDBs ADN Radiosensibilité clinique moins marquée que AT et LIG IV Un grand nombre de syndromes génétiques : Nijmegen, Fanconi, Bloom, Xeroderma pigmentosum, Cockayne … Survie clonogénique à 2 Gy : > 5% Taux plus faible de micronoyaux et de cassures chromosomiques radioinduites Implication de gènes mutés de la réparation des CDBs ADN Deschavanne et al 1996 – Joubert et al 2006 – Joubert et al 2008 Les syndromes génétiques associés à la radiosensibilité : Un lien évident avec la réparation des CDBs SYNDROMES Ataxia telangiectasia telangiectasi (classical homoz.) Syndrome Ligase IV Nijmegen syndrome Progeria Ataxia telangiectasia telangiectasi (variant homoz.) Usher's syndrome Cockayne's syndrome Xeroderma Pigmentosum AT-Like Disorder Huntington Chorea Gardner's syndrome Turcot 's syndrome Fanconi anemia and BRCA2 mutations BRCA1 mutations Artemis mutations MUTATED GENE ATM LIG IV NBS1 Lamin A ATM USH CS XP MRE11 IT15 APC hMSH2 FANC BRCA1 Artemis SF2 1-5 2-6 5-9 8-19 10-15 15-20 15-30 15-30 15-40 18-30 20-30 20-30 20-40 20-40 20-40 1 to 40 x Deschavanne and Fertil, Int J Radiat Biol Oncol Phys, 1996, 34(1):251-66 © Nicolas Foray – Inserm – Reproduction is strictly forbidden without consent La radiosensibilité individuelle : de la clinique à la cellule 3- Les syndromes radiosensibles sans défaut évident de réparation des CDBs ADN Radiosensibilité clinique moins marquée que AT et LIG4 Un grand nombre de syndromes génétiques : progeria, neurofibromatose, chorée de Huntington, maladie de Bruton … pour lesquels la protéine mutée n’est pas directement impliquée dans la réparation des CDBs Implication de gènes mutés de protéines localisées dans le cytoplasme ou la membrane nucléaire mais pas dans le noyau Quelques syndromes associés avec une neurodégénérescence progressive Deschavanne et al 1996 -Varela et al 2008- Hannan et al 1993 - Ferlazzo et al 2014 - Huo et al 1994 Les syndromes génétiques associés à la radiosensibilité : Un lien évident avec la réparation des CDBs Mais il y a des exceptions !!!!!! SYNDROMES MUTATED GENE Ataxi a telangiectasia telangiectasi (classical homoz .) Syndrome Ligase IV Nijmegen syndrome Progeria Ataxi a telangiectasia telangiectasi (variant homoz. ) Usher 's syndrome Cockayne 's syndrome Xeroderma Pigmentosum AT -Like Disorder Huntington Chorea Gardner 's syndrome Turcot 's syndrome Fanconi anemia and BRCA2 mutations BRCA1 mutations Artemis mutations ATM LIG IV NBS1 Lamin A ATM USH CS XP MRE11 IT15 APC hMSH2 FANC BRCA1 Arte mis Deschavanne and Fertil, Int J Radiat Biol Oncol Phys, 1996, 34(1):251-66 © Nicolas Foray – Inserm – Reproduction is strictly forbidden without consent SF2 1-5 2-6 5-9 8-19 10-15 15-20 15-30 15-30 15-40 18-30 20-30 20-30 20-40 20-40 20-40 1 to 40 x 1981 : Première corrélations avec la radiosensibilité individuelle - Le courbes de survie ne se croisent jamais : radiosensibilité intrinsèque Dr. EP Malaise (1930-2013) Cell survival 1 - Il y a un continuum dans les réponses aux RI Corrélation quantitative entre la fraction de survie à 2 Gy (SF2) et le contrôle tumoral local Controls 0.1 0.01 La radiosensibilité clinique = fraction de survie à 2 Gy in vitro ATM-/0 1 2 3 4 5 6 7 8 Dose (Gy) © Nicolas Foray – Inserm – Reproduction is strictly forbidden without consent Fertil and Malaise, Int J Radiat Biol Oncol Phys, 1981, 7(5):621-9. Deschavanne and Fertil, Int J Radiat Biol Oncol Phys, 1996, 34(1):251-66. La radiosensibilité individuelle : sévérité des réactions post-radiotherapie Réactions tissulaires variées chez 5 -20% patients non connus pour avoir une maladie génétique Systèmes de grades cliniques de sévérité : WHO (1979), CTC (1983), EORTC (1984), RTOG (1995) et CTCAE (2003 & 2010) Pas dues à des erreurs de dosimétrie ou de volume Accidents d’Epinal en France (2006) : pour le même excès de dose, des patients avec un cancer de la prostate ont été guéris ou ont eu une rectite radique grade 1-4 ou sont décédés! Deschavanne et al 1996 -Varela et al 2008- Hannan et al 1993 - Ferlazzo et al 2014 - Huo et al 1994 La radiosensibilité individuelle ? La radiosensibilité clinique = phénomène continu Des test prédictifs doivent : refléter le spectre continu de réponses et la dépendence à la dose sur tout le domaine des doses cliniques établir une relation quantitavive entre les grades cliniques (de 0 à 5 quelle que soit la réaction tissulaire précoce ou tardive) et la radiosensibilité cellulaire Identifier les patients avec une radiosensibilité moderée (20% de la population) / patients hypersensibles avec une maladie génétique connue (1-2%) Deschavanne et al 1996 Les principaux tests utilisés pour quantifier la radiosensibilité individuelle 1- Test de survie clonogénique Gold standard de la radiosensibilité La radiosensibilité considérée comme conséquence de la mort cellulaire Fibroblastes and lymphocytes de patients (AT) Corrélation quantitative établie entre la réponse tumorale (évaluation clinique) et la radiosensibilité cellulaire (test clonogénique in vitro) Trop consommateur de temps Artefacts possibles dus à des hétérogénéités du cycle cellulaire et des cellules tumorales Puck et Markus1956, Taylor 1975, Huo 1994, Fertil and Malaise 1981, Foray 1997 Les principaux tests utilisés pour quantifier la radiosensibilité individuelle 2- Tests de mort cellulaire Mort mitotique Fréquence des micronoyaux corrélée avec l’inactivation clonogénique sous RI Trop consommateur de temps Sénescence cellulaire, i.e., arrêt permanent en G1 Pas de corrélation générale entre sénescence et radiosensibilité Apoptose Le mode de mort cellulaire le plus documenté dépendance significative du type cellulaire : lymphocytes (+) mais fibroblastes (-) Pas de corrélation générale entre apoptose et radiosensibilité Une corrélation inverse rapportée pour des CD8 T-lymphocytes at 8 Gy, i.e., plus petite est l’apoptose, plus grande est la radiosensibilité ! Grote et al 1981, Di Leonardo et al1994, Fenech 2000, Foray et al 1999, Joubert et al 2008, Schmitz et al 2003 & 2007, Finnon et al 2012, Ozsahin et al 1997 & 2005 Les principaux tests utilisés pour quantifier la radiosensibilité individuelle 3- Tests chromosomiques… aussi trop consommateurs de temps ! Coloration (Giemsa) des cassures chromosomiques et aberrations Corrélation entre radiosensibilité et fréquence des micronoyaux (+) Requiert des métaphases et le temps nécessaire pour la réparation de l’ADN Premature chromosome condensation (PCC) Corrélation entre radiosensibilité et PCC fragments non réparés (+) Hybridisation fluorescente in situ (FISH) Confirme que les cassures chromosomiques non réparées sont de bons prédicteurs de la radiosensibilité Mais ce n’est pas le cas pour les aberrations chromosomiques plutôt liées à l’instabilité génomique Comparative genomic hybridization (CGH) Donne la liste des cassures chromosomiques spontanées et des aberrations Ne prédit pas la radiosensibilité Evans 1972, Carney 1999, Duker 2002, Grote et al 1981, Johnson and Rao 1970, Conforth and Bedford 1987, Joubert et al 2008, Darroudi et al 1998, Leonard et al 2005, Brown and Kovacs 1993, Lucas and Sachs 1993, Ishkanian et al 2010, Tapio et al 2010 Les principaux tests utilisés pour quantifier la radiosensibilité individuelle 4- Les tests des dommages de l’ADN (1) Les CDBs ADN sont liées à la radiosensibilité Micronoyaux et cassures son réparées Observé chez la levure, les rongeurs mutants et cellules humaines radiosensibles La majorité des syndromes génétiques de radiosensibilité associés avec des CDBs Les syndromes génétiques de radiosensibilité associés aux dommages des bases et aux CSBs ne sont pas nécessairement radiosensibles Sucrose gradient sedimentation, neutral elution and pulse field electrophoresis (PFGE) Discrimine les fragments de l’ADN sur leur taille Requiert des dizaines de Gy : non extrapolable aux situations cliniques Carney 1999, Duker 2002, Joubert et al 2008, Grote et al 1981, Iliakis 1991, Les principaux tests utilisés pour quantifier la radiosensibilité individuelle 4- Les tests des dommages de l’ADN (2) Halo assay and Comet assay (combine Halo assay et pulse field electrophoresis) Mélange décondensation de la chromatine et cassures ADN Difficile à interpréter Cell free assays Met en évidence la prédominance de end-joining DSB repair pathway des cellules de mammifères et le rôle de l’hyperrecombinaison dans l’instabilité génomique Trop sophistiqué pour un dépistage en routine Roti Roti and Wright 1987, Olive 2009, Thacker 1989, Bauman and West 1998 Les principaux tests utilisés pour quantifier la radiosensibilité individuelle 4- Les tests des dommages de l’ADN (3) gH2AX foci Technique d’immunofluorescence Identifie chaque CDB dans le noyau Limite inférieure de détection abaissée à 1 mGy Insuffisant pour prédire la radiosensibilité modérée => une famille de biomarqueurs immunofluorescents Suivi des protéines dans l’espace et le temps dans la cellule Visualise les co-localisations par combinaison de différents marqueurs/couleurs Difficile à interpréter quand trop de données Combinaison de tests : gH2AX foci, PFGE, SF2, plasmid assay Proposé pour une classification de radiosensibilité en 3 groupes: radiorésistant, radiosensibilité modérée et forte Rothkamm and Lobrich 2003, Renier et al 2007, Joubert et al 2008 THE CELLINE PROJECT 40 fibroblasts with different radiosensitivity 10 genetic diseases, 5 different techniques 3 groups of radiosensitivity Radioresistance – no cancer proneness 80 % cell survival at 2 Gy Cellular radiosensitivity 100 Moderate radiosensitivity cancer proneness Group I 60 Hyper-radiosensitivity cancer proneness Group II 40 Group IIIa 20 0 Group IIIb LIG4-/- ATM-/- 0 Joubert et al.,Adv DNA Repair, 2007 Joubert et al., Int J Radiat Biol, 2008 © Nicolas Foray – Inserm – Reproduction is strictly forbidden without consent 10 20 30 40 % of unrepaired DSB DSB repair defect 50 Les principaux tests utilisés pour quantifier la radiosensibilité individuelle 4- Les tests des dommages de l’ADN(4) Immunofluorescence ATM Protéine clé de la réparation des CDBs par suture (non-homologous end- joining NHEJ) et inhibition de activité nucléase de MRE11 et instabilité génomique Présent comme dimère inactif dans le cytoplasme Activé et phosphorylé en monomères ATM après irradiation Translocation normale rapide du cytoplasme vers le noyau Translocation retardée dans les syndromes progéroides, neurofibromatose, chorée de Huntington, maladie de Bruton… pour lesquels la protéine mutée n’est pas directement impliquée dans la réparation des CDBs Translocation retardée due à la séquestration d’ATM dans le cytoplasme par des protéines mutées Bonne corrélation quantitative entre le délai de la translocation et la radiosensibilité, évaluée par le grade sur l’échelle CTCAE Ferlazzo et al 2014, Bodgi et al 2013, Granzotto et al 2016 Radio-sensitivity : ATM revisited Protein believed to be nuclear since 1995 is also cytoplasmic !!!!! The radiation-induced nucleo-shuttling of ATM Systematically delayed in the group II patients!!!!! (Group II : moderate radiosensitivity, cancer proneness) © Nicolas Foray – Inserm – Reproduction is strictly forbidden without consent GROUP I NUCLEUS ATM dimers Fast nucleo-shuttling of ATM Complete DSB recognition Complete DSB repair Radiosistance Low cancer risk ATM monomers CYTOPLASM GROUP III ATM dimers Incomplete DSB recognition Incomplete DSB repair Hyper-radiosensitivity High cancer risk Bodgi et al. J Theor Biol 2013 Ferlazzo et al. Mol Neurobiol 2014 Granzotto et al., submitted © Nicolas Foray – Inserm – Reproduction is strictly forbidden without consent ATM monomers GROUP II NUCLEUS ATM dimers Delayed nucleo-shuttling of ATM Incomplete DSB recognition Incomplete DSB repair Moderate radiosensitivity High cancer risk X Proteins CYTOPLASM STATIN EFFECT ATM dimers Acceleration of nucleo-shuttling of ATM Radioprotection Bodgi et al. J Theor Biol 2013 Ferlazzo et al. Mol Neurobiol 2014 Granzotto et al., submitted © Nicolas Foray – Inserm – Reproduction is strictly forbidden without consent X Proteins Correlation between ATM kinase activity and CTCAE scale severity grade 50 I 40 30 IIIb 20 II Group II 10 IIIa 0 0 1 2 3 4 5 CTCAE grade Granzotto et al., submitted © Nicolas Foray – Inserm – Reproduction is strictly forbidden without consent Les principaux tests utilisés pour quantifier la radiosensibilité individuelle 5- Approches génomiques (1) Hypothèse qu’un gène donné peut prédite la radiosensibilité humaine = l’expression du gène doit changer avec la dose RI Techniques des puces (micro-array) L’expression de la plupart des radio-responsive gènes n’est pas liée avec la radiotoxicité chez les patients avec cancer de la prostate cancer Les niveaux de base et post-irradiation de l’expression de CDKNIA des lymphocytes T de patients avec cancer du sein prédit la SF2 Polymorphismes : Single nucleotide polymorphisms (SNPs) Quelques SNPs d’ATM, XRCC1, XRCC3, RAD21, TGF-B1 et PARP sont identifiés et associés à une réponse anormale sous RI Pas de corrélation générale entre un grand nombre de SNPs et la radiosensibilité Les techniques de « Genome editing » permettent d’identifier si un SNP est impliqué ou dans la radiosensibilité => SNPs comme facteur aggravant de la réponse aux RI Svenson et al 2006, Badie et al 2008, Azria et al 2008, De Ruyck et al 2006, Willems et al 2008, Matsuura 2015 Les principaux tests utilisés pour quantifier la radiosensibilité individuelle 5- Approches génomiques(2) « Genome wide association studies (GWAS) » Etude RAPPER identifie des variants génétiques courants associés avec une toxicité tardive de la radiothérapie Mais associations spécifiques de sites tumoraux Ne permet pas jusqu’ici l’évaluation individuelle de la radiosensibilité Nouvelle ère de “big data” en radiogénomique ! Barnett et al 2009, Rosenstein et al 2014, Kerns et al 2014 Predictive assays and quantitative correlations with overacute reactions Tumour radiocurability (local control) Over-acute reactions of normal tissues pO2 Intrinsic radiosensitivity (clonogenic assays) Apoptosis (blood) Tissue biology Cellular biology Tissue Cell Tissue reactions Gene expression (microarrays) Tpot Micronucleus assays Chromosome breaks ? Gene function DSB repair assays Molecular Cytogenetics biology Nucleus Reoxygenation Repopulation Cell death Cell cycle arrest Redistribution © Nicolas Foray – Inserm – Reproduction is strictly forbidden without consent Gene mutation SNP (blood) DNA DNA damage sensoring and repair Granzotto et al., CRAS, 2011 La réponse individuelle aux RI La radiosensibilité individuelle La radiosusceptibilité individuelle La radiodégénérescence individuelle Implication pour le système de protection radiologique La radiosusceptibilité individuelle La susceptibilité individuelle au cancer radioinduit diffère de la radiosensibilité individuelle : - Liée à la survie de cellules altérées / morts cellulaires - Les syndromes associés avec un dysfonctionnement de la signalisation et réparation des dommages de l’ADN sont aussi associés à la radiosensibilité et donc radiosensibilité et susceptibilité au cancer sont fortement liées : - Plus grande est la radiosensibilité, plus grande est la susceptibilité au cancer, e.g., Ataxie télangiectasie due aux mutations homozygotes d’ATM est associée avec un grand risque de cancer et une très grande radiosensibilité - Mais l’opposée n’est pas vraie: syndrome Li-Fraumeni dû aux mutations homozygotes de p53 est associée avec un grand risque de cancer mais sans radiosensibilité particulière La radiosusceptibilité individuelle Susceptibilité individuelle au cancer radioinduit 1902 : évidence que les RI sont carcinogènes 1946 : hypothèse de la LNT entre le risque de cancer radioinduit et la dose Carcinogenèse et dommages de l’ADN 1971 : concept de gène suppresseur de tumeur (rétinoblastome héréditaire ) 1975 : effet cancérogène de produits chimiques lié aux lésions de l’ADN et des gènes 1976 : découverte des proto-oncogènes (contrepartie de la particule virale src) Les cancers résultent de lésions de l’ADN d’origines multifactorielles : génétique, environnementale, médicale et facteurs de style de vie Les cellules normale acquièrent une succession of caractéristiques qui les transforment en cellules cancéreuses Combien de lésions de l’ADN et de gènes sont nécessaires ? 10 ? Frieben 1902, Muller 1946, Gunderman and Gonda 2015, Knudson 1971, Walter 2015, Mc Cann et al 1975, Stehelin et al 1976, Weinberg 2013, Stratton et al 2009, Mossman 2014, Hanahan and Weinberg 2011, Bernstein et al 2013, Halazonetis et al 2008, IRPA 14 Cape Town – May 9th,2016 La radiosusceptibilité individuelle : De la clinique à la radiosusceptibilité cellulaire 1- Syndromes associés à une susceptibilité au cancer Mutations homozygotes avec risque élevé de cancer ( > 10) : ATM, NBS1, XP Mutations hétérozygotes avec risque moindre de cancer (2-10) : BRCA1, BRCA2, p53, CHK2, Rb, NF1, NBS1 (le statut homozygote est létal pour l’embryon !) Le même gène, e.g., BRCA1, peut être impliqué dans de nombreux types de cancers Susceptibilité génétique au cancer +++ ICRP79 1999, Cavanagh et al 2015, Randoth et al 2011, La radiosusceptibilité individuelle : De la clinique à la radiosusceptibilité cellulaire 2- Epidémiologie des cancers radioinduits « Life span study » (cohorte des survivants des bombes atomiques - Hiroshima Nagasaki) Travailleurs du nucléaire URSS Mineurs exposés au radon Patients : spondylarthrite ankylosante, tuberculose, teigne… Enfants après Tchernobyl cancers secondaires/second premiers cancers après radiothérapie Travailleurs du nucléaire (INWORKS) Les cancers radio-induits sont principalement des carcinomes et sont dus à la perte de gènes suppresseurs de tumeurs Limite inférieure de doses d’un excès de risque détectable de cancer radioinduit : 100-200 mSv, mais association du risque à de plus faibles doses de RI Wakeford 2004, UNSCEAR 2000 & 2011, NCRP 2011, Leuraud et al 2015, Richardson et al 2015, Maddams et al 2011, Cella et al 2013, Dutrillaux1997 La radiosusceptibilité individuelle : Rationnel d’investigation 1- La démonstration qu’un cancer est radioinduit est impossible aux faibles doses du fait de sa nature multifactorielle et du long délai d’apparition 2- Il y a des syndromes avec susceptibilité génétique au cancer 3- Le cancer est une maladie du fonctionnement anormal de gènes et de l’ADN 4- Il a été suggéré que les individus qui sont génétiquement susceptibles au cancer le manifestent par une plus grande radiosusceptibilité de l’ADN 5- Rationnel : on peut faire l’hypothèse que les individus qui ont une plus grande radiosusceptibilité de l’ADN sont plus susceptibles au cancer Shahidi 2007, Rothfuss 2000 Les principaux tests concernant la radiosensibilité individuelle 1- Difficultés Hypothèse que le cancer est une maladie du fonctionnement anormal de gènes => tests des voies de signalisation au carrefour de tous les mécanismes possible de la carcinogenèse impliquant la réponse aux dommages de l’ADN et l’instabilité génomique Sur quelles cellules ? Tumorales: Non à cause de la grande variété of recombinaisons et de réarrangements dans l’ADN de cellules cancéreuses Normales : Oui sous l’hypothèse que les fonctionnements anormaux de la surveillance des dommage de l’ADN qui sont responsables de la radiosusceptibilité individuelle peuvent être observée dans tous les types cellulaires de l’individu Jones et al 2015 Les principaux tests utilisés concernant la radiosensibilité individuelle 2- Les tests prédictifs de la radiosensibilité peuvent-ils être utilisés pour prédire la radiosusceptibilité ? A cause de la confusion sémantique dans la littérature entre radiosensibilité et radiosusceptibilité, et le lien entre les 2, il est difficile d’avoir une idée claire à ce sujet Les tests clonogéniques et de mort cellulaire ne sont pas utiles pour détecter la radiosusceptibilité Les cassures chromosomiques et les aberrations ne peuvent pas être testés en même temps parce que les premiers sont liés à la radiosensibilité et les seconds à la transformation cellulaire L’instabilité génomique se manifeste dans le phénomène d’hyperrecombinaison observé dans les maladies avec susceptibilité au cancer mais l’hyper-recombinaison est stimulée par les RI et les cassures de l’ADN contribuent à la décondensation de l’ADN rendu ainsi plus accessible aux nucléases qui augment l’hyper-recombinaison ! Meyn 1993 Les principaux tests utilisés concernant la radiosensibilité individuelle 3- Les tests prédictifs de la radiosensibilité Test en G2 : absence d’arrêt en G2/M des lymphocytes et fibroblastes exposés aux RI observé dans de nombreux cancers, e.g., 40% des cancers du seins (6% contrôles) Tests des micronoyaux : taux anormalement élevé de MN dans 31% patients avec cancer du sein (5% contrôles) Tests de mauvaise réparation de l’ADN : Taux anormal de foci gH2AX dans l’épithélium mammaire normal (de femmes avec un haut risque familial de cancer du sein) exposé aux faibles doses de RI Foci MRE11 reflètent la mauvaise réparation des CDBS Dysfonctionnement des télomères (longueur, protéines protectrices, protéines de réparation de l’ADN) peut conduite à l’instabilité génomique Approches génomiques : L’expression de CDKNIA et BBC3 est corrélée avec l’incidence de cancer Gatti 1991, Jeggo 2007, Scott 2004, Tutt 2002, Kraemer 2007, Foray 2012, HPA 2013, Meric Bernstam et al 2013, Parshad et al 1983, Riches et al 2001, Sanford et al 1989, Baria et al 2001& 2002, Curwen et al 2005, De Ruyck et al 2008, Joubert et al 2008, Kabacik 2011, Colin 2012, Shim 2014 Les principaux tests utilisés concernant la radiosensibilité individuelle Conclusions Les tests utilisés jusqu’ici confirment l’hypothèse que les cellules normales d’un patient cancéreux ont un fonctionnement génomique anormal après irradiation qui peut être interprété comme signe de radiosusceptibilité individuelle Des recherches sont nécessaires pour : Evaluer le seuil de dose en dessous duquel l’excès de risque pour un faible risque chez un patient prédisposé devient significatif Comparer pour chaque situation d’exposition le niveau de risque du à la dose de RI de celui du à la prédisposition génétique Mieux identifier les mécanismes de surveillance du génome et leurs dysfonctionnements Encourager l’épidémiologie moléculaire pour valider toutes ces approches La réponse individuelle aux RI La radiosensibilité individuelle La radiosusceptibilité individuelle La radiosusceptibilité individuelle Implication pour le système de protection radiologique La radiodégénérescence individuelle : La 3ème et nouvelle catégorie de réponse individuelle aux RI Le cristallin - Le cristallin est parmi les tissus les plus radiosensibles de l’organisme mais les mécanismes en cause sont incomplètement compris - Le cristallin continue de croitre tout au long de la vie sans développer de tumeurs. L’introduction expérimentale d’un oncogène provoque la tumorigenèse du cristallin, suggérant qu’il possède d’importants mécanismes anti-cancéreux Hamada N. Radiat. Res. 181 (2014) 9-20. Hamada N, et al. J. Radiat. Res. 55 (2014) 831-846. La radiodégénérescence individuelle Le rôle de mécanismes associés à la cancérogenèse dans la cataractogenèse spontanée Hamada N. & Fujimich Y. Cancer Lett. 368 (2015) 262-274. La radiodégénérescence individuelle Les facteurs de réparation de l’AND et leur implication dans la caractogenèse radio-induite ATM, BRCA1, Rad9 : leur déficience augmente la cataractogenèse radioinduite chez la souris ATM : les données préliminaires suggèrent que la cataractogenèse après la bombe atomique HN dépend d’ haplotypes ATM. Hamada N. & Fujimich Y. Cancer Lett. 368 (2015) 262-274. La radiodégénérescence individuelle Gènes impliqués dans la cataractogenèse radioinduite ▌Ptch1 (gène suppresseur de tumeur): son hétérozygosité augmente la cataractogenèse spontanée et radioinduite De Stefano I, et al. Am. J. Pathol. 185 (2015) 85-95 ▌Xpd/Ercc2 (gène de réparation de l’ADN): sa mutation augmente la cataractogenèse spontanée et son hétérozygosité diminue la réparation des CDBs de l’ADN radioinduites Kunze S, et al. PLOS ONE 10 (2015) e0125304 La radiodégénérescence individuelle Le rôle des facteurs de réparation de l’ADN ou de facteurs reliés aux tumeurs dans les maladies cardiovasculaires La déficience ATM accélère l’athérosclérose chez la souris Schneider JG, et al. Cell Metabol. 4 (2006) 377-389. La déficience Wip1 (régulateur négatif d’ATM) prévient l’athérosclérose chez la souris Le Guezennec X, et al. Cell Metabol. 16 (2012) 68-80. L’accumulation de p53 est essentielle pour la transition de l’hypertrophie cardiaque à l’insuffisance cardiaque chez la souris Sano M, et al. Nature 446 (2007) 444-448. La réponse individuelle aux RI La radiosensibilité individuelle La radiosusceptibilité individuelle La radiodégénérescence individuelle Implication pour le système de protection radiologique La réponse individuelle aux RI… liée à l’ADN Facteurs d’environnement et de mode de vie Irritation Inflammation RI / UV ROS Chimique naturels tabac, solvants… Agents Infectieux Sédentarité Alimentation ROS Conséquences génotoxiques ….... Lésions de l’ADN Signalisation (ou non) & réparation (ou non) Type cellulaire Gestion des dommages Inflammation Cellules souches Persistance de lésions significatives = Protéines anormales-dysrégulation de gènes Division cellulaire +/- Apoptose … Contacts membranaires Energie Télomère Patrimoine génétique et susceptibilité individuelle Immunologie HLAG Epigénétique Mort cellulaire, cancer, dégénérescence = combinaison délétère de mauvaises lésions de l’ADN et facteurs du microenvironnement tissulaire (hormone, cytokines…) TISSUE REACTIONS Radiosensitivity and radiosusceptibility Radioresistance GROUP I 75 - 85 % P53+/- CANCER Low cancer risk ? ATM+/BRCA1+/BRCA1+/BRCA2+/- Moderate radiosensitivity GROUP II 5 - 20 % HyperRadiosusceptibility XP-/NBS1-/- Hyperradiosensitivity High cancer risk GROUP III LIG4-/- 1-5% ATM-/BRCA1-/BRCA2-/- Non-viability Non-viability p53-/-6 10 -5 10 -4 10 -3 10 -2 10 Frequency of syndromes © Nicolas Foray – Inserm – Reproduction is strictly forbidden without consent -1 10 0 10 La réponse individuelle aux RI – des questions Les expositions médicales La réponse individuelle aux RI est à prendre en compte dans la médecine personnalisée • Thérapie : adaptation de la dose curative de radiothérapie pour minimiser les effets indésirables graves caractérisation tumorale/tissu normal pour traitement ciblé • Prévention : Identification de personnes à risque vis-à-vis des RI mais aussi des génotoxiques (risque combiné) Prévention du cancer des personnes jeunes / âgées • Les questions éthiques posées par la réponse individuelle aux RI ne sont pas différentes de celles posées par la médecine préventive, par ex. la recherche des personnes à risque dans les familles à risque familial de cancer du sein … La réponse individuelle aux RI Une preuve de concept = un exemple Cancer du sein : 1 femme/ 8 Femmes avec risque familial de cancer du sein : 10% Gênes identifiés, e.g., BRCA1 et 2… : 15% 85% des femmes concernées ne savent pas si elles sont à risque = épée de Damoclès au dessus de la tête ! Peut-on améliorer ? 42% des femmes avec cancer du sein ont une anomalie du contrôle du checkpoint G2 Proposition de tester femmes avec risque familial de cancer du sein pour un premier triage sur la base du test en G2 (et d’autres tests ?) Si résultat positif, établir ce test en G2 (et d’autres tests ?) comme triage préalable au dépistage mammographique La réponse individuelle aux RI Quelles personnes tester parce qu’elles sont à risque ? (1) Objectif : identifier des patients avant exposition aux RI Patients guéris d’un 1er cancer par radiothérapie peuvent avoir un cancer secondaire (risque ≈ 5 %) : ces patients sontils plus radiosensibles et plus susceptibles au cancer ? Patients avec un second premier cancer Patients avec une suspicion de maladie génétique associée avec une réponse anormale de la signalisation /réparation de l’ADN Patients avec une maladie neurodégénérative, un syndrome d’immuno-déficience ou une maladie avec un niveau élevé de stress oxydatif (Parkinson, Alzheimer, Down,…) La réponse individuelle aux RI Quelles personnes tester parce qu’elles sont à risque ? (2) Objectif : identifier des patients avant exposition aux RI Patients recevant de fortes doses : scanner, radiologie interventionnelle, angiographie Notamment si ces examens sont répétés du fait de maladies diverses (scoliose, embolie pulmonaire,…) ou de dépistage (e.g., mammographie) Notamment chez les enfants et les femmes Notamment si des organes radiosensibles sont dans le champ (sein, thyroïde,…) Notamment chez des personnes avec risque familial de cancer (e.g., cancer du sein, …) La réponse individuelle aux RI Quelles conséquences sur le system de RP une fois les patients identifiés ? Pas de changements majeurs parce que ces personnes sont déjà prises en compte, mais elles ont une réponse individuelle anormale aux RI, en particulier la radiosusceptibilité qui témoigne d’une susceptibilité au cancer ! = Renforcement de l’application des principes de RP = Justification des expositions Optimisation des expositions Limitation des doses ? = Conseil en RP = Extension principes de RP aux expositions combinés aux composés génotoxiques La réponse individuelle aux RI – des questions Les expositions professionnelles La réponse individuelle aux RI est-elle à prendre en compte ? Pour l’instant NON ! • Les RI constituent un facteur de risque parmi tous les autres, identifiable par l ’épidémiologie seulement lorsqu’il dépasse significativement le bruit de fond (INWORKS à pondérer car chez les travailleurs les plus âgés, exposés historiquement à des niveaux bien plus élevés qu’aujourd’hui) • Les doses de RI reçues par les travailleurs sont globalement très faibles aujourd’hui et le risque est donc aussi très faible • Prévention globale vis-à-vis de tous les génotoxiques (ALARA global) La réponse individuelle aux RI – des questions Questions éthiques … médicales Priorité au médical et aux catégories de patients exposés à des niveaux élevés : radiothérapie, imagerie « dosante » (scan, radiologie interventionnelle, actes radioguidés) et répétée, d’autant plus que le sujet est jeune et chez la femme Discrimination pour un emploi ? Non, interdiction par la loi (mais il y a des exceptions, par ex. pilote d’avion et vision déficiente mais du fait du risque pour autrui et non pour soi) Conseil vis-à-vis des postes de travail pour des personnes identifiées Question assurancielle : déjà sur la table pour les maladies et les facteurs de risque de maladies ! La réponse individuelle aux rayonnements ionisants Recherche / politique de RP : quelle stratégie ? Recherche Aujourd’hui • Connaissances scientifiques sur le risque (i.e., Etudes épidémiologiques – HN) Limites de Dose Protéger “l’individu moyen” • Différences de réponse individuelle pour les effets déterministes et l’induction de cancer (sexe, âge, génétique, exposition…) Règles spécifiques ? Contraintes Dose ? Besoin d’optimiser la RP Buts Besoin de plus d’informations sur: Politique de RP • Variations et la taille de la population touchée • Facteurs affectant la réponse individuelle Prendre en compte les individuelles variations Identification de populations à risque Initier ou développer des recherches : (sous groupes ou individus) • • • • Caractérisation moléculaire des individus Etudes des mécanismes (in vitro et in vivo) Identification de biomarqueurs Etudes épidémiologiques dans des populations ciblées – Médical : traitements appropriés pour éviter complications et seconds cancers, dépistages spécifiques, recommandations – Professionnel : protéger des groupes particuliers : conseil - limites de dose ? – 56 La réponse individuelle aux rayonnements ionisants Groupe de travail de la CIPR Commission internationale de protection radiologique Octobre 2013 (Abu Dhabi) : Création d’un groupe d’intérêt sur la réponse individuelle aux RI et ses 3 composantes dans le domaine médical Mai 2014 : Projet de structuration d’un rapport et distribution du travail April 2015 : Projet de rapport pour discussion Octobre 2015 (Seoul): discussion du projet de rapport et recommandations d’orientation Création d’un Groupe de travail formel ? Décision par la Commission Principale de la CIPR en Oct 2016
