Instabilité génétique constitutionnelle et acquise : anomalies de la
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Instabilité génétique constitutionnelle et acquise : anomalies de la réponse aux lésions de l’ADN I. Réponse aux lésions de l’ADN et prédispositions aux cancers II. Mécanisme de réponse au lésions de l’ADN 1. Arrêt checkpoint 2. Réparation Causes des lésions de l’ADN Endogène : Erreurs de réplication Hydrolyse spontanée de l’ADN (dépurination / déamination) Exogène : irradiation Ionisantes, UV Agents chimiques : alkylants, agentspontants (cisplat, MMC,…) psoralènes, benzo[a]pyrènes, ... Types de lésions : Simple brins : mismatchs anomaliesdes nucléotides cassures simple brin (SSB) dimères de nucléotides (ponts intra-brins) Double brins : Ponts interbrins (ICL) Cassures double brin (DSB) D’après J.H. Hoeijmakers, Nature 2001 Réponse cellulaire aux lésions de l’ADN Detection du DNA damage : senseurs checkpoint Arrêt du cycle cellulaire Réparation « efficace » (avec ou sans mutation) réparation résolution ou Réparation « impossible » ou « non économique » Apoptose Inactivation : conduit à l’instabilité génétique, apoptose accrue, prédisposition aux cancers Réponse cellulaire aux lésions de l’ADN muette checkpoint Arrêt du cycle réparation Si réparation avec mutation mort Activation oncogène (rare) Anomalies génomiques oncogéniques Translocation / inversion Deletion * Mutations (cryptic) Trisomie / Monosomie Hyper / hypodiploidie Hyper / hypoploidie Réponse cellulaire aux lésions de l’ADN muette checkpoint Arrêt du cycle réparation Si réparation avec mutation mort Activation oncogène (rare) Inactivation : conduit à l’instabilité génétique, prédisposition aux cancers Apoptose induite (ARF) Apoptose induite par DNA damage ou ses conséquences: voie ARF-MDM2-p53 Oncogenèse est multi-étape : activation d’oncogènes et inactivation de gènes suppresseurs de tumeur Homéostasie Transformation multi-étape Exemple leucémie aiguë T, 2 ans : Cancers favorisés par l’instabilité génomique constitutionnelle ou acquise SIL-TAL t(11;14) : LMO2 del(9p) : MTS1/p14/p16 NOTCH1 muté activé del(6q) : ? Instabilité génétique acquise des cellules cancéreuses Pas trop d’instabilité…. Cahill Vogelstein 1999 Les syndromes d’instabilité constitutionnelle, qui prédisposent aux cancers, touchent les voies de réponse aux lésions de l’ADN ataxie telangiectasie Breast and ovarian cancer Nijmegen ATLD Li Fraumeni Fanconi p53 Canman Current Biology 2001 Recrutement de proteines aux sites de DNA damage : foci impliqués dans les sytèmes checkpoint et de réparation FANCD2 BRCA1 colocalisation Syndromes de fragilité chromosomique Congenital dysmorphia Cancer predisposition Immunity abnormalities Bone marrow defect Autosomic recessive : bi-allelic inactivation, often hypomorphic mutations - Ataxia telangiectasia, ATLD: ATM, MRE11 - Nijmegen: NBS - Bloom: BLM - RS-SCID: LigIV, Artemis - Fanconi: 9 genes FANC, D1/BRCA2, NBS1… - Seckel: ATR - Constitutional aneuploidy : BUBR1 Autosomic dominant - Li Fraumeni: TP53, CHK2 - Breast and ovary cancer predisposition : BRCA1, BRCA2 Modèles murins d’instabilité génétique constitutionnelle et de prédisposition au cancers Bender, 2001 Instabilité génétique constitutionnelle et acquise : anomalies de la réponse aux lésions de l’ADN I. Réponse aux lésions de l’ADN et prédispositions aux cancers II. Mécanisme de réponse au lésions de l’ADN 1. Arrêt checkpoint 2. Réparation Certains mutants UV-sensibles (Rad) ont un déficit en checkpoint = arrêt du cycle 50 +UV % G2 Cells 40 30 WT -UV 20 WT +UV rad9∆ +UV 10 0 0 2 4 6 Time (hours) "Checkpoint controls are surveillance mechanisms, usually not required for cell cycle events, but which enforce their proper order, especially critical after acute damage or error" Hartwell and Weinert, 1989 and 1998 Arrêt checkpoint Senseurs Transduceurs (amplification) Effecteurs (arrêt du cycle) The G1/S checkpoint Les acteurs: p53, Chk1++ Sancar et al., Annu. Rev. Biochem 2004 Intra-S checkpoint Les acteurs: ATR, Chk1++ Sancar et al., Annu. Rev. Biochem 2004 The G2/M checkpoint Les acteurs: Chk2++ Sancar et al., Annu. Rev. Biochem 2004 Fonction des protéines checkpoints…. Complexe MRN : cohésion des chromosomes ? RAD50 Mre11 Nibrine Kanaar, Genes Dev 2002 Activation par modifications post-traductionnelles Bartek, Nat Rev 2001 Fonctions protéines checkpoints Effecteurs : arrêt du cycle MITOSE CDC25 CYCB CDC2 noyau Fonctions protéines checkpoints Effecteurs : arrêt du cycle MITOSE CDC25 CYCB CYCB CDC2 CDC2 CHK1/2 INACTIF 14-3-3 noyau CDC25 P 14-3-3 Instabilité génétique constitutionnelle et acquise : anomalies de la réponse aux lésions de l’ADN I. Réponse aux lésions de l’ADN et prédispositions aux cancers II. Mécanisme de réponse au lésions de l’ADN 1. Arrêt checkpoint 2. Réparation Systèmes de réparation Lésions simple brin SSB Mismatch repair Nucleotide excision repair Base excision repair Transcription coupled repair Lésions double brin DSB Homologous Repair Non Homologous End Joining Cassures double brin (DSB) Système 1: Non homologous End Joigning (NHEJ) Ku80 Ku70 DNA PKcs ATM ATR error-prone Inactivés dans les déficits immunitaires congénitaux Cassures double brin (DSB) Système 2: Homologous repair (HR) Complexe FA core ATM ATR RAD51 BRCA2 error-free Déficit dans Fanconi ? BRCA2 – RAD51 BRCA2 interagit avec l’ADN simple brin A BRCA2 dépose molécules de RAD51 Constitution d’un nucléofilament Recrutement brin homologue, puis HR B C Maladies de réparation et cancer • Mismatch repair : hereditary colo-rectal cancers and other cancers (microsatellite instability) : MSH2,.. • NER : xeroderma pigmentosum, Cockayne sd., trichothiodystrophie : skin UV-induced cancers: XP genes • BER : ligase 4 may be mutated in rare leukemia ? • RS-SCID: LigIV, Artemis • HR? : - breast and ovary cancer predisposition : BRCA1, BRCA2 - Fanconi Anemia : chromosomal breakage and cancer (repair deficiency OR checkpoint ?) : FANC genes Maladie de Fanconi : risque de LAM Hypersensibilité aux agents pontants Test des cassures chromosomiques Cassures chromosomiques, images radiales Phénotype des cellules Fanconi : hypersensibilité aux agents pontants Hypersensibilité aux agents pontants (MMC, DEB, moutardes azotées...) Hypersensibilité aux agents pontants : Anomalies du cycle Normal control (from skin surgery) EGFA074 fibroblasts 0 ng/ml 0 ng/ml 10 ng/ml 10 ng/ml 25 ng/ml 25 ng/ml Anomalies du cycle (non réparation des lésions en phase S) blocage ‘checkpoint’ du cycle en phase G2 Identification des gènes Fanconi Joenje 2001 FA genes FANCF A FANCE C E G D2 FANCC FANCG FANCA FANCD2 FANCL, BRCA2, NBS1 More unidentified genes From H. Joenje, Nature Rev Genetics 2002 The FA/BRCA response pathway G C S phase Interstrand cross-links A E L FA core complex A, C, G : 90% of FA F NBS Ub BRCA1 P D1/BRCA2 ATR PBL FA Double strand breaks (IR) PBL NL foci D2 162 kd 155 kd ATM Repair FANCD2 Western blot Fibroblasts + FANCG + FANCC + FANCA + empty Patient #4 grouping by retroviral transduction Control FA Normal control Détermination du groupe de complémentation par transduction rétrovirale Reversion spontanée : mosaicisme somatique 2 FANC alleles mutated 1 neo-allele corrected ou or Genetic Reversion Phenotypical Reversion Avantage sélectif des cellules corrigées Reversion génétique dans la progression tumorale ? FA myeloid leukemia cell line (Joenje, Cancer Res. 2003) : revertant Oncogenic events acquired FA -/- Neoplastic cell Pas trop d’instabilité…. Cahill Vogelstein 1999 Reversion génétique dans la progression tumorale ? FA myeloid leukemia cell line (Joenje, Cancer Res. 2003) : revertant Oncogenic events FA reversion progression acquired FA -/- Neoplastic cell FA +/+ Fenêtres d’inactivation de systèmes de réparation dans les cellules cancéreuses ? Oncogenic events FA reversion progression inactivation FA +/+ acquired FA -/- Neoplastic cell FA +/+ FANCF inactivation in ovarian cancer (stade précoce) Tanigushi, 2003
