UE2-Merlio-Bases_fondamentales_de_loncogenese
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UE 2 – Biopathologie M. MERLIO Date : 24/09/2015 Plage horaire : 16h15 - 18h15 Promo : P2 2015 – 2016 Enseignant : M. MERLIO Ronéistes : RAYBAUD David MALLET Anthony Bases fondamentales de l’oncogenèse Quelques définitions et notion de terminologie I. 1. 2. 3. 4. 5. Le développement d’un cancer II. 1. 2. 3. Les différentes étapes Les évènements biologiques Origines des cancers Bases génétiques de l’oncogenèse III. 1. 2. 3. IV. Tumeurs Caractère bénin ou malin des tumeurs Principaux types de cancers Oncogenèse Oncologie : spécialité médicale Les genes impliqués dans l’oncogenèse Mécanismes d’activation des proto-oncogènes Mécanismes d’inactivation des gènes suppresseurs de tumeurs CONCLUSION : Applications des détections d’anomalies génétiques dans les cancers I. 1. Quelques définitions et notion de terminologie (à connaître) Tumeur Du latin « tumere » (= enfler), le terme de tumeur ne veut pas dire cancer (= tumeur maligne) mais désigne l'augmentation du volume d’un tissu (= tuméfaction), une masse délimitée. Mais cela correspond aussi à une tuméfaction associée à une néoformation de tissus corporels (= néoplasie). Cette augmentation de volume du tissu liée à une néoplasie ou hyperplasie peut affecter tous les tissus et survient chez tous les êtres vivants (y compris les plantes). Selon la localisation de la tumeur et la fonction du tissu affecté, on aura : → soit une conséquence locale, par exemple une compression. → soit une conséquence fonctionnelle, une dysfonction. → soit dans le cas d'une néoplasie maligne, des cancers, une nuisance pour l'ensemble de l'organisme et la mort du sujet. Il existe des tumeurs malignes et des tumeurs bénignes. Cependant il existe un stade intermédiaire entre ces deux-là. En effet des tumeurs bénignes ont quelques fois des altérations génétiques sans être des tumeurs malignes, ou encore des tumeurs malignes (à malignité indéterminée) qui ne sont pas vraiment malignes. Mais nous retiendrons seulement les caractères bénins et malins des tumeurs. 2. Caractère bénin ou malin des tumeurs Les tumeurs bénignes ne donnent pas de tumeurs « filles » ou « tumeurs secondaires » appelées métastases. Elles sont le plus souvent sans gravité en terme de pronostic vital mais perçues comme inesthétiques d'où l’ablation souhaitée (exemple au niveau cutané : verrues, kystes, naevus bénins, grains de beauté). Elles peuvent cependant entraîner des complications graves pouvant aboutir à la mort du sujet. On peut donc mourir d'une tumeur bénigne. En fait, le potentiel de cette tumeur n'est que bénin mais si on la laisse évoluer on peut par exemple avoir des actions mécaniques (compression, inflammation). Par exemple, une fibromatose ou une tumeur cérébrale bénigne peut entraîner la mort du sujet, car elle va réaliser une compression intra-crânienne dans ce que l'on appelle une hypertension intracrânienne. Si on ne l'enlève pas, elle peut parfois aboutir à la mort du sujet. Une autre complication possible, des tumeurs bénignes, peut éventuellement donner un syndrome dysfonctionnel, par exemple dans le cas des tumeurs bénignes glandulaires endocrines (= adénome), qui peut entraîner une production anormale d'hormones. Si elle a des conséquences sur les fonctions métaboliques, elle pourra donc avoir de graves répercussions sur l'organisme tout entier. Certaines tumeurs bénignes peuvent progresser en tumeurs malignes, c’est le cas des poly-adénomes du côlon (= polypes), qui peuvent dégénérer en adénocarcinomes colorectaux. Les tumeurs malignes, aussi désignées sous le terme de « cancers », sont souvent graves. On les désigne aussi par le terme de néoplasie. Le terme de néoplasie est souvent restreint aux tumeurs malignes alors qu'il s'agit globalement d'un synonyme avec « tumeur ». Ce sont donc des tumeurs souvent graves caractérisées par : → Une invasion du tissu local avec production de protéases. → Une dissémination à travers le sang ou la lymphe (c'est le stade de métastases). → Des complications graves (dont certaines communes avec les tumeurs bénignes) comme des obstructions d'organes creux (lumen), des compressions (organes adjacents, compressions cérébrales), une sécrétion ectopique d'hormones (insulinome, syndrome paranéoplasique des tumeurs neuroendocrines). Si la progression de la tumeur n’est pas jugulée, cela entraîne la mort du sujet. Ainsi un cancer, en l'absence de traitements, aboutit toujours à la mort du sujet. Cela peut arriver par différents symptômes, différentes atteintes cliniques selon le système qui va être altéré par les cellules cancéreuses. Soit par insuffisance respiratoire, soit par dénutrition, soit par empoisonnement et accumulation de substances toxiques. Par exemple, quelqu’un qui a une dissémination pulmonaire aura une compression des voies respiratoires et celui-ci va mourir par insuffisance respiratoire totale, avec des phases d’asphyxie progressives. Si la tumeur bouche ou arrête le transit digestif, il peut y avoir une dénutrition globale qui entrainera la mort du malade. Si la tumeur relargue des substances toxiques notamment pour les patients sous traitement chimiothérapique (la chimiothérapie attaque les cellules cancéreuses mais va avoir pour effet de relarguer des substances toxiques dans le corps de l’individu) on aura un « empoisonnement général » pouvant aussi entraîner la mort. /!\ Tableau à apprendre par cœur : QCMs ! Question élève 2015-2016 : Est-ce qu'une néoplasie est une tumeur bénigne ou maligne ? Réponse : Le terme « néoplasie » signifie globalement « tumeur », mais on le restreint généralement aux tumeurs malignes. 3. Principaux types de cancers Leur classification est histologique ou anatomo-pathologique, c’est-à-dire qu’on classe le cancer en fonction du tissu que le cancer reproduit et/ou dont il dérive. Souvent on classe morphologiquement le cancer en fonction du tissu auquel il ressemble. Ayant vu l'année dernière le cours des épithéliums, ce cours est important pour la classification des tumeurs (revoir les diapos de fin du cours) quelles soit bénignes ou malignes. En effet, on y retrouve la notion de papillome, d'adénome pour les tumeurs bénignes et carcinomes, adénocarcinomes pour les tumeurs malignes avec des exceptions comme les angiosarcomes, mésothéliomes. Mais globalement : - Les carcinomes sont les cancers des épithéliums et représentent environ 80% des cancers. Les localisations les plus fréquentes sont le sein, la prostate, le rein, les poumons et le tube digestif. - Les sarcomes sont les cancers des tissus conjonctifs (dont tissu conjonctif spécialisés adipeux, musculaires et osseux qui sont inférieurs à 1 % des cancers). On voit bien que l'histologie générale permet la classification des cancers. - Les cancers hématologiques sont les cancers des lignées myéloïdes et lymphoïdes, et représentent 5% des cancers (ça n’est donc pas forcément très rare) avec les : Lymphomes (tissus lymphoïdes) Leucémies et syndromes myéloprolifératifs (qui atteignent notamment le sang et la moelle) Myélomes (= tumeurs des plasmocytes) multiples (atteignent généralement la moelle osseuse). - D’autres types de cancers (presque autant que de tissus dans l’organisme). On leur ajoute le suffixe « -ome » au nom du tissu ou de la cellule pour former les noms. Exemple : gliomes (pour les cellules gliales), mélanomes (pour les tumeurs des mélanocytes), neuroblastomes (tumeurs des neuroblastes), séminomes (tumeurs des tubes séminifères)… 4. Oncogenèse Du grec « onkos » (= masse) et « genesis » (= naissance, formation…) cela correspond donc à une formation de masse, l’oncogenèse est un processus de transformation maligne (de cancérisation, c’est la genèse d’un cancer) et aboutit à la formation d’un cancer. Ses synonymes sont « cancérogenèse » et « tumorigenèse » (cela concerne aussi les tumeurs bénignes). Il y a plusieurs dénominations, les termes onkosgenesis ou carcinogenesis sont par exemple utilisés internationalement. L’oncogenèse est caractérisée par l’accumulation d’altérations génétiques, qui entraînent une division cellulaire incontrôlée et une reprogrammation des cellules. 5. Oncologie : spécialité médicale L’oncologie ou cancérologie est une spécialité médicale permettant l'étude, le diagnostic et le traitement des cancers mais faisant intervenir plusieurs spécialités. Du côté thérapeutique (=ncôté médical), on trouve des oncologues ou cancérologues (spécialité médicale) qui s’occupent de chimiothérapie ou de radiothérapie. L’étude et le diagnostic des cancers sont effectués par les cliniciens, anatomopathologistes et biologistes (notamment des généticiens de tumeurs). Le traitement est assuré par les chirurgiens, chimiothérapeutes, radiothérapeutes et immunologistes (immunothérapie des cancers). Ce qu'il faut également comprendre, c'est qu’il y a dans chaque spécialité médicale, une sousspécialité de cancérologie. Ainsi par exemple, un gastro-entérologue pourra prendre en charge des cancers du côlon ou du foie (si spécialisation en hépatologie). Il existe aussi des oncologues avec une approche plus générale pouvant prendre en charge un très grand nombre de cancers, se croisant avec des pneumologues, dermatologues ayant validé par exemple un DESC (diplôme d'études supérieures complémentaires) en cancérologie. Le développement d’un cancer II. 1. Les différentes étapes Les bases de l'oncogenèse font appel à plusieurs modèles, comme par exemple le modèle linéaire ou multi-étapes. Ici à partir d'un épithélium normal, en passant éventuellement par le stade de métaplasie, on va passer au stade d'adénome qui va acquérir certaines mutations génétiques comme ici K-ras. Puis quand il aura additionné une mutation génétique plus importante, la tumeur va donner un cancer invasif qui peut être d'abord local. Quand les cellules tumorales perdent les cadhérines ou autres systèmes de jonctions, elles vont pouvoir migrer et se disséminer dans l'organisme pour former des métastases. Attention, ce modèle n'est pas valable pour tous les types de cancers ; certains cancers se développant d'emblée, représentés par des modèles moins progressifs. Mais ce modèle est intéressant dans la mesure où il nous permet de comprendre que les tumeurs sont souvent des expansions clonales résultant de l'accumulation d'altérations moléculaires. Ces altérations moléculaires pouvant être soit comme ici homogènes dans la tumeur (démontrées par le cancer invasif), soit hétérogènes (hétérogénéité tumorale) quand il existe un panachage des mutations (on observe cela dans des modèles moins linéaires). On ne parlera pas aujourd'hui de la modélisation informatique ni de la modélisation permettant de retrouver les cellules souches du cancer. Mais on peut concevoir que dans un cancer, il peut y avoir des cellules à la fois plus ou moins différenciées, des cellules en fin de vie et des cellules souches du cancer. Donc le cancer en quelque sorte va reproduire une population, une espèce de diaspora cellulaire pouvant comporter des individus d'âge et de statut mutationnel qui n'est pas forcément homogène. Cela peut poser des problèmes thérapeutiques si l'on souhaite cibler une ou plusieurs anomalies moléculaires. A. L’immortalisation cellulaire Les cellules deviennent incapables d’entrer en apoptose (= d’initier leur propre mort) et indépendantes aux signaux extérieurs qui déclenchent l’apoptose. C’est un phénomène d’échappement de la cellule aux lois de la régulation de la mort cellulaire. Les cellules vont résister à l'apoptose. Cette plaque montre comment normalement les cellules sont régulées (pas trop détaillé). A partir de tissu embryonnaire ou des cellules souches, les cellules ont une capacité de division qui se régule normalement lorsqu’elles deviennent confluentes (il y a arrêt de la division cellulaire). Les cellules, normalement au bout de 50 à 60 divisions, se mettent en sénescence de par les limites au niveau de leurs télomères (ils sont indispensables pour la réplication, à l’extrémité des chromosomes), il y a un arrêt du cycle même si on redonne les facteurs de croissance et même si les cellules ne sont pas totalement en confluence. B. La transformation cellulaire Elle correspond à la perte de l'homéostasie qui assure normalement le maintien de la taille et fonctionnalité d'un organe. C'est à dire le déséquilibre de la balance entre la mort cellulaire et les divisions avec une augmentation éventuelle du nombre de divisions et avec un déséquilibre avec la mort cellulaire. Là aussi, il y a une perte de sensibilité aux signaux qui régulent la prolifération (croissance autocrine, perte d'inhibition de contact). On est passé de l’échelle cellulaire (d’immortalisation cellulaire) à l’échelle d’une souspopulation de cellules (ce qu’on appelle un clone) qui forme un/plusieurs foyer(s) de cellules anormales. Processus multi-étapes : 1) Tumorogenèse : immortalisation ou prolifération clonale ou oligoclonale (non clonale de cellules) 2) Transformation maligne C. La croissance tumorale La prolifération prend le pas sur l'apoptose et il va y avoir formation d’une tumeur qui va croître. On a donc une prolifération cellulaire qui échappe au système immunitaire. Ceci va nécessiter pour que les cellules prolifèrent, la création d'une néovascularisation (angiogenèse : croissance de nouveaux vaisseaux sanguins à partir de ceux préexistants. Nécessaire pour une tumeur supérieure ou égale à 1 millimètre cube). Ceux-ci vont permettre l’alimentation des cellules du clone qui s’est transformé et permettre la croissance de la tumeur. D. Progression tumorale : accroissement de la malignité Cette étape se caractérise par des phénomènes d’invasion local (envahissement des tissus avoisinants) et de métastases (du grec « meta » (= au-delà), dissémination à distance). Elle montre un accroissement de la malignité. E. Modèle classique de l’oncogenèse de Hanahan et Weinberg /!\ A Apprendre par cœur !! Ces deux auteurs très célèbres ont décrit en 2000 les « hall-marks », c’est-à-dire les marqueurs ou marques du cancer et ils ont récapitulé les six mécanismes principaux de l’oncogenèse : 1. 2. 3. 4. 5. 6. Autosuffisance en facteurs de croissance Insensibilité aux signaux (facteurs extérieurs) inhibiteurs de la prolifération Evasion de l’apoptose Néo-angiogenèse et réaction stromale Invasion et métastase Potentiel réplicatif illimité (la réplication n'est plus limitée par les télomères). A ces six mécanismes principaux se surajoutent des anomalies par des phénomènes d'instabilité génétique de la tumeur, ce qui va permettre à la tumeur de s'adapter et de muter. Ils ont aussi décrit des nouveaux « marqueurs » dix ans plus tard (2011) : - L’inflammation stimulant la tumorogénèse (au lieu de rejeter la tumeur, les cellules tumorales vont créer l'inflammation qui va stimuler la tumorogénèse ou cancérogénèse à un stade précoce). - La reprogrammation du métabolisme énergétique de la cellule -> Aspect intrinsèque au cancer. Beaucoup de chercheurs privilégient une approche métabolique des cellules cancéreuses, car par exemple le métabolisme oxydatif participe à la création de mutations dans les cellules cancéreuses. - L’échappement au système immunitaire des cellules cancéreuses de l’individu -> Aspect extrinsèque au cancer. On devrait normalement reconnaître les cellules cancéreuses infectées par un virus, mais il y a en général un blocage de la reconnaissance entre cellules cancéreuses et lymphocytes T. Certaines thérapeutiques visent à restaurer les fonctions du système immunitaire, constituant une voie d'étude pour des traitements très prometteurs. Ces trois nouveaux marqueurs sont importants parce que dans le cas de l’inflammation stimulant la tumorigenèse, on peut prévenir l’apparition du cancer, si on retire le facteur causal de l’inflammation. Dans le cas de la reprogrammation du métabolisme énergétique, on peut comprendre comment la cellule cancéreuse s’alimente et comment la combattre. Et pour l’échappement au système immunitaire, on a maintenant le développement de ce qu’on appelle l’immunothérapie anticancéreuse. Normalement dans des cellules embryonnaires, il y un arrêt des divisions cellulaires lorsqu'il y a par exemple confluence comme pour les cellules épithéliales qui mettent en place des systèmes de jonctions en boîte de pétri. A l'inverse, le nombre de divisions cellulaires est soumise à une limité (= la limite de Hayflicks). Hayflicks a démontré que les cellules souches ne pouvaient se diviser qu'environ 50 à 60 fois, au-delà de cette limite, il y a arrêt du cycle par sénescence. Cela résulte de différents facteurs comme l'érosion ou le raccourcissement des télomères. Ainsi, même en présence de facteurs, les cellules en sénescence ne peuvent reprendre leurs divisions. Dans les cellules tumorales, les premiers éléments oncogéniques vont entraîner une poursuite des divisions sur quelques rares cellules avec une crise qui entraîne la poursuite de divisions et une prolifération continue, aboutissant à l'immortalisation d'un clone cellulaire. Au départ, ce clone cellulaire va venir progressivement remplacer les cellules normales. C'est le processus de transformation cellulaire, où les cellules immortalisées vont, par une 2ème série d'évènements oncogéniques, aboutir à une expansion clonale. On parle de transformation ou de clones transformés. On voit très bien en culture arriver ce petit foyer de cellules transformées qui prennent le pas sur les cellules normales qui ont une morphologie différente. Donc la tumorogénèse est un processus multi-étapes avec d'abord une immortalisation ou encore une petite prolifération clonale ; et puis secondairement un petit foyer de transformation maligne. Les cellules transformées qui se sont développées localement vont pouvoir, en résistant à l'apoptose, migrer dans les vaisseaux avec intrainvasion, invasion, migration et finalement une colonisation dans les organes filtres (poumons, rate, foie ou encore les ganglions par dissémination lymphatique). Il peut donc y avoir une dissémination lymphatique ou sanguine aboutissant soit à des métastases ganglionnaires soit à des métastases pulmonaires ou hépatiques. Les métastases ganglionnaires peuvent même donner des emboles dans les vaisseaux lymphatiques et ensuite rejoindre la circulation générale pour donner une dissémination hématogène. Ainsi en franchissant les capillaires alvéolaires, la cellule cancéreuse peut former des métastases et coloniser le parenchyme pulmonaire. F. Progression d’un adénocarcinome mammaire Ce schéma nous montre les différentes étapes de progression d’un cancer se développant au niveau du sein. Il va y avoir, après les étapes d'immortalisation et de transformation, des phénomènes d'évasion d'apoptose, de néo-angiogénese, d'invasion métastatique avec un potentiel prolifératif illimité et des possibilités d'invasion des tissus conjonctifs. Donc au niveau de la tumeur primaire on dit qu'on a une prolifération localisée. 2. Les évènements biologiques du développement d’un cancer On en vient aux mécanismes par lesquels la cellule acquiert ces propriétés. Le site des métastases dépend en fait des capacités migratoires et d'adhésions, du stroma et de l'hôte, et des voies anatomiques d'où la notion d'organes filtre (ganglions, foie et os). L'oncogenèse passe donc sur l'acquisition de 6 propriétés : 1) Réactivation de la télomérase qui empêche l'érosion des télomères. 2) Inactivation des mécanismes d'apoptose (blocage de la sénescence) qui aboutit à l'immortalisation cellulaire = capacité proliférative illimitée. 3) Croissance cellulaire autonome avec production de facteurs autocrines et activation de kinases. 4) Inactivation des voies inhibitrices → transformation cellulaire et insensibilité aux signaux environnementaux. 5) Capacité angiogénique (la tumeur a besoin de beaucoup d'O2) → formation de néovaissaux grâces à la production de VEGF (« vascular endothéliale growth factor ») 6) Pouvoir invasif et métastatique → production de MMP (matrice métalloprotéases) et altération des molécules d'adhésion (intégrines, cadhérines), modification des capacités migratoires. 3. Origines des cancers (les causes) Les cancers sont dus à des facteurs endogènes et exogènes. A. Exogènes On aboutit à la notion d'exposition (tout ce à quoi un organisme est exposé). Les cancers peuvent avoir des origines exogènes : des agents infectieux (15% des cas) et des facteurs environnementaux (majorité des cas). L'exposition dépend notamment des ethnies et des zones géographiques au niveau de la planète. Parmi les agents infectieux on peut citer : - Les virus à ADN : → Les papillomavirus (HPV) qui entraînent un cancer du col de l’utérus. → Le virus de l’hépatite B (HBV, Hepdnavirus) peut entraîner le cancer du foie (hépatocarcinome). → Le troisième virus : le virus d’Epstein Bar (EBV, Herpesvirus) intervient dans l’apparition d’un lymphome (le lymphome de Burkitt). Ces cancers sont assez répandus dans les pays développés. Cependant le lymphome de Burkitt est aussi prédominant dans certaines régions d'Afrique, voir même endémique, ce qui pose de gros problèmes pour les populations qui disposent de peu de moyens diagnostiques ou thérapeutiques. Pour HPV et HBV, 80% à 100% de ces cancers sont expliqués par une origine virale. - Les virus à ARN : → C’est le cas de l’HTLV-I (Retrovirus cousin éloigné de l'HIV) entraînant chez 5 à 10 % des personnes infectées, la leucémie T de l’adulte. Dans les caraïbes et notamment en Guyane, il y a d'importantes contaminations par HTLV-I. Il est susceptible d’être transmis par le lait maternel d’où l’importance de faire le diagnostic de ces infections, ou plus classiquement par transfusion sanguine. → Il y a aussi le virus de l’hépatite C (HCV, Flavivirus) qui peut lui aussi donner des cancesr du foie (= hépatocarcinome). Il n'existe pas de vaccins contre ce virus ! Prédominance dans les contrées asiatiques. Il y a d’autres agents infectieux que les virus (0,5% des cas) : - L’helicobacter pylori (bactérie) qui est à l'origine des cancers gastrique. C'est une petite bactérie hélicoïdale qui s'attrape par une mauvaise hygiène des mains, après un repas souillé, après le partage d’un repas avec quelqu'un. Cette bactérie peut être traitée par antibiotiques d'où l'intérêt d'un dépistage précoce. Elle est très fréquente chez les sujets asiatiques qui sont donc très touchées par les cancers gastriques. - La présence de parasites (dans les pays tropicaux, exemple en Afrique) : schistosomes, provoque des cancers du foie et de la vessie. Quelqu'un avec une infection chronique à des schistosomes aura donc plus de chances de développer ces 2 types de cancers. Il y a enfin des facteurs environnementaux (majorité des cas) pour lesquels il y a des campagnes plus ou moins écoutées par la population contre : Pollution. Tabac. Alcool. Rayons UV (cancers de la peau et mélanomes (y compris chez le jeune)) Radiations type rayons X ou gamma (cancer hématologique ou de la thyroïde) Amiante (cancers des cellules mésothéliales = mésothéliome) Action mutagène et à la fois pro-inflammatoire (alcool). Ceci est particulièrement vrai pour les agents infectieux, qui vont tout d'abord entraîner une réponse immunitaire qui au lieu de nous débarrasser de cet agent infectieux, peut avoir un effet pervers et va favoriser l'apparition du cancer. Pour affirmer qu'il y a un lien entre un cancer et un agent infectieux, il faut non seulement des statistiques de fréquence, mais aussi démontrer le mécanisme biologique de façon reproductible. B. Endogènes Ce sont des altérations provoquées par les molécules issues de notre métabolisme (exemple : espèces réactives de l’oxygène). L'incidence de ces cancers est beaucoup plus difficile à quantifier et à démontrer. Par exemple pour le cancer colorectal, certains chercheurs ont par exemple voulu démontrer que la prise d'anti-oxydants comme la vitamine C ou d'AINS à petites doses tous les jours pourraient prévenir l'apparition des cancers colorectaux. C'est aussi l'introduction des alicaments (aliments qui seraient aussi des médicaments), cependant aucune étude officiellement validée ne confirme leur efficacité. Rien ne prouve qu'un régime riche en vitamines C empêche l'apparition du cancer, mais cependant une bonne hygiène de vie avec 5 fruits et légumes par jour peut réduire les chances de développer un cancer. Alors qu'à l'inverse chez des patients obèses, hypertendus, diabétiques avec des altérations métaboliques générales, on a, chez ces populations fragilisées, une augmentation de la prévalence des cancers. Néanmoins, une personne en bonne santé avec une bonne hygiène de vie n'échappe pas toujours à l'oncogenèse. Il y a aussi des erreurs spontanées de réplication de l’ADN qui serraient non réparées par le système qui veille à l’intégrité du génome. Chez les sujets vieillissants, il y a une baisse des capacités de réparation de l'ADN et donc une augmentation de l'incidence de certains types de cancers avec l'âge. Il y a des cancers héréditaires, liés à une prédisposition génétique (5-10% des cas) : Rétinoblastomes/ ostéosarcomes (mutation de gène RB1) qui arrivent généralement tôt dans l'enfance. Cancers colorectaux Polypose rectocolique familiale (FAP) (mutation du gène APC) Syndrome de Lynch (HNPCC) (mutations des gènes de réparation d'instabilité microsatellitaire : MSH2/6, MLH1, PSM2) Cancers du sein et de l’ovaire (mutations des gènes réparant les cassures de l’ADN : BRCA1/2) Syndrome des Li-Fraumeni (mutations dominantes du gène gardien de notre génome : TP53, associé à des cancers précoces) Mélanomes familiaux (mutations des gènes suppresseurs de tumeur P16/CDKN2A et CDK4) On parle d'oncogénétique ou oncogénétique héréditaire lorsque dans une famille il va y avoir une prédisposition génétique transmise avec une augmentation de la fréquence des cancers par rapport à la population générale. Il est intéressant de savoir devant un cancer héréditaire qu'il y a 2 caractères cliniques importants à observer: la survenue précoce du cancer (sujet plus jeune que l’âge usuel de la pathologie) et la mutation du gène concernée par la pathologie. Bases génétiques de l’oncogenèse III. Transfert de matériel génétique → transformation cellulaire. Ce transfert de matériel est causé soit par des virus oncogène, soit par une transfection d’ADN de cellules cancéreuses. On observe alors une transformation cellulaire ce qui démontre le rôle de l’information portée par le génome des virus ou des cellules tumorales. Les gènes impliqués sont : pour les virus : v-onc (oncogènes viraux à pouvoir transformant) pour les cellules tumorales : c-onc. Donc les gênes impliqués sont soit des V-oncogènes (des oncogènes viraux à pouvoir transformant) soit des Cellulaires-oncogènes qui sont à l'état normal des proto-oncogènes. C'est à dire des gênes à fonction physiologique mais à potentiel transformant si leur activation est anormale. Les altérations sont dans la plupart des cas uniquement somatiques et ne sont présentes que dans le tissu malade → cancer sporadique. Parfois, il existe une altération constitutionnelle (germinale) qui a été transmise par les gamètes et qui sera retrouvée dans toutes les cellules de l'organisme → cancers familiaux. Le cancer implique dans tous les cas des altérations génétiques. L'origine des cancers est donc liée à une modification quantitative ou qualitative de gênes, dans la plupart des cas somatiques. Seuls les cancers familiaux auront une altération constitutionnelle germinale transmise à la descendance, cependant ce sont loin d'être les plus fréquents (5 à 10 % des cancers). Par contre cela a un impact immédiat sur la pratique médicale, car lorsqu'un sujet développe un cancer, il faut systématiquement faire un interrogatoire pour savoir si le même type de cancers a été observé dans la famille. « De quoi sont décédés vos parents, vos grands parents ? » « Parmi vos frères et sœurs, il y a déjà eu ce type de cancer ? » On peut ainsi déterminer des prédispositions génétiques selon les individus et la famille, ainsi un interrogatoire bien mené peut suffire à dépister ce genre de cas. 1. Les gènes impliqués dans l’oncogenèse A. 3 grandes catégories de gènes liées aux pathologies cancéreuses : - Les oncogènes (proto-oncogènes, du grec « protos » primaire) sont des régulateurs positifs (moteurs) de la prolifération cellulaire. L’altération dominante (gain de fonction) d’une seule des deux copies suffit, donc on va voir un seul allèle muté (le plus souvent on possède 2 copies d’un gène, l’une héritée du père, l’autre de la mère). Oncogènes = accélérateur de la prolifération et frein de l'apoptose. - Les gènes suppresseurs de tumeurs (anti-oncogènes) sont des régulateurs négatifs (freins) de la prolifération cellulaire ou encore gênes pro-apoptotiques. Dans le cas des freins de la prolifération cellulaire, il faut perdre à la fois l’allèle paternel et l’allèle maternel (perte de fonction, altération récessive), ce qui suppose un double mécanisme d’inactivation des deux côtés. L’une pouvant par exemple être génétique et puis l’autre épigénétique. (Exception : mutations dominantes-négatives / protéines multimériques). Gênes suppresseurs de tumeurs = accélérateurs de l'apoptose et frein de la prolifération. Pour l’accélération de la prolifération, une seule mutation suffit. Cela peut se faire par différents mécanismes, une protéine normale hyperactive, une protéine normale en excès par amplification génique ou une protéine normale en excès lorsqu'il existe une dérégulation par translocation chromosomique. Alors que pour le frein il faut un mécanisme qui va annuler les 2 allèles. Cette perte de fonction nécessite que les 2 allèles récessifs du gène soient inactivés avec une exception, les mutations dominantes-négatives. Cela correspond à la présence d'une protéine mutée issue d'un gène récessif muté qui va former des homo-dimères avec la protéine sauvage et entraîner une perte de fonction du complexe muté sauvage → on peut citer le gêne TP53. - Les gènes des systèmes de réparation de l’ADN (« caretakers ») forment une catégorie particulière de gènes suppresseurs de tumeurs. Ils sont capables de détecter et de réparer les lésions de l’ADN. Là encore, ils nécessitent une inactivation des 2 copies pour qu’il y ait une perte de fonction au niveau du tissu tumoral. Il peut y avoir pour ces gènes des systèmes de réparation de l’ADN une copie héritée qui est malade, l’autre copie étant normale ; et puis dans le tissu cancéreux il peut y avoir altération du 2ème allèle. Ainsi les modifications des gênes de réparation de l'ADN vont avoir un rôle indirect sur le processus de cancérisation en hyper-activant ou en inactivant les oncogènes ou gènes suppresseurs de tumeurs. Normalement, on est dans une balance entre : les accélérateurs du cycle et les freins de l’apoptose = oncogènes les freins du cycle et les proapoptotiques = gènes suppresseurs de tumeurs. Dans le cas d’une mutation d’un protooncogène par mutation, translocation ou amplification, on a à ce moment-là un gain de fonction qui n’apparaît que sur l’un des 2 allèles (pas la peine d’entraîner forcément l’altération des 2 allèles) et on a une transformation. Souvent, ces oncogènes codent pour des facteurs de croissance, des récepteurs des facteurs de croissance ou des protéines nucléaires (= facteur de transcription). Dans le cas des gènes suppresseurs de tumeurs, il faut qu’il y ait une délétion, mutation ou inactivation des 2 allèles pour aboutir à une perte de fonction. A ces phénomènes purement mutationnels (mutations ponctuelles, translocations chromosomiques, amplifications génétiques), peuvent s'ajouter des modifications épigénétiques comme la méthylation des îlots CpG. Si les îlots CpG sont méthylés aux niveaux des promoteurs, il y aura une inactivation d'un gène suppresseur de tumeurs. La modification des histones, une hypoacétylation ou une méthylation peut aussi inactiver ces gênes. Ainsi pour le traitement des cancers, on va pouvoir utiliser soit des drogues qui sont déméthylantes soit des drogues qui sont des inhibiteurs des histones déacétylases (permettant une régénération de l'acétylation des histones). Ce qu'il faut retenir c'est que les modifications épigénétiques ont des influences sur les 3 types de gènes précédents. Ce qu'il faut comprendre, c'est qu'un allèle peut être inactivé par un mécanisme mutationnel et l'autre par un mécanisme épigénétique L'exemple du gène du rétinoblastome (suppresseur de tumeur) est intéressant sur ce schéma, on peut associer une mutation inactivatrice à une recombinaison mitotique générant une perte de fonction des 2 allèles, mais ça peut être aussi une perte par non-disjonction mitotique ou encore une inactivation par un phénomène de méthylation du promoteur → perte de fonction des 2 allèles du gène suppresseur de tumeur qui va participer dans le tissu tumoral la formation d'une tumeur. Ce schéma est aussi intéressant pour la compréhension des cancers héréditaires. En effet, le rétinoblastome est souvent un cancer héréditaire. Il y a donc dans les cellules germinales transmission d'une mutation inactivatrice qui se retrouvera dans tous les tissus. Cependant comme l'autre allèle est fonctionnel, on n’a pas de tumeur dans tous les tissus du sujet. Mais pour des raisons environnementales ou autres, ce gène sera inactivé pour ses 2 allèles uniquement dans le tissu somatique. Ainsi un allèle pathologique est transmis par les cellules germinales et l'autre allèle sera inactivé seulement dans le tissu tumoral. Lorsque l'inactivation du gène n'est pas héréditaire, on peut revenir à un modèle linéaire. On a une prolifération qui a une première mutation inactivatrice, et dans ce petit contingent de cellules qui prolifèrent, on a juste un petit clone qui présente une inactivation de l'autre allèle générant une perte des 2 allèles → on peut donc avoir une hétérogénéité de la tumeur. B. Les cancers sont des pathologies multigéniques Les cancers sont des pathologies très souvent multigéniques avec un processus à plusieurs étapes, ce qui est différent de pathologies monogéniques comme par exemple la mucoviscidose, les myopathies… Les techniques de séquençage permettent d'accumuler des données sur les altérations génétiques propres à chaque tumeur. Ces données tendent à montrer que dans chaque tumeur, il existe un « paysage » ou « landscape » mutationnel qui est très important et qui varie selon les types tumoraux. Chaque cancer correspond maintenant à l’altération d’au moins 20 gènes sur une séquence très longue (en 2000, on considérait l’altération de 10 à 20 gènes), de nos jours, on considère entre 20 et 50 gènes dans les cellules tumorales. Certaines tumeurs présentent très peu de gènes altérés alors que c'est l'inverse pour d'autres grands cancers comme le mélanome ou le cancer du côlon. Comme il y a plusieurs étapes pour celui du côlon, il y a un grand nombre de mutations qui apparaissent au fur et à mesure de la progression du cancer. Généralement pendant une très longue période (5 à 20 ans), ce modèle s'applique en particulier aux cancers à génétique complexe qui se développent par des altérations successives avec une séquence non aléatoire → donc une il existe une spécificité des gènes altérés selon la chronologie est événements génétiques. Cette grande diversité génétique aboutit à une hétérogénéité des cancers avec plusieurs sous-types cellulaires présentant chacun des altérations génétiques particulières et ayant une réponse thérapeutique différente. En effet une même thérapeutique dans un cancer, ne va pas tuer toutes les cellules tumorales avec éventuellement apparition de phénomène de résistance. D'où la nécessité d'adapter sa thérapeutique en fonction du type de cancer et des altérations caractéristiques. Question élève 2014-2015 : si un adulte qui fumait beaucoup attrape un cancer des poumons est ce que ces enfants, qu'il a eu après sa maladie, seront sujet au cancer des poumons de façon héréditaire ? Réponse : Non, car dans le cas du cancer du poumon on ne trouve que des altérations dans le poumon et donc elles ne pourront pas être transmises à la descendance. Modèle de progression du cancer colorectal décrit par Dr B. Vogelstein au Johns Hopkins Oncology Center à Baltimore (USA). NB : l’enchainement des mutations n’est pas connaitre ! Il y a des mutations précoces (K-Ras) qui surviennent sur des adénomes précoces (dysplasie légère) et des mutations tardives (TP53), qui vont entraîner la perte de leur système de jonction (E-cadhérine) accompagné de la perte de certaine molécule d'histocompatibilité qui vont permettre au cellule d'échapper à la surveillance du système immunitaire et donc aboutir à des métastase. C’est cette succession d’altérations moléculaires qui entraîne à la fin une agressivité plus importante de ce cancer. 2. Mécanismes d’activation des proto-oncogènes A. Mutation ponctuelle activatrice - les gènes RAS (H-, K-, N-) : ces gènes qui sont sur la voie MAP kinase sont des gènes codant pour petites protéines G et sont mutés dans un grand nombre de cancer comme celui de la vessie, colorectal (H-ras : 10% des cancers de la vessie, K-ras : cancers colorectaux) De plus sur la voie RAS- MAP kinase, il existe un gène, Braf qui est muté dans les mélanomes. - CTNNB1 (β caténine) : elle est mutée dans les cancers colorectaux, mélanomes, hépatocarcinomes.. - FGFR3 (récepteur tyrosine kinase) : elle est mutée dans les cancers de la vessie et plus rarement du col utérins. On voit bien ici une mutation ponctuelle (transition, transversion) qui va transformer le codon GGC en GTC soit une glycine en une valine. Cela donne alors une forme oncogénique de la protéine RAS qui lie le GTP et qui n’est désormais plus inactivé. Tous ce qui va être en aval de RAS va alors être activé du fait de cette mutation ponctuelle. Il existe aussi les anomalies primaires ou pilote (drivers) dont les cellules tumorales restent dépendantes comme par exemple : - BRAF et mélanome EGFR et adenok du poumon Il s’agit du phénomène d’addiction. Ces anomalies primaires sont donc assez précoces dans la tumorogénese et vont être portées par une majorité de cellules tumorales. Même si d’autres anomalies viennent s’ajouter, la tumeur reste dépendante de ces anomalies primaires et sans elles, la cellule tumorale va mourir. Cependant, même si elles initient la tumeur, elles ne sont pas toujours suffisantes à son développement. Ainsi : - La mutation de BRAFV600E n’est pas spécifique du mélanome mais apparait précocement tout comme dans les tumeurs bénignes (naevi). - La translocation impliquant Bcl2 existe chez les porteurs sains. - MYD88 et Lymphome B à grandes cellules : l’introduction de MYD88 L265P ne déclenche pas de tumeurs mais l’inhibition de MYD88 par RNAi inhibe la survie des lignées MYD88L265P. Ces anomalies oncogéniques sont donc le talon d’Achille de la cellule tumorale par lequel on va pouvoir l’attaquer : - Modifications épigénétiques précoces : méthylation, acétylation - Anomalies surajoutées par instabilité génétique (exemple du cancer colorectal) : - Instabilité chromosomique ou CIN 80-85% des CCR - Instabilité des microsatellites : tumeurs MSI -phénotype méthylateur (CIMP) peuvent entrainer une méthylation inactivatrice sur des gènes comme ceux de réparation de l’ADN. Comment teste le fait qu’un oncogène soit dominant ? On effectue des tests in vitro comme par exemple celui de transformation : on clone l’oncogène et lorsqu’on l’introduit dans des fibroblastes (lignée NIH –3T3), on regarde si les cellules deviennent indépendantes aboutissant alors à l’apparition de foyers de transformation tumorale marqués par une perte d’inhibition de contact et une augmentation de la prolifération. On peut aussi injecter des cellules portant le gène muté ou non à des souris et observe alors le développement de tumeurs chez ces souris. B. Translocation chromosomique dérégulant l’expression génique Il y a d’autres anomalies comme les translocations qui correspondent à des échanges de matériel chromosomique avec notamment : le gène c-MYC (facteur de transcription) : lymphomes de Burkitt Il s’agit d’une translocation myc 14 équilibré qui va transloquer le gène c-myc au voisinage du gène des immunoglobulines et entrainant une surexpression de l’ARN et de la protéine de c-MYC le gène BCL2 (facteur anti-apoptotique) : lymphomes folliculaires B. Une surexpression de BCL2 qui bloque l’apoptose va provoquer une immortalisation cellulaire. le gène CCND1 (cycline D1) : lymphomes du manteau. Ces gènes sont impliqués dans des translocations activatrices, ce qui va entraîner la surexpression de c-MYC, de BCL2 ou de cycline D1, et donc une surproduction de l’ARNm et de la protéine. Cette surexpression est due à la relocalisation du proto-oncogène en contigu avec des séquences fortement transcrites (IgH, TCR), ou à proximité de zones à forte activité transcriptionnelle (nucléole). Comment faire le diagnostic de ces anomalies ? technique de Southern Blot : réarrangement au niveau de l’ADN technique de Northern Blot : il une surexpression des ARNm études chromosomiques : caryotype ou technique de FISH. On peut faire le diagnostic de cette anomalie sur le caryotype où l’on voit que la région 8q a été échangée avec la région 14q. Le gène myc s’est positionné au niveau du gène des immunoglobulines et devient dérégulé par les enhancer (= amplificateur) des immunoglobulines, avec donc une surexpression de la protéine myc et une augmentation de la croissance cellulaire. Le Southern Blot montre un réarrangement du gène c-MYC ou par des techniques de FISH. C. Translocation chromosomique avec fusion génique (néogène chimérique ou hybride) Les translocations chromosomiques peuvent entraîner des gènes de fusion, un nouveau gène est ainsi créé. La coupure et l’échange de matériel chromosomique vont créer un gène chimère, un gène hybride ; ainsi qu’une altération structurale du gène cible et une dérégulation de l’expression et fonction de la protéine codée. Exemple : BCR-ABL = BCR abelson (tyrosine kinase) : leucémie myéloïde chronique BCR abelson est un gène chimérique formé par le chromosome Philadelphie (Ph) qui est la 1ère anomalie cytogénétique qui a été connue dans le domaine du cancer. Cette anomalie cytogénétique a pour conséquence un gène hybride et elle est mise en évidence dans les Leucémies Myéloïdes Chroniques (LMC) suivant la translocation t(9 ;22)(q34 ;q11). On peut mettre en évidence ce chromosome de Philadelphie par la technique de caryotype, on voit un allongement du chromosome 9 et au niveau du chromosome 22 un raccourcissement. On a remarqué que ce chromosome Philadelphie amène au niveau du chromosome 22q+ un gène supplémentaire codant pour une tyrosine kinase qui est abelson et dans chaque cas, la translocation va entraîner un gène chimère. Quand on a connu le génome humain, on a pu démontrer par des techniques d’hybridation sur chromosome ou sur noyau interphasique, avec des sondes de BCR et ABL, la création d’un gène chimère (cf. technique de FISH double couleur dite de fusion vue en PACES, où on a dans la cellule normale 2 rouges 2 verts et dans la cellule anormale un rouge un vert et une fusion qui résulte de cette translocation chromosomique). Le diagnostic peut se faire par FISH soit sur métaphase soit sur interphase. Voici la tyrosine kinase ABL par fusion génique. La taille de la protéine va varier selon le point de cassure qui peut emporter plus ou moins différents exons. Il existe donc différents isoformes codés par ce chromosome Philadelphie. De la même façon, il y a plusieurs FT ou tyrosine kinase qui peuvent être appliquées dans des pathologies : - EWS-FLI (facteur de transcription) : tumeurs d’Ewing qui sont des tumeurs osseuses et extra-osseuses qui entraînent une fusion impliquant le gène EWS. - NPM-ALK (tyrosine kinase) : lymphome T - EML4-ALK (tyrosine kinase) : adénosarcome pulmonaire - PML / RARα (inhibition épigénétique) : leucémies promyélocytaires (qui provoquent l’altération structurale du gène cible et donc la dérégulation de l’expression et fonction de la protéine codée). Cela aboutit à la notion de gène à partenaire multiple que l’on appelle polygame : - EWS : sarcomes - ALK : lymphomes et tumeurs solide. D. Amplification génique Dans d’autres mécanismes chromosomiques, il y a des mécanismes d’amplification génique, c'est-à-dire d’augmentation du nombre de copies de gène. Ces amplifications correspondent à un gain de matériel chromosomique par duplication anormal des séquences spécifiques de ce gène. Exemples : Gène HER2 / ERBB2 (récepteur tyrosine kinase) : cancers du sein Gène HER1 / ERBB1 / EGFR (récepteur tyrosine kinase) : gliomes Gène N-MYC / MYCN (facteur de transcription) : neuroblastomes On passe donc jusqu’à une centaine de copies (2 à 10 à 400 copies) ce qui va entrainer la surproduction d’ARNm et de la protéine. On peut démontrer cette amplification par la technique de Southern blot ou plus récemment par FISH ou hybridation génomique comparative. Quel est l’intérêt de montrer ces amplifications ? Cela a un intérêt à la fois diagnostic et pronostic. En effet, ici on peut montrer que cette amplification de N-MYC, dans le cas du neuroblastome, a une valeur de très mauvais pronostic si l’on regarde les courbes de survie. Qu’est-ce qu’une courbe de survie ? En abscisse : mois, années, temps ; et en ordonnée la probabilité de survie ou la probabilité de ne pas avoir de localisation/manifestation tumorale. Au début de l’étude, on suit les malades et tout le monde est en vie (survie = 100%). Au fur et à mesure que les patients vivent, on va les suivre, on a un groupe de patients qui vont bien et un groupe de patients qui vont mal. Ainsi, on montre avec ce type de test qu’effectivement ceux qui ont une amplification de NMYC (courbe bleu) vont avoir une survie réduite par rapport à ceux qui n’ont pas de N-MYC amplifié (courbe jaune). Ce constat se fait quelque soit le stade de la maladie (NB neuroblastome stade 2 ou stade 4). On peut démontrer expérimentalement dans des modèles biologiques, que lorsque qu'on est dans un vecteur normal, il n'y a pas de foyer de transformation alors qu'avec N-MYC on a des foyers de transformations. On en conclut que si on augmente N-MYC dans des cellules (fibroblastes ou NIH 3T3), on va favoriser la prolifération des cellules tumorales. Pour qu’un facteur biologique soit validé, on va non seulement le trouver chez les patients, mais également, on va démontrer son rôle de manière expérimentale. E. Activation sans anomalie génomique du gène lui-même Il existe d’autres anomalies de proto-oncogènes qui peuvent être simplement des activations sans anomalie génomique du gène lui-même. Par exemple, en cas de surexpressions fonctionnelles des gènes MYC, HER2, EGFR, on a une accélération du fonctionnement génomique avec surproduction d’ARNm et/ou de la protéine alors qu’il n’y a pas d’altération du gène ou de la région chromosomique. Cette surexpression peut être liée à l’activation de facteurs de transcription et/ou à l’hypométhylation du gène, à la stabilisation des ARNm (régulation post-transcriptionnelle), à la stabilisation de la protéine (régulation post-traductionnelle). Il peut y avoir une activation de fonction. Par exemple, la suractivation de la fonction d’une protéine, des facteurs de transcription, des kinases. Cette suractivation peut être due à des modifications post-traductionnelles (dont phosphorylation) ou des altérations en transcription de kinases, phosphatases… Il existe donc des anomalies post génétique ou épigénétique qui peuvent activer certains oncogènes. Il peut y avoir des activations par des rétrovirus sans oncogènes viraux qui vont activer à distance par insertion virale des gènes grâce à des séquences longues terminales réduites LTR (activateur viraux). Ces activations ont été montré chez l’animal (ex : virus MMTV, activation gènes MYC, WNT1…) mais il n’y a pas d’exemple prouvé chez l’homme. Certains virus (rétrovirus), sans avoir un pouvoir transformant (effet indirect) au niveau du génome, peuvent coder pour des protéines virales qui vont favoriser la cancérisation parce qu’ils reproduisent l’action des oncogènes ou inactivent des gènes suppresseurs de tumeurs. 3. Mécanismes d’inactivation des gènes suppresseurs de tumeurs A. Délétion chromosomique Ce sont des mécanismes qui vont notamment inactiver gènes suppresseurs de tumeurs qui sont les freins de la prolifération cellulaire. Exemple : gène RB1 dans les rétinoblastomes, ostéosarcomes… On peut perdre certaines copies du gène RB1 par délétions totales ou partielles. Cette délétion doit affecter les 2 copies (allèles du gène) car il s’agit de gènes suppresseurs de tumeurs : - Pour savoir si une mutation est germinale ou somatique, on va comparer par exemples le sang (tissu normal) avec la tumeur. Si on retrouve la délétion dans les deux c'est une mutation germinale et si on ne la retrouve que dans la tumeur c'est une mutation somatique. - On peut imaginer qu’une 1ère délétion soit héréditaire (germinale) ou au contraire acquise (somatique), puis qu’il y ait des dizaines d’années après, chez cet individu une 2ème délétion somatique au niveau de la cellule tumorale. Ces délétions vont aboutir dans le cas du gène RB1 (transcription) à une inactivation bi-allélique du gène avec une absence d’ARN et de la protéine, et donc par exemple à une non répression du facteur de transcription E2F et un cycle cellulaire incontrôlé avec une prolifération accrue. Les mutations du gène RB1 sont inactivatrices (délétions, mutations ponctuelles, faux sens ou codon stop). Le gène est non fonctionnel dans les tumeurs (rétinoblastomes, ostéosarcomes…) avec une absence d’expression ou des transcrits tronqués. La quantification de l’ADN par Southern Blot montre une absence ou une très grande diminution du gène RB1. Là on a probablement une perte qui est limitée à certaines cellules tumorales (cf. piste vide), toutes les cellules tumorales n’ont pas complètement perdu le gène RB1 (cf. 2ème piste pour les rétinoblastomes). Si on fait un Northern Blot en terme d’ARN, seules les tumeurs qui ont perdues le gène RB1 n’expriment plus ou presque l’ARNm du gène RB1. Comment montre-t-on les propriétés suppressives d’un gène pour le caractériser de manière expérimentale comme un gène suppresseur de tumeur ? On peut dans des lignées qui prolifèrent introduire le gène et montrer qu’il y a une diminution de la croissance d’une lignée. Exemple : lignée qui exprime soit la luciférase (marqueur contrôle), soit RB1. On observe une croissance très nettement inférieure des cellules tumorales qui ont RB1 (cf. graphique). Si on inactive le gène RB1 dans une lignée cellulaire, l’effet produit va être semblable à l’activation d’autres oncogènes. Cette inactivation bi-allélique va entrainer donc une modification morphologique des cellules, des foyers de transformations et une prolifération. B. Mutation ponctuelle Le gène TP53 (transcription) est un gène très important qui est altéré dans environ 50% des cancers et dans tous les types de cancer. S’il y a une mutation inactivatrice d’un allèle, la perte du 2nd allèle est nécessaire. Par contre, si la 1ère mutation est dominante-négative, à ce moment-là, il n’y a pas besoin de perdre le 2nd allèle parce que la protéine TP53 mutée fonctionne sous forme tétramérique. Certaines mutations d’un seul allèle peuvent affecter la structure des monomères (→ hétérotétramères aux fonctions altérées) et donc entraîner non pas une dominance au niveau génétique mais une dominance au niveau protéique. Selon le type de mutations de TP53, il peut y avoir la perte des fonctions suppressives de tumeurs ou une perte des fonctions normales et des propriétés oncogéniques. P53 est un gène de type frontière entre les gènes suppresseurs de tumeur et les oncogènes, c’est un gène master-key (gène clé) qui va contrôler les altérations des autres gènes. C. Inactivation épigénétique par méthylation de l’ADN Cette inactivation épigénétique par méthylation de l'ADN concerne notamment les gènes suppresseurs de tumeur (exemple : RB1, VHL, CDKN2A et CDKN2B (inhibiteurs de complexes cyclines CDK) mais ça peut concerner aussi tout un tas de gènes comme les CDH1(E-cadhérine), des gènes de réparation de l’ADN comme hMLH1, des caspases (CASP8) qui sont pro-apoptotique. La méthylation des régions promotrices est un phénomène normal qui permet de réguler l’expression des gènes généralement sous forme mono-allélique. En général, on exprime un seul allèle de nos gènes, parce que l’autre allèle peut être méthylé ou inactivé, mais il y a toujours la possibilité dans la population normale d’avoir un allèle fonctionnel déméthylé. Dans le cas de l’inactivation épigénétique, on observe la méthylation des 2 allèles ou un phénomène d’inactivation bi-allélique avec mutation inactivatrice d’un allèle et méthylation du 2nd. La méthylation est donc un mécanisme de « silencing », comme si l’on éteignait l’expression d’un gène. Ceci est un phénomène physiologique normal au cours du développement et dans les tissus adultes. Au cours du développement, selon les tissus, on a des gènes qui peuvent être éteints dans tel type de tissu et allumés dans tel autre type de tissu, ce qui entraine une spécialisation cellulaire. Mais à l’intérieur de nos cellules en général, ces gènes restent fonctionnels, accessibles aux facteurs de transcription, lorsqu’ils ne sont pas méthylés. La méthylation permet d’inactiver un 1er allèle, notamment quand on a 2 allèles (un paternel et un maternel), et il s’agit d’un phénomène normal. Dans le cas des gènes suppresseurs de tumeur, que va-t-il se passer ? Soit il y a perte d’un 1er allèle par délétion ou mutation, et le 2ème allèle n’est pas réactivé car il n’est pas déméthylé. Ou alors au contraire, il y a d’abord une méthylation puis une perte du 2ème allèle. On a des phénomènes qui aboutissent à une complémentarité entre cette inactivation génétique et cette inactivation épigénétique. Comment détecte-t-on les phénomènes de méthylation en biologie moléculaire? On utilise la PCR et des enzymes de restriction qui vont digérer l’ADN ou après traitement au bisulfite de sodium. La plupart des gènes possèdent des îlots CpG (au niveau du promoteur et/ou du 1er exon), avec un nombre élevé de dinucléotides CG et p correspondant à la liaison phosphate. La méthylation de l’ADN est différente entre les régions promotrices et les régions intragéniques. En situation normale : Les CpG en dehors des îlots (en amont de la région promotrice, en amont du codon initiateur de la transcription c.à.d. la méthionine chez l’homme) sont méthylés (cercles noirs). Les CpG des îlots non méthylés (cercles blancs) ce qui permet la transcription d’ARNm. Acétylation des histones = chromatine active relâchée, accessible aux facteurs de transcription (FT) notamment grâce aux histones acétyltransférases (HAT) et aux coactivateurs transcriptionnels (CA). Tout cela aboutit à la production d'un ARNm et à la traduction de la protéine. En situation tumorale : profils de méthylation inversés : CpG hors îlots hypométhylés Ilots hyperméthylés (DNMT) Protéines à domaine MBD (méthyl-CpG binding domain) ne peuvent plus jouer Recrutement HDAC et HMT, co-répresseurs de transcription Zone (îlots CpG) devient inaccessible aux facteurs de transcription = inhibition transcriptionnelle = silencing de l’expression génique par ce phénomène de méthylation. Cette situation tumorale va pouvoir être combattu par 2 types de traitements : - soit en utilisant des inhibiteurs des HDAC - soit en utilisant des drogues déméthylantes qui vont restaurer les transcriptions de gènes inactivé par des mécanismes épigénétiques. D. Perte d’expression sans altération épigénétique Origine : altération de certains facteurs transcriptionnels. Ex : gène CDH1 (E-cadhérine) Il y aussi des mécanismes d’inactivation génétique par inhibition post-transcriptionnelle par des micro-ARN. Les micro-ARN (miRNA) sont des petits ARN régulateurs d’environ 20 (entre 18 et 25) nucléotides de long, dont on en a découvert plusieurs centaines ces dernières années. Ces micro-ARN qui ne codent pas pour des protéines, se fixent aux ARNm et les dégradent via un complexe de dégradation des ARNm et bloquent la traduction. Les micro-ARN ont donc un rôle d’inhibition post-transcriptionnelle. OncoMirs : miARN dont l’expression est altérée dans les cancers et qui ont un rôle indirect dans l’oncogenèse (par altérations de gènes ayant un rôle direct). Ces micro-ARN régulent l’expression des oncogènes ou des gènes suppresseurs de tumeur et ils peuvent avoir un rôle direct : - d’inhibition des suppresseurs de tumeurs (miRNA oncogènique) d’inhibition d’un oncogène (miRNA suppresseur de tumeur) On va montrer que fonctionnellement ce micro-ARN intervient avec MYC, RAS, TP53 Conclusion : Applications des détections d’anomalies génétiques dans les cancers. A. But cognitif Identification du gène et de la fonction de son produit permet : - Compréhension du mécanisme pathogénique Elaboration d’une stratégie pour une thérapie adaptée (ciblée). B. But diagnostic Exemple : translocation EWS-FLI dans les tumeurs d’Ewing - Diagnostic parfois difficile (anatomopathologie) Gène de fusion pathognomique (= caractéristique) de ces tumeurs C. But pronostic Exemple : amplification de N-MYC dans les neuroblastomes - Mauvais pronostic / survie Thérapie adaptée (chimiothérapie, greffe de moelle osseuse) Les enfants atteints de neuroblastomes ayant une importante amplification de N-MYC vont subir des chimiothérapies très lourdes, et une greffe de moelle osseuse pour permettre leur survie parce qu’on sait que si on ne fait pas ça, ce traitement très lourd, les patients vont mourir. Chez d’autres patients, on va opter pour d’autres traitements, car la chimiothérapie ne leur serait pas bénéfique. D. Critère d’éligibilité pour thérapies ciblées - Translocation BCR-ABL ( leucémie myéloide) pour Imatinib mésylate (Glivec®) Amplification HER2 (cancer du sein) pour Herceptin®, mutation EGFR et ITK E. Suivi de maladie résiduelle, détection de cellules ou ADN circulants Détection de cellules ou ADN circulants qui porte l’anomalie génétique dans le sang pour voir s’il reste des cellules tumorales.
