Intégrité de l’ADN et cancer du sein et/ou des ovaires

Correspondances en Onco-Théranostic - Vol. I - n° 4 - octobre-novembre-décembre 2012
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Réparation
dossier thématique
Intégrité de l’ADN et cancer du sein
et/ou des ovaires
Genomic integrity and breast and/or ovary cancer
Nicolas Sévenet*
RÉSUMÉ Summary
» De façon générale, la prolifération tumorale est liée à l’inactivation
des mécanismes de contrôle du cycle cellulaire induite notamment
par une instabilité génétique (ou chromosomique), elle-même
consécutive à une perte des systèmes de détection des dommages
de l’ADN et à une insuffisance fonctionnelle des mécanismes de
réparation de l’ADN. Les gènes codant pour les protéines impliquées
dans ces mécanismes de réparation de l’ADN sont fréquemment
la cible de mutations somatiques mais sont également impliqués
dans des syndromes de prédisposition héréditaire au cancer,
par l’intermédiaire d’inactivations constitutionnelles, que ce soit
pour les cancers du sein ou des ovaires, ou pour les tumeurs
colorectales. Dans certains types de cancer du sein et/ou des ovaires,
la caractérisation de l’intégrité du génome permet d’orienter les
patientes vers de nouvelles thérapies ciblées utilisant les dommages
de l’ADN comme complément de leur activité thérapeutique. De
même, la connaissance fine du statut génomique permet une
nouvelle classification moléculaire des tumeurs à visée nosologique
aux côtés des classifications pronostiques existantes.
Mots-clés : Intégrité génomique − Réparation de l’ADN − BRCA1 −
BRCA2 − Inhibiteurs de PARP.
Tumorigenic proliferation is generally associated with
deregulation of the cell cycle, often the result of genetic
instability caused by a DNA repair defect. Genes coding
for proteins involved in such DNA repair mechanisms are
frequently somatically mutated and germline mutations can
underlie breast, ovarian or colorectal cancer predisposition
syndromes. Genetic characterization of tumours may enable
patients to be treated with new therapies targeting DNA
repair deficiencies and improve tumour classification, thereby
enhancing current prognosis criteria.
Keywords: Genomic integrity − DNA repair − BRCA1 − BRCA2
− PARP inhibition.
L
es mécanismes cellulaires et moléculaires de
réparation de l’ADN sont nombreux, et leur
activation à la suite d’une altération de l’ADN
dépend du type de lésion et de la phase du cycle cel-
lulaire dans laquelle se trouve la cellule (1). Les cassures
des 2 chaînes de la double hélice de l’ADN, appelées
cassures double-brin, conduisent aux cassures chro-
mosomiques et aux translocations avec ou sans perte
de matériel chromosomique associée, induisant une
instabilité génomique fréquemment retrouvée dans
les tumeurs du sein de mauvais pronostic (2). Ces cas-
sures sont réparées par 2 mécanismes principaux :
d’une part, la recombinaison homologue (Homologous
Recombination [HR]), nécessitant la présence d’une
chromatide sœur, donc survenant tardivement en
phase S ou en phase G2 du cycle cellulaire, et, d’autre
part, la jonction d’extrémités non homologues (Non-
Homologous End Joining [NHEJ]) lorsqu’aucun modèle
chromatidique n’est disponible, pouvant donc survenir
en phase G1. Des mutations dans la presque totalité
des gènes codant pour les protéines impliquées dans
ces mécanismes de réparation de l’ADN sont retrouvées
au niveau somatique ou prédisposent notamment aux
cancers du sein et/ou de l’ovaire (3). Parmi ces gènes,
outre leur rôle de gène suppresseur de tumeur ou pré-
disposant à une forme familiale de cancer, BRCA1 et
BRCA2, lorsqu’ils sont mutés, augmentent la sensibi-
lité des tumeurs aux thérapies, induisant des cassures
dans l’ADN.
Récemment, le consortium The Cancer Genome Atlas
Network a publié un travail exhaustif sur l’analyse de
800 tumeurs primitives du sein étudiées par 6 tech-
niques différentes intégrant la caractérisation géno-
mique de la variation du nombre de copies (allèles),
* Laboratoire de
génétique moléculaire
et Inserm U916, institut
Bergonié, Bordeaux.

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Intégrité de l’ADN et cancer du sein et/ou des ovaires
la méthylation de l’ADN, le transcriptome, le séquen-
çage des microARN, le séquençage exomique et la
protéomique (4). Les données analysées confirment
que les tumeurs du sein de type basal-like présentent
une grande instabilité génomique (profil génomique
complexe ou de type sawtooth), un taux de mutation
de TP53 de près de 85 %, l’inactivation de la voie de
contrôle du cycle cellulaire incluant RB (Retinoblastoma
protein) ainsi que les voies de détection et de réparation
des dommages de l’ADN comprenant ATM et BRCA1
avec un taux cumulé concernant près de la moitié des
tumeurs, ainsi que, pour 20 % d’entre elles, l’inactiva-
tion de la voie de transduction du signal PI3 kinase.
Plusieurs analyses moléculaires et informatiques indé-
pendantes menées dans les adénocarcinomes séreux
de l’ovaire démontrent des altérations fonctionnelles
similaires, rendant ces voies fonctionnelles nécessaires
dans le développement des tumeurs du sein basal-like
et des adénocarcinomes séreux de l’ovaire. Ces évé-
nements moléculaires majeurs suggèrent également
une approche thérapeutique commune comprenant
des agents entraînant des cassures de l’ADN, parmi
lesquels les sels de platine.
Instabilité génomique dans les cancers
dusein liée à BRCA1 et BRCA2
Dès 2006, il a été rapporté que les profils génomiques
complexes entre les tumeurs basal-like, les tumeurs du
sein triple-négatives et les tumeurs du sein survenant
dans un contexte héréditaire liées à une mutation du
gène BRCA1 étaient similaires (5). Il a également été
montré que la perte somatique de BRCA1 et TP53 dans
un modèle de tumorigenèse mammaire murine entraî-
nait des tumeurs du sein avec des caractéristiques de
tumeurs du sein basal-like mutées pour BRCA1. Peu
après, il a été décrit que des taux élevés et similaires de
mutations de TP53 ont été détectés dans les tumeurs
basal-like sporadiques et les tumeurs basal-like liées
à une mutation de BRCA1. En revanche, les tumeurs
luminales mutées pour BRCA1 ne montrent pas un taux
élevé de mutations de TP53 (6).
La protéine BRCA1 est impliquée dans la réparation des
cassures double-brin de l’ADN : elle oriente la cellule vers
la recombinaison homologue plutôt que vers le système
de réparation non homologue NHEJ. Dans le contexte
d’une mutation de BRCA1, la réparation des cassures
double-brin se fera alors majoritairement via le système
NHEJ, entraînant indirectement une augmentation des
erreurs d’incorporation et une instabilité génomique,
avec des cassures chromosomiques et des modifications
du nombre de copies. Par ailleurs, il a été montré que
BRCA1 était impliquée dans la différenciation épithé-
liale mammaire, régulant la différenciation de cellules
souches épithéliales mammaires n’exprimant pas le
récepteur aux estrogènes (ER−) vers des progéniteurs
luminaux (ER+) [7]. Les tumeurs du sein sporadiques
basal-like démontrent une inactivation de BRCA1 sous
forme d’expression abaissée ou de délétion complète du
gène. Les mutations ponctuelles somatiques sont peu
fréquentes. Malgré ces similitudes, à notre connaissance,
l’implication fonctionnelle de BRCA1 dans les tumeurs
sporadiques basal-like n’a jamais été démontrée, ni
l’altération caractérisée des mécanismes de réparation
de l’ADN par recombinaison homologue.
La description des fonctions des protéines BRCA1 et
BRCA2 montre leur implication commune dans la pro-
tection du génome (figure 1). Bien que les mutations
germinales des gènes BRCA1 et BRCA2 conduisent à une
prédisposition héréditaire au cancer proche (syndrome
Hereditary Breast and Ovarian Cancer [HBOC]), les pro-
téines ont des rôles cellulaires sensiblement différents,
BRCA1 jouant un rôle pléiotrope dans l’activation de
points de contrôle du cycle lorsque des altérations
de l’ADN ont été détectées, tandis que BRCA2 inter-
vient spécifiquement dans le complexe protéique de
recombinaison homologue (8). Schématiquement, dans
la protection du génome par recombinaison homo-
logue, la détection des anomalies de l’ADN implique
les kinases ATM et ATR, qui vont phosphoryler BRCA1
Figure 1. Représentation schématique de l’insertion des protéines BRCA1 et BRCA2 au niveau des
cassures double-brin de l’ADN. Ces protéines font partie d’un complexe protéique plus vaste de
réparation des cassures double-brin. Les altérations moléculaires de BRCA1 sont plus fréquentes
dans le cancer du sein, tandis que celles de BRCA2 et PALB2 prédisposent majoritairement aux
cancers du sein et du pancréas, et peuvent être retrouvées mutées dans l’anémie de Fanconi.
(D’après Tischkowitz M et al. Cancer Res 2010;70:7353-9).
Cancer du sein Cancer du sein, cancer du pancréas ou anémie de Fanconi
Cassure double-brin de l’ADN
?
???
M/R/N ?
BRCA1
BARD1
MRG15
PALB2
FANCJ CtlP
RAP80
CCDC98
ou
BRCA2
RAD51

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dossier thématique
Information médicale pertinente associée
Validation clinique des tests
Sécuriser la qualité de l’analyse
Sensibilité et robustesse par une stratégie PCR temps réel
Grande couverture du nombre de variants*
Rapports d’interprétation automatisés
Accompagner les laboratoires dans leur démarche
qualité et d’accréditation
Marquage CE-IVD
ISO 15189 : Accréditation en portée de type A
cobas
®
BRAF
Mutation Test
cobas
®
HPV
Te s t
cobas
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KRAS
Mutation Test
cobas
®
EGFR
Mutation Test
* Mutations V600 E, K et D pour BRAF
19 mutations sur les codons 12, 13 et 61 pour KRAS
41 variants sur les exons 18, 19, 20, 21 pour EGFR
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notamment, la transmission du signal d’information
impliquant les protéines CHEK2 et BRCA1, et l’initiation
de la réparation, impliquant quant à elle les protéines
BRCA2 et RAD51. Les protéines BRIP1 et PALB2 faci-
litent ces interactions au lieu de la réparation. Ainsi,
BRCA1 est impliquée dans la détection des cassures
double-brin via le complexe BRCA1-Abraxas-RAP80,
dans la transmission de l’information de réparation
via son interaction avec la protéine CtIP et le complexe
MRN (MRE11-RAD50-NBS1), et dans la réparation de la
cassure double-brin via son interaction avec BRCA2 et
PALB2. La protéine p53 intervient après phosphorylation
par les kinases ATM/ATR dans l’activation de points de
contrôle du cycle cellulaire.
Approche thérapeutique des tumeurs
présentant des altérations des systèmes
de détection et de réparation
des dommages de l’ADN
De par leur implication dans la recombinaison homo-
logue, les cellules tumorales présentant des altérations
des gènes BRCA1 et BRCA2 sont sensibles aux molécules
bloquant la réplication de l’ADN ainsi qu’aux agents
alkylants. Ces chimiothérapies induisent des cassures
double-brin de façon massive, entraînant la mort cel-
lulaire. C’est ainsi que les tumeurs BRCA1 sont plutôt
chimiosensibles. Une approche thérapeutique complé-
mentaire a été d’exploiter cette faiblesse de la cellule
tumorale que constitue la perte des 2 allèles des gènes
BRCA1 ou BRCA2 (9). En inhibant dans ces cellules l’en-
zyme PARP1, impliquée dans la réparation des cassures
simple-brin, les molécules de thérapie ciblée (olaparib,
véliparib) permettent le maintien de cassures simple-
brin, entraînant l’arrêt des fourches de réplication et
l’induction de cassures double-brin, une instabilité géno-
mique sévère et une cytotoxicité (figure 2). Les essais de
phases I et II ont démontré une efficacité remarquable
en termes de réponse pathologique chez les patientes
atteintes de tumeurs du sein ou de l’ovaire mutées pour
BRCA1 et/ou BRCA2 au niveau constitutionnel (10-12).
Les tumeurs du sein mutées pour BRCA1 présentant des
caractéristiques anatomopathologiques et moléculaires
relativement homogènes, une tentative d’étendre les
indications des inhibiteurs de PARP à l’ensemble des
tumeurs du sein de phénotype similaire aux tumeurs du
sein chez les femmes mutées pour BRCA1 et/ou triple-
négatives (tumeurs n’exprimant pas les récepteurs aux
estrogènes, à la progestérone et ne surexprimant pas le
récepteur HER2) a été entreprise (13). Malheureusement,
les résultats des essais de phase III ont été décevants,
forçant les compagnies pharmaceutiques et les services
d’anatomopathologie à se recentrer sur les tumeurs
Figure 2. Représentation schématique de l’activité des inhibiteurs de PARP chez les femmes présentant une mutation constitutionnelle
de BRCA1 ou BRCA2 (BRCA1/2+/−). Ce schéma illustre le concept de létalité synthétique appliqué aux inhibiteurs de PARP. Dans les
cellules tumorales mammaires ayant une double inactivation de BRCA1 ou BRCA2 (cellules représentées en violet sur le schéma), la
réparation des cassures double-brin (DSB) étant bloquée par l’absence de BRCA1 ou BRCA2 et celle des cassures simple-brin (SSB)
pouvant être utilisée comme mécanisme de secours étant bloquée par les inhibiteurs de PARP, les cellules tumorales entrent alors
en mort cellulaire et provoquent la disparition de la tumeur. (D’après Polyak K et Garber J. Nature Medicine 2011;17:283-4).
Cellule normale (BRCA1/2+/-)
Cellule tumorale (BRCA1/2+/-)
Cellule tumorale (BRCA1/2-/-)
SSB Inhibiteur
de PARP DSB BRCA1/2
fonctionnel
BRCA1/2
fonctionnel
Survie cellulaire
Cellule tumorale
résistante
Cellule tumorale
sensible
LOH Inhibiteur
de PARP Létalité
synthétique
Tumeur
du
sein
Femme présentant
une mutation
constitutionnelle de
BRCA1 ou BRCA2
(BRCA1/2+/-)
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dossier thématique
démontrant une perte biallélique de BRCA1 ou BRCA2.
Aux États-Unis, contrairement à l’Europe, la détermi-
nation du statut BRCA1 et BRCA2 est réalisée par une
entreprise privée, Myriad Genetics, fortement liée à
l’université de l’Utah. Les tests génétiques entrepris sont
réalisés au sein d’une plateforme labellisée CLIA (Clinical
Laboratory Improvement Amendments) mais ne sont pas
reconnus par la FDA (Food and Drug Administration). Or,
pour les essais cliniques de phase III des inhibiteurs de
PARP1, si les compagnies pharmaceutiques souhaitent
sélectionner les patientes à inclure sur leur statut BRCA,
elles ne peuvent le faire qu’avec des tests compagnons
reconnus par la FDA. Ces difficultés juridiques, combi-
nées à la moindre efficacité de ces molécules dans des
groupes de tumeurs non restreints aux mutations de
BRCA, freinent le développement des inhibiteurs de
PARP1, voire entraînent son arrêt (14).
Dans le cadre des chimiothérapies comprenant des
dérivés du platine, les tumeurs du sein ou des ovaires
mutées pour BRCA1 ou BRCA2 acquièrent progressi-
vement une résistance au traitement. Cette résistance
a été décrite au niveau moléculaire, tant dans des
modèles cellulaires que chez des patientes : elle passe
par l’acquisition de mutations secondaires de BRCA1 ou
BRCA2 restaurant la fonction de réparation de l’ADN des
protéines BRCA1 ou BRCA2. De plus, il a été montré que
les tumeurs résistantes au cisplatine l’étaient également
aux inhibiteurs de PARP1. Les mutations secondaires
consistent exclusivement en des délétions restaurant
le cadre de lecture du transcrit permettant la synthèse
d’une protéine fonctionnelle, quoique amputée de
quelques acides aminés (15-17).
Enfin, il a été montré que la diminution d’expression
d’une protéine interagissant avec p53, la protéine
53BP1, nécessaire à l’arrêt du cycle cellulaire consé-
cutif à l’inactivation de BRCA1 et à l’accumulation des
altérations chromosomiques par défaut de recombi-
naison homologue, était retrouvée dans des tumeurs
triple-négatives et basal-like, et associée aux tumeurs
mutées pour BRCA1. Ainsi, l’inactivation concomitante
de 53BP1 et BRCA1 conduit à une restauration de l’acti-
vité de recombinaison homologue pouvant conduire
à une résistance aux agents alkylants (18).
Au final, les nouvelles technologies de séquençage à
très haut débit, qu’elles soient appliquées au domaine
de la prédisposition tumorale ou à la génétique des
tumeurs, vont permettre de décrypter finement les
mécanismes moléculaires sous-tendant la prolifération
cellulaire liée à la perte de l’intégrité génomique. Elles
offriront la possibilité d’optimiser la caractérisation
tumorale des cibles thérapeutiques en vue de l’admi-
nistration de thérapies qui cibleront peut-être les pro-
téines impliquées dans les mécanismes de détection
et de réparation des altérations de l’ADN (19). ■
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Références
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Points forts