IV- L instabilité génétique : mécanisme essentiel dans la genèse et l évolution du processus tumoral

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1 ONCOGENESE : INTRODUCTION GENERALE OBJECTIFS - Citer les propriétés de la cellule cancéreuse, en comparant ces propriétés à celles d'une cellule normale. Citer l'importance du tissu péri-tumoral et des cellules normales qui s'y trouvent dans le développement tumoral. - Décrire les bases de la cancérogenèse (altérations de l'adn - génétiques ou épigénétiques, transmissibles aux cellules filles, touchant dans 90% des cas les cellules somatiques). - Décrire le caractère multi-étapes de la progression tumorale (accumulation de plusieurs évènements génétiques rares et indépendants - succession d'altérations de l'adn cellulaire/ sélections). - Décrire le rôle et l importance de l instabilité génétique dans le processus tumoral. Plan de cours I- Les propriétés de la cellule tumorale 1- Indépendance vis-à-vis des signaux de prolifération 2- Insensibilité aux signaux anti-prolifératifs 3- Résistance à l apoptose 4- Prolifération illimitée 5- Capacité à induire l angiogenèse 6- Capacité d invasion tissulaire et de diffusion métastatique Importance ++ des cellules péri-tumorales normales (stroma) dans le développement d un cancer II- Les bases de la cancérogenèse : A- Le cancer est une maladie résultant d altérations de l ADN cellulaire, survenant dans 90% des cas dans les cellules somatiques. Ces anomalies de l ADN peuvent être d'origine génétique ou épigénétique et sont transmissibles aux cellules filles. Dans 10% des cas, il s'agit d'un cancer héréditaire (voir cours sur prédisposition génétique aux cancers) Arguments: - Relation agents carcinogènes / agents mutagènes (carcinogènes chimiques, RX ) - Anomalies de la réparation de l ADN et cancer. B- Différents agents conduisent aux développement d un cancer : [paragraphe optionnel] - agents initiateurs (ou agents génotoxiques) - agents promoteurs (favorisant l'expression d'une lésion génétique) III- Caractère multi-étapes des cancers A- Notion de clonalité des tumeurs B- Notion de processus multi-étapes : Cancer = Accumulation de plusieurs altérations de l'adn aboutissant à une cellule tumorale de plus en plus «agressive». Arguments épidémiologiques et biologiques en faveur du caractère multi-étapes du cancer. C- Cycles de mutations / sélections des cellules tumorales IV- L instabilité génétique : mécanisme essentiel dans la genèse et l évolution du processus tumoral 1

2 V- Vieillissement et cancer [paragraphe optionnel] VI- Cellules souches tumorales [paragraphe optionnel] 2

3 Cours détaillé Les nombreuses recherches menées sur le cancer ces 20 à 30 dernières années ont permis de mieux comprendre les mécanismes moléculaires impliqués dans la progression tumorale. Les données biologiques montrent que le cancer est une maladie génétique touchant le génome cellulaire et que de nombreux gènes sont impliqués dans cette pathologie. Cette meilleure compréhension nous permet maintenant de mieux caractériser la cellule cancéreuse et d imaginer des thérapeutiques adaptées à son comportement («thérapies ciblées»). Sur le plan évolutif, le développement des tumeurs s'observe chez les eucaryotes multicellulaires complexes, c'est-à-dire chez les eucaryotes multicellulaires ayant des tissus renouvelables (capables de proliférer) à l'âge adulte. I- Les propriétés de la cellule tumorale On connaît plus de 100 types différents de cancers, touchant différents organes et tissus. Chaque type de cancer correspond-il à une cellule cancéreuse particulière? L observation de ces tumeurs, ainsi que les études fondamentales, suggèrent que les cellules cancéreuses, quelle que soit leur origine, partagent des propriétés communes qui les différencient des cellules normales (Hanahan D et Weinberg R, 2000) Une cellule normale, dans un organisme pluricellulaire, reçoit en permanence des signaux provenant des cellules voisines, de la matrice extracellulaire qui l entoure ou encore de molécules diffusibles (facteurs de croissance, hormones ). Ces différents signaux sont intégrés par la cellule et vont influencer son comportement en l orientant vers la prolifération, l état de quiescence, la différenciation ou encore la mort cellulaire (Figure 1). Les cellules cancéreuses deviennent insensibles à ces signaux extérieurs et vont adopter un comportement propre, autonome, indépendant de ces signaux. Elles vont également acquérir d autres propriétés leur permettant de proliférer et d envahir les tissus à distance. L'hypothèse est que la progression de la cellule d'un phénotype normal à un phénotype tumoral agressif passe par l'acquisition d'au moins 6 propriétés: 1- Indépendance vis-à-vis des signaux de prolifération 2- Insensibilité aux signaux anti-prolifératifs 3- Résistance à l apoptose 4- Prolifération illimitée 5- Capacité à induire l angiogenèse 6- Capacité d invasion tissulaire et de diffusion métastatique Insensibilité aux signaux extérieurs Facteurs paracrines/ endocrines Cellules voisines Matrice extracellulaire Facteurs paracrines/ endocrines Cellules voisines Matrice extracellulaire Environnement Environnement Cellule normale Sénescence Cellule tumorale Prolifération Quiescence Différenciation Mort cellulaire (apoptose, autophagie.) 1-Indépendance visà-vis des signaux de prolifération 2- Insensibilité aux signaux antiprolifératifs 3-Résistance à l apoptose Figure 1 3

4 Pour acquérir ces propriétés, la cellule cancéreuse devra déjouer les multiples systèmes de contrôle, interconnectés et souvent redondants, qui régulent le comportement de la cellule normale et qui constituent la défense anti-tumorale de l organisme. La cellule cancéreuse n est pas impliquée seule dans le développement de la tumeur. Ainsi, de nombreux travaux soulignent l importance des cellules de l'environnement péri-tumoral (ou stroma péri-tumoral) (Figure 2). Ces cellules non tumorales (fibroblastes, cellules immunitaires, cellules endothéliales vasculaires ) sont des collaboratrices actives de la cellule tumorale. Elles peuvent favoriser la croissance tumorale en induisant, par exemple, l expression de protéases extracellulaires, de facteurs de croissance, de facteurs angiogéniques ou encore de chimiomokines. A l'opposé, ces cellules peuvent également limiter le développement tumoral par exemple via la réponse immunitaire anti-tumorale. Cellule immunitaire Protéases extracellulaires Facteurs de croissance Facteurs angiogéniques chimiokines Fibroblaste Cellule endothéliale Cellule tumorale D après Hanahan D et Weinberg RA, Cell (2000) 100: Figure 2 II- Les bases de la cancérogenèse : A- La transformation d une cellule normale en cellule tumorale résulte-t-elle d une modification de son environnement ou d une propriété intrinsèque de la cellule? Les études montrant une relation entre agents mutagènes (induisant des mutations de l ADN) et agents carcinogènes (induisant des tumeurs), la description de cancers héréditaires liés à un déficit des systèmes de réparation de l ADN (tel que Xéroderma pigmentosum) avec accumulation d anomalies de l ADN, ainsi que de nombreux arguments expérimentaux ont abouti à la conclusion suivante : Le cancer résulte d'une anomalie intrinsèque de la cellule, résultant d'altérations de son génome (ADN). Ces anomalies de l ADN peuvent être d'origine génétique ou épigénétique et sont transmissibles aux cellules filles lors des divisions cellulaires. Elles surviennent dans 90% des cas dans les cellules somatiques (altérations acquises). Dans 10% des cas, elles surviennent dans les cellules germinales donnant lieu à des prédispositions héréditaires aux cancers (voir cours sur «Prédispositions génétiques aux cancers»). B- Différents agents conduisent au développement d un cancer : Classiquement, on distingue les agents initiateurs et les agents promoteurs. 4

5 Les agents initiateurs : Ils induisent une lésion définitive de l ADN (par exemple une mutation) ; ce sont des agents génotoxiques. Les agents initiateurs peuvent être : - des carcinogènes chimiques : hydrocarbures polycycliques aromatiques (pétrole, tabac), amines aromatiques (colorants, industrie du caoutchouc..), 2-naphtylamine, agents alkylants, Aflatoxine B1 (toxine < champignon : Aspergillus) Ces carcinogènes chimiques agissent le plus souvent après activation métabolique via notamment le système des cytochromes P450. Le tabac contient de nombreux carcinogènes soit dans la phase volatile gazeuse (nitrosamines par exemple), soit dans la phase «solide» des particules (en principe stoppées par le filtre, tels que les hydrocarbures polycycliques aromatiques, le benzopyrène ou les nitrosamines dérivées de la nicotine). - des virus : virus de l hépatite B (HBV), virus d Epstein Barr virus (EBV) s intégrant dans le génome de la cellule hôte (HBV et hépatocarcinome, EBV et lymphome de Burkitt). - des radiations ionisantes : UV (et cancers de la peau), rayons X (et cancers radio-induits) Les agents promoteurs: Ils n induisent pas de lésions de l ADN mais favorisent l expression d une lésion, préalablement induite par un agent initiateur. Expérimentalement, ils réduisent le temps écoulé entre l initiation et le développement de la tumeur. Quelques exemples d agents promoteurs : - Les esters de phorbol (TPA) contenus dans l huile de croton ont été largement utilisés expérimentalement. - Les hormones : les estrogènes sont considérés comme agents promoteurs dans le cancer du sein. - Certains agents alimentaires tels que l alcool (cancers ORL) ou les graisses (cancer du colon) seraient des agents promoteurs. - Certains parasites : le paludisme serait également un agent promoteur, agissant après le virus d Epstein Bar (agent initiateur) dans le lymphome de Burkitt. Pour qu une tumeur se développe, l agent promoteur doit agir après l agent initiateur, de manière répétée et rapprochée dans le temps (Figure 3). DMBA (initiateur) TPA TPA TPA TPA DMBA DMBA DMBA DMBA DMBA DMBA T DMBA TPA TPA TPA TPA T DMBA TPA TPA TPA TPA DMBA TPA TPA TPA TPA T DMBA: agent initiateur TPA: agent promoteur T: tumeur Figure 3 5

6 III- Caractère multi-étapes des cancers A- Une tumeur est issue d'une même cellule (monoclonalité): Les différentes cellules tumorales composant une tumeur sont issues d'un même clone cellulaire (monoclonalité). L'origine monoclonale des cellules formant une tumeur a pu être vérifiée par différentes approches: - L'analyse fine des translocations chromosomiques t(9,22) observées dans les leucémies myéloïdes chroniques montre que les cellules leucémiques issues d'un même patient présente toutes le même point de cassure chromosomique, ce point de cassure étant différent d'un patient à l'autre. - L'étude de marqueurs génétiques localisés sur le chromosomique X, dans des tumeurs développées chez des femmes, indique que toutes les cellules tumorales présentent le même X inactivé. La masse tumorale correspond donc à l'expansion d'un clone cellulaire. B- Une seule altération de l'adn (telle qu'une mutation) permet-elle le développement d'une tumeur? Des arguments épidémiologiques et expérimentaux suggèrent qu'une seule altération de l'adn ne suffit pas pour développer une tumeur. Ainsi, l'accumulation de plusieurs évènements génétiques ou épigénétiques, rares et indépendants, est nécessaire à la transformation d'une cellule normale en cellule tumorale. Du point de vue épidémiologique, l'hypothèse "une altération de l'adn = une tumeur" se traduirait par une fréquence de cancers dans la population indépendante de l'âge. Or, la fréquence des cancers augmente de manière exponentielle à partir ans. Les données épidémiologiques montrent également que l'exposition à un carcinogène de l'environnement n'entraîne un risque de cancer cliniquement décelable qu'avec un délai de plusieurs années, suggérant la survenue de plusieurs évènements après la lésion génétique initiale. Sur le plan anatomo-pathologique, les arguments en ce sens viennent de l'observation de certaines tumeurs telles que le cancer du col utérin ou le cancer du colon où l'on peut identifier une progression dans le développement tumoral (hyperplasie cellulaire, cancer in situ, cancer invasif, cancer métastatique) se déroulant sur plusieurs années (10-12 ans). Enfin, sur le plan biologique, on estime à le nombre de divisions cellulaires au cours d'une vie humaine. Sachant qu'un gène subit environ 10-6 mutations spontanées par division cellulaire, le risque de développer un cancer dans l'hypothèse "une mutation = une tumeur" s'élèverait à x 10-6 soit Ceci ferait de nous une espèce non viable! C- Le développement d'une tumeur procède de cycles d'altérations de l'adn / sélections. Le développement d'une tumeur survient par étapes successives au cours desquelles une altération de l'adn confère à la cellule un avantage sélectif en termes de prolifération, de survie ou d'invasion, qui lui permettra de déjouer les différents systèmes de contrôle et de surveillance anti-tumoraux. Cet avantage sélectif sera transmis au cours des divisions cellulaires aux cellules filles. Cette accumulation successive d'altérations de l'adn aboutit au sein de la tumeur à des cellules tumorales ayant des génotypes et donc des phénotypes différents (Figure 4) 6

7 Cycles d Altérations de l ADN / Sélections Altération ADN 1 Propriétés caractéristiques de la cellule tumorale Etc Sélection (avantage) Altération Barrière ADN 2 (contrôle) Altération ADN 3 Barrière Génotypes/ Phénotypes différents Figure 4 IV- Instabilité génétique et cancer Une cellule normale possède de nombreux systèmes de contrôle veillant à l'intégrité de son génome. Ces systèmes vont détecter les anomalies de la molécule d'adn, survenant sous l'effet de l'environnement ou de manière spontanée, puis les réparer. Si la cellule est engagée dans le cycle cellulaire, la détection de lésions de l'adn va entraîner parallèlement un arrêt du cycle, puis la mort cellulaire par apoptose en cas de lésion génétique trop importante ou non réparable. Comment peut-on alors expliquer l'accumulation d'altérations de l'adn dans la cellule tumorale? La cellule tumorale est caractérisée par une instabilité génétique qui se traduit par exemple par de nombreuses anomalies caryotypiques (chromosomiques). Cette instabilité est liée à une déficience des systèmes de surveillance et de réparation du génome, permettant à la cellule d'accumuler des altérations de son ADN et de continuer à proliférer malgré un ADN endommagé (voir cours sur les mécanismes moléculaires de l'oncogenèse V B). Ainsi, l'instabilité génétique est un mécanisme essentiel dans la genèse et l'évolution du processus tumoral, permettant l'accumulation d'altérations génétiques. V- Vieillissement et cancer De nombreuses données épidémiologiques et expérimentales suggèrent l'existence d'un lien entre vieillissement et cancer. Comme nous l'avons déjà mentionné, l'incidence des cancers augmente de manière exponentielle avec l'âge en général à partir de la seconde moitié de la vie. Par exemple, chez la souris qui a une durée de vie de l'ordre de 3-4 ans, l'apparition des tumeurs survient vers 18 mois - 2 ans de vie. Chez l'homme, si l'on considère une longévité maximale de 100 ans, les cancers apparaissent vers l'âge de ans. 7

8 Sur le plan expérimental, des données récentes mettent en évidence des liens étroits entre le vieillissement cellulaire (ou sénescence) et les systèmes de protection cellulaire contre le cancer, et tout particulièrement les gènes suppresseurs de tumeurs dont nous parlerons plus loin. Par exemple, certaines maladies génétiques liées à une déficience des systèmes de surveillance et de réparation du génome se traduisent par un vieillissement accéléré des individus (syndrome de Werner et mutations inactivatrices de WRN, hélicase impliquée dans la réparation de l'adn). Un autre exemple illustrant ces liens vient de modèles de souris transgéniques avec surexpression du gène suppresseur de tumeur p53, gène essentiel à la protection cellulaire contre la transformation tumorale (voir cours sur les mécanismes moléculaires de l'oncogenèse). Dans ces modèles animaux, la surexpression de p53 protège effectivement les souris contre le développement de cancers mais raccourcit également leur durée de vie. Enfin, des expériences ont pu montrer que les fibroblastes de l'environnement péri-tumoral issus de tissus vieillissants (sénescents) favorisaient le développement et l'expansion de cellules tumorales. Enfin, des anomalies de la méthylation des gènes et de leur région promotrice au cours du vieillissement ont été décrites. Ces anomalies de la méthylation augmenteraient l'instabilité génétique au niveau de ces gènes, favorisant la transformation tumorale. Beaucoup de travaux restent encore à faire pour mieux comprendre les relations exactes entre le vieillissement et le développement tumoral, mais ce champ d'investigation est en pleine expansion et devrait avoir des répercussions importantes pour la compréhension de la cancérogenèse et la prise en charge des cancers. V- Cellules souches tumorales Un autre champ de recherche actuellement actif en cancérologie concerne les cellules souches tumorales (cancer stem cells en anglais). L'existence de cellules souches tumorales a d'abord été suggérée dans les tumeurs hématopoiétiques, puis cette notion s'est étendue aux tumeurs solides (tumeurs cérébrales, tumeurs du sein ). Ces cellules souches tumorales sont des cellules initiatrices de tumeur, définies par leur capacité à s'auto-renouveler et à maintenir la croissance de la tumeur et son hétérogénéité. Ces cellules, très rares, présentent par ailleurs une résistance à l'apoptose et aux différents traitements anti-tumoraux et nécessitent pour leur prolifération et leur survie un microenvironnement particulier ("niche"). La capacité de ces cellules souches tumorales à échapper à l'apoptose et à survivre sur des sites distants de la tumeur primitive, permettrait d'expliquer pourquoi certaines micrométastases peuvent rester quiescentes ("dormance") puis se mettre à proliférer après plusieurs années. 8

9 MECANISMES MOLECULAIRES DE L'ONCOGENESE Pré-requis au cours de biologie cellulaire (module MIB) - Connaissance des principaux mécanismes de la signalisation cellulaire et plus particulièrement la signalisation via les facteurs de croissance et les récepteurs transmembranaires à activité tyrosine kinase (cours de PCEM 2). - Connaissance des étapes et de la régulation du cycle cellulaire (cours de PCEM 1). - Connaissance des principales étapes et de la régulation de la mort cellulaire programmée (apoptose) (cours de PCEM 1). OBJECTIFS - Connaître les grands modèles expérimentaux utilisés en cancérologie (in vitro - lignées cellulaires; in vivo - modèles animaux, tissus humains). - Connaître la définition des gènes impliqués dans la progression tumorale (oncogènes et gènes suppresseurs de tumeurs). Décrire le mode d'expression de ces gènes dans la progression tumorale (oncogène = gain de fonction gène suppresseur de tumeur = perte de fonction). Etre capable d illustrer chaque famille de gènes par un exemple. - Décrire les 4 mécanismes impliqués dans l activation des oncogènes et donner un exemple pour chaque mécanisme (mutation/délétion, amplification, translocation chromosomique, insertion virale). - Décrire pour chaque grande fonction cellulaire (signalisation cellulaire, cycle cellulaire, apoptose) les conséquences de l'activation d'oncogènes et/ou de l'inactivation de gènes suppresseurs de tumeurs (activation de la signalisation cellulaire, emballement du cycle cellulaire, déficit de l'apoptose) et citer pour chacune de ces fonctions au moins un exemple d'oncogène ou de gène suppresseur de tumeur impliqué dans la progression tumorale. - Décrire le rôle des gènes de maintien de l intégrité du génome et donner au moins un exemple de gène de cette famille impliqué dans un cancer héréditaire. - Connaître les mécanismes d'action et les éventuelles thérapies ciblées correspondantes des oncogènes RET, Her2, Bcr-Abl et du gène suppresseur de tumeur p53. Plan de cours I- Les modèles utilisés en cancérologie II- Quels sont les gènes impliqués dans l'oncogenèse? 2 grands groupes de gènes : - Les oncogènes (gain de fonction / mode dominant) - Les gènes suppresseurs de tumeurs (perte de fonction/ mode récessif) Ces derniers comprennent 2 familles de gènes: les gènes impliqués dans le contrôle de la prolifération et de la survie cellulaire et les gènes de surveillance et de maintien de l'intégrité du génome. III- Comment a-t-on identifié ces gènes? [paragraphe optionnel] A- Les rétrovirus transformants (ex : sarcome de Rous) B- Les études in vitro de transformation cellulaire (ex: Ras) C- La cytogénétique des tumeurs D- L'étude des cancers héréditaires (ex: Rb) - Exemple du rétinoblastome et du gène suppresseur de tumeur Rb E- Autres approches: 9

10 - Modèles de souris transgéniques - Puces à ADN, protéomique IV- Quels sont les mécanismes moléculaires aboutissant à l altération de ces gènes? A- Oncogènes : - mutations, délétions activatrices - amplification génique - réarrangement chromosomique - Les virus B- Gènes suppresseurs de tumeurs : - mutations, délétions inactivatrices - recombinaison mitotique, non disjonction des chromosomes - conversion génique C- Autres mécanismes: mécanismes épigénétiques V- Quels sont les fonctions de ces gènes? A- Fonctions cellulaires: Les oncogènes / gènes suppresseurs de tumeurs interviennent tous deux dans les grandes fonctions cellulaires que sont la signalisation, la prolifération, la différenciation et l'apoptose. La connaissance de leurs fonctions permet d'imaginer de nouvelles thérapeutiques ciblées. a1- Progression tumorale et signalisation cellulaire - Rappel des différentes étapes de la signalisation cellulaire - Cancer et Facteurs de croissance Récepteurs des facteurs de croissance Intermédiaires de la signalisation Facteurs de transcription a2- Progression tumorale et cycle cellulaire - Rappel des différentes étapes du cycle cellulaire et de son contrôle - Cancer et anomalies du contrôle du cycle cellulaire. a3- Progression tumorale et apoptose - Rappel des signaux contrôlant l apoptose. - Cancer et mécanismes moléculaires impliqués dans la résistance à l apoptose. Le déficit d'apoptose est un mécanisme clé de la progression tumorale a4- Progression tumorale et immortalité cellulaire - Sénescence et télomères - Cellules tumorales et perte de la sénescence (immortalité) B- Contrôle de l intégrité du génome : Rôles de ces gènes dans la détection des anomalies et la réparation de la molécule d'adn. Exemples de gènes de maintien de l intégrité du génome impliqués dans les cancers VI - Mécanismes moléculaires impliqués dans la progression tumorale : Exemple du cancer du colon [paragraphe optionnel] Exemple des anomalies génétiques impliquées dans la progression du cancer colique (Polypose adénomateuse familiale) 10

11 Cours détaillé I- Les modèles utilisés en cancérologie Les modèles utilisés en recherche pour analyser les mécanismes moléculaires de la cancérogenèse peuvent être: - des modèles in vitro: modèles de cellules tumorales en culture. Ces cellules ont été soit initialement isolées à partir de tumeurs développés chez des patients, soit obtenues en transfectant des cellules en culture à l'aide de protéines virales induisant la transformation tumorale (antigène T du virus SV40 par exemple). Ces modèles in vitro sont très utiles pour analyser les mécanismes moléculaires impliqués dans la progression tumorale en permettant par exemple de manipuler l'expression de différents gènes dans les cellules afin d'observer les conséquences sur le comportement cellulaire ou encore de tester des drogues cytotoxiques. Leur inconvénient est qu'elles ne représentent pas la complexité du tissu tumoral (absence de stroma péri-tumoral par exemple). - des modèles in vivo: modèles animaux. Il peut s'agir de souris "normales" ou de souris dont les défenses immunitaires sont déficientes ("Souris Nude") chez lesquelles on analyse le développement de tumeurs après greffe de cellules tumorales. Il peut s'agir également de modèles de souris dont le matériel génétique a été manipulé (souris transgéniques avec surexpression ou extinction de gènes) présentant une susceptibilité accrue ou au contraire une résistance à certains types de cancer. analyses chez l'homme. De nombreuses études ont été ou sont encore réalisées sur des tissus tumoraux issus de patients. Ces analyses sont le plus souvent morphologiques et descriptives analysant l'expression de gènes ou de protéines particulières. Ces études nécessitent en général un grand nombre de tissus tumoraux et de patients pour être validées. II- Quels sont les gènes impliqués dans l'oncogenèse? On distingue 2 grands groupes de gènes : les oncogènes, et les gènes suppresseurs de tumeurs. - Un oncogène est un gène altéré, dont le produit (protéine) est impliqué dans la transformation d une cellule normale en cellule tumorale. L'équivalent cellulaire normal de ce gène est appelé proto-oncogène. L'oncogène peut être altéré de différentes façons (mutations, amplification ) et cette altération aboutit à un gain de fonction. Il suffit qu'un seul des 2 allèles soit altéré pour observer l'effet oncogénique (mode dominant). Exemples d'oncogènes: gène RET (récepteur à activité tyrosine kinase) muté, Her2, Bcr-Abl, N- Myc - Un gène suppresseur de tumeur est un? gène dont la perte de fonction est impliquée dans la progression tumorale. L'altération du gène suppresseur de tumeur aboutit à une perte de fonction de la protéine correspondante, les 2 allèles du gène devant être altérés pour observer l'effet oncogénique (mode récessif). Ces gènes suppresseurs de tumeurs (tumor suppressor genes en anglais) constituent, lorsqu'ils sont actifs, de véritables "verrous" protecteurs empêchant la transformation tumorale de la cellule. Les gènes suppresseurs de tumeur peuvent être classés en 2 familles de gènes: 11

12 Les gènes impliqués dans le contrôle de la prolifération et de la survie cellulaire (gatekeepers en anglais). Les principaux gènes suppresseurs de tumeur de cette famille sont prb (protéine du rétinoblastome) et p53. Ces gènes sont apparus tardivement au cours de l'évolution - chez les eucaryotes pluricellulaires - et protègent la cellule contre la transformation tumorale en régulant le cycle cellulaire et l'apoptose. Pour de tels gènes, la réintroduction dans la cellule cancéreuse d'un gène fonctionnel aboutit à une réversion du phénotype tumoral. Les gènes du maintien de l'intégrité du génome (caretakers en anglais). Ces gènes contrôlent la stabilité et l intégrité du génome cellulaire. On les retrouve dans tous les organismes vivants, des procaryotes aux humains. L'altération des 2 allèles de ces gènes conduit à une susceptibilité accrue aux cancers par instabilité génétique (accumulation de mutations). Contrairement aux gènes suppresseurs de tumeurs contrôlant la prolifération et la survie cellulaires, la réintroduction d'un allèle normal n'entraîne pas, pour ces gènes, de réversion du phénotype tumoral: ils agissent en amont des gènes cités précédemment permettant leur activation (oncogènes) ou leur inactivation ("gatekeepers"). Exemples de gènes de maintien de l'intégrité du génome : BRCA1, ATM III- Comment a-t-on identifié ces gènes? Plusieurs approches ont permis d'identifier les gènes impliqués dans la progression tumorale : les rétrovirus transformants, les études in vitro de transformation cellulaire, la cytogénétique des tumeurs ou l'étude des cancers héréditaires. La recherche de tels gènes continue avec de nouveaux outils (puces à ADN ) A- Les rétrovirus transformants Les oncogènes ont été découverts à la suite d'études menées sur des rétrovirus responsables de tumeurs expérimentales chez l'animal. Certains de ces rétrovirus provoquent des tumeurs très rapidement, quelques jours ou quelques semaines après l'infection ("rétrovirus aigus"). Ces rétrovirus sont des virus à ARN, qui s'intègrent dans le génome de la cellule hôte sous forme d'adn complémentaire après une étape de transcription inverse (Figure 5A). ARN viral Rétrotranscription Noyau cellule hôte Transcription ARN viral ARN messager ADN LTR Intégration protéine virale Figure 5A : Cycle des rétrovirus 12

13 Le premier rétrovirus transformant de ce type à avoir été analysé est le virus du sarcome de Rous, décrit par Rous dès 1911 (prix Nobel en 1966), capable d'induire rapidement des tumeurs mésenchymateuses chez le poulet. Une approche génétique (séquençage du génome de différentes souches virales capables ou non d'induire des sarcomes) a permis d'identifier en 1970 la séquence virale responsable du pouvoir transformant de ce rétrovirus dénommé v-src (v pour virus). Quelques années après, une séquence équivalente a été mise en évidence dans le génome des fibroblastes normaux de poulet. Cet équivalent cellulaire normal, nommé c-src (c pour cellulaire), a été retrouvé dans le génome de nombreuses espèces (dont l'homme) et code pour une protéine tyrosine kinase. Le gène viral v-src (oncogène) est en fait une forme altérée (mutations et délétions) du gène cellulaire normal c-src (proto-oncogène) et code pour une protéine tyrosine kinase hyperactive. Les oncogènes viraux sont donc des formes altérées de gènes d'origine cellulaire, les protooncogènes, capturés et modifiés par les rétrovirus au cours de leur cycle de réplication (Figure 5B). De nombreux couples proto-oncogènes/ oncogènes ont été mis en évidence par cette approche, impliqués dans différents cancers d'origine humaine (Abl, EGF-R, Raf ). ARN viral Noyau cellule hôte Rétrotranscription Remaniement ADN LTR Intégration Gène de la cellule hôte modifié (ex: src) Séquences virales Virus transformant Capture /modification d un gène hôte Figure 5B : Formation d'un virus transformant B- Les études in vitro de transformation cellulaire: La transformation cellulaire correspond à l'acquisition par une cellule, d'un ou plusieurs caractères propres à la cellule tumorale. Ceci se manifeste en culture par un phénotype cellulaire particulier comprenant la perte de l'inhibition de contact, la perte de la dépendance vis-à-vis de l'ancrage, l'indépendance vis-à-vis des facteurs de croissance, l'immortalité et l'induction de tumeurs dans des modèles animaux. Dans les années 1980, un test de transformation cellulaire sur cultures de cellules murines (lignée de fibroblastes de souris - NIH 3T3) a été mis au point et utilisé pour la recherche de nouveaux gènes impliqués dans les cancers. Ce test consiste à isoler l'adn de tumeurs ou de cellules tumorales en culture, à le transfecter dans des cellules NIH 3T3 puis à repérer les cellules transformées. L'ADN des cellules transformées est ensuite extrait puis transfecté dans de nouvelles cellules NIH 3T3. Des cycles de transfection / sélection des cellules transformées / extraction de l'adn sont ainsi réalisés jusqu'à l'isolement et séquençage du ou des gène(s) responsable(s) de la transformation tumorale (figure 6). 13

14 Culture de cellules tumorales humaines Tumeur humaine Identification du gène transformant (oncogène) ADN (30-50 kb) Transfection Foyers de cellules transformées Clonage Cycles de transfection / extraction d ADN Cellules NIH/3T3 (fibroblastes de souris) ADN Figure 6 Les premiers oncogènes identifiés par cette approche appartiennent à la famille Ras : H-ras, N-ras. Le proto-oncogène correspondant: c-ras code pour une GTPase monomérique impliquée dans la signalisation cellulaire. H-ras et N-ras sont des formes mutées de c-ras aboutissant à une protéine hyperactive. Les oncogènes de la famille ras sont fréquemment retrouvés dans les cancers humains (25% des cancers environ). L'approche par transformation cellulaire a permis de mettre en évidence des oncogènes préalablement identifiés par l'approche rétrovirale ainsi que de nouveaux oncogènes. C- La cytogénétique des tumeurs Cette approche a bénéficié de l'introduction, au début des années 1970, des techniques de bandes chromosomiques permettant d'identifier précisément chaque chromosome et de caractériser les remaniements chromosomiques. Or, des remaniements (translocations) chromosomiques, souvent uniques, sont fréquemment observés dans les leucémies humaines (environ 65% des leucémies), telle que la translocation t(9,22) dans la leucémie myéloïde chronique. L'analyse précise des points de cassure chromosomique dans ces leucémies a permis d'identifier les gènes localisés au niveau de ces cassures, tels que le gène Myc dans les lymphomes de Burkitt en 1982 (translocation t(8,14)) et le gène Abl dans les leucémies myéloïdes chroniques en 1983 (translocation t(9,22)). Or à cet époque, ces 2 gènes étaient des oncogènes déjà connus. Une analyse systématique, au niveau moléculaire, des translocations chromosomiques présentes dans les hémopathies malignes humaines a ensuite été réalisée permettant la mise en évidence de nouveaux oncogènes. D- L'étude de cancers héréditaires La mise en évidence des oncogènes a bénéficié des différentes approches que nous venons de décrire (III-A, III-B, III-C) et a été facilitée par le fait que les oncogènes sont caractérisés par un gain de fonction. Les gènes suppresseurs de tumeur, dont l'effet sur la transformation tumorale est lié à une perte de fonction complète, ont été plus difficiles à identifier. Ceux-ci ont été découverts par l'analyse de cancers héréditaires. Le premier cancer héréditaire permettant la mise en évidence d'un gène suppresseur de tumeur est le rétinoblastome. 14

15 Le rétinoblastome est une tumeur rare de la rétine survenant de manière héréditaire (1/20000 enfants atteints) ou sporadique. L'analyse de familles atteintes de rétinoblastome, a montré que chez les individus atteints, toutes les cellules de l'organisme (par exemple les leucocytes circulants) présentent, sur un des 2 chromosomes, une délétion constitutionnelle d'une bande spécifique du chromosome 13 (13q14). La comparaison de l'adn des leucocytes circulants avec l'adn tumoral, extrait de la tumeur rétinienne, montre que dans la tumeur survient un second événement comprenant la perte de cette même région au niveau du 2 ème chromosome (perte d'hétérozygotie) (Figure 7). Rétinoblastomes héréditaires sujets atteints: délétion constitutionnelle d une bande spécifique du chromosome 13 (13q14) dans toutes les cellules de l organisme. Cellules germinales 2nd évènement Toutes les cellules de l organisme Chrom 13 Tumeur - Comparaison de l ADN tumoral et de l ADN des leucocytes ADN tumoral: Perte d hétérozygotie dans la même région Perte d hétérozygotie (mutation, délétion, recombinaison génétique..) Cellules tumorales Figure 7 L'analyse précise de la région 13q14 a permis d'identifier le gène dont la perte sur les 2 allèles était liée à l'apparition de la tumeur: il s'agit du gène du rétinoblastome, codant pour la protéine prb impliquée dans la régulation du cycle cellulaire. En fait, le gène prb se trouve inactivé dans de nombreuses tumeurs autres que le rare rétinoblastome suggérant l'importance de ce gène dans la tumorigenèse. Le fait que l'inactivation complète de ce gène aboutisse au développement d'une tumeur suggère le rôle protecteur, "anti-tumoral", de ce gène d'où son nom de "gène suppresseur de tumeur". D'autres gènes suppresseurs de tumeurs tels que p53 (syndrome de Li-Fraumenni), WT1 (tumeur du rein = tumeur de Wilms), APC (cancer colique) ont pu être identifiés par l'analyse de cancers héréditaires. Cependant, ceux-ci restent rares et une approche plus systématique a consisté à rechercher les régions du génome les plus fréquemment concernées par des pertes d'hétérozygotie dans des tumeurs variées (sein, poumon, foie ) permettant d'élargir la famille des gènes suppresseurs de tumeur. E- Autres approches - Souris transgéniques: Les modèles animaux, tels que les souris transgéniques, ont été des outils précieux pour analyser le rôle de divers gènes dans la tumorigenèse (surexpression d'un oncogène potentiel, inactivation / "knock-out" d'un anti-oncogène potentiel) (voir chapitre I). - Approche "globale": puces à ADN, protéomique. La recherche des gènes impliqués dans les cancers continue aujourd'hui et repose sur l'utilisation de nouvelles techniques telles que les puces à ADN ou la protéomique. Ces techniques consistent à analyser non plus un gène ou une protéine en particulier, mais l'ensemble des gènes ou l'ensemble des protéines exprimées dans un tissu tumoral puis à comparer ce profil avec le profil obtenu dans le 15

16 tissu normal correspondant. Cette approche permet d'avoir une vue d'ensemble des familles de gènes sur-exprimés ou sous-exprimés dans la tumeur par rapport au tissu normal, et d'identifier ainsi des familles d'oncogènes ou de gènes suppresseurs de tumeur impliqués dans la transformation tumorale du tissu étudié. IV- Quels sont les mécanismes moléculaires aboutissant à l altération de ces gènes? A- Oncogènes: La conversion proto-oncogène oncogène aboutit à un gain de fonction. Cette conversion fait appel à 3 types de mécanismes : la survenue d'une mutation ponctuelle ou d'une délétion activatrice, l'amplification génique et le réarrangement chromosomique (Figure 8). Plus rarement, certains virus s'intégrant au génome de la cellule hôte ont été identifiés comme inducteurs de tumeurs. Survenue d'une mutation ponctuelle ou d'une délétion activatrice: La survenue d'une mutation ou d'une délétion (délétion d'une région régulatrice par exemple) au niveau du proto-oncogène aboutit à la production d'une protéine hyperactive. Par exemple, le gène RET, codant pour un récepteur transmembranaire à activité tyrosine kinase, peut être muté en des points précis, avec pour effet une activation permanente de ce récepteur et une stimulation de la prolifération cellulaire. Cliniquement, une mutation activatrice du gène RET a pour conséquence un risque de cancer médullaire de la thyroide de 100% chez la personne porteuse (voir cours sur "Prédispositions génétiques au cancer"). Un autre exemple de proto-oncogène activé par ce mécanisme est le récepteur du facteur de croissance EGF (EGF-R ou Her1): la délétion du site de liaison au ligand de ce récepteur aboutit à son activation constitutive, car il n'est plus régulé par la liaison au ligand. Amplification génique: L'amplification génique correspond à une duplication d'un gène en plusieurs exemplaires, aboutissant à une sur-expression de ce gène. Par exemple, le gène Her2 (appartenant à la famille des récepteurs transmembranaires à l'egf) est amplifié dans 25 à 30% des cancers du sein et cette amplification, recherchée systématiquement dans toute tumeur du sein opérée, représente un marqueur thérapeutique (thérapie ciblée par Herceptin - voir paragraphe V a1, page 19) et un marqueur de mauvais pronostic. Le gène N-Myc est également retrouvé amplifié dans certaines tumeurs neurologiques de l'enfant (neuroblastome) et est également un marqueur de mauvais pronostic. Réarrangement chromosomique: Les réarrangements chromosomiques peuvent aboutir à la sur-expression d'un gène par juxtaposition de ce gène près d'une région activatrice de la transcription. C'est le cas, par exemple, du réarrangement chromosomique t(8,14) observé dans les lymphomes de Burkitt qui place le gène Myc (facteur de transcription) à proximité de régions régulant l'expression des gènes d'immunoglobulines (IgH). Ce réarrangement aboutit à une forte expression du gène Myc favorisant la prolifération cellulaire. Une autre conséquence possible des réarrangements chromosomiques est la formation d'un gène hybride aboutissant à une protéine hybride (protéine de fusion) hyperactive. C'est le cas de la translocation t(9,22), observée dans la leucémie myéloïde chronique, qui aboutit à la protéine de fusion Bcr-Abl ayant une forte activité tyrosine kinase comparée à la protéine Abl seule, qui est un intermédiaire de la signalisation cellulaire (voir Figure 9-3 ). 16

17 Proto-oncogène Proto-oncogène Mutation ponctuelle, délétion Amplification génique + Réarrangement chromosomique ADN ARN ADN ARN Protéine hybride Protéine hyperactive Ex: RET (cancer médullaire de la thyroide) Ex: Her2neu (cancer du sein) N-myc (neuroblastome) Ex: IgH, IgL /Myc t(8,14) Lymphome de Burkitt Ex: - BCR / ABL Leucémie myéloide chronique -virus à ADN : Hépatite B (HBV) HBV / RARβ D après Molecular Biology of the cell Alberts et al. (4th Ed) p 1338 Hépatocarcinome Figure 8 Les virus : Le génome viral peut s'intégrer près d'un gène régulateur de la cellule hôte et aboutir à un gène et à une protéine hybrides. Par exemple, le virus à ADN de l'hépatite B peut s'intégrer près du récepteur à l'acide rétinoique (facteur de transcription RAR) et altère son activité, aboutissant à un cancer du foie ou hépatocarcinome. Le virus peut également s'intégrer au hasard dans le génome de la cellule hôte mais exprimer des protéines régulatrices modifiant l'activité des gènes de la cellule hôte. C'est le cas du rétrovirus HTLV1 portant le gène Tax, qui peut induire des lymphomes ou certains types de leucémies. B- Gènes suppresseurs de tumeur: Ces gènes sont impliqués dans le processus cancéreux par le biais de leur inactivation (altérations des 2 allèles) Différents mécanismes aboutissent à cette double inactivation: - mutations inactivatrices - délétions - anomalies lors de la mitose : non disjonction des chromosomes avec perte d'un chromosome, recombinaison mitotique - conversion génique C- Autres mécanismes : Si le cancer est bien une maladie génétique, il n'est pas lié uniquement à une modification de la séquence de l'adn. En effet, la recherche actuelle montre que des mécanismes épigénétiques interviennent également, vraisemblablement à un stade précoce de la progression tumorale, aboutissant à l'activation de proto-oncogènes ou à l'inactivation de gènes suppresseurs de tumeurs. Il semble notamment que des modifications de la méthylation de l'adn au niveau de régions promotrices de gènes clés soient impliquées dans ces phénomènes (par hyper ou hypo-méthylation). Ces mécanismes épigénétiques auraient une place importante dans la cancérogenèse. 17

18 V - Quelles sont les fonctions de ces gènes? A- Fonctions Cellulaires: La distinction oncogènes / gènes suppresseurs de tumeurs (gatekeepers) devient ici un peu artificielle dans la mesure où ces gènes interviennent tous deux dans les grandes fonctions cellulaires que sont la signalisation, la prolifération, la différenciation et l'apoptose. a1- Progression tumorale et signalisation cellulaire (Figure 9): Les oncogènes peuvent être impliqués dans toutes les étapes de la signalisation cellulaire: - Par surproduction de facteurs de croissance par la cellule tumorale (1) ex : surproduction du facteur de croissance IGF-II (Insulin-like Growth Factor-II) par les cellules tumorales corticosurrénaliennes - Par surproduction ou activation constitutive des récepteurs des facteurs de croissance (récepteurs transmembranaires à activité tyrosine kinase) (2) ex : oncogène RET; oncogène Her1 = Récepteur à l'egf hyperactif; oncogène Her2 (voir plus loin thérapies ciblées) - Par activation constitutive des intermédiaires de la signalisation (3) ex : oncogènes Ras = GTPase monomérique, Raf = MAP kinase kinase kinase, Src et Abl = tyrosines kinases cytoplasmiques - Par surproduction ou activation de facteurs de transcription (4) : ex : oncogène v-erba = Récepteur des hormones thyroïdiennes L'intervention de ces oncogènes a pour effets d'activer de manière permanente les étapes de la signalisation cellulaire et de rendre la cellule insensible aux signaux extérieurs régulant cette signalisation: la cellule devient alors capable de proliférer et de survivre de manière autonome, indépendamment de son environnement (cf propriétés de la cellule tumorale). Progression tumorale et signalisation cellulaire 1 IGF-II Cellule tumorale Matrice extracellulaire Figure 9 Her1* (Rc EGF) RET* 2 P P +++ Ras* +++ GTP 3 Abl* 3 Src* + Intégrines Raf* 3 MAP K K K MAP K K MAP K Prolifération Survie cellulaire v-erb A (Rc HT) ADN Myc, Fos, Jun +++ La connaissance du rôle des oncogènes dans la signalisation cellulaire a permis d'imaginer de nouvelles thérapies anti-cancéreuses adaptées ("thérapies ciblées"). 18

19 De nombreuses thérapies ciblées agissent sur la voie de signalisation des récepteurs transmembranaires à activité tyrosine kinase soit au niveau du domaine extracellulaire de liaison au ligand, soit au niveau intracellulaire. Par exemple, le gène Her2 codant pour un récepteur transmembranaire à activité tyrosine kinase, de la famille des récepteurs à l'egf, est amplifié dans 25 à 30% des cancers du sein (voir paragraphe IV A). L'amplification de Her2 aboutit à une augmentation du signal prolifératif reçu par la cellule mammaire. Une thérapeutique dirigée contre ce récepteur Her2 (anticorps monoclonaux anti-her2 dirigés contre le domaine extracellulaire du récepteur) permet de bloquer le récepteur, de l'inactiver et d'induire la destruction de la cellule tumorale (cytotoxicité). Cette thérapeutique (Herceptin ou Trastuzumab) est actuellement utilisée en clinique chez des femmes présentant des cancers du sein métastatiques avec amplification de Her2 (Her2 +) résistantes aux thérapeutiques usuelles (Vidal 2008). L'hyperactivité kinase codée par certains oncogènes a donné lieu à des thérapeutiques bloquant cette activité enzymatique. C'est le cas du Gleevec qui bloque le site ATP de la protéine tyrosine kinase Abl au sein de la protéine de fusion hyperactive Bcr-Abl. Cette thérapeutique est actuellement largement utilisée dans le traitement des leucémies myéloïdes chroniques qui présentent cette protéine hybride Bcr-Abl liée à la translocation t(9,22) (voir paragraphe IV A). a2- Progression tumorale et cycle cellulaire (Figures 10 et 11): Rappels sur le cycle cellulaire (voir cours de PCEM1) (figure 10): Le cycle cellulaire est l'ensemble des étapes que doit traverser la cellule pour se diviser. Ce cycle comporte 4 phases : les phases G1, S (synthèse de l'adn), G2 et M (mitose). Une cellule qui ne se divise pas (cellule quiescente) est en phase G0. Des points de contrôle du cycle cellulaire, notamment en fin de phase G1, doivent être passés par la cellule pour que le cycle se déroule dans sa totalité. Les effecteurs du cycle cellulaire sont les complexes cyclines / Cdk (Cycline dépendantes des kinases). Différents complexes cyclines / Cdk existent en fonction des phases du cycle cellulaire. L'activité de ces complexes est modulée par des signaux extracellulaires tels que les facteurs de croissance. Un des rôles importants de ces complexes cycline / cdk est la phosphorylation et donc l'inactivation de la protéine prb qui représente le "verrou" du cycle cellulaire, point de convergence des signaux anti-prolifératifs. prb actif bloque le cycle cellulaire en séquestrant le facteur E2F, impliqué dans le passage de la phase G1 vers la phase S. Le cycle cellulaire est également régulé par les inhibiteurs des complexes cyclines / Cdk tels que p15, p16, p21 et p27. L'inhibiteur p21 est particulièrement important, d'une part parce que son spectre d'inhibition est large (il inhibe plusieurs complexes cyclines / cdk) et d'autre part parce qu'il est induit par la protéine p 53 (gène suppresseur de tumeur), elle-même activée par les lésions de l'adn. Progression tumorale et cycle cellulaire G2 Rappels sur le cycle cellulaire Cdk 1 / Cycline B M Figure 10 p21 Cdk 1 / Cycline A S Rb P P E2F E2F Rb G0 (quiescence) p27 Cdk 2 / Cycline A Cdk 2 / Cycline E G1 Point de contrôle +++ Cdk 4/6 / Cycline D p15 TGFb p16 Signaux extracellulaires 19

20 Perturbations du cycle cellulaire dans la cellule cancéreuse (figures 11A et 11B): La principale cible du cycle cellulaire, altérée au cours de la progression tumorale, est le gène suppresseur de tumeur prb (Figure 11A). prb devient inactif soit par altération inactivatrice de son gène (mutation, délétion voir chapitre IIID), soit par phosphorylation excessive de prb par les complexes cycline / Cdk. Cette phosphorylation excessive peut être liée à une stimulation des complexes cycline / Cdk du fait d'une signalisation excessive (Figure 9) ou d'une amplification des gènes de certaines cyclines: gène de la cycline D (cancer du sein, lymphome du manteau par exemple) ou de la cycline E ( certains cancers du sein). L'altération du cycle cellulaire au cours de la progression tumorale peut être liée également à un défaut d'activité des inhibiteurs des complexes cyclines / Cdk (Figure 11B). Ainsi une diminution d'expression des inhibiteurs p27, p15 et p16 est observée dans certains cancers. Par ailleurs, l'inactivation de la protéine p53 est observée dans près de 50% des cancers, et aboutit à un déficit en inhibiteur p21. Progression tumorale et cycle cellulaire (1) Cdk 1 / Cycline A S G2 Cdk 1 / Cycline B P P Rb Rb P E2F M G0 P Rb (quiescence) E2F Cdk 4/6 / Cdk 2 / Cycline D ++ Cycline A G1 Cdk 2 / Cycline E+++ Point de (amplification) Signaux intracellulaires contrôle (N-Myc, Rc tyrosine kinases,h-ras ) Dommages de l ADN Progression tumorale et cycle cellulaire (2) P G2 + p21 Cdk 1 / Cycline A S Cdk 1 / Cycline B P P Rb Rb Cdk 2 / Cycline A Cdk 2 / p27 Cycline E E2F P P Rb E2F G1 Point de contrôle M G0 (quiescence) Cdk 4/6 / Cycline D p15 p16 Figure 11A Figure 11B L'intervention des oncogènes / gènes suppresseurs de tumeur au niveau du cycle cellulaire aboutit ainsi à un "emballement" du cycle cellulaire avec rupture des points de contrôle et prolifération incontrôlée de la cellule, indépendamment des signaux anti-prolifératifs (cf propriétés de la cellule tumorale). L'altération du cycle cellulaire dans la progression tumorale est illustrée par l'exemple des virus HPV (Human Papilloma Virus) à haut risque dans la genèse du cancer du col utérin. Les protéines virales E6 et E7 ont pour effet d'inactiver les 2 verrous du cycle cellulaire que sont prb (E7) et p53 (E6) en les orientant vers le système de dégradation des protéines qu'est le protéasome (voir cours; Figure 12). E6 p53 + protéasome G2 M protéasome p21 Rb E7 Figure S E2F E2F G0 (quiescence) G1 20

21 a3 - Progression tumorale et apoptose (Figure 13) Rappels sur l'apoptose (voir cours de PCEM1) (figure 13): Toute cellule possède un programme intrinsèque de mort cellulaire dénommé "apoptose". Les effecteurs de ce programme d'apoptose sont les caspases (cystéine-protéases). Deux voies permettent d'activer les caspases: la voie extrinsèque passant par des récepteurs transmembranaires, tels que Fas et le ligand de Fas et la voie intrinsèque impliquant la mitochondrie et la balance des facteurs pro-apoptotiques (Bax,Bad) et anti-apoptotiques (Bcl2). La balance de ces facteurs est elle-même régulée par différents signaux tels que les facteurs de croissance ou facteurs de survie (anti-apoptotiques) ou p53 (pro-apoptotique). Progression tumorale et Apoptose - Rappels lymphocyte Ligand de Fas Facteurs de croissance / survie Fas + Ras Akt Apoptose BAD/BAX Survie Bcl2 P 53 + Cytochrome C Apaf 1 Caspase 8 Caspase 3 Caspase 9 Caspases effectrices Apoptose Figure 13 La progression tumorale s'accompagne d'une inhibition de l'apoptose, favorisant la survie de la cellule cancéreuse. Cette inhibition de l'apoptose peut se faire à différents niveaux : signalisation excessive via les facteurs de croissance et de survie, inactivation de la protéine p53, déséquilibre de la balance des facteurs pro- et anti-apoptotiques en faveur de la survie. On observe par exemple une surexpression du gène de survie Bcl2 dans certains lymphomes (lymphomes folliculaires). Bcl2 est donc un exemple d'oncogène impliqué dans le déficit en apoptose des cellules tumorales. De nombreux arguments expérimentaux indiquent que l'apoptose est une des barrières majeures contre la progression tumorale. En effet, si la prolifération excessive des cellules tumorales est contre-balancée par une mort cellulaire (apoptose) équivalente, le développement tumoral restera limité. Par contre, si l'apoptose est déficiente, la prolifération des cellules tumorales ne sera plus limitée et la progression tumorale sera favorisée (Figure 14). Cette résistance à l'apoptose est une des propriétés caractéristiques de la cellule tumorale (cf propriétés de la cellule tumorale). Cette survie "excessive" a des implications importantes dans la progression tumorale: elle permet à la cellule tumorale de survivre malgré un matériel génétique endommagé, de migrer et survivre dans un site secondaire (métastase) ou de résister aux chimiothérapies ou à la radiothérapie. 21