BASES MOLECULAIRES DES FORMES HEREDITAIRES DE CANCER

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1 BASES MOLECULAIRES DES FORMES HEREDITAIRES DE CANCER Thierry Frebourg Service de Génétique, CHU de Rouen Inserm U614, Faculté de Médecine, Rouen

2 LE CANCER EN 2009 : UNE MALADIE GENETIQUE gènes = Dans une tumeur : 100 mutations < 15 : initiation, progression survie de la tumeur Driver mutations 80 Reflets de l instabilité génétique Passenger mutations Science 2006 Oct 13; 314 : Science 2007 Nov 16; 318 :

3 Cancers Formes mendéliennes : 5% Déterminisme autosomique dominant Pénétrance proche de 100%

4 Cancers du sein : 1/11 Formes mendéliennes : 5% Cancers du sein héréditaires : 1/220

5 Colon 60 Colon 43 Ovaire 43 Colon 78 Colon 49 Colon 65 Colon 36 Colon 37 Endomètre 43 Colon 59 Colon 64 T Cérébrale 30 Colon 42 Ov 48 Ov 54 Colon 29 End 49 Colon 36 Colon 52 Colon 50 Colon 55 Colon 33 Colon 43 Grêle 50 Colon 40 Grêle 50 Colon 50 Colon 51

6 Caecum, 41ans Sigmoide, 41ans Transverse, 44ans

7 Altération somatique Altération constitutionnelle Altérations somatiques Altérations somatiques Cancer sporadique Cancer héréditaire

8 Mutations de plusieurs gènes

9 Mutations activatrices Mutations de plusieurs gènes Mutations inactivatrices

10 Mutations activatrices Proto-oncogènes Cascade de transduction du signal Gènes suppresseurs de tumeurs Mutations de plusieurs gènes Gate keepers Points de contrôle du cycle cellulaire checkpoints Care takers Mutations inactivatrices Réparation de l ADN

11 LE CANCER MEDULLAIRE DE LA THYROIDE HEREDITAIRE Mutations activatrices Proto-oncogènes Cascade de transduction du signal RET I. Activation des proto-oncogènes

12 LA CASCADE DE TRANSDUCTION I. Activation des proto-oncogènes

13 I. Activation des proto-oncogènes

14 I. Activation des proto-oncogènes

15 CMT 64 ans CMT 67 ans CMT 45 ans CMT 27 ans CMT 38 ans CMT 39 ans CMT 34 ans Cancer Médullaire de La Thyroïde héréditaire (CMT) I. Activation des proto-oncogènes

16 EARLY MALIGNANT PROGRESSION OF HEREDITARY MEDULLARY THYROID CANCER Machens et al. EUROMEN Study Group. N Engl J Med Avec ou sans métastases ganglionnaires 5 ans: 14% 10 ans: 48% Avec métastases ganglionnaires 16 ans: 18% Risque cumulé de CMT I. Activation des proto-oncogènes

17 LA PROTEINE RET RET RET Région riche en cystéines Domaine tyrosine kinase Core catalytique I. Activation des proto-oncogènes

18 Cancer Médullaire de la Thyroide RET RET Cys 609, 611, 618, 620, 630, 634 I. Activation des proto-oncogènes

19 Cancer Médullaire de la Thyroide RET RET Cys 609, 611, 618, 620, 630, 634 Rupture de ponts disulfures intra-moléculaires I. Activation des proto-oncogènes

20 Cancer Médullaire de la Thyroide RET RET Cys 609, 611, 618, 620, 630, 634 Rupture de ponts disulfures intra-moléculaires Dimérisation aberrante par ponts disulfures inter-moléculaires I. Activation des proto-oncogènes

21 Cancer Médullaire de la Thyroide RET RET Cys 609, 611, 618, 620, 630, 634 Rupture de ponts disulfures intra-moléculaires Dimérisation aberrante par ponts disulfures inter-moléculaires Activation de l activité tyrosine kinase indépendante du ligand I. Activation des proto-oncogènes

22 Cancer Médullaire de la Thyroide Cys 609, 611, 618, 620, 634 Src PI3 kinase Ras/ERK1/2 Ras MAPK BMK1 JNK JAK STAT3 Akt Activation constitutive de la transduction du signal I. Activation des proto-oncogènes

23 EFFET BIOLOGIQUE DES MUTATIONS DE RET Activation constitutive de la transduction du signal indépendante de la fixation du ligand

24 HISTOIRE NATURELLE DU CANCER MEDULLAIRE DE LA THYROIDE Cellules C parafolliculaires Mutation de RET Cancer Médullaire de la Throide Cys 609, 611, 618, 620, 634 BMK1 Src JNK JAK PI3 kinase STAT3 Ras/ERK1/2 Ras MAPK Akt Hyperplasie des cellules C Activation constitutive de la transduction du signal et d activateurs de la transcription Pénétrance des mutations de RET : 100% Cancer médullaire de la thyroïde

25 CMT 60 ans CMT 45 ans CMT 20 ans Wt/Mt Wt/Wt Wt/Wt Wt/Mt 6 ans 2 ans RET Cys634Tyr

26 CMT 60 ans CMT 45 ans CMT 20 ans Wt/Mt Wt/Wt Wt/Wt Wt/Mt Wt/Mt 6 ans Wt/Mt 2 ans RET Cys634Tyr LE DIAGNOSTIC PRESYMPTOMATIQUE DANS LE CMT

27 CMT 60 ans CMT 45 ans CMT 20 ans Wt/Mt Wt/Wt Wt/Wt Wt/Mt RET Cys634Tyr Wt/Mt 6 ans Thyroïdectomie Prophylactique Hyperplasie des cellules C Wt/Mt 2 ans Thyroïdectomie Prophylactique

28 CMT 60 ans CMT 45 ans CMT 20 ans Wt/Mt Wt/Wt Wt/Wt Wt/Mt RET Cys634Tyr Wt/Mt 6 ans Thyroïdectomie Prophylactique Hyperplasie des cellules C Wt/Mt 2 ans Thyroïdectomie Prophylactique CMT

29 DIAGNOSTIC PRESYMPTOMATIQUE CHEZ LES ENFANTS PORTEURS DE MUTATIONS DU GENE RET Hyperplasie des cellules C Cancer médullaire de la thyroïde RET Cys634Tyr, 2 ans

30 Nature 16 October 2008 Nature 16 October 2008 I. Activation des proto-oncogènes

31 BAC-array CGH analysis of 592 neuroblastomas Increase of ALK dosage (4% with 2 extra-copies and 21% with a weak increase) Sequencing analysis of ALK in 28 cell lines and 115 tumours : 16 mutations mostly localized within 2 hot spots (exons 23 et 25) Sequencing analysis of ALK families with at least 2 cases of neuroblastomas : Germline mutation of ALK in 2 families 15a 3a 12a p.arg1275gln, exon 25 4mois 3mois p.arg1192pro, exon 23 Janouiex-Lerosey et al., Nature 2008

32 MUTATIONS CONSTITUTIONNELLES DU GÈNE ALK DANS LES FORMES HÉRÉDITAIRES DE NEUROBLASTOME Mosse et al., Nature 2008

33 sirna contre ALK sirna contre GAPDH Formes mutées, inhibition de la croissance par les sirna ciblant ALK Formes phosphorylées donc actives, croissance inhibée par sirna Formes WT, pas d inhibition de la croissance

34 LE SYNDROME HNPCC OU SYNDROME DE LYNCH Mutations inactivatrices Care takers Réparation de l ADN MMR II. Inactivation des care takers

35 FORMES MENDELIENNES DE CANCER COLORECTAL Syndrome HNPCC (Hereditary Non Polyposis Colorectal Cancer) ou syndrome de Lynch : 4% des CCR (MSH2, MLH1, MSH6, PMS2) : 1/500 ccr ccr ccr < 50 ans Polypose Adénomateuse Familiale autosomique dominante (APC) et autosomique récessive (MYH) - Colon rectum Endomètre Intestin grêle - Tractus urinaire - Estomac - Ovaire Polyposes harmatomateuses (STK11, SMAD4, BMPR1A, PTEN)

36 LE SYNDROME DE LYNCH Colon, 62 ans Colon, 21ans Colon, 32 ans Endomètre, 46 ans Colon, 36 ans II. Inactivation des care takers

37 LE SYSTEME MMR DE REPARATION DE L ADN (MISMATCH REPAIR) 5 MutS A 3 3 C 5 5 MutS A MutL MutH 3 3 C 5 5 MutS A MutL 3 3 Hélicase Exonucléase A T ADN polymérase III 5 II. Inactivation des care takers

38 LE SYSTEME MMR DE REPARATION DE L ADN CHEZ L HOMME MLH1/PMS2 - Mésappariement d'une seule base MSH2 MSH6 MLH1/PMS2 - Délétion ou insertion d'une seule base MSH2 MSH6 ou MSH3 MLH1/PMS2 - Grande délétion ou insertion MSH2 MSH3 MLH1/PMS2 - Lésion induite de l'adn MSH2? X MSH2, MSH6 : 2p22-p21, MLH1 : 3p22, PMS2 : 7p22

39 HISTOIRE NATURELLE DU SYNDROME DE LYNCH Mutation constitutionnelle d'un gène de la réparation Pénétrance incomplète Inactivation somatique du second allèle Instabilité somatique de séquences répétées Phénotype RER (Replication ERror) Instabilité Microsatellitaire (MSI) Inactivation somatique nécessaires de plusieurs gènes cibles Récepteur de type II du TGF β, IGFRII, BAX, CASP1, MSH3, MSH6 Cancer II. Inactivation des care takers

40 CANCERS DU SEIN ET DE L OVAIRE HEREDITAIRES Mutations inactivatrices Care takers Réparation de l ADN BRCA II. Inactivation des care takers

41 FORME HEREDITAIRE DE CANCER DU SEIN ET DE L OVAIRE Ovaire 60 ans Sein 39 ans Sein 50 ans Ovaire 57 ans Sein 33 ans

42 17q21 2cM BRCA1 King, 1990 BCLC, 1993 Skolnick, q12 BRCA2 Stratton, 1994 Stratton, 1995

43 RÉPARATION DES CASSURES DOUBLE BRIN DE L ADN PAR RECOMBINAISON HOMOLOGUE ATR ATM P P MRE11 NBS1 RAD50 CHEK2 P BRCA1 MDM2 RAD51 Dss1 XRCC2 BRCA2 XRCC3 Apoptose TP53 Arrêt du cycle cellulaire

44 Lésions de l'adn RAD50 Mre11 Nbs1 BRCA1 Ser 988 ATM TP53 Ser20 MDC1 CHK2 Thr 68 REPARATION DES CASSURES D ADN

45 LE SYNDROME DE LI-FRAUMENI (LFS) Mutations inactivatrices TP53 Gate keepers Points de contrôle du cycle cellulaire III. Inactivation des gate keepers

46 LE SYNDROME DE LI-FRAUMENI (LFS) Astrocytome 25 Cancer du sein 25 Médulloblastome 2 III. Inactivation des gate keepers

47 TP53 Malkin et al., Science 1990; Strivastava et al., Science 1990 III. Inactivation des gate keepers

48 APOPTOSE LESIONS DE L ADN BRCA1 REPARATION DE L ADN BAX ATM TP53 Ser20 CHK2 Cdc25 Ser216 Cdc25 p Cycline B Cdc2 Tyr14,15 Cycline B Cdc2 Cycline Cdk Cycline B Cdc2 ARRET DU CYCLE EN G1 ET G2 Mitose

49 LE SYNDROME DE LI-FRAUMENI (LFS) p.pro152leu Sarcome 2 Corticosurrénalome 6 Osteosarcome 14 Cancer du sein gauche 22 Cancer du sein droit 25

50 BASES MOLECULAIRES DE LA PREDISPOSITION MENDELIENNE AU CANCER I. Activation constitutive de la transduction du signal Cancer/syndrome Gène Voie biologique Cancer Medullaire de la Thyroïde RET ERK, MAPK, JNK, AKT, STAT3 Maladie de Cowden PTEN PI3K, Akt, mtor kinases Syndrome de Bannayan-Zonana Syndrome de Gorlin PTCH Hedgehog (Hh) Médulloblastome SUFU Hedgehog (Hh) Neurofibromatose de type II NF2 / Merlin Rac signaling Von Hippel Lindau VHL Hypoxia-inducible factor Mammalian oxygen-sensing

51 BASES MOLECULAIRES DE LA PREDISPOSITION MENDELIENNE AU CANCER II. Inactivation des ponts de contrôle du cycle cellulaire Cancer/syndrome Gène Point de contrôle Rétinoblastome RB1 G1/S, mitose Mélanome malin p16 Voie RB Tumeurs rhadoïdes hsnf5 Voie RB Syndrome de Li-Fraumeni TP53 G1/S, G2/M Rhabdomyosarcome dans le MVA Bub1 Spindle checkpoint Polypose Adénomateuse APC Spindle checkpoint

52 BASES MOLECULAIRES DE LA PREDISPOSITION MENDELIENNE AU CANCER III. Altération de la réparation de l ADN Cancer/syndrome Gène Système de réparation Syndrome de Lynch MSH2, MLH1, MSH6 Mismatch repair Hémopathies, tumeurs MSH2, MLH1, Réparation des cassures digestives et cérébrales MSH6, PMS2 double brin par recombinaison homologue Cancer du sein et de l ovaire BRCA1, BRCA2 Réparation des cassures double brin par recombinaison homologue Syndrome de Bloom BLM helicase Réparation des cassures double brin par recombinaison homologue Xeroderma Pigmentosum XP Nucleotide excision repair

53 BASES GENETIQUES DES FORMES MENDELIENNES DE CANCER Activation constitutionnelle des proto-oncogènes Inactivation constitutionnelle des gatekeepers ou des care takers Inactivation biallélique constitutionnelle des gatekeepers ou des care takers Pénétrance élevée Mutation somatique Pénétrance élevée Pénétrance incomplète Facteurs modificateurs Altération du cycle cellulaire de l apoptose de la réparation de l ADN et de la ségrégation chromosomique Instabilité génomique Cancer