Instabilité génétique constitutionnelle et acquise : anomalies de la réponse aux lésions de l ADN

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1 Instabilité génétique constitutionnelle et acquise : anomalies de la réponse aux lésions de l ADN I. Réponse aux lésions de l ADN et prédispositions aux cancers II. Mécanisme de réponse au lésions de l ADN 1. Arrêt checkpoint 2. Réparation

2 Causes des lésions de l ADN Endogène : Erreurs de réplication Hydrolyse spontanée de l ADN (dépurination / déamination) Exogène : irradiation Ionisantes, UV Agents chimiques : alkylants, agentspontants (cisplat, MMC, ) psoralènes, benzo[a]pyrènes,... Types de lésions : Simple brins : mismatchs anomaliesdes nucléotides cassures simple brin (SSB) dimères de nucléotides (ponts intra-brins) Double brins : Ponts interbrins (ICL) Cassures double brin (DSB) D après J.H. Hoeijmakers, Nature 2001

3 Réponse cellulaire aux lésions de l ADN Detection du DNA damage : senseurs checkpoint Arrêt du cycle cellulaire réparation Réparation «efficace» (avec ou sans mutation) résolution ou Réparation «impossible» ou «non économique» Apoptose Inactivation : conduit à l instabilité génétique, apoptose accrue, prédisposition aux cancers

4 Réponse cellulaire aux lésions de l ADN muette checkpoint Arrêt du cycle réparation Si réparation avec mutation mort Activation oncogène (rare)

5 Anomalies génomiques oncogéniques Translocation / inversion Deletion Mutations (cryptic) * Trisomie / Monosomie Hyper / hypodiploidie Hyper / hypoploidie

6 Réponse cellulaire aux lésions de l ADN muette checkpoint Arrêt du cycle réparation Si réparation avec mutation mort Inactivation : conduit à l instabilité génétique, prédisposition aux cancers Activation oncogène (rare) Apoptose induite (ARF)

7 Apoptose induite par DNA damage ou ses conséquences: voie ARF-MDM2-p53

8 Oncogenèse est multi-étape : activation d oncogènes et inactivation de gènes suppresseurs de tumeur Homéostasie Transformation multi-étape Exemple leucémie aiguë T, 2 ans : SIL-TAL t(11;14) : LMO2 del(9p) : MTS1/p14/p16 NOTCH1 muté activé del(6q) :? Cancers favorisés par l instabilité génomique constitutionnelle ou acquise

9 Instabilité génétique acquise des cellules cancéreuses

10 Pas trop d instabilité. Cahill Vogelstein 1999

11 Les syndromes d instabilité constitutionnelle, qui prédisposent aux cancers, touchent les voies de réponse aux lésions de l ADN ataxie telangiectasie Breast and ovarian cancer Li Fraumeni Nijmegen ATLD Fanconi p53 Canman Current Biology 2001

12 Recrutement de proteines aux sites de DNA damage : foci impliqués dans les sytèmes checkpoint et de réparation FANCD2 BRCA1 colocalisation

13 Syndromes de fragilité chromosomique Congenital dysmorphia Cancer predisposition Immunity abnormalities Bone marrow defect Autosomic recessive : bi-allelic inactivation, often hypomorphic mutations - Ataxia telangiectasia, ATLD: ATM, MRE11 - Nijmegen: NBS - Bloom: BLM - RS-SCID: LigIV, Artemis - Fanconi: 9 genes FANC, D1/BRCA2, NBS1 - Seckel: ATR - Constitutional aneuploidy : BUBR1 Autosomic dominant - Li Fraumeni: TP53, CHK2 - Breast and ovary cancer predisposition : BRCA1, BRCA2

14 Modèles murins d instabilité génétique constitutionnelle et de prédisposition au cancers Bender, 2001

15 Instabilité génétique constitutionnelle et acquise : anomalies de la réponse aux lésions de l ADN I. Réponse aux lésions de l ADN et prédispositions aux cancers II. Mécanisme de réponse au lésions de l ADN 1. Arrêt checkpoint 2. Réparation

16 Certains mutants UV-sensibles (Rad) ont un déficit en checkpoint = arrêt du cycle UV % G2 Cells WT -UV WT +UV rad9 +UV Time (hours) "Checkpoint controls are surveillance mechanisms, usually not required for cell cycle events, but which enforce their proper order, especially critical after acute damage or error" Hartwell and Weinert, 1989 and 1998

17 Arrêt checkpoint Senseurs Transduceurs (amplification) Effecteurs (arrêt du cycle)

18 The G1/S checkpoint Les acteurs: p53, Chk1++ Sancar et al., Annu. Rev. Biochem 2004

19 Intra-S checkpoint Les acteurs: ATR, Chk1++ Sancar et al., Annu. Rev. Biochem 2004

20 The G2/M checkpoint Les acteurs: Chk2++ Sancar et al., Annu. Rev. Biochem 2004

21 Fonction des protéines checkpoints. Complexe MRN : cohésion des chromosomes? RAD50 Mre11 Nibrine Kanaar, Genes Dev 2002

22 Activation par modifications post-traductionnelles Bartek, Nat Rev 2001

23 Fonctions protéines checkpoints Effecteurs : arrêt du cycle MITOSE CDC25 CYCB CDC2 noyau

24 Fonctions protéines checkpoints Effecteurs : arrêt du cycle MITOSE CDC25 CYCB CYCB CHK1/2 CDC2 CDC2 INACTIF noyau CDC25 P

25 Instabilité génétique constitutionnelle et acquise : anomalies de la réponse aux lésions de l ADN I. Réponse aux lésions de l ADN et prédispositions aux cancers II. Mécanisme de réponse au lésions de l ADN 1. Arrêt checkpoint 2. Réparation

26 Systèmes de réparation Lésions simple brin SSB Lésions double brin DSB Mismatch repair Nucleotide excision repair Base excision repair Transcription coupled repair Homologous Repair Non Homologous End Joining

27 Cassures double brin (DSB) Système 1: Non homologous End Joigning (NHEJ) Ku80 Ku70 DNA PKcs ATM ATR error-prone Inactivés dans les déficits immunitaires congénitaux

28 Cassures double brin (DSB) Système 2: Homologous repair (HR) ATM Complexe FA core ATR RAD51 BRCA2 error-free Déficit dans Fanconi?

29 BRCA2 RAD51 BRCA2 interagit avec l ADN simple brin A B BRCA2 dépose molécules de RAD51 Constitution d un nucléofilament C Recrutement brin homologue, puis HR

30 Maladies de réparation et cancer Mismatch repair : hereditary colo-rectal cancers and other cancers (microsatellite instability) : MSH2,.. NER : xeroderma pigmentosum, Cockayne sd., trichothiodystrophie : skin UV-induced cancers: XP genes BER : ligase 4 may be mutated in rare leukemia? RS-SCID: LigIV, Artemis HR? : - breast and ovary cancer predisposition : BRCA1, BRCA2 - Fanconi Anemia : chromosomal breakage and cancer (repair deficiency OR checkpoint?) : FANC genes

31 Maladie de Fanconi : risque de LAM Hypersensibilité aux agents pontants Test des cassures chromosomiques Cassures chromosomiques, images radiales

32 Phénotype des cellules Fanconi : hypersensibilité aux agents pontants Hypersensibilité aux agents pontants (MMC, DEB, moutardes azotées...)

33 Hypersensibilité aux agents pontants : Anomalies du cycle Normal control (from skin surgery) EGFA074 fibroblasts 0 ng/ml 0 ng/ml 10 ng/ml 10 ng/ml 25 ng/ml 25 ng/ml Anomalies du cycle (non réparation des lésions en phase S) blocage checkpoint du cycle en phase G2

34 Identification des gènes Fanconi Joenje 2001

35 FA genes FANCF A FANCE FANCC C E G D2 FANCG FANCA FANCD2 FANCL, BRCA2, NBS1 More unidentified genes From H. Joenje, Nature Rev Genetics 2002

36 The FA/BRCA response pathway S phase Interstrand cross-links C G L E A F FA core complex A, C, G : 90% of FA Double strand breaks (IR) ATM ATR D2 Ub P BRCA1 D1/BRCA2 NBS foci PBL NL PBL FA 162 kd 155 kd Repair FANCD2 Western blot

37 Détermination du groupe de complémentation par transduction rétrovirale Patient #4 grouping by retroviral transduction Normal control Control FA + empty + FANCA + FANCC + FANCG Fibroblasts

38 Reversion spontanée : mosaicisme somatique 2 FANC alleles mutated 1 neo-allele corrected Genetic Reversion ou or Phenotypical Reversion Avantage sélectif des cellules corrigées

39 Reversion génétique dans la progression tumorale? FA myeloid leukemia cell line (Joenje, Cancer Res. 2003) : revertant Oncogenic events acquired FA -/- Neoplastic cell

40 Pas trop d instabilité. Cahill Vogelstein 1999

41 Reversion génétique dans la progression tumorale? FA myeloid leukemia cell line (Joenje, Cancer Res. 2003) : revertant Oncogenic events FA reversion progression acquired FA -/- Neoplastic cell FA +/+

42 Fenêtres d inactivation de systèmes de réparation dans les cellules cancéreuses? inactivation Oncogenic events FA reversion progression FA +/+ acquired FA -/- Neoplastic cell FA +/+ FANCF inactivation in ovarian cancer (stade précoce) Tanigushi, 2003