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Cancérogenèse chimique Introduction 1 bases moléculaires et cellulaires de la cancérogenèse chimique 1-1 le cycle cellulaire 1-2 lADN et les lésions de.

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1 Cancérogenèse chimique Introduction 1 bases moléculaires et cellulaires de la cancérogenèse chimique 1-1 le cycle cellulaire 1-2 lADN et les lésions de lADN 1-3 cancérogène génotoxique et cancérogène non génotoxique 1-4 cancérogène et procancérogène 2 les tests à court terme 2-1 mise en évidence des cancérogènes génotoxiques 2-2 mise en évidence des cancérogènes non génotoxique 2-3 pertinence des tests à court terme 3 cancérogenèse 3-1 choix de la dose, procédure 3-2 pertinence et limite conclusion

2 Contrôle de la prolifération Facteur de croissance ex: EGF; TGF- Récepteur ex: erb Mort apoptose multiplication Second messager ex: ras Transduction ex: raf Promoteur ex: myc, jun prolifération

3 G1 S G2 M RB G0 + Contrôle du cycle cellulaire cycline D cycline E cycline A cycline B F+ signaux P P P P

4 G1G1 S G2G2 M RB G0G0 Contrôle du cycle cellulaire cycline D cycline E cycline A cycline B F+ P21 P53

5 Télomères et télomérase : âge de la cellule Extrémités des chromosomes (TTAGGG)n : 5 – 15 kbases Télomérase = télomère reverse transcriptase ARN : matrice Cycle cellulaire : diminution mort de la cellule

6 ADN = molécule chimique guanine thymine hydrolyse adduit oxydation

7 Lésions de l ADN Oxydation Elimination d une base (site AP) Dimères Fixation covalente alkylation, arylation, amination... adduits monovalent divalent (pontage) intrabrin interbrin intercalant Cassuressimple brin double brin

8 Lésions de l ADN Mort nécrose/apoptose Réparation réversion REB REN mésappariement Ku/DNA PK recombinaison... Tolérance mutation génique mutation chromosomique

9 Excision de bases Excision de nucléotides Exemple de système de réparation : BER et NER 1 – reconnaissance de la lésion / distorsion 2 – incision, excision 3 - resynthèse exacte

10 Xeroderma pigmentosum : système de réparation de lADN déficient Peau non protégée des UV tumeurs

11 Tolérance de la lésion : mutation génique C A C C G T A G T G G C A T Oxydation (8 oxo guanine) réplication C A C C G* T A G T G G A A T C A C C T T A réplication Mutation par substitution Transition : A G ; TC Transversion : A T AC

12 Mutations géniques par décalage du cadre de lecture -GGGGGGG- -CCCCCCC- -GG GGG- -CC CCC- GG Perte de deux bases Décalage du cadre de lecture (frameshift – 2) réplication

13 Mutations chromosomiques - Structure des chromosomes : chromosomes circulaires fusion de morceau de chromosome … clastogène : agent physique ou chimique capable de casser les chromosomes - Nombre des chromosomes aneuploïdie : 2n +/- x chromosomes polyploïdie : n, 3n, 4n … chromosomes

14 Caryotype après traitement en fausses couleurs

15 Cellule tumorale (polyploïdie)Cellule normale

16 Cancérogène génotoxique Composé (molécule mère ou métabolite) dont lactivité biologique primaire est laltération de linformation codée par lADN. Mutation qui se traduit par : Activation doncogènes Inactivation danti-oncogènes Cancérogène non génotoxique (épigénétique ) Non organe spécifique : interagit avec les protéines de proliférations des cellules (en activant les protéines codées par des oncogènes ou en inhibant les protéines codées par des anti-oncogènes). responsable dune inflammation : facteurs de prolifération et production de radicaux libres (ex : ROS = reactive oxygen species). Organe spécifique : hormones : œstrogène et cancer du sein, testostérone et cancer de la prostate. TSH et thyroïdes.

17 Génotoxique / non génotoxique : cancérogènes = mutagènes : il y a quelques exceptions : exceptions de plus en plus nombreuse autre mécanisme ? 1994 : génotoxique / non génotoxique Détection, évaluation ??

18 Composé progénotoxique : bioactivation indispensable N d une guanine

19 Cancérogenèse chimique : plusieurs étapes Cellules épithéliales Cellules initiées Papillome bénin Carcinome squameux Carcinome spino- cellulaire Progression perte p53 Promotion Sur-expression cycline D1 Initiation Mutation H-ras Progression E-cadherine TGF- métastases 1 - Initiation (irréversible) 2 - Promotion (réversible) 3 - Progression (irréversible)

20 Plusieurs étapes et plusieurs clones de cellules : mutation Facteurs de croissance +/- facteurs de croissance probabilité : facteurs risques irréversible multiplication

21 - Cancérigènes génotoxiques : lésions tolérées – mutation – oncogène activé / anti-oncogène inactivé Cancérigènes non génotoxiques (épigénétiques) : stimule la prolifération, inhibe lapoptose, inhibe communication entre les cellules - Cancérogenèse : molécule mère et/ou métabolites Bilan première partie : - Cancérogenèse : plusieurs étapes, phénomènes irréversibles et réversibles

22 2 les tests à court terme 2-1 mise en évidence des cancérogènes génotoxiques 2-2 mise en évidence des cancérogènes non génotoxique 2-3 pertinence des tests à court terme

23 Marqueurs à court terme de génotoxicité Mort apoptose (cassure de lADN) nécrose Lésions oxydation perte de bases dimère fixation intercalant cassures Réparation réversion REB REN mésappariement …. Mutations génique chromosomique

24 Essai comète : Faux positifs : apoptose

25 Micronoyaux: fémur cellules (bruit de fond : 0,5%) 1 à 2 cycles pour réponse optimale Faux positifs : apoptose

26 Réparation par excision de nucléotides 1 – culture de cellules / produit à tester 2 – éventuellement lésions de lADN réparées par NER 3 – étape resynthèse en présence de nucléotides radio-marqués Synthèse non programmée ADN (UDS) Autoradiographie sur cellules : taches / radioactivité

27 UDS : Réparation ADN Réplication

28

29 Étude des composés non génotoxique : test de prolifération test de phosphorylation Facteur de croissance ex: EGF; TGF- Récepteur multiplication Second messager ex: ras Transduction ex: raf Promoteur ex: myc, jun prolifération

30 Prolifération de péroxysomes Organites cytoplasmiques H 2 O 2 oxydase /H 2 O 2 catalase enzymes oxydation Produit à tester

31 Marqueurs d une génotoxicité Batterie: spécificité Pertinence: modèle de la cancérogenèse chimique relation marqueur / cancer ??? donc : facteur risque (probabilité) in vitro automatisable extrapolation in vivo biodisponibilité élimination (t 1/2 ) dose bioactivation (système biaisé)

32 3 cancérogenèse 3-1 choix de la dose, procédure 3-2 pertinence et limite

33 Essai de cancérogenèse sur 2 ans Principe : Produit à tester / animal / longue durée Marqueur : tumeur Problème :Bruit de fond important

34 Fréquence des tumeurs spontanées Rongeurs habituellement utilisés en toxicologie après 2 ans, protégés des cancérogènes:

35 Exemple : détermination de la DT 01 ; chez des souris: animaux / groupe Compromis:MTD 50 animaux / groupe

36 Extrapolation des résultats des études de cancérogenèse

37 Cancérogènes non génotoxiques : tumeurs Boite noire

38 Glycidol : Bilan : 24 organes avec des tumeurs Rats mâlesRats femellessouris femellesSouris mâles Rats mâlesRats femellessouris femellesSouris mâles Limonène : Bilan : 1 site (reins) dans 1 groupe

39 Cytotoxicité du composé et tumeurs (MTD, 2 ans !) 2µ- globuline : protéine synthétisé chez le rat mâle (hépatique) filtrée / glomurule partiellement réabsorbée (endocytose) La fraction réabsorbée se trouve dans les lysosomes où la protéine est hydrolysée d-limonène se fixe sur la globuline qui nest plus hydrolysée, elle saccumule et entraîne la libération des enzymes des lysosomes dans le cytoplasme nécrose des cellules, inflammation chronique et développement de tumeurs. Saccharine : formation de microcristaux dans la vessie, lésions de lépithélium, inflammation chronique, prolifération cellulaire, tumeur

40 Caractérisation du mécanisme de la toxicité Pertinence de linformation Cancérogenèse sur 2 ans +

41 Conclusion :

42 Estimation du risque cancérogène Cancérogène génotoxique irréversible 1 cellule1 clone (1 tumeur) Aléatoire - probabilité bilan: pas de seuil pas de dose / effet dose / probabilité Cancérogène non génotoxique réversible dépend de l environnement (ex: inflammation, alimentation riche en AG poly-insaturés…) bilan: dose/réponse et seuil Mutation transmise cellules filles

43 Activité du TPA (phorbol ester) Nombre de papillomes par souris Concentration M

44 Estimation du risque cancérogène Agent à tester ( / an) structure ? mutation in vitro (Ames) ? cytogénétique ? micronoyau in vivo ? mutation in vivo (animaux transgéniques) ? Essais non génotoxique prolifération (foie, estomac, peau, poumon…) peroxysomes hépatiques thyroïdes induction de P 450 inflammation... en fonction des résultats de toxicologie générale (sensibilité d organe) Cancérogenèse à long terme (2 ans) Abandon du composé Caractérisation, DSE, …

45 Classification des substances (Europe) Cancérogènes - catégorie 1 : substances que lon sait être cancérogènes pour lhomme. On dispose de suffisamment déléments pour établir lexistence dune relation de cause à effet entre lexposition de lhomme à de telles substances et lapparition dun cancer. -- catégorie 2 : substances devant être assimilées à des substances cancérogènes pour lhomme. On dispose de suffisamment déléments pour justifier une forte présomption que lexposition de lhomme à de telles substances peut provoquer un cancer. Cette présomption est généralement fondée sur des études appropriées à long terme sur lanimal ou dautres informations appropriées. -- catégorie 3 : substances préoccupantes pour lhomme en raison deffet cancérogènes possibles mais pour lesquelles les informations disponibles ne permettent pas une évaluation satisfaisante (preuves insuffisantes). Il existe des informations issues détudes adéquates sur les animaux mais elles sont insuffisantes pour classer la substance dans la catégorie 2.

46 Classification des substances (Europe) Mutagènes - catégorie 1 : substances que lon sait être mutagènes pour lhomme. On dispose de suffisamment déléments pour établir lexistence dune relation de cause à effet entre lexposition de lhomme à de telles substances et des défauts génétiques héréditaires. -- catégorie 2 : substances devant être assimilées à des substances mutagènes pour lhomme. On dispose de suffisamment déléments pour justifier une forte présomption que lexposition de lhomme à de telles substances peut provoquer des défauts génétiques héréditaires. Cette présomption est généralement fondée sur des études appropriées sur lanimal ou dautres informations appropriées. -- catégorie 3 : substances préoccupantes pour lhomme en raison deffet mutagènes possibles. Des études appropriées de mutagénicité ont fournies des éléments, mais ils sont insuffisants pour classer la substance dans la catégorie 2.

47 Etiquetage - Europe classementSymbolePhrases de risque Seuil (1) Seuil (2) Cancérogène catégorie 1T (toxique)R 45 ou R 49 0,1% Cancérogène catégorie 2T (toxique)R 45 ou R 49 0,1% Cancérogène catégorie 3Xn (nocif)R 40 1 % Mutagène catégorie 1T (toxique)R 46 0,1% Mutagène catégorie 1T (toxique)R 46 0,1% Mutagène catégorie 1Xn (nocif)R 68 1 % R 40 : effet cancérogène suspecté – preuves insuffisantes R 45 : peut causer le cancer R 49 : peut causer le cancer par inhalation R 46 : peut causer des altérations génétiques héréditaires R 68 : possibilité deffets irréversibles (1) : préparations autres que gazeuses, (2) : préparations gazeuses

48 Classification du centre internationale de recherche sur le cancer (CIRC/IARC) 5 catégories: - groupe 1 : lagent (ou le mélange) est cancérogène pour lhomme - groupe 2A : lagent (ou le mélange) est probablement cancérogène pour lhomme - groupe 2B : lagent (ou le mélange) est un cancérogène possible pour lhomme - groupe 3 : lagent (ou le mélange) ne peut être classé du point de vue de sa cancérogénicité pour lhomme - groupe 4 : lagent (ou le mélange) est probablement non cancérogène pour lhomme


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