Mécanismes de la Cancérogenèse L’Exemple du Cancer Colorectal Cours Intensif de Cancérologie Digestive Alger le 06 et 07 Mai 2009

Définition Le cancer est l’émergence d’un clone cellulaire qui prolifère, envahit et métastasie malgré les différents niveaux de contrôle de l’organisme

Historique Hippocrate (4ème siècle av JC) 1ère description de tumeurs 1775 - Sir Percivall POTT (GB) : Cancer des ramoneurs  & fumées des cheminées

La Cellule En 1970… En 2000

Homéostasie cellulaire

Cancérogenèse

Cancérogenèse Augmentation de la prolifération cellulaire : Activation de gènes : Oncogènes Inactivation de gènes suppresseurs de tumeurs (TP53) Diminution de la mort cellulaire (Apoptose).

La cellule Cancéreuse

Caractéristiques d’une Cellule Cancéreuse L’immortalité L’autonomisation (division cellulaire) L’infiltration - migration

Les étapes de la cancérogenèse

1ère étape : Initiation Définition : Atteinte de l’ADN par un cancérogène génotoxique dit « initiateur », c’est un phénomène irréversible. Cellules initiées : échappent au contrôle normal de division cellulaire Agents initiateurs (génotoxiques) : agents chimiques (les plus nombreux) agents biologiques (virus …) agents physiques (radiations ionisantes, UV …)

Les atteintes génotoxiques Mutations géniques : changement des séquences d’ADN des gènes (substitution, insertion ou délétion) Mutations chromosomiques : changement de la structure du chromosome (délétion, duplication, inversion ou translocation) Mutations génomiques : changement du nombre de chromosome (aneuploidie, polyploidie).

Conséquences des atteintes génotoxiques

2ème étape : Promotion Définition : Processus épigénitique (non génotoxique) induit par un promoteur entraînant la stimulation de la sélection des cellules initiées. C’est un phénomène réversible. Mécanismes : Sélection positive : stimulation directe des cellules initiées (promoteurs mitogènes). Sélection négative : destruction des cellules normales (promoteurs cytotoxiques) et meilleure croissance des cellules initiées.

Les agents promoteurs (Exemples) Les promoteurs mitogènes : Endogènes : Hormones stimulant la prolifération cellulaire : Oestrogènes (cancer du sein, foie) – Prolactine (Sein) – H. Thyroïdiennes (Cancer thyroïde). Exogènes : Composés stimulant la prolifération cellulaire : Esters de Phorbol – Phénobarbital (cancer du foie). Les promoteurs cytotoxiques : Tetrachlorure de Carbone (Cancer du foie).

3ème étape : Progression Phase clinique : étape finale dans le développement du cancer. La néoplasie est cliniquement détectable Survenue de métastases.

Dommage à l’ADN/mutation ponctuelle Principales étapes de l’évolution d’une cellule normale vers une cellule cancéreuse initiation promotion progression métastase Dommage à l’ADN/mutation ponctuelle hyperplasie / selection clonale / instabilité génétique  invasion • amplification de gènes • perte d’hétérozygotie • activation d ’oncogènes • perte de gènes suppresseurs de tumeurs • réarrangements chromosomiques • expression de nouveaux gènes (protéines du cytosquelette ou d ’adhérence cellulaire) • cytokines • facteurs de croissance • hormones • agents génotoxiques • radiations • virus

Carcinogenèse Colorectale C’est un processus complexe et multifactoriel : Altérations génétiques, l’inflammation Facteurs impliqués dans l’invasion tumorale et la diffusion métastatique. Facteurs alimentaires.

Altérations Génétiques Les principales voies Syndromes de prédisposition génétique Méthylation de l’ADN Altération du génome mitochondrial Altérations génétiques des précurseurs du CCR

La voie WNT (APC-β caténine) Le gène APC est un gène suppresseur de tumeur situé sur le chromosome 5 (5q21-q22). Il code pour une protéine de 312 kDa (2843 acides aminés)  contrôle négatif de la β-caténine. Il est muté dans 60 à 80% des CCR

La voie WNT (APC-β caténine) En abs de signal mitotique, la β-caténine est séquestrée dans un complexe cytoplasmique(APC-axine-GSKβ3)  sa dégradation (protéasome). Lorsqu’un signal mitotique est délivré par activation du proto-oncogène WNT (wingless), la GSK3 est inhibée et la β-caténine s’accumule dans le cytoplasme. La β-caténine forme un complexe avec le facteur de transcription TCF4, ce complexe est transloqué dans le noyau  transcription de gènes favorisant la prolifération cellulaire (l’oncogène c-MYC). Au cours de la prolifération maligne, le complexe β-caténine TCF4 est activé de manière constitutive soit par inactivation du gène APC ou de l’AXIN2, soit par une mutation activatrice de la β-caténine.

La voie WNT (APC-β caténine) Cellule normale Cellule cancéreuse

LOH+ versus MSI+ Dans les cancers LOH+ : La voie de signalisation WNT est principalement activée par inactivation biallélique du gène APC. Dans les cancers MSI+ : des mutations activatrices de la β-caténine ou inactivatrices de l’axine2 sont observées.

La voie K-ras et P13K/Akt La famille des gènes RAS : HRAS (11p15,5), NRAS(1P13,2) et KRAS2 (12P12,1). Chaque gène code pour une protéine de 21 kDa. Ces protéines sont impliquées dans la transduction du signal, elles oscillent entre un état actif (liées au GTP) et un état inactif (liées au GDP). La mutation du gène KRAS est un événement précoce dans carcinogenèse (observée dans les adénomes>1cm) La mutation du gène KRAS se voit dans 50% des CCR sporadiques, elle survient essentiellement dans les cancers LOH+

La voie K-ras et P13K/Akt

La voie K-ras et P13K/Akt Le gène BRAF2 code pour une sérine thréonine kinase appartenant à la cascade RAS. Une mutation du gène BRAF est retrouvée dans 20% des CCR, elle survient préférentiellement dans les cancers MSI+ sporadiques. Les phosphatidylinositol 3 kinase (P13K) sont des kinases impliquées dans la voie de signalisation Akt qui régule la prolifération cellulaire, l’apoptose et l’adhésion cellulaire. Des mutations activatrices ont été décrites dans 1/3 des CCR.

La voie du TGFβ Les gènes SMAD4/DPC4 et SMAD2 sont des gènes suppresseurs de tumeurs localisés sur le chromosome 18(18q21). Ils interviennent tardivement lors de la séquence adénome-cancer. Le TGFβ activé se lie au TGFβRII et forme un complexe avec le TGFβRI  phosphorylation de SMAD2 qui forme un hétérodimère avec SMAD4. le complexe SMAD2/SMAD4 est transloqué dans le noyau  transcription de gènes qui inhibent le cycle cellulaire (gène MTS2). Des mutations inactivatrices de SMAD2 et SMAD4 sont observés dans 25% des CCR LOH+. Une inactivation biallélique du gène du TGFβRII est observée dans la majorité des cancers MSI+ et en son abs une mutation du récepteur à l’insuline (IGFIIR) est décrite.

La voie du TGFβ

La voie de la P53 Le gène TP53 est un gène suppresseur de tumeur, il est situé en 17p. Il est désactivé à la fois par des pertes alléliques et des mutations ponctuelles. Ces anomalies sont tardives dans la séquence adénome-cancer. la protéine p53 En cas de lésions de l’ADN, elle bloque le cycle cellulaire en phase G1/S par transcription du gène inhibiteur du cycle cellulaire CIP/WAF1 pour permettre les réparations de l’ADN avant la division cellulaire. Elle induit l’apoptose par transcription du gène BAX (Bcl-2 Associated Xprotein) si les altérations sont trop importantes pour être réparées. Elle joue le rôle du « Gardien du génome » et son inefficacité autorise la survenue d’altérations génétiques multiples. Le gène TP53 est muté dans 50% des CCR LOH+ et le gène BAX est le siège d’altérations dans prés de 50% des tumeurs MSI+

La voie de la P53

Carcinogenèse colorectale Vogelstein et al, ont proposé en 1990 un modèle de développement des cancers colorectaux sporadiques en plusieurs étapes. Ils ont établi la notion « Séquence adénome cancer » sous l’action d’anomalies génétiques chronologiquement détérminées. Deux mécanismes de cancérogenèse colorectale ont été individualisés : Les carcinomes avec perte d’hétérozytie (LOH+) Les carcinomes avec instabilité des microsatellites (MSI+)

Les 2 Mécanismes de la Carcinogenèse Colorectale

Les Cancers LOH+ Le plus fréquent (85% des CCR sporadiques). Colon distal dans 2/3 des cas Bio mol : pertes alléliques sur le bras court du chromosome 17 et 8 et sur la bras long des chromosomes 18, 5 et 22. Ces régions renferment des gènes majeurs (TP53, DCC, SMAD4/DPC4, SMAD2 et le gène APC)

Les Cancers MSI+ 15% des CCR sporadiques Le plus souvent sur le colon proximal. Ces tumeurs sont diploïdes, présentent peu de pertes alléliques et sont caractérisées par instabilité de locus microsatelliltes lié à un défaut de réparation des mésappariements des bases de l’ADN. Les microsatellites sont des séquences mono ou tetra-nucléotidiques répétées du génome sujette aux erreurs de replication de l’ADN. L’instabilité des microsatellites est due à une anomalie d’un des gènes codant pour des protéines du système de réparation des mésappariements de l’ADN (MMR) : gène hMLH1, hMSH2, HMSH6…

Les syndromes de Prédisposition Génétique Polypose Adénomateuse Familiale (PAF) Syndrome HNPCC

Polypose Adénomateuse Familiale Mutation germinale du gène APC de transmission autosomique dominante à pénétrance très élevée. <1% des CCR. Relation entre le site de la mutation sur le gène et le phénotype de la maladie. Plusieurs centaines d’adénomes coliques qui se transforment en cancer avant 40 ans. Lésions associées : adénomes duodénaux, tumeurs desmoides… Ils sont tous de phénotype LOH+.

Syndrome HNPCC Mutation constitutionnelle d’un des gènes du MMR (hMSH2 ou hMLH1…) Ces tumeurs sont toujours de phénotype MSI+ 3% des CCR D’autres tumeurs (Endometre, ovaire, estomac…) chez le cas index ou un de ses apparentés atteints.

Méthylation de l’ADN La méthylation des cytosines situées au niveau de promoteurs de certains gènes est capable d’inhiber leur expression. L’hyperméthylation du gène hMLH1 responsable de son inactivation est fréquemment retrouvée dans les CCR de phénotype MSI+ La méthylation de l’ADN est sous la dépendance d’ADN méthyltransférase (DNMT) qui catalyse le transfert des groupements méthyles des S-adénosyl-méthionines vers les résidus cytosines. La surexpression de La DNMT-1 peut conduire à la transformation cellulaire maligne.

Altérations du Génome Mitochondrial La mitochondrie joue un rôle important dans l’apoptose car elle contient des facteurs capables d’activer une cascade apoptotique (cytochrome c, AIF, smac/DIABLO). Le génome mitochondrial (ADNmt) est plus sujet aux mutations somatiques que le génome nucléaire. Cependant, pas de démonstration de l’implication de l’ADNmt dans la cancérogenèse colique.

Altérations génétiques des lésions précurseurs du CCR. 1- Foyers de cryptes aberrantes : Lésions microscopiques de la muqueuse colique observées sur un modèle murin de carcinogenèse. Elles sont identifiées comme précurseurs du CCR chez l’homme. Elles sont observées sur le colon distal. Dans les foyers de cryptes aberrantes, le KRAS est fréquemment muté alors que les mutations du gène APC sont rares (5%).

Altérations génétiques des lésions précurseurs du CCR. 2- Adénomes : Lésion pré néoplasique mais seulement 5%  carcinome Les mutations du gène APC sont suffisantes pour permettre à l’adénome d’atteindre 1 cm. La mutation du gène KRAS dans les adénomes colorectaux varie de 29 à 70% (variations géographiques, alimentaires…) La délétion du bras long du chromosome 18 est un événement tardif dans la carcinogenèse colorectale observé dans 2 à 10% des adénomes et dans 70% des carcinomes. Les altérations du TP53 sont observées dans 5 à 25% des adénomes contre 70% dans les carcinomes. Une MSI est rarement observée dans les adénomes sporadiques, en revanche elle est fréquente (65 à 95%) des adénomes survenant dans le cadre HNPCC.

Rôle de l’inflammation Le risque de cancer colorectal est augmenté chez les pts atteints de MICI. Les mécanismes moléculaires de la carcinogenèse ne semblent pas différents des cancers sporadiques. Le stress oxydatif joue un role clef dans la pathogénie de la colite mais également dans la carcinogenèse. En cas de MICI, les anti-inflammatoires semblent diminuer le risque de cancer. Plusieurs études suggèrent l’effet protecteur des AINS et des anti COX2. Les mécanismes préventifs des AINS et des anti COX2 incluent : inhibition de la prolifération et de l’angiogenèse et induction de l’apoptose.

Processus d’invasion tumorale et diffusion métastatique Les Cadhérines : La E-cadhérine/βcathénine est impliquée dans le maintien de la polarité cellulaire et le contrôle de l’adhésion cellulaire. L’inactivation du gène de la E-cadhérine est plus fréquente dans les cancers MSI+ Les Intégrines : La MEC intervient dans le support mécanique de la cellule, le contrôle de la morphologie cellulaire, la prolifération, la migration et de la différentiation cellulaire. Dans la carcinogenèse colique une  d’expression de sous unités dans les adénomes et les carcinomes. Les Métalloprotéases matricielles : Dégradation de la MEC et de la membrane basale

Les E-cadhérines

Hormones et facteurs de croissance La prolifération épithéliale colique est influencée par un certain nombre d’hormones et de facteurs de croissance. Elles interviennent à différents stades de la carcinogenèse : Apparition de cryptes aberrantes Croissance des polypes Invasion tumorale locale et métastatique.

Rôle des hormones et des facteurs de croissance

Les facteurs alimentaires Les facteurs de surrisque : apport calorique, surpoids, faible activité Le calcium inhibe la prolifération des cellules tumorales coliques La vitamine D diminue le risque de récidives de polypes Les folates : une supplémentation précoce diminue l’évolution de la carcinogenèse. Hydrates de carbones : rôle controversé du butyrate (produit de fermentation des HC) Les probiotiques (Lactobacilus et bifidobactéries) augmentent l’apoptose chez l’animal. Autres : Les AG insaturés ( la prolifération et  l’apoptose).

Conclusion Le modèle de carcinogenèse par déséquilibre : oncogènes - antioncogènes n’est plus à contester. La durée de la séquence « adénome cancer » est un argument solide en faveur du dépistage. Deux mécanismes de carcinogenèse sont identifiés (LOH+ et MSI+), cependant les mêmes voies de signalisation sont altérées à différents niveaux. De nouvelles approches thérapeutiques basées sur le blocage des gènes nocifs. L’avenir est la recherche de la mutation initiatrice qui permettra un dépistage moléculaire précoce.