Myc, Myb et transformation cellulaire Audrey Guillon-Munos post-doc, Equipe Télomérase et Lymphome Viro-Induit INRA, Tours-Nouzilly actuellement ATER, Université François Rabelais Unité INSERM 618 Protéases et Vectorisation Pulmonaire Faculté de Médecine, Tours M2 ICMV 27/10/2008

Myc, Myb et transformation cellulaire Rappels : transduction de signal oncogène, définitions modes d’étude des oncogènes C-Myc : sa régulation la transformation C-Myb : Conclusions générales

Les voies de transduction du signal

Les voies de transduction du signal apoptose prolifération

Dérèglement des voies de transduction par des oncogènes Oncogène : gène dont la présence et le fonctionnement dans la cellule contribuent à sa transformation maligne. Il existe dans toute cellule animale des proto-oncogènes, gènes cellulaires normaux et indispensables, désignés du terme génétique c-onc, par analogie aux proto-oncogènes viraux v-onc. Ces proto-oncogènes peuvent être activés en oncogènes et acquérir ainsi le pouvoir de transformer une cellule normale en cellule maligne. La transformation cancéreuse n’est pas un phénomène de tout ou rien lié à un événement unique; elle procède en plusieurs étapes.

Dérèglement des voies de transduction par des oncogènes Oncogènes initialement identifiés par leur présence dans des rétrovirus transformants Onco- Fonction Source du virus Tumeur induite gène du proto-oncogène abl prot kinase (tyrosine) souris et chat leucémie préB/sarcome kit prot kinase (tyrosine) chat sarcome src prot kinase (tyrosine) poulet sarcome erb-B récepteur EGF poulet érythroleucémie/fibrosarcome fms récepteur M-CSF chat sarcome fos/jun facteur de transcription AP1 souris/poulet ostéosarcome/fibrosarcome myc facteur de transcription poulet sarcome/myélome/carcinome myb facteur de transcription poulet myéloblastome rel facteur de transcription (NKB) dinde réticuloendothéliose raf prot kinase (Ser/Thr) poulet & souris sarcome ras protéine G rat sarcome sis facteur de croissance PDGF singe sarcome

Dérèglement des voies de transduction par des oncogènes Coopération des oncogènes : l’étude des tumeurs humaines montre qu’un seul oncogène ne suffit pas à transformer les cellules, et qu’il existe en général plusieurs modifications des oncogènes dans une même tumeur. ras + myc ras myc 100 200 Age en jours 50 Pourcentage de souris ne développant pas de tumeur Certains oncogènes ont une fonction d’immortalisation (protéine plutôt nucléaire) Et d’autres ont une fonction transformante (protéine plutôt cytoplasmique)

Classe 5 : serine/thréonine kinases Dérèglement des voies de transduction par des oncogènes Classe 1 : facteurs de croissance Classe 2 : récepteurs tyrosine-kinase membranaires Classe 5 : serine/thréonine kinases cytosoliques Classe 3 : protéines G Classe 4 : tyrosine-kinases (non récepteurs) Classe 6 : protéines adaptatrices Classe 7 : facteurs de transcription

Dérèglement des voies de transduction par des oncogènes Classe 7 : facteurs de transcription Effet oncogène par surexpression, stabilisation, mutations ponctuelles c-jun, c-fos : gènes de réponse rapide à la stimulation par des facteurs de croissance. Ils peuvent induire rapidement la transformation de fibroblastes lorsqu’ils sont surexprimés. - c-myc : facteur de transcription impliqué dans le contrôle du cycle cellulaire et la prolifération via de nombreuses cibles et dans différents types cellulaires. c-myb : facteur de transcription présent dans les lignées hématopoïétiques et les cellules souches. Il n’est normalement pas exprimé dans les cellules différenciées. V-myb a un pouvoir oncogène beaucoup plus fort.

Modes d’étude des oncogènes Evaluation du taux d’expression ou d’activation dans des cellules tumorales (lignées in vitro, ou échantillons prélévés in vivo) Mutagenèse, interférence, dans des systèmes in vitro et évaluation de l’effet sur la tumorigenèse/KO hétéro- ou homozygote, ou conditionnel in vivo Recherche des cibles, des partenaires et des voies activatrices ou inhibitrices en amont de l’oncogène étudié

L’oncogène c-Myc

L’oncogène c-Myc et sa régulation Structure de la protéine HLH Zip Liaison à l’ADN et à d’autres protéines NH2 COOH NLS I NLS II MB I Activation du gène et dégradation MB II Fonctions variées MB III Répression transcriptionnelle, apoptose, transformation, lymphomagenèse MB IV Apoptose, transformation, liaison à l’ADN Coopération avec h-ras pour la transformation de fibroblastes embryonnaires de rats in vitro

L’oncogène c-Myc et sa régulation Des cibles multiples C-Myc régulerait 15% des gènes, de la drosophile à l’homme

L’oncogène c-Myc et sa régulation Mode d’action MYC MAX MAD MAX CACGTG Boîte E 5’ 3’ Un KO allélique conditionnel induit l’arrêt de la prolifération et la sortie du cycle cellulaire. Un KO est létal à l’état embryonnaire Sa surexpression par des animaux transgéniques ou des cultures cellulaires induit l’ arrêt de la différenciation et la transformation ou l’apoptose

L’oncogène c-Myc et sa régulation Les MAPKs

L’oncogène c-Myc et sa régulation La cascade p38

L’oncogène c-Myc et sa régulation La cascade MEK/ERK

L’oncogène c-Myc et sa régulation Contrôle de la transition G1/S

L’oncogène c-Myc et sa régulation Transition G1/S:réponse au PGDF PDGF Shc Ras Fos Grb2 Myc Raf/MKK1/ERK Src Abl Rac/JNK et Rac/Nox Synthèse d’ADN (E2F)

L’oncogène c-Myc et sa régulation Myc et les microRNAs Let7a, suppresseur de tumeur Dégradation de l’ARNm MAX MYC 10058-F4 CACGTG MicroRNA Let-7a down-regulates MYC and reverts MYC-induced growth in Bürkitt lymphoma cells, Oct. 2007, Sampson et al, Cancer research:67

L’oncogène c-Myc et la transformation Historiquement : Premier homologue cellulaire de gène cloné à partir d’un rétrovirus oncogène aviaire (MC29) Premier site d’intégration provirale oncogène Premier oncogène correspondant à une translocation (lymphome de Bürkitt) Premier oncogène visiblement amplifié dans des tumeurs Impliqué dans 20% des cancers humains

L’oncogène c-Myc et la transformation cellulaire

L’oncogène c-Myc et la transformation cellulaire Mode d’activation Surexpression Activation de la transcription Protéine super-active, stabilisée Mutation ponctuelle ou délétion

L’oncogène c-Myc et la transformation cellulaire Mode d’activation, exemple de mutation RAS RAF/MEK/ERK Myc-P-Ser62 PI3K/AKT/GSK3 Myc-P-Thr58 (mutée dans v-myc et Bürkitt, LANA) Stabilisation Dégradation

L’oncogène c-Myc et la transformation cellulaire Mode d’activation Surexpression Insertion d’un enhancer viral (LTR, translocation) Surexpression Translocation et fusion avec un gène exprimé très fortement t(8;14) Surexpression Amplification Transport dans le génome d’un rétrovirus Surexpression

L’oncogène c-Myc et la transformation cellulaire C-Myc et les microARNs MYC Promoteur cluster MiR17 MiR-17 E2F prolifération C-Myc-regulated microRNAs modulate E2F1 expression, 2005, O’Donnell et al, Nature:435 Suppresseurs de tumeurs tumorigenèse Synergistic action of microRNA-17 polycistron and Myc in aggressive cancer development, Sep. 2007, Tagawa et al, Cancer Sci:98

L’oncogène c-Myc et la transformation cellulaire C-Myc et les microRNAs Exemple dans les lymphomes B MYC MiR-15a/16 Tumorigenèse MiR-150 Widespread microRNA repression by Myc contributes to tumorigenesis, 2008, Chang et al. Nature Genetics:40

L’oncogène c-Myc et la transformation cellulaire C-Myc et télomérase Boîte E (Myc/Max) Boîte GC (Sp1) promoteur minimal de hTERT ATG +1 A B L’activation de la télomérase est détectée dans 80% des cancers humains Coopération cellule-spécifique entre Sp1 et Myc/Max Expression de C-Myc et Sp1 induite dans des fibroblastes en cours d’immortalisation en corrélation avec l’activation de la télomérase La boîte E-A est un répresseur dans les cellules humaines normales hTERT- et activateur dans des cellules hTERT+ Sp1 cooperates with c-Myc to activate transcription of the human telomerase reverse transcriptase gene (hTERT), Kyo et al., 2000, NAR:28 Downstream E-Box-mediated regulation of the human telomerase reverse transcriptase (hTERT) gene transcription:evidence for an endogenous Mechanism of transcriptional repression, Horikawa et al., 2002, MBC:13

L’oncogène c-Myc et la transformation cellulaire Une cible thérapeutique The myc oncoprotein as a therapeutic target for human cancer, 2006, Vita and Henriksson, Sem. in Cancer Biol.:16

L’oncogène c-Myc et la transformation cellulaire Conclusion C-myc est un acteur important de la tumorigenèse Les données obtenues sur des modèles animaux ou de culture cellulaire indiquent une variété de modifications impliquées dans la réponse oncogénique de ce facteur qui sont cellule-spécifiques. Myc est aussi un facteur pro-apoptotique dans certaines conditions, mieux connaître cet aspect peut être un atout en thérapie anti cancéreuse.

L’oncogène c-Myb

L’oncogène c-Myb et sa régulation Structure de la protéine Régulation négative par fixation de protéines (NRD) Leu Zipper DBD (R1R2R3) NH2 COOH Fixation sur l’ADN Régulation négative par CKII P Transactivation Un KO allélique montre que c-myb est essentiel pour la prolifération des cellules hématopoïétiques immatures et le développement précoce des cellules T. Le gène est très conservé dans différentes espèces et la protéine joue toujours un rôle dans le développement de différents lignées souches.

L’oncogène c-Myb et sa régulation Mode d’action MYB C/EBP MYB AACNGN(AT/C) MRE ?

L’oncogène c-Myb et sa régulation Des cibles multiples C-Myb C-Myc Bcl-2 Cdc2 (Cycline B1) GRP78 Mim-1 lysosyme C-MYB C-kit, c-erbB-2 CD4m CD34h TCR  et 

L’oncogène c-Myb et sa régulation C-Myb et la différenciation Type cellulaire mature immature Cellules hématopoïétiques - +++ Lignées de cellules hématopoïétiques tumorales humaines et aviaires (issues de cellules immatures) Lymphocytes T et B +++ activation par un antigène Cancers du sein et du côlon CEFs

L’oncogène c-Myb et sa régulation C-Myb et les microARNs PU-1 DIFFERENCIATION MYB PROLIFERATION MiR150 MiR-150 controls B cell differenciation by targeting the transcription factor c-myb, 2007, Xiao et al, Cell:131 MiR-150 a micro RNA expressed in mature B and T cells, blocks early B cell development when expressed prematurely, 2007, Zhou et al., PNAS:104 Thrombopoietin regulates c-Myb expression by modulating miR-150 expression, 2008, Barroga et al., Exp. Hematol.

L’oncogène c-Myb et sa régulation C-Myb et les microARNs MYB MiR-15a Promoteur cluster MiR15a 3’UTR ARN c-myb dégradation ? The c-Myb protooncogene and microRNA (miR)-15a comprise an active autoregulatory feedback loop in human hematopoietic cells, 2008, Zhao et al., Blood

L’oncogène c-Myb et la transformation cellulaire Historiquement : Oncogène v-myb décrit dans des rétrovirus leucémogènes aviaires (AMV et E26) Oncogène transformant spécifiquement les cellules précurseurs de la lignée hématopoïétique

L’oncogène c-Myb et la transformation cellulaire Modes d’activation Surexpression Translocation et fusion avec un gène exprimé très fortement t(6;7) T-ALL Protéine super-active, stabilisée ou surexprimée Mutation ponctuelle ou délétion d’un site de phosphorylation Surexpression Duplication T-ALL

L’oncogène c-Myb et la transformation cellulaire Wnt-1/frizzled TAK1/TAB1 dégradation HIPK2 NLK C-MYB P DIFFERENCIATION Wnt-1 signal induces phosphorylation of c-myb protein via TAK1, HPK2, and NLK, 2004, Kanei-Ishii et al, Genes & dev.:18

L’oncogène c-Myb et la transformation cellulaire Modes d’activation Lymphome à cellules B insertion RAV-1 (ALV) Surexpression Insertion d’un enhancer viral (LTR) Myeloblastome v-myb AMV, E26 Transport dans le génome d’un rétrovirus Surexpression

L’oncogène c-Myb et la transformation cellulaire Particularités de v-myb c-myb DBD (R1R2R3) Transactivation Régulation négative Leu Zipper CKII P NH2 COOH P gag env v-mybAMV NH2 COOH v-mybE26 P gag ets NH2 COOH myb

L’oncogène c-Myb et la transformation cellulaire C-Myb et les microRNAs MiR150 MiR15a C-Myb développement prolifération (Bcl-2) MiR-150 et MiR15a ne sont pas détectés dans des lymphomes ou des lignées hématopoïétiques transformées Le locus MiR-15a est délété dans plusieurs cas de lymphomes Differential expression of microRNAs in hematopoietic cell lineage, 2008, Merkerova et al., Dev Cell:14 Frequent deletions and down-regulation of microRNA genes miR15 and miR16 at 13q14 in chronic lymphocytic leukemia, 2002, Calin et al., PNAS:99

L’oncogène c-Myb et la transformation cellulaire Une cible thérapeutique? Les cibles réellement impliquées dans la tumorigenèse ne sont encore pas bien décrites (exception bcl-2, c-myc) L’activité de myb nécessite une coopérativité avec des protéines différentes selon le type cellulaire/ces protéines ne sont pas définies pour tous les types de tumeurs dans lesquels myb est surexprimé L’inhibition de myb par inhibition de facteurs activant sa transcription ou l’activation de sa dégradation (MiR150) sont envisageables

Des liens entre c-Myc et c-Myb MiR-15a MiR-150 3’UTR ARN c-myb C-MYB C-MYC

Conclusion générale En plus des oncogènes, il existe des gènes suppresseurs de tumeurs (p53, Rb) dont la perte est impliquée dans la tumorigenèse. La coopération entre les oncogènes oblige à combiner les cibles en thérapie pour une meilleure efficacité. De plus tous les tissus ne répondent pas de la même manière aux différents oncogènes, il faut adapter le modèle de tumorigenèse spécifiquement à chaque type cellulaire et chaque tissu. La définition d’oncogène devient floue par la multiplication des gènes, qui par de multiples moyens, contribuent à stimuler le prolifération, ne serait-ce qu’en favorisant l’expression d’oncogènes plus spécifiques.

Quelques références Revues : 25 years of the c-Myc oncogene, 2006, Seminars in Cancer Biology:16 The Myb oncoprotein: regulating a regulator, 1996, SA Ness, BBA Myb proteins in life, death and differenciation, 1998, Weston, Cur Op in Gen & Dev:8