Mécanismes de la Cancérogenèse Pr Bruno CHAUFFERT L2 : 8 novembre 2011 chauffert.bruno@chu-amiens.fr

La Cancérogénèse Un tissu sain est le résultat de la juxta-position d’un grand nombre de cellules identiques ou non. A chaque instant, le nombre de cellules qui naissent = le nombre de cellules qui meurent (homéostasie) Un gramme de tissu = 109 cellules L’organisme = 6 x 1013 cellules

Le nombre de cancers augmente avec l’âge (1 homme sur 3 et une femme sur 4) Existence d’une période de latence entre exposition au cancérogène et le cancer : toujours longue (décennie : ex amiante)

EVOLUTION GENERALE DES CANCERS Cellules normales => cellules prémalignes => cellules cancéreuses à croissance lente, peu invasives =>cellules cancéreuses à croissance rapide et invasives => métastases => mort de l’hôte (90 % des morts sont liées aux métastases)

Le processus cancéreux débute par : Résulte d’une lésion d'une ou rarement de plusieurs cellules suivie d’une expansion clonale. Le cancer est une maladie qui touche l’ADN de manière acquise mais ce n’est pas une maladie génétique innée, transmissible de générations en générations. Il touche la lignée somatique mais pas la lignée germinale (à l’exception des maladies prédisposant aux cancers )

Une progression par étapes L ’INITIATION phénomène irréversible (mutation non réparée, non éliminée) mutations de gènes impliqués dans la croissance ou la différenciation ex : mutation du proto-oncogènes Ha-ras une seule mutation ne suffit pas : Le cancer est une maladie multigénique De deux à 30 modifications de gènes clés: activation oncogènes et inactivation d’anti-oncogènes) Multi-hits ou Multi-steps (cf cancer colique)

ONCOGENES ONCOGENE : Tout gène cellulaire, appelé proto-oncogène (c-onc), susceptible de devenir, par suite d’une modification qualitative ou quantitative, un gène transformant, c’est-à-dire un gène capable de conférer expérimentalement le phénotype cancéreux (transformation) à une cellule normale eucaryote.

Les oncogènes sont répartis en 6 grandes classes en fonction des oncoprotéines pour lesquels ils codent : les facteurs de croissance (assurent une boucle de régulation autocrine), Exemple : proto-oncogènes codant pour les protéines de la famille FGF (fibroblast growth factor) les récepteurs transmembranaires de facteurs de croissance Exemple : le proto-oncogène erb B code pour le récepteur à l’EGF (epidermal growth factor) les G-protéines ou protéines membranaires liant le GTP Exemple : proto-oncogènes de la famille ras les tyrosines protéine-kinases membranaires les protéine-kinases cytosoliques les protéines à activité nucléaire : contrôlent la transcription de gènes cibles en interagissant avec l’ADN. Exemple : proto-oncogène erbA codant pour le récepteur aux hormones thyroïdiennes, les proto-oncogènes fos, jun et c-myc

3.5.1.2 Mécanismes d’activation des oncogènes Intégration virale Mutation ponctuelle Les mutations faux-sens entraînant la substitution d’un acide aminé par un autre, sont capables d’activer des proto-oncogènes en oncogènes, en touchant par exemple un site catalytique ou en entraînant une activation substitutive de la protéine. Exemple : mutation faux-sens et activation de la famille ras aboutissant à un blocage en conformation active, liée au GTP. Délétion Les délétions, qui aboutissent le plus souvent à une perte de fonction, peuvent parfois entraîner une activation anormale si elles touchent une région régulatrice. Réarrangement structural Des altérations chromosomiques (translocations, inversions…) peuvent avoir pour conséquence moléculaire la formation d’un gène hybride généré par la fusion de régions codantes entraînant la synthèse de protéines chimériques non fonctionnelles. Amplification génique L’amplification correspond à une augmentation anormale du nombre de copies du gène dans la cellule, les copies surnuméraires se trouvant alors, soit sous forme intégrée dans un chromosome, soit sous forme de minichromosomes surnuméraires, les chromosomes double-minute (DM). Cette amplification entraîne généralement une augmentation du niveau de l’expression du gène. Dérégulation de l’expression, stabilisation d’un m RNA codant pour une oncoprotéine : Les proto-oncogènes, lors de translocations chromosomiques, peuvent être déconnectés de leur environnement moléculaire normal et placés sous le contrôle inapproprié d’autres séquences à l’origine d’une modification de leur expression.

Anti-oncogènes ou gènes suppresseurs de tumeur Ces gènes sont aptes à inhiber la croissance cellulaire. Cette propriété s’explique par la capacité de ces gènes à réguler négativement le cycle cellulaire et à induire l’apoptose ou mort cellulaire programmée. p 53 bloque le cycle cellulaire en G1 Syndrome de Li-Fraumeni Rb Rétinoblastome p 27, p 16, p 21 ATM :senseur des lésions de l’ADN ataxie-télangiectasie

Prédisposition génétique au cancer

Mutations Liées aux cancérogènes Mais aussi spontanées dues aux erreurs de réplication de l’ADN: 10-6 à 10-7 par gène et par division Accumulation de mutations non réparées au cours du temps : Explique la relation vieillissement/fréquence des Kc Acquisition d’une instabilité génétique et chromosomique dans les cellules cancéreuses: facteur d’auto-amplification dérive génétique

Décalage du cadre de lecture Non sens Codon stop Arrête la traduction Protéine tronquée Faux sens => changement d’AA Silencieuse

Conséquences Translocations chromosomiques Amplification génique: Ex 1 : la translocation t(9,22) ou bcr/abl place la kinase activatrice abl sous la dépendance du promoteur bcr => mutiplication cellulaire dans la LMC Ex 2 : activation de c myc par une translocation t (14-18) dans le lymphome de Burkitt Amplification génique: Ex amplification de EGFR dans le glioblastome Mutations ponctuelles Ex mutation de Ki Ras rend les cancers coliques réfractaires aux médicaments anti-EGF Déméthylation de régions promotrices des oncogènes

Les facteurs cancérogènes Chimiques Environnement Professionnels Médicamenteux Physiques: irradiation X, gamma, UV Viraux Bactériens Hormonaux ou molécules apparentées (perturbateurs endocriniens) Processus inflammatoires chroniques avec renouvellement accéléré des tissus : alcool/cirrhose, ulcère et traumatismes chroniques (dent), maladie de Barett, maladies inflammatoires chroniques de l’intestin, sonde à demeure…. Inconnus

Dommage de l’ADN dues aux radiations Ionisation de l’eau => productions de radicaux libres => attaques de l’ADN X -- H20 => OH. + H. Radicaux libres très réactifs; génération H2O2 Cassure de chaîne ADN, d'un brin ou des deux brins, Dégradations des bases puriques ou pyrimidique, Création de sites sans bases par perte d'une base, Pontage ADN-protéine, liaison entre une base et acide aminé, Addition des produits de la peroxydation à des bases de l'ADN .

Radiations ionisantes les leucémies radio-induites (effet-dose) Marie Curie les cancers du sein sarcome radio-induits les cancers de la thyroïde (effet-dose) Tchernobyl les sarcomes osseux les cancers broncho-pulmonaires les mineurs exposés au Radon

Les cancers viro-induits HPV : human papilloma virus Kc col utérin, Kc ORL, Kc anus HBV : Hepatitis B virus carcinome hépato-cellulaire (CHC) EBV: Epstein Barr virus M de Hodgkin, Lymphome de Burkitt, Nasopharyngeal Carcinoma (NPC) HTLV : Human T leukemia virus leucémies et lymphomes T

Mécanisme général des cancers viro-induits Insertion d’éléments d’ADN viral qui ont un rôle promoteur sur des oncogènes Ex : virus Hépatite B qui s’insère au niveau du promoteur du gène récepteur de l’acide rétinoïque

ou qui empêchent l’action des anti-oncogènes Ex : Les protèines E6 et E 7 d’HPV inactivent Rb et p16

+ E 6 => phosphorylation irréversible E2F * Lorsque la protéine RB est non phosphorylée, elle est active et peut fixer les facteurs E2F, il en résulte un blocage de la transition G1/S. * Lorsque la protéine RB est phosphorylée, elle devient inactive et est incapable de fixer la protéine E2F qui, libérée, permet la transition G1/S

E 7 P 16

Les cancers chimio-induits Hydrocarbures polycycliques Tabac, goudron, Poumon, vessie, ORL Nitrosamines : estomac Arsenic : peau Sciure de bois: ethmoïde Chrome, nickel: poumon Amiante: mésothéliome Hormones : plutôt par le biais de la promotion oestrogènes =>sein, utérus. Androgènes, prostate, foie Médicaments : leucémies chimio-induites

IMMORTALISATION Les cellules normales (ex fibroblastes) meurent après un nombre programmé de divisions, après une phase de sénescence (loi de Hayflick) La sénescence et la mort sont liées au raccourcissement des télomères à chaque mitose Les cellules souches (intestin , moelle, peau) ont une capacité infinie de prolifération grâce à la télomérase Il y a réactivation de la télomérase (ADN polymérase ARN-dépendante) dans 90 % des cancers

REPARATION DE L’ADN 1) NER (nucleotide excision and repair) 2) Réparation des DSB (double strand breaks) => HR (homologous recombination) => NHEJ (non homologous end joining) DNA ligase -----------

Réparation de l’ADN Défectueuse dans les cellules Kc * 50 % n’ont pas la p53 Accélère la dérive Génétique et chromosomique (caryotypique)

Dogme de la monoclonalité. une seule chaîne légère d'immunoglobuline (kappa ou lambda) pour les proliférations plasmocytaires malignes biologie moléculaire: même marqueur génétique dans toutes les cellules : chromosome phi, myc pour le neuroblastome, mutation ki-ras dans le colon….

Mais dérive génétique rapide (instabilité chromosomique) D’où en en fait une polyclonalité acquise

Cancerogenèse ‘’LE’’ CANCER n’existe pas Au moins 100 types de cancers chez l’homme Et des milliers de sous-types !!! Dissection moléculaire Ex cancer du sein : luminal A, luminal B, erb2, normal epithelium-like Du fait de l’instabilité génétique acquise, chaque individu développe ‘’son’’ cancer . Dans chaque tumeur, des millions de clones apparaissent. Expression de l’ARN Mesurée par Micro-array

CELLULES SOUCHES TUMORALES

Les 6 conditions de la cancerogenèse Hanahan, Weinberg Cell; 2000; 100 : 57-70

L’évolution tumorale comporte : Un stade initial Un stade d'invasion locale Un stade de généralisation : survenue de métastases

La Promotion et la Progression Après l’initiation par des carcinogènes, c’est le rôle des promoteurs : hormones, inflammation Les promoteurs tumoraux agissent comme des activateurs géniques  expression phénotypique des modifications génotypiques Les agents génotoxiques (cassures d’ADN/ radicaux libres) accélèrent la progression, les aberrations chromosomiques et l ’aneuploïdie

La cancérogenèse est un processus multi-étape (multistep) Sur plusieurs années, avec une longue phase infraclinique. Croissance Gombertzienne.                 where

L’invasion locale- La migration Perte de l’inhibition de contact - perte de la E-cadherine - mutation de la catenine

Invasion des tissus voisins : * sécrétion de protéases

carcinome in situ ne se distingue pas des degrés les plus avancés de dysplasie (dysplasie sévère) => mêmes anomalies moléculaires : atypies cyto-nucléaires mitoses anormales désorganisation architecturale

Angiogénèse La néo-angiogénèse physiologique repose sur un équilibre entre des molécules pro et anti-angiogéniques La néo-angiogénèse tumorale résulte :  facteurs angiogéniques par le stroma tumoral La place primordiale de la néo-angiogénèse (Folkman) recrutement des cellules impliquées.

ANGIOGENESE Facteurs angiogéniques : Inhibiteurs de l ’angiogénèse : Fibroblast Growth Factor ( FGF) Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) Inhibiteurs de l ’angiogénèse : Inhibiteurs des MMP Anticorps anti-récepteurs FlK-1 Platelet-Factor 4 Thrombospondine-1 Angiostatine / Endostatine TNP470 / IL12

Processus métastatique

NOTION DE NICHE METASTATIQUE

Conclusions Mécanismes multimoléculaires complexes de la cancérogenèse Puissant stimulant de la recherche fondamentale et appliquée Nouvelles molécules cibles thérapeutiques Inhibiteurs de la transduction et des kinases déjà sur le marché Cibler les cellules souches ?? Agents différenciants ? Agents antimétastatiques ? Destruction/modification/stabilisation des niches métastatiques biphosphonates et cancer du sein chimiothérapie adjuvante/néoadjuvante chimiothérapie métronomique :endoxan, taxol hebdo hormonothérapie, radiothérapie

Bibliographie: Questions d’examen Lire le Chapitre Cancer de L’essentiel de la Biologie Cellulaire Alberts et coll. Flammarion Médecine-Sciences Questions d’examen Les 6 conditions de la cancérogenèse selon Weinberg. Docteur ! Est-ce que mes enfants peuvent avoir le même cancer que moi ? Donner une réponse nuancée. Que conseillez vous ? Quels sont les critères généraux différenciant une tumeur bénigne et une tumeur maligne Définir un : proto-oncogène ou oncogène. Donner au moins un exemple anti-oncogène. Donner au moins un exemple