Biologie moléculaire des cancers

Immuno-analyse Immuno-analy se & Biologie spécialisée 19 (2004) 13–22 www.elsevier.com/locate/immbio

Revue générale analyse prospective

Biologie moléculaire des cancers Molecular biology and cancer I. Bièche a,b a

 Laboratoiree de génétique moléculaire, UPRES EA 3618, faculté des sciences pharmaceutiques et biologiques, université René-Descartes, Paris-V,  Laboratoir Paris-V, 4, avenue de l’Observatoire, 75006 Paris, France b  Laboratoiree d’oncogénéti  Laboratoir d’oncogénétique, que, Inserm E0017, centre René-Huguenin, 35, rue Dailly, 92211 Saint-Cloud, France

Reçu le 15 septembre 2003 ; accepté le 25 novembre 2003

Résumé

Les événements génétiques qui participent à la formation des tumeurs sont en cours de description. Les premières anomalies décrites permettent d’entrevoir quels gènes participent au processus tumoral. Les mécanismes mis en cause peuvent comporter l’activation de proto-oncogènes et l’inactivation de gènes suppresseurs. De nombreuses altérations génétiques sont nécessaires pour qu’un tissu normal devienne tumoral. La grande majorité de ces altérations sont somatiques. Seule une étape est germinale, et exclusivement dans les tumeurs héréditaires (~10 % des cancers). L’identification des gènes altérés dans les tumeurs permet de progresser dans la compréhension des mécanismes moléculaires de la carcinogenèse et d’utiliser ces marqueurs génétiques en cancérologie clinique. © 2003 Elsevier SAS. Tous droits réservés. Abstract

Geneticc ev Geneti event entss in invol volvedin vedin tum tumor or for format mation ion are bei being ng des descri cribed.Abno bed.Abnorma rmalit lities ies kno known wn lea leadd to the gen genes es whi which ch par partic ticipa ipate te to tum tumori origene genesis sis.. Involved Involv ed mechanisms are oncogene activation and tumor suppressor gene inactivation. Multiple genetic alterations are necessary for a normal tissue to become malignant. Most of these genetic alterations are somatic. Only one step is inherited and in familial cancer only (~10% of  cancers). Identification of altered genes in tumors lets progress in the understanding of the molecular mechanisms of the carcinogenesis and uses these genetic markers in clinical oncology. © 2003 Elsevier SAS. Tous droits réservés.  Mots clés : Cancers sporadiques et héréditaires ; Proto-oncogènes ; Gènes suppresseurs de cancer Keywords:  Sporadic and

; Applications cliniques cliniques

familial cancers; Proto-oncogenes; Tumor suppressor genes; Clinical applications

1. Introduction

Le cancer est la deuxième cause de décès derrière les maladies cardiovasculaires dans le monde développé et la troisi tro isième ème cau cause se apr après ès les mal maladi adies es inf infect ectieu ieuses ses et par parasi asitai taires res et les maladies cardiovasculaires dans le monde en développement. L’évolution de la mortalité est variable selon la

 [email protected] nin.org (I.  Adressee e-mail : i.bieche@stcloud-hugue  Adress © 2003 Elsevier SAS. Tous droits réservés. doi:10.1016/j.immbio.2003.11.002

Bièche).

localisat locali sation ion de la tum tumeur eur.. Les mal malade adess ne déc décède èdent nt pas du fai faitt de leur tumeur primitive, mais plutôt de l’envahissement métastatique ultérieur. Il existe une grande hétérogénéité des cancers au niveau clinique, histologique, biologique et génétique. Ces variations importantes sont dues à une étiologie complexe de ces cancers faisant intervenir des facteurs exogènes (niveau socioéconomique, alimentation, expositions aux radiations ionisantes...) ou endogènes (déséquilibres hormonaux, antécédents famil familiaux iaux de canc cancer er...). ...). L’agrég ’agrégation ation famil familiale iale de cancer représente le facteur de risque prédominant.

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Fig. 1. Altérations génétiques dans les cancers.

Les techniques de biologie moléculaire ont permis ces dernières années de préciser les concepts servant de base à la recherche en cancérologie : l’initiation et la progression d’une tumeur sont liées à l’accumulation graduelle d’altérations génétiques responsables de l’activation anormale d’oncogènes ou de l’inactivation de gènes suppresseurs de tumeurs. À la différence des cancers sporadiques où les altérations génétiques sont toutes acquises au cours de la vie de l’individu, dans les cancers héréditaires, l’une de ces altérations est constitutionnelle, affectant alors la totalité des cellules de l’organisme, y compris la lignée germinale. Cette altération transmissible prédispose au développement d’une tumeur en réduisant la période nécessaire aux cellules pour acquérir le nombre critique de mutations (Fig. 1). D’une manière générale, on considère que ces mutations résultent de l’exposition aux agents mutagènes qui peuvent être présents dans notre environnement de façon naturelle (soleil, alimentation...) ou artificielle (tabac, expositions professionnelles...). L’analyse de l’ADN germinal des patientes atteintes de formes familiales de cancer a permis d’identifier des gènes majeurs de susceptibilité. Cette information est aujourd’hui utile pour identifier les individus à risque dans les familles présentant une mutation de l’un de ces gènes. En outre, la mise en évidence des altérations génétiques somatiques dans les tumeurs est une étape essentielle vers la compréhension des mécanismes moléculaires de l’oncogenèse. Ces altérations sont également potentiellement utilisables comme marqueurs en cancérologie clinique. En effet, certaines de ces altérations pourraient être utiles aux évaluations diagnostiques et pronostiques, à l’appréciation de la réponse au traitement et seraient susceptibles d’ouvrir la voie vers de nouvelles approches thérapeutiques.

2. Altérations génétiques constitutionnelles et prédisposition génétique au cancer

On distingue des prédispositions génétiques à la fois ma jeures et mineures aux cancers. À l’heure actuelle, les possibilités de prédiction du risque de cancer concernent exclusivement les prédispositions génétiques majeures. 2.1. Prédispositions génétiques majeures aux cancers

On estime qu’environ 10 % des cancers se développent dans un contexte de prédisposition génétique majeure. Cependant, la proportion des cancers héréditaires varie d’un type de cancer à l’autre : de très faible pour le cancer du poumon, du foie ou du col de l’utérus jusqu’à 40 % pour le rétinoblastome (Fig. 2). Une mutation d’un gène majeur de prédisposition au cancer chez un patient augmente considérablement son risque de développer une tumeur. Ce risque n’est cependant pas de 100 % (pénétrance forte mais incomplète). Par exemple, environ 20 % des femmes porteuses de mutations du gène  BRCA1 n’auront jamais de cancer du sein. Les formes familiales de cancers se caractérisent par :  une incidence anormalement élevée de cancers de même type au sein d’une famille. Cela est particulièrement net si le type de cancer est rare dans la population générale ;  l’existence plus fréquente de tumeurs multifocales, de tumeurs bilatérales, de tumeurs primitives multiples ;  une atypie du point de vue de : l’âge d’apparition des tumeurs (plus précoces), du sexe (cancer du sein chez l’homme), du site (tissu inhabituel) ; une transmission de la prédisposition sur le mode le plus souvent autosomique dominant et plus rarement sur le mode récessive. •

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Fig. 2.  Proportion de cancers héréditaires.

On distingue différents groupes de prédispositions génétiques :  les syndromes héréditaires  clairement identifiés génétiquement : ces syndromes sont rares. Le cancer est soit l’élément primordial (rétinoblastome), soit une complication de la maladie héréditaire (neurofibromatose de Recklinghausen) ; les formes familiales de cancers   : il s’agit le plus souvent d’agrégation de cancers fréquents dans la population générale. Les atteintes peuvent être limitées à un seul site anatomique (cancers du sein ou du côlon) ou associant des localisations extrêmement variées (syndrome de Li-et-Fraumeni). C’est à partir de telles familles que des études de localisations génétiques ont permis d’identifier les principaux gènes majeurs de prédisposition aux cancers (Tableau 1). Il existe une hétérogénéité génétique pour certains de ces cancer héréditaires, c’est-à-dire que des gènes différents sont associés au même phénotype. Par exemple, deux gènes ma•

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 jeurs de prédisposition au cancer du sein ont été caractérisés,  BRCA1 et   BRCA2   (respectivement en 1994 et 1995) qui prédisposent à environ 80 % des cancers du sein héréditaires (Fig. 3). De plus, plusieurs autres gènes impliqués dans des affections héréditaires rares pourraient expliquer certains cas de cancer du sein héréditaire, c’est le cas des gènes   TP53 responsable du syndrome de Li-Fraumeni (agrégation de cancers du sein, de sarcomes, d’hémopathies malignes, de tumeurs cérébrales et de corticosurrénalomes) et du gène PTEN   responsable de la maladie de Cowden ou syndrome des hamartomes multiples. Enfin, il existe des arguments forts pour suggérer l’existence d’un troisième gène majeur de prédisposition au cancer du sein familial ( BRCA3 ?). Ces nouvelles connaissances ont favorisé le développement de consultation d’oncogénétique et de laboratoire capables de réaliser des tests de prédisposition au cancer. Les formes familiales de cancers du sein et de l’ovaire sont, avec celles de cancers du côlon, les formes héréditaires de cancer les plus fréquemment rencontrées dans les consultations

Tableau 1 Principales prédispositions monogéniques majeures au développement de tumeurs à transmission dominante Prédisposition Cancer du sein HNPCC Neurofibromatose de type I Polypose adénomateuse Mélanome Syndrome de Li-Fraumeni Rétinoblastome Néoplasies endocrines multiples de type 2, MEN2 a

Fréquence 1/500 1/500 1/3500 1/10 000 1/10 000 1/30 000 1/40 000 1/40 000

Sites tumoraux Sein, ovaire Côlon endomètre... Système nerveux Côlon Peau Sites multiples Rétine, os Thyroïde, surrénales

Gènes BRCA1, BRCA2 MSH2, MLH1... NF1 APC  P16, CDK4 a P53 RB1 RET  a

Les gènes  RET  et  CDK4 sont des oncogènes, les autres gènes sont tous des gènes suppresseurs

   

Protéines Réparation ADN Réparation ADN Inhibiteur des Ras Contrôle de la  b-caténine Régulation cycle cellulaire Facteur de transcription Facteur de transcription Récepteur à activité tyrosine kinase

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Fig. 3.  Hétérogénéité génétique.

d’oncogénétique. Des analyses génétiques peuvent être proposées pour ces gènes de prédisposition au cours de ces consultations, dans le but d’impliquer l’un des gènes dans la famille et d’identifier la mutation en cause. Lorsque la recherche de mutations est la première analyse effectuée dans une famille (on parle de recherche de « cas index »), les tests sont le plus souvent lourds et difficiles de réalisation. Si on prend pour exemple le gène   BRCA1 (Fig. 4) :  il existe une grande diversité et une grande dispersion des mutations au niveau de ce gène ;  on observe dans près de 10 % des familles liées à  BRCA1, des réarrangements de grandes tailles (délétions ou duplication d’un ou plusieurs exons) non détectables par les techniques moléculaires classiquement utilisées pour détecter les mutations ponctuelles ;  il n’existe pas de test fonctionnel qui permettrait de dire si certaines mutations du gène  BRCA1, principalement les mutations faux sens (environ 30 % de l’ensemble des mutations observées), ont un caractère délétère. En conséquence, les tests moléculaires actuellement utilisés ne sont pas totalement fiables. Néanmoins, lorsqu’une mutation a été identifiée pour un « cas index », la recherche •

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chez les autres membres de la famille (« cas apparentés ») devient alors très simple puisqu’il s’agit de rechercher la mutation connue. La recherche de mutations des gènes de prédisposition en France entre dans le champ de la loi de bioéthique et du décret du 23 juin 2000 relatif aux conditions de prescription et de réalisation des examens des caractéristiques génétiques d’une personne à des fins médicales. Seuls les laboratoires autorisés et les praticiens agréés, conformément aux articles R. 145-15-6 et R. 145-15-11 du code de la santé publique, peuvent effectuer ces analyses. Une société américaine ( Myriad Genetics) détient aux États-Unis et en Europe plusieurs brevets relatifs à des méthodes de diagnostic de prédisposition pour les gènes  BRCA1, BRCA2, APC, MLH1, MSH2 et   P16/CDKN2A. Forte de ses brevets, cette société américaine pourrait à terme exercer ses droits de deux façons ; revendiquer le monopole de la recherche de mutations dans son propre laboratoire ou établir des conventions avec des laboratoires situés dans d’autres pays, le montant des droits pouvant alors être très élevé. Il existe ainsi des risques d’inégalité d’accès aux tests génétiques et des risques de ralentissement de la recherche médicale en raison d’une situation de monopole. La réalisation de ces tests présente un grand intérêt de santé publique, car des mesures thérapeutiques et prophylactiques peuvent être proposées aux personnes porteuses de ces mutations dans le but d’éviter la survenue d’un cancer ou de le détecter précocement à un stade plus curable. 2.2. Prédispositions génétiques mineures au cancer 

Les prédispositions génétiques « mineures » au cancer font intervenir des gènes de faible pénétrance avec l’absence d’agrégation familiale évidente. Il existe une composante héréditaire non perceptible par la généalogie qui interagit

Fig. 4. Spectre des mutations  BRCA1.

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Fig. 5.  Détoxification des xénobiotiques. Des études sur les polymorphismes des gènes codant les enzymes mentionnées suggèrent que ces enzymes interviendraient dans la susceptibilité individuelle à développer des tumeurs.

avec l’environnement dans la genèse du cancer. Ces facteurs mineurs de prédisposition pourraient moduler l’effet de l’environnement sur notre organisme, et donc moduler, de façon très fine, le risque de développer un cancer. C’est la notion de terrain ou de « susceptibilité individuelle ». Parmi les mécanismes impliqués, on peut citer : les systèmes métaboliques de détoxification des carcinogènes (exemple du benzopyrène contenu dans la fumée de cigarette) qui feront que pour une exposition donnée, deux individus subiront des conséquences néfastes très diverses. Les systèmes de détoxification agissent en général en deux étapes (Fig. 5). Une première réaction enzymatique engendre des métabolismes intermédiaires possédant un groupement réactif destiné, au cours d’une deuxième étape, à permettre une conjugaison à du glutathion ou à un groupement acétyl pour conduire à une meilleure solubilité et une excrétion efficace. Cependant les métabolites intermédiaires

présentent l’inconvénient d’être fortement réactifs vis-à-vis de l’ADN. Les gènes codant ces enzymes présentent de fréquents et nombreux polymorphismes dans la population humaine. Il est attendu que cette variabilité génétique soit associée à des différences de susceptibilité au cancer. Un polymorphisme particulier d’un gène mineur de prédisposition aux cancers pourrait augmenter très modérément le risque de développer une tumeur (risque cumulé < 5 %) (Fig. 6). Cependant, comme les polymorphismes observés pour ces gènes sont fréquents dans la population générale, ces gènes pourraient être impliqués dans 100 % des cancers. Du fait que ces gènes n’augmentent que de façon très modérée le risque de développer un cancer, l’analyse multiparamétrique de l’ensemble de ces gènes, par exemple par des approches de recherche de SNP ( single nucleotide polymorphism) sur puces à ADN (cDNA microarray ) devrait être

Fig. 6.  Relation entre risque de cancer, classe de gènes impliqués et fréquence de mutations/polymorphismes. Le haut risque de cancer du sein observé dans les familles ayant une mutation germinale d’un gène majeur de prédisposition tel que  BRCA1 est compensé par la rareté des mutations. En revanche, la fréquence importante des polymorphismes des gènes mineurs de prédisposition est compensée par le faible risque associé à ces allèles.

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plus informative sur la prédisposition individuelle à développer un cancer. 3. Altérations génétiques somatiques dans les cancers

Les cancers se développent par étapes successives résultant de la croissance excessive de clones cellulaires dans certains tissus. Des gènes responsables de modifications conduisant à l’apparition de ces clones et à leur prolifération anarchique ont été identifiés. Le génome des cellules eucaryotes renferme en effet deux familles de gènes, les protooncogènes et les gènes suppresseurs de tumeurs, capables de provoquer ou d’accélérer le processus cancéreux lorsque leur structure ou la régulation de leur expression est altérée. Ces gènes se distinguent par leur mécanisme d’action. Le mode d’action des proto-oncogènes est considéré comme dominant. Il suffit qu’un seul exemplaire soit activé pour qu’il y ait un effet positif sur la prolifération cellulaire (gain de fonction). On connaît plusieurs centaines d’oncogènes et la liste ne cesse d’augmenter. À l’heure actuelle, le terme « oncogène » devient imprécis et de nombreux gènes codant pour des protéines intervenant dans le métabolisme normal de la cellule peuvent y être ajoutés (facteurs de croissance et leurs récepteurs, cytokines...). Les gènes suppresseurs de cancer qui sont constitués par un plus petit nombre d’exemples ont été découverts plus récemment. Le concept de gène suppresseur de cancer avait été suggéré dès les années 1970, par des expériences de génétique somatique in vitro, montrant que le phénotype « normal » est dominant sur le phénotype « transformé » dans des hybrides somatiques formés à partir de cellules normales et de cellules cancéreuses. Ces gènes paraissent agir de façon récessive, leur inactivation nécessitant l’altération des deux allèles (perte de fonction). Par l’intermédiaire de leurs produits, oncogènes et gènes suppresseurs contrôlent respectivement, de manière positive et négative, des réactions métaboliques impliquées dans la progression coordonnée du cycle cellulaire. De l’intensité relative de ces deux circuits opposés dépend la décision pour la cellule de rester dans un état quiescent, de s’engager dans le cycle cellulaire, de se différencier ou enfin de mourir. 3.1. Identification des altérations somatiques

Les anomalies génétiques somatiques dans les tumeurs ont principalement été appréhendées selon trois approches. 3.1.1. Analyse cytogénétique

Au premier regard, l’observation d’un caryotype de tumeur, en particulier d’une tumeur solide, ne montre qu’un ensemble complexe d’anomalies chromosomiques que l’on aurait tendance à prendre pour le reflet de perturbations non spécifiques. Pourtant, certaines de ces anomalies semblent récurrentes, apportant ainsi de précieux renseignements sur la localisation de gènes potentiellement impliqués dans ce cancer (http://cgap.nci.nih.gov/Chromosomes/Mitelman).

3.1.2. Hybridation in situ

Le fossé qui existe entre le pouvoir de résolution de l’analyse cytogénétique et moléculaire s’est considérablement réduit ces dernières années grâce au développement de nouvelles techniques d’hybridation in situ : hybridation génomique comparative (CGH pour   Comparative Genomic  Hybridation) et hybridation in situ fluorescente (technique FISH). Ces techniques permettent, de plus, d’éviter la culture cellulaire préalable, source d’un biais sélectif de cellules tumorales à haut index mitotique. La CGH permet de mettre en évidence les régions amplifiées ou perdues du génome. Par exemple, cette technique a permis de caractériser une vingtaine de régions chromosomiques amplifiées et délétées dans les tumeurs du sein [1]. Certaines de ces régions, précédemment détectées par les techniques cytogénétiques et moléculaires, semblent associées à des oncogènes [11q13 ( CCND1), 17q12 ( ERBB2)...] ou à des gènes suppresseurs connus [13q14 ( RB1), 17p13 (TP53)]. De nouvelles altérations ont pu être identifiées, suggérant de nouveaux gènes possiblement impliqués dans la tumorigenèse. C’est le cas de l’amplicon 20q13 ( ZNF217,  NCOA3/AIB1, Aurora-A) dans le cancer du sein. 3.1.3. Analyse moléculaire

Les anomalies génétiques les plus fréquemment observées dans les tumeurs sont des mutations ponctuelles, réarrangements et amplifications d’ADN au niveau de protooncogènes, de facteurs de croissance et de leurs récepteurs, mais aussi des mutations, des hyperméthylations et des pertes d’hétérozygotie qui inactivent des gènes suppresseurs de cancer. Il est à noter que les altérations au niveau des gène impliqués dans la stabilité du génome peut être responsable soit d’une instabilité génétique (altération de gènes des systèmes de réparation de l’ADN) soit d’une instabilité chromosomique (altération de gènes impliqués dans les processus de ségrégation chromosomique). Il a ainsi été montré que des altérations au niveau des gènes du système de réparation des mésappariements ( MLH1, MSH2, PMS1, PMS2...), objectivées par des altérations au niveau des microsatellites du génome (répétitions de mono-, di-, tri- et tétra-nucléotides), sont responsables de mutations spécifiques sur des oncogènes et des gènes suppresseurs. Ces instabilités de microsatellites ont été identifiées dans des tumeurs de sujets atteints du syndrome HNPCC (hereditary nonpolyposis colorectal cancer ), mais aussi dans des cancers colorectaux sporadiques ainsi que dans les cancers classiquement associés à ce syndrome. De même, des résultats récents suggèrent que dans les cancers à fort taux d’aneuploïdie (cancer du sein, cancer du côlon...), puissent exister des anomalies des processus de ségrégation chromosomique. En effet, des anomalies du point de contrôle de l’intégrité du fuseau mitotique ( spindle checkpoint ) qui à l’état normal assure une séparation correcte des chromosomes au cours de la mitose, ont pour conséquence une instabilité chromosomique avec répartition anor-

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Fig. 7.  Analyse à l’échelle génomique

male des chromosomes (aneuploïdie). Les gènes codant les constituants du  spindle checkpoint  ont tout d’abord été identifiés chez la levure  Saccharomyces cerevisiae  et plus récemment chez les eucaryotes supérieurs (gènes   Aurora-A,  Aurora-B, MAD1, MAD2, BUB...chez l’homme).  Aurora-A, localisé en 20q13, est ainsi amplifié et surexprimé dans plusieurs cancers épithéliales [2]. Nous devrions connaître dans les toutes prochaines années l’importance du rôle du spindle checkpoint  dans l’aneuploïdie des tumeurs. Finalement, plusieurs articles, publiés ces cinq dernières années, suggèrent l’importance majeure des altérations épigénétiques pour inactiver des gènes suppresseurs dans les tumeurs [3].   Ce mécanisme a été mis en évidence pour plusieurs gènes suppresseurs, qui dans certaines tumeurs, ne montraient aucune expression transcriptionnelle tout en étant indemne de toute mutation. L’analyse de la région 5’ de ces gènes, tout particulièrement au niveau des régions riches en dinucléotides CpG (îlots CpG) montrait des profils aberrants de méthylation. Dans la plupart des cas, une hyperméthylation de ces régions régulatrices est associée à l’absence du produit du gène. Les premiers gènes décrits pouvant être inactivés par un tel mécanisme dans les tumeurs sont les gènes RASSF1A (3p21.3), CDH1 (16q22.1) et P16/CDKN2A (9p21). 3.2. Perspectives concernant les altérations génétiques dans les tumeurs

Il est important de noter que la recherche dans le domaine des altérations génétiques dans le cancer a subi des modifications profondes dans ses stratégies méthodologiques au cours de ces trois dernières années (Fig. 7). Le développement des technologies issues des puces à ADN ( cDNA microarray ) a permis de changer d’échelle de travail en réali-

sant des analyses exhaustives de l’ensemble des gènes de notre génome. Les puces à ADN permettent d’analyser l’expression génique, non plus à l’échelle individuelle, mais à l’échelle du génome (transcriptome des cellules tumorales). La puissance de cette méthodologie a permis d’identifier un nombreconsidérable(plusieurs milliers) de nouveaux événements moléculaires associés à la tumorigenèse [4]. Pour appréhender de façon pertinente les altérations somatiques d’une cellule tumorale, il est également indispensable de se pencher sur l’analyse des protéines qu’elle contient. En effet, les protéines sont les principes actifs doués de fonction dans la machinerie cellulaire, alors que les gènes ne sont que des supports de l’information. Le niveau d’expression des ARN messagers n’est pas forcément le reflet de l’abondance, ni de la nature, des protéines qui seront retrouvées dans la cellule tumorale. En effet, la traduction des ARN messagers en protéines est soumise à un grande nombre de régulations, en particulier à des modifications posttranscriptionnelles (épissages alternatifs...) et posttraductionnelles (glycosylation, phosphorylation, dégradation...) dont le rôle est déterminant pour leur fonctionnalité (ou bien leur pouvoir oncogénique). En particulier, les premières études de protéomique différentielle ont montré que de nombreuses modifications entre tumeurs malignes et bénignes sont dues à des modifications post-traductionnelles non détectées par l’analyse des ARN messagers. La protéomique (étude du protéome) doit son essor actuel en cancérologie à l’émergence de technologies analytiques performantes permettant d’analyser des milliers de protéines simultanément : électrophorèse bidimensionnelle et surtout spectrométrie de masse de type Maldi-Tof ou Seldi-Tof. Les premiers résultats concernant l’analyse du protéome dans les tumeurs sont extrêmement prometteurs et à l’évidence, l’analyse protéique à grande échelle constituera très certainement une technolo-

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Fig. 8. Marqueurs sériques et analyse protéomique.

gie décisive pour identifier des protéines altérées dans la tumorigenèse [5]. Ces analyses de génomique descriptive seront suivies rapidement par des analyses de génomique fonctionnelle : localisation cellulaire et sub-cellulaire de ces oncoprotéines, caractérisation de leurs interactants moléculaires, étude de l’effet de leur surexpression (ou de leur extinction) contrôlée dans des modèles in vivo (modèles animaux) ou in vitro (lignées cellulaires)... 3.3. Interactions entre les cellules tumorales et les cellules du stroma

Les tumeurs sont principalement composées de cellules cancéreuses, mais elles contiennent également d’autres types cellulaires non cancéreuses comme des fibroblastes, des lymphocytes, des cellules endothéliales... Il est important de ne pas négliger le rôle de ces cellules non tumorales dans la tumorigenèse et la dissémination métastatique [6]. Par exemple, la formation de vaisseaux sanguins à partir des cellules endothéliales (l’angiogenèse) est un phénomène crucial pour le développement tumoral. De même, les métalloprotéases, qui interviennent dans la dégradation de la matrice extracellulaire et donc dans la dissémination métastatique, sont exprimées majoritairement par les fibroblastes. 4. Applications cliniques des altérations génétiques somatiques

L’accroissement considérable de nos connaissances moléculaires dans la carcinogenèse mammaire va très probable-

ment dans un proche avenir être utile aux évaluations diagnostiques et pronostiques, à l’appréciation de la réponse aux traitements et serait susceptible d’ouvrir la voie vers de nouvelles approches thérapeutiques. 4.1. Dépistage des cancers

La stratégie de dépistage des cancers fondée sur la recherche de marqueurs tumoraux dans le sérum est pour une majorité de cancers peu efficace du fait du manque de sensibilité et de spécificité des marqueurs utilisés à ce jour. Cependant, les marqueurs tumoraux pourraient connaître un regain d’intérêt en raison du développement de nouvelles approches technologiques en particulier la spectrométrie de masse de type Seldi-Tof qui a le potentiel d’identifier des profils protéiques sériques spécifiques de patientes atteintes de cancer (Fig. 8). Les molécules identifiées peuvent dériver de la tumeur et/ou de son tissu hôte environnant. Les premiers résultats obtenus sont extrêmement prometteurs et à l’évidence la protéomique pourrait devenir un outil de dépistage performant, non invasif (1 µl de sang), rapide (30 minutes pour obtenir un profil spectral) et peu onéreux  [5]. 4.2. Aide au diagnostic

Les cancers forment un groupe de maladies d’une grande hétérogénéité. L’identification de sous-groupes de tumeurs, grâce à l’utilisation de marqueurs moléculaires, va permettre une approche nouvelle dans le diagnostic de cancers considérés cliniquement et histologiquement équivalents, mais dont l’évolution est très variable. Les marqueurs moléculaires seront utiles pour la décision médicale dans des situations

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Fig. 9.  Signature moléculaire (70 gènes) qui permet de prédire l’évolution du cancer du sein L’analyse de l’expression de 25 000 gènes dans une série de 78 tumeurs du sein de bon pronostic (petites tumeurs sans envahissement ganglionnaire) a permis d’identifier un groupe de 70 gènes ayant la capacité de distinguer les patientes qui ont rechuté sous les cinq ans de celles qui n’ont pas rechuté. L’intérêt pronostique de cette signature moléculaire fut confirmé sur une seconde série de 17 tumeurs du sein.

où l’analyse histopathologique n’est pas décisive, principalement dans les étapes précoces de la tumorigenèse. À terme, ces nouveaux marqueurs biologiques permettront un diagnostic présymptomatique du cancer, et en association avec les caractéristiques anatomopathologiques reconnues, pourront déboucher sur une nouvelle classification des lésions bénignes et des formes non infiltrantes.

des chercheurs néerlandais ont ainsi identifié, à partir de 25 000 gènes et en utilisant la technologie des   cDNA microarrays , une première signature moléculaire de 70 gènes comme marqueur pronostique indépendant dans le cancer du sein [7] (Fig. 9). 4.4. Prédiction de la réponse à la chimiothérapie adjuvante

4.3. Pronostic de la maladie

Les facteurs pronostiques cliniques et histologiques se révèlent insuffisants pour prévoir avec exactitude l’évolution des cancers. Les premières altérations suggérées pour avoir un intérêt pronostique utilisable en cancérologie clinique sont l’amplification et la surexpression des proto-oncogènes ( ERBB2, Cyclines D1, hTERT ...), ainsi que les altérations des gènes suppresseurs ( p53, p16/CDKN2A...). On s’est acharné à évaluer certains marqueurs, comme par exemple les gènes cités ci-dessus, alors que 1000 autres pourraient l’être tout aussi légitimement. De plus, un marqueur isolé ne fera pas le pronostic. Pour être plus déterminante, la recherche des altérations génétiques d’intérêt pronostique devra être plus globale au niveau du génome, en utilisant des techniques d’analyse moléculaire à grande échelle ( SNPs, CGH-arrays, cDNA microarrays, spectrométrie de masse,...). Récemment,

Les marqueurs moléculaires devraient prendre un essor considérable pour prédire la réponse à une chimiothérapie adjuvante. De plus, étant donné la disponibilité croissante de nouvelles molécules antitumorales, une caractérisation moléculaire plus approfondie de la maladie est indispensable pour en affiner les indications thérapeutiques. Depuis 1992 plusieurs études ont montré des résultats encourageants mais encore préliminaires, concernant l’association de certaines anomalies génétiques, analysées individuellement, avec la réponse thérapeutique. Elles concernent par exemple la dérégulation de l’expression des gènes  ERBB2, BCL2 et de  TP53. Cependant, on peut penser qu’un marqueur isolé ne pourra jamais pleinement prédire la réponse à une molécule cytotoxique et que l’on devra probablement avoir recours à un typage moléculaire de la tumeur en mesurant l’expression génique à grande échelle. À cet effet, de nombreux projets, utilisant la technologie des puces

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I. Bièche / Immuno-analyse & Biologie spécialisée 19 (2004) 13–22

à ADN, sont actuellement en cours de réalisation pour étudier in vitro et in vivo l’effet des cytotoxiques utilisés dans les cancers sur les programmes moléculaires transcriptionnels des cellules tumorales, dans le but d’identifier de potentiels facteurs contribuant au développement de la résistance à ces molécules. Citons pour exemple, une étude récente où les auteurs ont déterminé les profils d’expression de plus de 5000 gènes sur des lignées cellulaires mammaires résistantes ou non à la doxorubicine et identifié environ 300 gènes différentiellement exprimés [8]. À terme, l’analyse de ces profils moléculaires (ou d’un panel de gènes d’intérêt, sous forme de signatures moléculaires) pourrait déboucher sur des traitements individualisés pour chaque patiente, en déterminant le type de médicaments à utiliser mais aussi les doses à administrer. 4.5. Perspectives thérapeutiques

Enfin, les progrès de la connaissance des mécanismes moléculaires des cancers débouchent actuellement sur des stratégies thérapeutiques nouvelles. Maintenant que l’on a découvert et caractérisé des gènes dont les produits sont capables de déréguler une cellule normale, on met au point des médicaments innovants ciblant spécifiquement ces gènes (ou leurs produits) dans un but de « rééduquer » ces cellules tumorales ou de les éliminer sélectivement. Les cibles moléculaires potentielles qui semblent avoir le plus grand intérêt actuellement en vue d’applications thérapeutiques dans les cancers sont les récepteurs de surface à activité tyrosine kinase. Citons pour exemple, l’anticorps monoclonal humanisé dirigé contre le domaine extracellulaire du récepteur  ERBB2, l’Herceptin® (trastuzumab), qui a obtenu une autorisation de mise sur le marché en France en mars 2001. Ce médicament est actuellement indiqué chez les patientes atteintes d’un cancer du sein métastatique surexprimant  ERBB2 [9]. D’autres inhibiteurs des récepteurs à activité tyrosine kinase sont actuellement en cours d’utilisation dans les cancers humains, c’est le cas de l’Iressa ® (ZD1839), d’origine synthétique et dirigée contre le domaine tyrosine kinase de  ERBB1  (REGF) dans les cancers du poumon non à petites cellules, et du Glivec ® (STI571) inhibiteur sélectif des tyrosine kinase ABL, BCR-ABL, KIT et PDGFR dans les leucémies myéloïdes chroniques (LMC) et les tumeurs stromales digestives (GIST pour  Gastro-Intestinal Stromal Tumor ). Des essais, ciblant d’autres molécules dérégulées dans les cellules tumorales, sont également en cours : les kinases impliquées dans la transduction des signaux (anti-GRB2, anti-Ras-farnésyl-transférase...), les régulateurs du cycle cellulaire (anti-mTOR) et de l’apoptose, et les molécules agissant positivement dans la néoangiogenèse (anti-VEGF, anti-

FLK1, anti-COX2...). Enfin, une cible majeure actuelle de la thérapeutique concerne les protéases qui lorsqu’elles sont dérégulées sont responsables du pouvoir métastasant de la tumeur [10]. Ces médicaments innovants, ayant un mécanisme d’action original et une mise sur le marché rapide (études de phase III généralement courtes), ont cependant l’inconvénient majeur d’être extrêmement coûteux, sans commune mesure avec les traitements de référence connus à ce jour. Chaque médicament nouvellement mis sur le marché est susceptible de faire monter de façon importante la courbe de progression des dépenses dans les établissements de santé. Uneaugmentation exponentielle de la mise sur le marché de ces nouveaux médicaments est projetée à court terme, il sera donc primordial d’évaluer les conditions optimales d’utilisation et les bénéfices attendus pour chacun de ces produits. Les méthodes moléculaires de diagnostic pour cibler au mieux les patientes susceptibles de bénéficier le plus de ces différents médicaments nécessitent ainsi d’être standardisées. Finalement, il est encore très difficile de préjuger de la faisabilité et de l’efficacité de ces nouvelles approches thérapeutiques à l’échelle d’un organisme entier. En effet, nous ne connaissons pas toutes les conséquences de la normalisation de la régulation d’une altération génétique, même précoce, sur un organisme dérégulé à la fois au niveau génétique et épigénétique. Références [1]

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