Biologie du cancer

Question 1

Séquences de la maladie cancéreuse

Answer 1

Lésions précancéreuses (chimie, rayons X, virus) 
=> activation des oncogènes 
=> inactivation des suppresseurs 
1) initiation 
2) promotion
3)  tumorale
- Dysplasie
- Adénome précoce
- Adénome intermédiaire
- Adénome tardif
- Carcinome

Question 2

Différents types d’anomalies des gènes impliqués dans la cancérogenèse

Answer 2

→ anomalies chromosomiques

• ne s’arrête plus en phase G1
• se divise sans facteurs de croissance

→ anomalies microscopiques :

• des altérations morphologiques
• perte de l’inhibition de contact
• une perte d’adhérence cellulaire

→ anomalie de séquence de l’ADN (PCR/analyse des produits amplifiés par séquençage, génotype)

• mutations ponctuelles
• délétion des paires de base (et donc protéine tronquée)
• insertion de paires de bases

→ Anomalie des gènes (séquences normales de l’ADN)

• amplification génique (surpression protéique / immunohistochimie ; FISH)
• fusion de 2 gènes : protéine chimérique oncogénique
• modification épigénétique (méthylation)

↪ altération des fonctions des protéines
La cancer est une maladie multigénique
- protéine normale en quantité diminuée
- protéine normale en quantité augmentée
   •  amplification génique, hyperexpression
   •  délétion/ mutation
- protéine hyperactive en quantité normale 
  •  mutation 

Une modification génétique initiatrice → accumulation d’anomalies génétiques fonctionnelles (caractéristique de la cellule cancéreuse) → conséquences cellulaires et tissulaires

En résumé :
✯ Maladie multi-génique
- gènes de cancer : oncogènes/ gènes suppresseurs de tumeurs
- anomalies de séquences de l’ADN/modulations épigénétiques
- dysfonctionnelle protéiques (prolifération/réparation/mort cellulaire)
- anomalie/biomarqueurs/thérapies ciblées/voies de signalisation

✯ Maladie multi-cellulaire

• réponse inflammatoire/ERO
• rôle majeur de l’immunité
• angiogenèse

Question 3

Addiction oncogénique

Answer 3

Dépendance de la cellule cancéreuse à une anomalie biologique
→ accumulation progressive, au gré des mutations, diverses anomalies moléculaires et parfois elle dépend d’une seule de ces anomalies pour sa survie et sa multiplication
→ base théorique pour le développement des thérapies dites ciblées

Question 4

Concept de thérapie ciblée

Answer 4

• AcM ou molécules des synthèse
• ciblées sur :
  • anomalies moléculaires causales (précoce, constante : bcr-abl, c-kit)
  • anomalies moléculaires fréquentes : plus tardives, inconstantes, pronostiques (amplification, HER2)
  • cible présente : rôle (expression HER1)

Caractérisation des cibles moléculaires :

• cible moléculaire correspondant à une anomalie spécifique de la cellule tumorale
• a priori, activité uniquement sur les cancers ayant cette anomalie
• implique la caractérisation “moléculaire” de la tumeur (concept de test compagnon)
• possibilité d’analyses multiples pour le choix du traitement (concept de médecine personnalisée)

Question 5

Biomarqueurs et anomalie génétique

Answer 5

• Marqueurs de l’hôte : génétique constitutionnelle ou de prédisposition
Mutation dans les cellules germinales → toutes les cellules affectées
- pharmacogénétique : relation hôte/traitement (sensibilité/métabolisme/toxicité)
- ontogénétique (prédisposition du risque)
↪ prélèvement sanguin (salive)
↪ réglementation spécifique (consentement, agrément)

• Marqueurs de la tumeur : génétique somatique ou pathologie moléculaire
Mutation somatique, uniquement dans la tumeur
- marqueurs de la tumeur : pronostic, diagnostic
Prélèvement tissulaire +++ (sauf onco-hématologie)
Collaboration anatomopathologie/ cytogénétique

Diagnostic histologique de cancer + sous-type histologique + identification d’une cible thérapeutique → médecine de précision

Question 6

Stratégie multidisciplinaire au quotidien génétique/cytogénétque/pathologie

A la recherche de bio marqueur

Answer 6

FISH : amplification génique, réarrangement chromosomique (ALK, HER2)

Immunohistochimie : expression anormale d’une protéine (HER2, ALK)

Recherche et identification d’anomalies de séquence de l’ADN (mutations, pertes ou gains de paires de bases) : EGFR, KRAS, HER2

Question 7

Pathologie inflammatoire infectieuse et cancer ?

Answer 7

VIRUS

• HPV (cervicite) et cancer du col
• Hépatite B (hépatite chronique - cirrhose) et cancer du foie
• Hépatite C (hépatite chronique - cirrhose) et cancer du foie (carcinome hépatocellulaire)

BACTERIE

• Helicobacter pylori (gastrite) et cancer de l’estomac
• Infection urinaire (prostatite) et cancer de la prostate
• Gonocoques et Chlamydiae (pelvite) et cancer ovaire

PARASITE

• Schistosoma hematobium (cystite) et cancer de la vessie
• Schistosoma Japonicum (Bilhaziose intestinale) et cancer du côlon
• douves Clonorchis et Opistorchis (cholangites chroniques- et cancer du foie (cholangiocarcinome)

Question 8

Pathologies non infectieuses et cancer ?

Answer 8

✯ Agents chimiques/physique
- alcool : cirrhose/ foie/ carcinome hépatocellulaire - cancer de l’oesophage

• tabac : inflammation bronchopulmonaire/poumon - langue - vessie
• amiante - silice - charbon : inflammation broncopulmonaires chroniques et pneumoconioses (ensemble de maladies pulmonaires caractérisées par des altérations causées par l’inhalation et la fixation dans le poumon de particules solides.) : cancer du poumon et mésothéliome pleural

✯ Agents endogènes/métaboiques

• obésité : stéatohépatite ou NASH/ carcinome hépatocellulaire (foie))
• reflux gastrique / métaplasie : oesophage de Barrett

✯ Maladies auto-immunes

• Maladie de Crohn : cancer iléon terminal (facteur de risque 3)
• Colite ulcérative : cancer du côlon (facteur de risque 6)
• Pancréatite chronique : cancer du pancrés (facteur de risque 2-50)
• Hémochromatose : Lymphome MALT (facteur de risque 219)
• déficience α1 anti-trypsine : cancer du foie (facteur de risque 20)

Question 9

Division cellulaire et contrôle

Answer 9

• toutes les cellules se divisent durant leur vie jusqu’à leur mort cellulaire (apoptosis) ou jusqu’à leur stade de différenciation terminale
• la division cellulaire nécessite la réplication de l’ADN/synthèse de l’ADN
• cycle cellulaire : 1 cellule mère → 2 cellules filles

La division cellulaire est sous contrôle en permanence de :
• signaux protéiques on/off (milieu intracellulaire) selon les besoins de la cellule
→ voies de signalisation (encodé par proto-oncogènes) : système ON
• systèmes de surveillance de l’intégrité du génome et de réparation des erreurs de séquence de l’ADN
→ encodé par des gènes suppresseurs de tumeur = système OFF
• apoptose

Des points de contrôle du cycle cellulaire : proto-oncogènes / oncogènes
- G1 : signaux internes et extracellulaire
→ 1er STOP : ADN endommagé ?
G0 ou pas de G0 mais apoptose si ADN endommagé
- S ; synthèse de l’ADN
Gènes de réparation des erreurs de misappariement de l’ADN
- G2
→ 2e stop / ADN non répliqué ou endommagé ?
- Mitose
→ 3e stop : mort cellulaire et sortie du cycle ? (pas d’entrée en G1 ?)

Question 10

Acteurs positifs du cycle cellulaire pour déclencher la réplication de l’ADN

Answer 10

→ Les proto-oncogène sont un rôle physiologique dans la prolifération
 Types de protéines : 
- facteurs de croissance
- récepteurs membranaires et nucléaires
- protéines de transduction du signal
- facteurs de transcription
- facteurs pro et anti-apoptotiques
- protéines de contrôle du cycle : Cdk, proto-oncogènes, gènes suppresseurs de tumeurs (p53)

→ Oncogènes
-  premiers gènes de susceptibilité au cancer découverts 
ex : K-ras, myc : stimulent +++ la multiplication cellulaire 
☞  1 allèle muté suffit 
☞ mécanisme d'action : 
   - mutation ponctuelle
   - amplification génique
   - translocation chromosomique
   - stabilisation ARNm

→ Fusion anormale de 2 gènes de séquence normale => protéine chimérique oncogénique
ex : c-myc sur 8 et gène codant pour VH sur 14
↪ 8q- et 14q+ = lymphome de Burkitt (prolifération cellulaire +++)

→ Médiateurs-ligands-récepteurs (famille EGF, famille PDGF, famille insuline, famille dérivée des tissus nerveux)

→ Anomalies épigénétiques = altérations de l’ADN qui touchent la séquence de l’ADN (mutation, délétions) ou qui marquent la séquence de l’ADN (méthylation)
= modifient , perturbent l’expression des gènes

Question 11

Contrôle du cycle cellulaire

Answer 11

Exemples : Rb (rétinoblastome), p53 (syndrome de Li-Fraumeni), APC (polypode rectocolique)
☞ nécessité de 2 allèles mutés

Généralement :

• 1 mutation germinale
• 1 mutation somatique (ou hyperméthylation du promoteur du gène)

Contrôle de l’expression d’un gène suppresseur muté
→ G1 : contrôle de la prolifération / mort celluaire
→ G2 : gènes de réparation des erreurs de misappariement de l’ADN

Système protéiques de réparation des altérations de l’ADN = gènes suppresseurs de tumeurs

✯ Des altérations de la molécule d’ADN surviennent en permanence au cours de la vie de la cellule

• erreurs de réplication de l’ADN
• agressions endogènes (radicaux libres)
• altération spontanées
• agressions exogènes (environnement, agents chimiques, RX, virus)

✯ Contrôle de l’expression des gènes chez les eucaryotes : mécanismes d’adaptation
- régulation des gènes pour
• différentiation cellulaire
• réponse aux sollicitations de l’organisme

• accessibilité des gènes : rôle de la chromatine (histone, méthylation)
  • bloque la transcription
  • se transmet aux cellules filles
  • change selon le type cellulaire
• régulation des protéines
  • stabilité des protéines et dégradation
  • modification post-traductionnelles : glycosylation, acétylation
  • transport des protéines vers leur site d’action

✯ Différentes régulations épigénétique s: étude des mécanismes assurant la régulation du niveau d'expression des gènes, indépendamment de toute modification de la séquence primaire de l'ADN. 
- méthylation de l'ADN
- acétylation des histones
- condensation chromatinienne 
- interférence ARN
=> modulation de l'expression génique

⚠ Cellule cancéreuse si hypométhylation globale de l’ADN ou hyperméthylation + hypoacétylation localisée

☞ Conséquences de l’hypométhylation
- instabilité génomique :
• recombinaison mitotique, LOH, réarrangement chromosomique, aneuploïdie (mutation DNMT3b)
• réactivation d’éléments transposables (LINE-1)
• perte de l’empreinte génomique (réactivation d’oncogène)

☞ Conséquences de l’hyperméthylation : aberrante et localisée sur certains ilots CpG : régions promotrices de gènes suppresseurs de tumeurs
Extinction de l’expression duègne = perte de fonction
Dans les cancers héréditaires :
1° anomalie de séquence (germinale) sur un allèle de TSG
2) hyperméthylation du promoteur du second allèle

Question 12

✯ Exemple du gène rétinoblastome

Answer 12

• rôle normal : freiner la prolifération
• pRb séquestre E2F; facteur de transcription
• si pRb absent, E2F est en permanence activé, les cycles se succèdent sans arrêt, pas de réparation d’ADN possibles
• perte ou inactivation de pRb très fréquente dans les cancers

Question 13

✯ Exemple de la voie de prolifération Wnt/ β caténine

Answer 13

Anomalie fréquente dans les cancers du foie, colon..

gène APC (adenomatous polyposis coli) : TSG
Caténine : oncogène

Si absence de Wnt, β caténine est dégradée par ubiquitination/protéasile

si présence de Wnt : β caténine n’est pas dégradée et active TCF → croissance cellulaire

Question 14

système MMR - MisMatch Reapir

Answer 14

Protéines de réparation des misappariements de l’EEDN au cours de la réplication
Prévenir et réparer les erreurs sur l’ADN en G2
- activité de relecture des ADN polymérases
- excision d’une mutation ponctuelle

Question 15

La cellule possède différents systèmes pour détecter et réparer ces altérations :

Answer 15

• Cassures de simple brin (rayons X, radicaux libres, agents alkylants, réactions spontanées)
↪ excision/réparation des bases

• Mutation d’une base (UV, polycyclique aromatique, hydrocarbure)
↪ excision/réparation des nucléotides

• Liaisons inter brins d’ADN (Rayons X, agents antitumoraux)
↪ BRCA1/2 : réparation par recombinaison homologue

• Insertion, délétion (erreurs de réplication)
↪ MMR (MisMatch Repair) : réparation des misappariements

⚠ cancer : dysfonctionnement des systèmes de réparation (anomalies génétiques et épigénétiques des gènes suppresseurs de tumeurs) : pas d’arrêt du cycle cellulaire ni d’apoptose
☞ accumulation d’anomalies génétiques : instabilité génétique

Cellule cancéreuse = dysfonctionnement des systèmes de surveillance et de réparation du génome (non fonctionnel ou débordé)
Accumulation de lésions de l’ADN = avantages à la cellule (mutation /sélection)
= instabilité génétique de la cellule tumorale
→ mécanisme essentiel dans la genèse et l’évolution du processus tumoral

Question 16

Cellule cancéreuse et micro-environnement

Answer 16

La cellule cancéreuse influence le micro-environnement cellulaire : elle rend le stroma permissif

Importance de l’environnement péri-tumoral (stroma)

•  Cellule normale = 
- facteurs para/endocrines
- cellules voisines
- matrice extracellulaire
→ sénescence, mort cellulaire, quiescence, différenciation prolifération

• Cellule cancéreuse =
- facteurs paracrine/endocrines, cellules voisines, matrices extracellulaire…n’ont plus d’influence sur la cellule tumorale

→ indépendance vis-à-vis des signaux de prolifération
→ insensibilité aux signaux anti-prolifératifs
→ résistance à l’apoptose

☞ Place de l’inflammation
transcription de NF κB
↪ dérivés réactifs à l’oxygène
→ mutation de l’ADN

↪ métalloprotéases
→ activation de modifications du micro-environnement qui favorisent la croissance tumorale

↪ IL-6
↪ VEGF 
→ IL6 et VEGF : activation de STAT3
    → répression de p53
    → prolifération cellulaire
    → empêche l'apoptose des cellules mutées
→ VEGF :  promotion de l'angiogenèse  

⚠ L’inflammation chronique altère la balance vie/mort cellulaire selon la nature des médiateurs (ROS, COX, cytokines)

ERO et ERN (espèces réactives à l’oxygène et à l’azote) permettent d’éliminer les agents infectieux
☞ Conséquences cellulaires des ERO
- si production élevée et chronique : STRESS OXYDANT
↪ peroxydation lipidique : altération des membranes
↪ oxydation de l’ADN : mutations
↪ oxydation massive irréversible des protéines : perte de fonction

• si production aigue et transitoire: modification réversible de l’activité des protéines (facteurs de transcription, protéines kinase, protéine phosphatases)

⚠ rôle majeur des ERO et ERN dans la cancérogenèse liée à l’inflammation
☞ attaque directe des acides nucléiques : instabilité génomique, mutations
☞ attaque des protéines, systèmes de réparation des lésions de l’ADN : non réparation des anomalies génétiques
☞ attaques des lipides (peroxydation lipidiques) : médiateurs pro-inflammatoires
☞ activation de voies métaboliques : transcription de gènes survie (NFkB, HIF)

ROS = diminution des capacités de réparation et donc dommages directs de l’ADN

Mise en place d’un environnement permissif :
TAM = tumor associated macrophages
→ Coexistance de cellules cancéreuses avec les cellules immunes
→ Les macrophages sont activés et produisent des cytokines pro-tumorales

Diminution des cytokines TH1 (anti-tumeur) et augmentation des cytokines TH2 (immunosuppression)
→ exemple de la production de PGE2 par les cellules tumorales qui
- inhibent NK et Ly T CD8+
- activent MDSC (Myeloid derived stressor cells) et Treg

Question 17

Régulation de l’activité HIF 1 α selon la concentration en ERO

Answer 17

NORMOXIE :
- ubiquitinylation de HIF-1 α
→ dégradation par le protéasome

HYPOXIE :

1) inhibition des proline hydrolases
2) Stabilisation de HIF 1 alpha
3) Translocation nucléaire (angiogenèse, glycolyse, adipogenèse, érythropoïèse)

Question 18

Rôle du microenvironnement dans la dissémination métastatique d’une tumeur

Answer 18

Tumeur primaire
→ prolifération, angiogenèse
→ détachement/invasion

→ embolisation/circulation
→ transport
→ arrêt dans l'organe 
→ adhérence à la paroi vasculaire
→ extravasation
→ établissement du microenvironnement puis prolifération/angiogenèse 
→ métastases

Conséquences sur la taille de tumeur (T), la localisation primitive ou secondaire avec présence de ganglions (N, M), la vascularisation, le caractère invasive par la détermination de l’effraction de la paroi des vaisseaux ou des muqueuses et séreuses
→ Classification TNM

Question 19

Angiogenèse

Answer 19

Apports en oxygène et nutriments
Facilite la migration cellulaire

→ formation de nouveaux vaisseaux

• à partir de capillaires, veinules, vaisseaux
• vasculogenèse : différenciation des précurseurs des cellules endothéliales
• fonctions reproductrices, développement embryonnaire, réparation tissulaire
• régulation : mécanisme inhibition/activation

→ Les différentes étapes

1) stimulation / facteurs angiogéniques (VEGF)
2) dégradation de la membrane basale
3) migration des cellules endothéliales vers la source du stimulus angiogénique
4) prolifération des cellules endothéliales + présence d’angioblastes issus de la moelle osseuse
5) remodelage tissulaire

Question 20

Inactivation des gènes de réparation des misapariement sue l’ADN

Answer 20

a) altération de type mutations/hyperméthylation du promoteur
Absence d’expression des protéines correspondantes
→ Mise en évidence DIRECTE de l’absence d’expression de hMLH1 et de hSH2 par immunohistochimie

b) impact sur l’instabilité des micro satellites (statut MSI des tumeurs) - micro satellite instabilité
On ne recherche pas les altérations des gènes ou protéines du système MMR
→ Mise en évidence INDIRECTE par la recherche d’une instabilité des micro satellites dans les tumeurs : outil diagnostique

Question 21

Les microsatellites

Answer 21

Outil de diagnostic

Répétition de 1 à 6 paires de bases en tandem

• les plus fréquents :
  • (CA)n/(GT)n
  • (A)n/ (T)n
• longueur < 100 pb
• 50 000 à 100 000 réparties dans tout le génome humaine
• dans les régions non codantes
• fonction inconnue
• très polymorphe : étude de liaison génétique, empreinte génétique
• sites potentiels de dérapage de l’ADN polymérise lors de la réplication de l’ADN

☞ Méthodes d’étude des micro satellites :

• amplification par PCR : fluorescent
• Analyse de fragments : gel d’arylamine, électrophorèse capillaire

Question 22

Conseil génétique / cancer colorectal

Answer 22

• pas au hasard/ familles
  -patients ayant donné leur consentement éclairé
• au moins 5 micro satellites (voire 10)
  • 2/5 “high MSI”
  • 0 ou 1/5 “low MSI”
• coloscopie annuelle / colectomie subtotale

Diagnostic de génétique constitutionnelle à la recherche d’une mutation héréditaire dans le cancer colorectal HNPP

Critères d’Amsterdam ?
→ recherche instabilité génétique sur la tumeur (MSI) et/ou immune-histochimie hMLH/hMSH2
↪ stop
ou
↪ criblage des gènes hMLHI et hMSH2
→ identification de la mutation net conseil génétique

Question 23

Déficience MMR (MSI) comme bio marqueur de l’immunothérapie anti-PD1/PDL1

Answer 23

Molécule du “checkpoint”

☞ Anti-PD1 et anti PDL1 : empêcher l’interaction entre TCR et CMH
= empêcher l’inhibition de l’activation du LyT
→ système immunitaire pourra attaquer la cellule tumorale