Informations

7.4 : Mutations et Cancer - Biologie


Que se passerait-il si ce cycle se déroulait à volonté ?

Vos cellules peuvent croître et se diviser sans remplir leurs fonctions nécessaires, ou sans répliquer entièrement leur ADN, ou sans copier leurs organites. Le cycle cellulaire doit donc être hautement régulé et étroitement contrôlé. Et c'est.

Contrôle du cycle cellulaire

Comment la cellule sait-elle quand se diviser ? Comment la cellule sait-elle quand répliquer son ADN ? Comment la cellule sait-elle quand passer à la mitose ou à la cytokinèse ? Les réponses à ces questions portent sur le contrôle du cycle cellulaire. Mais comment le cycle cellulaire est-il contrôlé ou régulé ? La régulation du cycle cellulaire implique des processus cruciaux pour la survie d'une cellule. Ceux-ci incluent la détection et la réparation des dommages à l'ADN, ainsi que la prévention de la division cellulaire incontrôlée. Une division cellulaire incontrôlée peut être mortelle pour un organisme; sa prévention est essentielle à la survie.

Cyclines et Kinases

Le cycle cellulaire est contrôlé par un certain nombre de processus de rétroaction contrôlés par les protéines. Deux types de protéines impliquées dans le contrôle du cycle cellulaire sont kinases et cyclines. Les cyclines activent les kinases en se liant à elles, en particulier elles activent kinases dépendantes de la cycline (CDK). Kinases sont des enzymes qui catalysent le transfert d'un groupe phosphate de l'ATP à une autre molécule dans une cellule. Ils fonctionnent comme un interrupteur de commande dans de nombreuses fonctions cellulaires, activant ou désactivant une fonction et régulant d'autres processus cellulaires. Plusieurs fois, ils sont impliqués dans l'activation d'une cascade de réactions. Les cyclines comprennent un groupe de protéines qui sont rapidement produites à des étapes clés du cycle cellulaire. Une fois activées par une cycline, les enzymes CDK activent ou inactivent d'autres molécules cibles par phosphorylation. C'est cette régulation précise des protéines qui déclenche l'avancement dans le cycle cellulaire. Leland H. Hartwell, R. Timothy Hunt et Paul M. Nurse ont remporté le prix Nobel de physiologie ou médecine 2001 pour leur découverte de ces protéines essentielles.

Qu'est-ce qui rend une cellule cancéreuse ?

Cancer est une maladie caractérisée par une population de cellules qui croissent et se divisent sans respecter les limites normales. Ces cellules cancéreuses envahissent et détruisent les tissus adjacents, et elles peuvent se propager dans tout le corps. Le processus par lequel les cellules normales sont transformées en cellules cancéreuses est connu sous le nom de cancérogenèse. Ce processus est également connu sous le nom d'oncogenèse ou de tumorigenèse.

Presque tous les cancers sont causés par des mutations dans l'ADN de cellules anormales. Ces mutations peuvent être dues aux effets de cancérigènes, les agents cancérigènes tels que la fumée de tabac, les radiations, les produits chimiques ou les agents infectieux. Ces agents cancérigènes peuvent agir comme un « déclencheur » environnemental, stimulant l'apparition du cancer chez certains individus et pas chez d'autres. Est-ce que toutes les personnes qui fument contractent le cancer? Non. La fumée secondaire peut-elle augmenter le risque d'un non-fumeur de développer un cancer du poumon ? Oui. Il augmente également le risque de développer une maladie cardiaque chez une personne non-fumeur.

Des interactions complexes entre les cancérogènes et le génome d'un individu peuvent expliquer pourquoi seules certaines personnes développent un cancer après exposition à un déclencheur environnemental et d'autres non. Tous les cancers ont-ils besoin d'un déclencheur environnemental pour se développer ? Non. Les mutations cancérigènes peuvent également résulter d'erreurs incorporées dans l'ADN lors de la réplication, ou elles peuvent être héréditaires. Les mutations héréditaires sont présentes dans toutes les cellules de l'organisme.

Oncogènes et gènes suppresseurs de tumeurs

Certains types de cancer surviennent à cause de mutations dans les gènes qui contrôlent le cycle cellulaire. Les mutations cancérigènes surviennent le plus souvent dans deux types de gènes régulateurs, appelés proto-oncogènes et gènes suppresseurs de tumeurs.

  • Les proto-oncogènes sont des gènes qui aident normalement les cellules à se diviser. Lorsqu'un proto-oncogène mute pour devenir un oncogène, il est continuellement actif, même lorsqu'il n'est pas censé l'être. C'est comme si la pédale d'accélérateur d'une voiture était bloquée à plein régime. La voiture continue de rouler à toute vitesse. Dans le cas d'une cellule, la cellule continue de se diviser de manière incontrôlable, ce qui peut conduire au cancer.

  • Les gènes suppresseurs de tumeurs sont des gènes qui ralentissent ou arrêtent normalement la division cellulaire. Lorsqu'une mutation se produit dans un gène suppresseur de tumeur, il ne peut plus contrôler la division cellulaire. C'est comme une voiture sans freins. La voiture ne peut pas être ralentie ou arrêtée. Dans le cas d'une cellule, la cellule continue de se diviser de manière incontrôlable, ce qui peut conduire au cancer.

Plusieurs mutations à l'origine du cancer
Les oncogènes peuvent être des facteurs de croissance, des protéines kinases, des GTPases ou des facteurs de transcription. Facteurs de croissance sont des substances naturelles, généralement une protéine ou une hormone stéroïde, capables de stimuler la croissance, la prolifération et la différenciation cellulaires. Ils sont importants pour réguler une variété de processus cellulaires. Habituellement, ils doivent se lier à un récepteur extracellulaire ou intracellulaire pour initier une réaction cellulaire.

Typiquement, une série de plusieurs mutations qui activent constitutivement les oncogènes et inactivent les gènes suppresseurs de tumeurs sont nécessaires pour transformer une cellule normale en une cellule cancéreuse (Figure (PageIndex{2})). Les cellules ont développé un certain nombre de mécanismes de contrôle pour surmonter les mutations des proto-oncogènes. Par conséquent, une cellule a besoin de plusieurs mutations pour se transformer en une cellule cancéreuse. Une mutation dans un proto-oncogène ne causerait pas de cancer, car les effets de la mutation seraient masqués par le contrôle normal du cycle cellulaire et les actions des gènes suppresseurs de tumeurs. De même, une mutation dans un gène suppresseur de tumeur ne causerait pas non plus de cancer, en raison de la présence de nombreux gènes « de sauvegarde » qui dupliquent ses fonctions. Ce n'est que lorsque suffisamment de proto-oncogènes ont muté en oncogènes et que suffisamment de gènes suppresseurs de tumeurs ont été désactivés que la transformation cancéreuse peut commencer. Les signaux de croissance cellulaire dépassent les signaux de régulation de la croissance et la cellule devient rapidement incontrôlable. Souvent, parce que beaucoup de ces gènes régulent les processus qui empêchent la plupart des dommages aux gènes eux-mêmes, les dommages à l'ADN s'accumulent avec l'âge.

Habituellement, les oncogènes sont des allèles dominants, car ils contiennent des mutations de gain de fonction. Les actions du produit du gène de l'allèle mutant, aboutissant plusieurs fois à une protéine activée de manière constitutive, sont dominantes par rapport au produit du gène produit par l'allèle "normal". Pendant ce temps, les suppresseurs de tumeurs mutés sont généralement des allèles récessifs, car ils contiennent des mutations de perte de fonction. Un proto-oncogène n'a besoin que d'une mutation dans une copie du gène pour générer un oncogène ; un gène suppresseur de tumeur a besoin d'une mutation dans les deux copies du gène pour rendre les deux produits défectueux. Il existe des cas où, cependant, un allèle muté d'un gène suppresseur de tumeur peut rendre l'autre copie non fonctionnelle. Ces cas entraînent ce que l'on appelle un effet négatif dominant.

Revoir

  1. Définir le cancer.
  2. Que sont les kinases cycline-dépendantes ? Quel est leur rôle ?
  3. Discuter du rôle des oncogènes et des gènes suppresseurs de tumeurs dans la cancérogenèse.
  4. Pourquoi de multiples mutations sont-elles nécessaires pour se transformer en une cellule cancéreuse ?
  5. Identifiez toutes les catégories d'oncogènes et décrivez deux catégories.

Mutation

Le cancer est le résultat de la rupture des contrôles qui régulent les cellules. Les causes de la panne incluent toujours des changements dans des gènes importants. Ces changements sont souvent le résultat de mutation, des changements dans la séquence d'ADN des chromosomes. Les mutations peuvent être de très petits changements, affectant seulement quelques nucléotides, ou elles peuvent être très importantes, entraînant des changements majeurs dans la structure des chromosomes.

Les petites et les grandes mutations peuvent affecter le comportement des cellules. Des combinaisons de mutations dans des gènes importants peuvent conduire au développement du cancer. Le matériel couvert sur cette page décrit la relation entre la mutation et le cancer, les différents types de mutations et leurs causes. De plus amples informations sur les sujets de cette page peuvent également être trouvées dans la plupart des manuels d'introduction à la biologie, nous recommandons Campbell Biology, 11e édition.1


Fond

Les médicaments cytotoxiques sont utilisés pour le traitement du cancer depuis les années 1950 et restent aujourd'hui le traitement de première intention pour la plupart des cancers. Ces médicaments inhibent la prolifération cellulaire par le biais de différents mécanismes, notamment l'endommagement direct de l'ADN, l'interférence avec le métabolisme de l'ADN et l'interférence avec la machinerie mitotique. Les traitements réussis tuent les cellules tumorales, mais exercent également des effets secondaires attribuables à un certain nombre de facteurs, notamment l'inhibition de la prolifération cellulaire dans les tissus sains. Les traitements peuvent également avoir des conséquences négatives à long terme en induisant des changements génomiques. Dans les cellules somatiques normales, les mutations induites par la chimiothérapie peuvent accélérer les processus tumorigènes. Le développement de tumeurs malignes secondaires est un problème particulièrement important après les cancers infantiles et des études épidémiologiques ont associé le traitement avec des agents alkylants et des inhibiteurs de la topoisomérase au développement ultérieur de la leucémie myoblastique aiguë (LAM) et d'autres types de tumeurs [1]. De plus, les mutations induites par le traitement dans les cellules cancéreuses survivantes augmentent l'hétérogénéité génétique de la tumeur et peuvent contribuer au développement d'une résistance à un traitement ultérieur.

Les chimiothérapies sont testées pour la génotoxicité, la capacité du médicament à endommager l'ADN. Les tests les plus importants actuellement approuvés sont le test des comètes pour détecter les cassures d'ADN, le test d'aberration chromosomique et le test de formation de micronoyaux [2]. Ces tests donnent des prédictions indirectes et imprécises du potentiel cancérogène [3], car une découverte de génotoxicité révèle seulement qu'un composé a le potentiel de provoquer des mutations génomiques, sans mesurer le résultat dans une cellule survivante. La mutagénicité elle-même a principalement été testée à l'aide de gènes rapporteurs, y compris le test de mutation inverse d'Ames chez les bactéries [4] et HPRT mutagenèse dans des lignées cellulaires de mammifères [5]. Cependant, la détection complète de tous les changements génomiques de tous types n'est devenue disponible qu'avec un séquençage abordable du génome entier.

Des effets mutagènes ont été attribués à une grande proportion d'agents chimiothérapeutiques anticancéreux. Les agents alkylants induisent des adduits directs à l'ADN et les moutardes azotées telles que le cyclophosphamide induisent des mutations de substitution de bases chez les rapporteurs de mutation ainsi que des réarrangements chromosomiques [6]. Les agents de réticulation contenant du platine fonctionnent par un mécanisme similaire aux agents d'alkylation. Il a été démontré que les adduits du cisplatine provoquent des substitutions de bases in vitro et dans les gènes rapporteurs [7], qui ont également été détectés chez les patients traités au cisplatine. C. elegans génomes de vers [8]. Les inhibiteurs de la topoisomérase II tels que l'étoposide et la doxorubicine provoquent des cassures d'ADN, qui sont les causes probables de translocations chromosomiques dans les cancers secondaires induits par ces médicaments [9, 10]. Les médicaments de la famille diversifiée des antimétabolites interfèrent avec la réplication de l'ADN, entraînant des cassures double brin et des aberrations chromosomiques [11-13]. La classe de chimiothérapie anticancéreuse ciblée sur les microtubules ne devrait pas avoir d'impact direct sur la mutagenèse, bien que le paclitaxel ait été décrit comme affectant la réparation de l'ADN en perturbant le trafic des protéines de réparation de l'ADN [14].

En résumé, alors que les effets génotoxiques ont été mesurés indirectement pour la plupart des médicaments cytotoxiques, les données séquentielles de mutagénicité ne sont disponibles que pour le cisplatine, à partir d'un modèle d'invertébré [8]. Pour acquérir des données fiables sur la mutagénicité génomique, nous avons effectué un séquençage du génome entier sur des cellules en culture traitées avec des représentants de chaque grande catégorie de chimiothérapie anticancéreuse. Chacun des agents cytotoxiques choisis (tableau 1) a donné un résultat positif au test d'Ames ou au test umu bactérien associé [15–19]. HPRT une mutagenèse a été rapportée pour le cisplatine, le cyclophosphamide, la doxorubicine et l'étoposide [20–23], mais absente pour l'hydroxyurée [24]. Nous avons cherché à déterminer la pertinence de ces résultats pour la mutagenèse génomique dans les cellules de vertébrés. De telles études n'ont pas été réalisées auparavant, mais une preuve de concept est fournie par un rapport récent sur l'effet génomique de trois mutagènes environnementaux dans des clones de fibroblastes embryonnaires de souris séquencés [25] ainsi que des études antérieures utilisant le séquençage de l'exome entier [25]. 26-28]. Le principal avantage des données obtenues sur le spectre mutagène sera la capacité d'utiliser des séquences du génome du cancer pour déterminer si les médicaments mutagènes ont contribué au développement de la tumeur, et nous en fournissons un exemple important dans la réversion des mutations génétiques oncogènes. La lignée cellulaire de lymphoblastome de poulet DT40 a été choisie pour les traitements pour les raisons suivantes : (1) la taille du génome est d'environ un tiers par rapport au génome humain (2) cette lignée cellulaire a été très largement utilisée pour les études de réparation de l'ADN et elle modélise les mammifères Bien réparer l'ADN [29] et (3) la disponibilité d'une large gamme de lignées cellulaires mutantes isogéniques de réparation de l'ADN permettra de futures comparaisons sur l'influence des facteurs de réparation individuels sur la mutagenèse. Cette analyse génomique détaillée de plusieurs clones cellulaires post-traitement fournit l'étude la plus complète du potentiel mutagène des cytotoxiques couramment utilisés en médecine anticancéreuse.


Résultats

Les niveaux d'expression des ARNm ER, PR et HER2 prédisent les sous-types de cancer du sein

Nous avons caractérisé des altérations génétiques dans 51 tumeurs du sein et 46 lignées cellulaires de cancer du sein. Nous avons entrepris d'étudier les trois grands sous-types définis par la pratique clinique actuelle : les échantillons avec HER2 amplifié ou surexprimé ont été affectés au sous-type HER2 + les échantillons négatifs HER2 exprimant ER ou PR ont été affectés au sous-type ER + /PR + et d'autres échantillons ont été affectés au sous-type triple négatif. Ces sous-types sont déterminés à l'aide d'un algorithme simple avec une base biologique claire, et leur pertinence pour le pronostic et le traitement est bien établie.

Le statut ER, PR et HER2 est généralement déterminé en pratique clinique par immunohistochimie ou fluorescence in situ l'hybridation, mais les résultats de ces approches n'étaient disponibles que pour une fraction des échantillons de tumeur dans cette étude (voir Matériels et méthodes et Tableau supplémentaire S1). Nous avons donc développé des classificateurs de régression logistique pour le statut ER et PR en utilisant des données de microarray pour le ESR1 et RPG gènes. Les données de puces à ADN pour ces gènes prédisaient très bien le statut de marqueur déterminé par le pathologiste (Fig. supplémentaire S1) avec des taux d'erreur dans l'ensemble de données d'entraînement de 12 sur 143 pour ER et 32 ​​sur 142 pour PR. Pour déduire le statut HER2, nous avons identifié des échantillons avec des gains de copie au locus ERBB2 ou une surexpression d'ARNm (voir Matériels et méthodes et Fig. supplémentaire S1). Ces procédures ont été utilisées pour attribuer 51 tumeurs du sein à trois sous-types (8 HER2 + , 26 ER + /PR + , 17 triple négatif). L'attribution des tumeurs aux cinq sous-types principaux définis par les données d'expression génique (26) a donné des résultats similaires (tableau supplémentaire S1). Aucun de nos échantillons n'a été affecté au sous-type d'expression génique de type normal et un seul a été affecté au sous-type B luminal. Notre échantillon est donc insuffisant pour étudier ces sous-types supplémentaires.

Application des classificateurs basés sur l'ARNm et le nombre de copies aux lignées cellulaires du cancer du sein assignées 15 lignes comme HER2 +, 12 comme ER + /PR + et 19 comme triple négatif. Nos travaux sont en bon accord avec l'étude récente de Neve et al. (27), qui a classé toutes nos lignées cellulaires triples négatives comme basales et toutes nos lignées cellulaires ER + /PR + sauf une comme luminales. Les résultats des tumeurs mammaires et des lignées cellulaires ont indiqué que les niveaux d'expression de ESR1 et RPG sont de bons substituts pour le statut ER et PR.

Les tumeurs mammaires HER2 + et triple-négatives présentent une plus grande instabilité du nombre de copies

Pour comprendre si l'instabilité génomique globale diffère entre les sous-types de cancer du sein, nous avons d'abord examiné les fréquences globales des altérations du nombre de copies dans les tumeurs (Fig. 1A). Les fractions du génome présentant des gains de copie diffèrent significativement entre les sous-types (P < 0,05, lorsqu'un seuil de gain de nombre de copies ≥2,8 copies est pris en compte). Les tumeurs triples négatives ont les fréquences les plus élevées de gains modestes. Cependant, les tumeurs HER2 + ont les fréquences les plus élevées de gains de haut niveau, qui incluent des amplifications focales. Cette tendance ne s'explique pas simplement par la ERBB2 amplicon sur le chromosome 17 car les mêmes différences entre les sous-types sont observées lorsque le chromosome 17 est exclu de la considération (Fig. 1B). Les mêmes différences de sous-types ont été observées dans les lignées cellulaires (données non présentées). Nous n'avons pas trouvé de différence statistiquement significative dans les fréquences de perte du nombre de copies entre les sous-types.

Associations entre les sous-types et les fréquences d'altérations génétiques à l'échelle du génome. UNE et B. La fraction moyenne du génome présentant des gains, incluant et excluant le chromosome 17, respectivement, car différents seuils pour le gain de copie sont considérés en triple négatif (rouge), HER2 + (vert), et ER + /PR + (bleu) échantillons. C. Box plot de la signature d'instabilité chromosomique (CIN25) par sous-type. Carter et al. (28) ont estimé l'aneuploïdie d'échantillons de cancer individuels en quantifiant dans quelle mesure les gènes de la même région chromosomique ont des niveaux d'expression d'ARNm coordonnés. La signature CIN25 est constituée de gènes dont l'expression est corrélée à cette mesure d'aneuploïdie. Des valeurs élevées de CIN25 sont associées à de mauvais résultats dans plusieurs types de tumeurs.

Pour caractériser davantage les différences d'instabilité génomique entre les sous-types de tumeurs, nous avons utilisé une signature d'expression génique qui reflète l'instabilité chromosomique et est associée à de mauvais résultats dans plusieurs types de cancer (28). Nous avons testé si la signature est la même dans les trois sous-types. Nous avons constaté que les tumeurs triple-négatives et HER2 + ont une expression plus élevée de la signature d'instabilité que les tumeurs ER + /PR + (P = 0,005 figure 1C). Ceci est cohérent avec les différences de sous-type dans les fréquences de gains du nombre de copies et également avec le plus mauvais pronostic associé aux cancers HER2 + et triple-négatifs (8-10).

Modifications du nombre de copies associées aux sous-types de cancer du sein

En plus des modèles globaux d'altération du nombre de copies, nous avons entrepris d'identifier des régions spécifiques d'altération du nombre de copies associées aux sous-types et aux gènes fonctionnellement importants dans ces régions. La figure 2 montre les fréquences des gains et des pertes pour les différents sous-types tels que mesurés dans les tumeurs avec les puces à polymorphisme mononucléotidique (SNP) Affymetrix 500k. Nous avons observé quelques différences de fréquences entre les sous-types similaires à celles décrites dans les études récentes (par exemple, pertes sur 5q en triple négatif, gains sur 10p en triple négatif et HER2+, gains sur 11q13 en ER + /PR + réfs. 22-24) . Nous avons également observé quelques différences supplémentaires (par exemple, des pertes sur 6q en ER + /PR + , des gains en 17q21 et 17q23 en ER + /PR + et HER2 + , des pertes sur 15p en triple négatif).

Gains et pertes à l'échelle du génome des tumeurs du sein par sous-type. Les graphiques montrent des gains supérieurs à X (fréquence multipliée par la magnitude) et les pertes en dessous de la X axe (fréquence) en triple négatif (UNE), HER2 + (B), et ER + /PR + (C) sous-types. Flèches, régions de gains associés au sous-type, astérisques, régions de pertes associées au sous-type. Ces régions ont été sélectionnées sur la base des données tumorales uniquement, sans tenir compte de la réplication dans les lignées cellulaires.

Différentes fréquences d'altération du nombre de copies dans une région peuvent se produire par hasard et peuvent être caractéristiques d'un ensemble d'échantillons mais non observées dans d'autres. Nous avons cherché à identifier des régions qui étaient à la fois statistiquement significativement associées aux sous-types et observées dans deux ensembles d'échantillons indépendants. Nous avons d'abord identifié les régions chromosomiques avec des gains ou des pertes récurrents (>2,5 copies ou <1,6 copies dans au moins 10 % des échantillons de tumeurs) avec des différences de fréquence de gain ou de perte entre les sous-types de tumeurs. Nous avons ensuite validé ces régions dans les données d'un ensemble indépendant de 47 lignées cellulaires de cancer du sein. Un total de sept régions chromosomiques a montré une association cohérente dans les deux ensembles d'échantillons (tableau 1 figure 3).

Régions d'altération du nombre de copies associées au sous-type dans deux ensembles d'échantillons indépendants

Numéro de copie dans les régions associées au sous-type. Bleu, pertes rouges, gains. Les intervalles génomiques systématiquement associés au sous-type dans les tumeurs et les lignées cellulaires ont été identifiés. Les intervalles physiquement adjacents avec le même schéma d'association de sous-types ont été fusionnés pour former les sept régions représentées. Le nombre moyen de copies des intervalles fusionnés est indiqué par la couleur : bleu, pertes rouge, gains.

Gènes pilotes candidats pour les régions associées aux sous-types

Une région récurrente d'altération du nombre de copies s'étend généralement sur plusieurs gènes. L'identification avec confiance des gènes moteurs (gènes fonctionnellement impliqués dans la tumorigenèse) nécessite généralement une expérimentation approfondie. Nous avons donc développé une stratégie informatique pour identifier les gènes pilotes candidats pour le suivi expérimental sur la base de trois hypothèses : , que les gènes conducteurs subissent des altérations marquées de l'expression des gènes en raison du changement du nombre de copies et troisièmement, que les changements dans l'expression des gènes conducteurs peuvent être associés à de mauvais résultats cliniques. Ces trois hypothèses ne sont pas toutes valables pour chaque gène moteur, mais la combinaison des preuves des trois peut identifier des candidats.

Dans l'amplicon HER2, par exemple, ERBB2 se trouve au point le plus amplifié, est surexprimé lors de l'amplification et est associé à une occurrence accrue de métastases à distance dans l'étude de van't Veer et al. (réf. 29 fig. 4A). Un autre gène dans l'amplicon, GRB7, répond également à ces critères. C'est peut-être simplement à cause de sa proximité avec ERBB2, mais des études d'interférence ARN suggèrent que GRB7 peut également contribuer à la prolifération des cellules cancéreuses du sein (30).

Identification de gènes pilotes candidats. UNE. Région de 35 Mbp du chromosome 17. B. Chromosome 17 région de 45 Mb. C. Chromosome 17 région de 55 Mb. RÉ. Chromosome 11 région de 70 Mb. Haut, gain de copie résumé (rouge) et les emplacements des gènes associés aux métastases à distance à P < 0.05 (bleu). Les lignes pointillées définissent la région focale dans laquelle le nombre de copies a été associé au sous-type et dans laquelle les gènes pilotes ont été recherchés. En bas, −log10 transformé P valeurs reflétant une expression génique accrue lors de l'amplification. Gènes passant le P seuil de valeur (0,05) sont étiquetés.

L'application de la même procédure à d'autres régions de gain de copie identifie d'autres oncogènes candidats. Dans l'amplicon autour de 45 Mbp sur le chromosome 17q21 (Fig. 4B), qui est associé aux sous-types ER + /PR + et HER2 +, il existe un seul gène qui remplit les trois critères : MYST2, qui code pour une histone acétyltransférase (HBO1) qui a été impliquée dans la régulation de la synthèse de l'ADN et dans la signalisation des récepteurs d'hormones stéroïdes (31-34). Dans l'amplicon autour de 55 Mbp (17q23), PPM1D est le seul gène répondant aux trois critères, bien qu'il ne soit pas fortement étayé par des preuves individuelles. Les gènes TMEM49 et RPS6KB1 (codant la kinase ribosomale p70 S6) sont également situés sous le pic de cette amplification, et leurs niveaux d'expression sont fortement associés à l'altération du nombre de copies dans la région (Fig. 4C). Le pic d'amplification autour de 70 Mbp sur le chromosome 11q13, également associé aux sous-types ER + /PR + et HER2 +, ne contient aucun gène associé à la récidive (Fig. 4D). Le statut du gène conducteur est souvent attribué à CCND1 (codant la cycline D1), qui a considérablement augmenté l'expression dans les échantillons amplifiés, ainsi que les gènes voisins ORAOV1, FADD, et PPFIA1. Dans la région autour de 35 Mbp sur le chromosome 14q13, qui est associé au sous-type ER + /PR +, seuls FOXA1 a une expression élevée dans les tumeurs avec un nombre de copies accru (Fig. supplémentaire S2A).

Pour les régions de délétion/perte, l'amplitude ou la fréquence de l'altération n'apporte pas autant d'informations que dans les régions de gain de copie car il y a au plus deux chromosomes à perdre et les délétions sont généralement larges. L'identification des candidats repose donc principalement sur l'association de l'expression génique avec la perte du nombre de copies et le résultat clinique (Fig. S2B et C supplémentaires). Ces deux éléments de preuve appuient les candidats ARHGAP18, HDAC2, et NCOA7 en délétions autour de 116 Mbp sur le chromosome 6q (associé au sous-type ER + /PR +). La délétion située autour de 80 Mb sur le chromosome 5q13-14 (associée aux sous-types HER2+ et triple-négatif) contient un seul gène étayé par deux éléments de preuve : RASA1, qui code pour la protéine p120GAP activant la RAS GTPase.

MYST2 Stimule la croissance des cellules du cancer du sein

Nous avons sélectionné le gène pilote candidat MYST2 (également connu sous le nom de HBO1) pour une étude plus approfondie car il a des preuves à l'appui particulièrement solides dans notre analyse. MYST2 est nécessaire à la croissance dans les cellules 293T (31) mais n'est pas un oncogène établi. Surexpression de MYST2 (Fig. supplémentaire S4) a considérablement amélioré la croissance indépendante de l'ancrage des cellules cancéreuses du sein MCF7 (Fig. 5A et B) et SKBR3 (Fig. 5C et D). Des études antérieures sur des cellules MCF7, qui ont un gain de nombre de copies modeste dans cette région, ont également montré que le knockdown médié par siRNA de MYST2 altère considérablement la prolifération cellulaire et bloque la progression à travers la phase S du cycle cellulaire par rapport au traitement par siRNA témoin (31). Ensemble, les observations qui MYST2 knockdown bloque la prolifération et que MYST2 la surexpression peut déplacer les lignées cellulaires vers un état plus transformé, étaye l'hypothèse selon laquelle il s'agit de l'oncogène entraînant l'amplification autour de 45 Mbp sur le chromosome 17.

MYST2 la surexpression améliore la formation de colonies dans la gélose molle. UNE. Colonies MCF7. Rangée du haut, cellules transfectées avec le vecteur d'expression MYST2 rangée du bas, cellules transfectées avec le vecteur de contrôle. C. colonies SKBR3. Colonnes de gauche et du centre, cellules transfectées avec le vecteur d'expression MYST2, colonne de droite, cellules transfectées avec le vecteur de contrôle. B et RÉ. Box plots représentant le nombre de colonies dans MCF7 et SKBR3, respectivement.

Association de la perte de PTEN et des mutations somatiques avec les sous-types de cancer du sein

Nous avons séquencé un panel de gènes avec des mutations cancérigènes bien caractérisées dans la collection de lignées cellulaires, et nous avons évalué les mutations que nous avons trouvées et publié des données de mutation pour une association avec des sous-types de cancer du sein (tableau 2). Nous avons observé les fréquences globales de mutation suivantes : 73 % (TP53), 34% (PIK3CA), 11%(RB1), 9% (PTEN), 7% (CDKN2A), 5% (BRAF), 2% (KRAS) et 2% (SIRH). Ceux-ci sont généralement très similaires à ceux rapportés dans la base de données COSMIC (35). TP53, cependant, a un taux de mutation plus faible dans COSMIC (54 %), de sorte que notre collection de lignées cellulaires peut avoir des caractéristiques différentes des 80 échantillons de carcinome du sein qui ont actuellement des données dans COSMIC. Nous n'avons pas vu de preuves que les mutations dans TP53, PTEN, ou CDKN2A sont associés à des sous-types spécifiques de cancer du sein. PIK3CA les mutations étaient enrichies dans les sous-types ER + /PR + et HER2 +, ce qui est cohérent avec les rapports précédents (17), bien que cet enrichissement ne soit pas statistiquement significatif.

Mutations d'acides aminés et perte de protéines PTEN dans les lignées cellulaires du cancer du sein

Les quatre mutations dans BRAF, KRAS, et SIRH étaient dans des échantillons triples négatifs. Cela suggère une association entre des mutations dans la voie RAS/RAF/protéine kinase activée par un mitogène/kinase kinase régulée par le signal extracellulaire/kinase régulée par le signal extracellulaire et le sous-type triple négatif (P = 0,05). Une lignée cellulaire triple-négative supplémentaire (CAL-51) a également été rapportée comme hébergeant une mutation oncogène activatrice chez un membre de la famille RAS (36, 37).

Il a déjà été rapporté que la perte de PTEN était associée à un statut ER et PR négatif (15, 17, 38). Mutation et suppression au PTEN locus sont des substituts imparfaits de la perte de protéine PTEN (15, 27), nous avons donc évalué l'association entre PTEN et les sous-types dans les lignées cellulaires par Western blot. Nous avons observé une perte de PTEN dans 59 % (10 sur 17) des échantillons triples négatifs, mais seulement dans 17 % (2 sur 12) des échantillons ER + /PR + et 8 % (1 sur 13) des échantillons HER2 + (P = 0,002). La signature d'instabilité chromosomique était plus élevée dans les échantillons avec perte de PTEN que dans ceux sans perte, bien que cette différence ne soit pas statistiquement significative (P > 0,05 données non affichées).

Les quatre mutations dans RB1 ont été trouvés dans des échantillons triple-négatifs, et nous avons constaté que la perte de la fonction de la protéine du rétinoblastome (RB) est associée au sous-type triple-négatif (P = 0,006). L'inactivation de RB a été examinée plus avant dans les 51 échantillons de tumeurs mammaires en utilisant une signature d'expression de 59 gènes reflétant la dérégulation de RB (39, 40). Cette signature était significativement plus élevée dans le sous-type triple négatif que dans les sous-types HER2 + et ER + /PR + (P = 0,002, fig. 6). De plus, la signature d'instabilité chromosomique était plus élevée dans les échantillons avec mutation RB1 que dans ceux sans (P = 0,01 données non affichées).

La dérégulation de la voie RB est associée au sous-type triple négatif. Le score de signature RB, reflétant une dérégulation de la voie, est résumé dans une boîte à moustaches par sous-type.


Routes de la métastase

Les tumeurs peuvent se propager à des organes distants de trois manières principales :

  1. Par le système circulatoire (sang) (hématogène)
  2. Par le système lymphatique
  3. À travers la paroi corporelle dans les cavités abdominale et thoracique (transcœlomique).

Le système circulatoire est la principale voie de propagation vers des organes distants, tandis que les vaisseaux lymphatiques fournissent une voie vers les ganglions lymphatiques locaux , après quoi les métastases se déplacent souvent dans le sang 4 Alors que le système circulatoire semble être la voie la plus courante, l'étendue de la propagation hématogène semble dépendre de l'origine et de la localisation de la tumeur primaire.6 Par exemple, les tumeurs des os et des tissus mous (sarcomes) se propagent principalement par le sang, tandis que les mélanomes, les tumeurs du sein, des poumons et gastro-intestinaux se propagent par le système lymphatique.7 Transcoelomique la propagation est assez rare et semble être limitée aux mésothéliomes et aux carcinomes de l'ovaire.8

Pour que les cellules tumorales aient accès aux vaisseaux lymphatiques ou sanguins, les tumeurs doivent favoriser la croissance de ces vaisseaux dans et autour de la tumeur. La croissance des vaisseaux sanguins est appelée angiogenèse et la croissance des vaisseaux lymphatiques est la lymphangiogenèse.

Le système lymphatique
Le système lymphatique joue un rôle important dans le contrôle du mouvement des fluides dans tout le corps. Plus précisément, le système lymphatique contrôle le flux de la lymphe, un fluide incolore contenant de l'oxygène, des protéines, du sucre (glucose) et des lymphocytes (cyte=cellule). Il existe des similitudes et des différences entre le système circulatoire (plus connu) et le système lymphatique.

Les petits vaisseaux lymphatiques se fondent dans les plus gros et ces gros vaisseaux finissent par se vider dans les ganglions lymphatiques. Les ganglions lymphatiques sont des tissus en forme de haricot qui se trouvent en grappes ressemblant à du raisin à plusieurs endroits du corps. Les ganglions lymphatiques sont des sites d'activation du système immunitaire et de prolifération (croissance) des cellules immunitaires. Le fluide de ce vaste réseau circule dans tout le corps, un peu comme l'approvisionnement en sang. C'est le mouvement des cellules cancéreuses dans le système lymphatique, en particulier les ganglions lymphatiques, qui est utilisé dans la détection de la maladie métastatique. La stadification du cancer est discutée plus en détail dans la section Diagnostic et détection.

Le modèle anatomique
Dans le modèle anatomique des métastases, les tumeurs secondaires surviennent dans les organes qu'elles rencontrent en premier lors de leur dissémination à partir de la tumeur primaire. This scenario appears to occur in regional metastases, where tumor cells gain access to nearby tissue or lymph nodes through the blood or lymphatic circulation. 9 For example, liver metastasis is a major occurrence in patients with colorectal cancer. In this case, the capillary bed of the liver is the first encountered by the tumor cells after leaving the colon, and the liver seems to provide a suitable environment for the growth of these secondary tumors. 3 However, metastasis to distant organs occurs through a different mechanism (see next section).

The Seed and Soil Hypothesis
Early cancer researchers noticed a propensity for certain cancers to metastasize to the same organ. In 1889 Stephen Paget observed that patients with breast cancer often developed secondary tumors in the liver. He considered it unlikely that this occurrence was due primarily to accessibility of the liver by the blood supply, as other organs receiving equivalent blood supply rarely developed metastases. He instead developed the "Seed and Soil" hypothesis, in which certain tumor cells (the seeds) can only successfully colonize selective organs (the soil) that have suitable growth environments 10

The current view of the Seed and Soil Hypothesis consists of three important concepts.

  1. Primary tumors and their metastases consist of genetically diverse tumor and host cells (for more on the role of the host cells in cancer, see the section on Tumor Microenvironment).
  2. Metastasis selects for cells that can succeed in all phases of the metastatic process. In essence, a successful metastatic cell must be a decathalete: good in all the events, and not just one or two.
  3. Metastases generally develop in a site specific way. Because the microenvironments (the soil) of each organ is different, individual cancer cells may be able to colonize one specific organ.9

At the heart of the Seed and Soil hypothesis is the idea that successful metastasis depends on the interaction of the metastasizing tumor cells with the cells of the target organ (the stroma, or tumor microenvironment). Not only must tumor cells must be able to produire factors that alter the stromal cells in such a way as to better serve the survival and growth of the tumor, but the environment in which the cancer cell finds itself must be capable of responding to those signals. If the cancer cell finds itself in an inhospitable soil (i.e. it cannot subvert the stroma to serve its needs), successful metastsis will be impossible. 4

Recent studies examining the profile of genes expressed in tumors that metastasis to specific organs have identified specific genetic signatures of these tumors. For example, genes that mediate the metastasis of breast cancer to bone are different than those that mediate metastasis to the lung. In essence, different sets of genes allow tumor cells to specifically interact with the stromal cells of the target organ. These findings may lead to therapeutic strategies to target the metastatic properties of tumors.11


Targeting receptor tyrosine kinases

Members of the EGF receptor family have proved important potential targets for anti-cancer drugs, and several inhibitors have been approved or are in clinical trials. They include the monclonal antibody Herceptin (trastuzumab), which targets the receptor Her, and small-molecule inhibitors. Gary Pestano (Ventana Medical Systems, Tucson, USA) discussed the evaluation of tissue-derived diagnostic phosphorylated biomarkers in the EGF receptor pathway and presented the company's experiences with biomarker validation in the context of colorectal cancer progression. Upward and downward trends of various markers were documented as colorectal tumors underwent local and then distal metastasis. He presented a case study in which biomarker levels measured by the company's proprietary technology revealed a poor prognosis phenotype in a colorectal tumor of a Ventana employee, enabling the patient to elect to have adjuvant combination chemotherapy following radiation and colostomy.

Janet Dancey (National Cancer Institute, NIH, Bethesda, USA) described outcomes in clinical trials of EGF receptor inhibitors. Her receptors, which bind the EGF-like growth factor heregulin, were inhibited using either antibodies that target the extracellular portion of the receptor, or small molecules that target one or more kinase domains, or antisense oligonucleotides intended to suppress expression of a specific Her-family gene. Differences were observed in the toxicity and efficacy of antibodies versus small molecules that can be explained, at least in part, in terms of differences in mechanism of action, off-target activity, and pharmacokinetic behavior in vivo. Single-agent treatment of EGF receptor inhibitors (antibodies or small-molecule inhibitors) gave modest objective responses in lung, brain, head and neck, ovarian, esophageal, liver, and colon cancers. Studies of antibodies or small-molecule inhibitors in combination with cytotoxic chemotherapy or radiation have demonstrated survival benefits in some cases. Many additional randomized controlled trials are under way, and a clearer view of the utility of numerous single-agent and combination approaches to EGF-receptor-targeted therapy should emerge within the next two to three years.

Many cancer patients have mutations of EGF receptor genes, and Daniel Haber (Massachusetts General Hospital and Harvard Medical School, Boston, USA) presented analyses of the impact of EGF receptor mutations on individual sensitivity and resistance to tyrosine-kinase inhibitors. Opening with an anecdotal report of a Boston woman apparently cured of lung cancer with gefitinib, a small-molecule tyrosine-kinase inhibitor that has proved of very limited efficacy in most people, his presentation focused on studies of patients and model systems aimed at understanding why some patients respond to therapy with gefitinib and others do not. Most of the patients (40-80%) responding to small-molecule inhibitors of EGF receptor kinase domains exhibit kinase-activating mutations or gene amplification. In contrast, patients lacking mutations or amplification respond only rarely (10-15%). When compared with signaling by wild-type EGF receptors, signaling by mutant EGF receptors increases phosphorylation of the kinase Akt and the transcription factor Stat5 and downregulates Erk. Exposure of cells bearing mutant receptors to clinically achievable concentrations of small-molecule inhibitors of EGF receptors leads to apoptosis. Significantly higher drug concentrations are required to produce apoptosis in the context of the wild-type receptor. Regrettably, approximately half of the patients responding well to the small-molecule inhibitors do so for only a short time (3-6 months), after which relapse occurs, because the kinase domain has developed a drug-resistance mutation - Thr790Met, which is analogous to the imatinib-resistant Thr315Ile mutation in Bcr-Abl.

Mark Sliwkowski (Genentech, South San Francisco, USA) is examining the EGF receptor family with a view to designing new antibodies that target the receptor Her2, the target Herceptin. High-resolution X-ray crystallographic structures have provided detailed insights into Her2 heterodimerization and Her2-antibody interactions. These structures suggest alternative epitopes for targeting with novel antibodies. The Her2 sheddase (Mmp15, a membrane-linked metalloprotease) is responsible for cleavage of the extracellular component of the receptor, and Sliwkowski also described how resistance to Herceptin may be correlated with Mmp15 cleavage activity, which yields an activated, truncated form of the receptor lacking the epitope recognized by Herceptin. This hypothesis is currently being evaluated. Enzyme-kinetic analyses of Her2 with mutations in the kinase domain have explained the increased sensitivity of tumors bearing these mutant receptors to small-molecule inhibitors compared with tumors bearing a non-mutant receptor. These results suggest that high doses of small-molecule inhibitors will be crucial for treating patients with tumors driven to proliferate by non-mutant Her2.

Flt3 is a receptor tyrosine kinase that is important in leukocyte development and is being targeted as a possible treatment for AML. Donald Small (Johns Hopkins University School of Medicine, Baltimore, USA) described studies on Flt3 in AML patients. Individuals carrying the internal tandem duplication mutation in FLT3 have considerably poorer responses to conventional induction chemotherapy with cytarabine and daunarubicin (the so-called 7+3 therapy) and correspondingly poor prognoses. Recent advances in preclinical characterization and clinical studies of Flt3 inhibitors were described in detail. The responses of patients with the internal tandem duplication mutation to therapy with a single Flt3 inhibitor are critically dependent on the blood levels of the drug. Current clinical studies on Flt3 inhibitors focus on relapsed AML patients who are receiving either high-dose cytarabine or a combination of mitoxantrone, etoposide and cytarabine. Ultimately, the best prospects for such inhibitors are likely to be in the setting of 7+3 induction chemotherapy for newly diagnosed AML patients with the Flt3 internal tandem duplication mutation.


Conclusions and perspectives

The advent of CRISPR technology has revolutionized the biological sciences and provided cancer biologists with a powerful gene-editing method that can alter the genetic make-up of cells in unprecedented ways. Indeed, promising results have been achieved in diverse disciplines, from basic research to the development of potential therapies against cancer, congenital defects, and other chronic diseases. Many challenges associated with CRISPR technology still exist, mainly in clinical use associated with delivery and safety. 69 Improved strategies will be required to increase the targeting efficiency and to minimize off-target effects. Ensuring that CRISPR/Cas9 has precise genome-editing ability is also important. Following CRISPR/Cas9 mediated DSBs, DNA repair can be achieved by either the “error-prone NHEJ” or “precise repair through HDR” in the genome. In an effort to promote HDR over NHEJ, a study by Maruyama et al. used the NHEJ inhibitor Scr7 and observed that Scr7 treatment did indeed increase the levels of HDR-mediated genome editing over NHEJ. 70 In addition to concerns regarding off-target effects, considerations regarding the immune response to CRISPR-mediated gene-editing must also be considered. The Cas9 protein is bacterial in origin and thus might elicit an immune response, which could in turn affect its gene-editing efficiency. Also, the exogenous sgRNAs may be cleared by immune cells like monocytes and macrophages. 71 The delivery approach for CRISPR/Cas9 thus depends upon the objective as well as the target. Transient expression of the sgRNA and the Cas9 protein through microinjection might be safer than other non-viral or viral delivery methods. Viral delivery has the highest efficiency for the expression of the Cas9 protein and sgRNA, but comes with risks. During one in vivo study, the lentivirus particles elicited a strong immune response in treated animals, which affected the efficacy of the lentiviral vector. 72 Another issue with lentiviral delivery is also the possibility that the lentiviral vector could randomly integrate into the cellular genome. To overcome this issue, integrase-deficient lentiviral vectors, nanoparticle carriers, or an inducible system could be used for delivery of CRISPR/Cas9.

The prohibitively high costs for CAR T-cell therapy have made this treatment unavailable to a large section of society. CAR T-cell therapy offered by Novartis, the first approved by the FDA, costs $475,000 per treatment however, further advances in CRISPR technology might help reduce costs and make CAR T-cell therapy available to more patients. So far, the majority of CRISPR clinical trials are being conducted in China. A recent article in the Wall Street Journal suggested that this may be due to the fact that fewer rules and restrictions exist in China. Indeed, Dr. Shixiu Wu from the Hangzhou Cancer Hospital, who was featured in the article, 73 has been able to use CRISPR technology-based treatments on his cancer patients, without the need for national regulatory approval and has few reporting requirements. Many scientists worry that the technology has the potential to harm patients and that unintended consequences from using CRISPR on patients without sufficient oversight could hinder progress in the whole field. Dr. Wu recognized that he was undertaking risks in using CRISPR-based treatments for his cancer patients, but was considering their limited available survival time. The thought is that being able to live for additional time is better than imminent death. Persistent post-treatment monitoring of patients could help to eliminate or treat any unwanted consequences. Indeed, treatment-related observations could potentially save many lives of those who are on the brink of death.

We need consider the limitation as seriously as the potential benefits of this technology. A new human trial, in which the team took a crash course in bioethics and created CRISPR babies, brought the ethical issues and controversies into the public. One hundred and twenty-two Chinese scientists and many other scientists worldwide have already condemned the trial. How to use this powerful without overstepping the ethical bottom line is a serious question that needs careful consideration. We might expect more positive reports from clinical trials as well as the development of improved approaches that will bring new hope for personalized therapy.


Notes de bas de page

Declaration of Conflicting Interests: The author(s) declared no potential conflicts of interest with respect to the research, authorship, and/or publication of this article.

Le financement: The author(s) received the following financial support for the research, authorship, and/or publication of this article: Patrick C. Ma received research support from Daiichi Sankyo Inc. and ArQule Inc. in sponsored clinical trial funding and has received consultant honoraria as an advisory board member.


Voir la vidéo: Eemilin päivä Hyvinkään sairaalassa (Décembre 2021).