Diplôme Claire Oudin - EPHE

MINISTERE DE LA JEUNESSE, DE L'EDUCATION NATIONALE
ET DE LA RECHERCHE
ECOLE PRATIQUE DES HAUTES ETUDES
Sciences de la Vie et de la Terre
MEMOIRE
Présenté par
Claire OUDIN
Pour l'obtention du diplôme de l'Ecole Pratique des Hautes Etudes
Rôle de l’instabilité génétique dans la tumorigenèse mammaire et
dans la réponse aux traitements par chimiothérapie première
de cancers du sein localement avancés
Soutenu le 19 janvier 2006 Devant le jury suivant :
Andràs PALDI Président
Ali BETTAIEB Rapporteur
Jean Marc RIEDINGER Examinateur
Sarab LIZARD-NACOL Examinateur
Laboratoire EPHE : Laboratoire d'Immunologie et Immunothérapie des cancers
Faculté de Médecine et de Pharmacie
21000 Dijon
Directeur : M Jean François JEANNIN
jean-françois.jeannin@ubourgogne.fr
Laboratoire de Laboratoire de Génétique Moléculaire
recherche : Centre Georges-François Leclerc – Unité INSERM 517
21079 Dijon
Directeur : Mme Sarab LIZARD-NACOL
slizard@dijon.fnclcc.fr
ECOLE PRATIQUE DES HAUTES ETUDES
SCIENCES DE LA VIE ET DE LA TERRE
EPHE Banque de Monographies SVT 1

Rôle de l’instabilité génétique dans la tumorigenèse mammaire et
dans la réponse aux traitements par chimiothérapie première
de cancers du sein localement avancés
Claire OUDIN
Soutenu le 19 janvier 2006
Le cancer du sein est caractérisé par une instabilité génétique importante impliquée dans la
transformation et la progression tumorale mais également dans l’apparition de résistance à la
chimiothérapie. Ce sont sur ces deux axes de recherche que porte cette étude.
L’instabilité génétique est déterminée par PCR-analyse de fragments (Abi Prism 310) au niveau
de 15 loci de microsatellites. L’ensemble des résultats de populations de tumeurs bénignes,
précancéreuses, préinvasives et localement avancées (LA) a permis d’établir un début de chronologie
dans l’apparition des différentes altérations survenant dans le cancer du sein. L’altération précoce par
LOH (Loss of heterozygosity) suivie de mutations de gènes clé comme P53 seraient à l’origine de la
progression tumorale mammaire. Par ailleurs certains loci seraient spécifiquement impliqués dans la
transition des lésions précancéreuses en préinvasives (11q23, 17q21 et Xq13) ou dans la transition des
lésions préinvasives en lésions invasives (6q27-25.2, 10p11.2).
L’importance des LOH et leur précocité d’apparition nous ont conduit à rechercher leur origine
par l’analyse, sur macroarrays, de l’expression de 96 gènes de réparation dans deux groupes de
tumeurs, avec ou sans LOH. Les résultats montrent que la voie de réparation par excision de bases
constituerait le phénomène majeur d’apparition des LOH caractérisées par des délétions interstitielles.
Ces délétions sont mises en évidence au niveau de la région 3p par analyse de fragments et au niveau
du gène BRCA1 par quantification génique (Applied Biosystems 7300).
L’implication prédictive des LOH est évaluée pour les tumeurs LA traitées par chimiothérapie
première. La comparaison avec les données cliniques montre que la présence de LOH au D8S256 est
associée de façon significative à une bonne réponse histologique (p=0,048) pour un traitement
associant Taxotère et Epirubicine. Par ailleurs, l’absence de LOH en D3S1300, est significativement
associée à une bonne réponse clinique (p=0,0289) au traitement comprenant une association 5-
Fluorouracile/Epirubicine/Cyclophosphamide.
La valeur pronostique des LOH est mise en évidence par les relations significatives de D3S1514
et D3S1244 avec des survies sans maladie (p=0,044 et 0,057, respectivement) et globales (p=0,007 et
0,01, respectivement) défavorables.
Ces résultats permettent de progresser dans la compréhension de la tumorigenèse et des
mécanismes à l’origine des LOH. De plus, la mise en évidence de facteurs prédictif et pronostique
pourrait être utilisée en clinique afin d’adapter au mieux les traitements.
MOTS-CLES : Tumorigenèse mammaire, instabilité génétique, pertes d’allèles, chimiothérapie
première, cancers du sein localement avancés, BRCA1.
AVANT-PROPOS
INTRODUCTION
Table des matières
EPHE Banque de Monographies SVT 2
5
6

I] Le cancer du
sein..................................................................................................................... 5
1)
Epidémiologie
...........................................................................................................................................................................
6
1-1) Les facteurs de risque
génétiques................................................................................................................................. 6
1-2) Les facteurs de risque hormonaux...............................................................................................................................
7
2) Dépistage et
diagnostique.................................................................................................................................................. 7
3)
Traitements
................................................................................................................................................................................
8
3-1) La résistance aux traitements.......................................................................................................................................
10
4)
Classification
..........................................................................................................................................................................
11
II] Les différents types de lésions
mammaires.............................................................. 12
1) Lésions
bénignes
.................................................................................................................................................................. 12
2) Lésions
précancéreuses
.................................................................................................................................................... 13
3) Lésions
préinvasives
.......................................................................................................................................................... 13
4) Tumeurs
invasives..............................................................................................................................................................
14
III] Génétique du cancer du
sein....................................................................................... 14
1) Anomalies
Chromosomiques........................................................................................................................................ 15
2) Anomalies au niveau
nucléotidique.......................................................................................................................... 16
2-1) Activation des
Oncogènes............................................................................................................................................. 16
a. Les facteurs de
croissance............................................................................................................................................. 16
b. Les récepteurs trans-membranaires de facteurs de croissance...................................................................... 16
c. Les protéines G membranaires liant le GTP.......................................................................................................... 17
EPHE Banque de Monographies SVT 3

d. Les protéines à activité nucléaire...............................................................................................................................
18
2-2) Inactivation des gènes suppresseurs de tumeur................................................................................................... 18
a.
P53 :
......................................................................................................................................................................................... 19
b.
BRCA1 :................................................................................................................................................................................
21
IV] Inactivation des gènes de réparation des lésions de l’ADN....................... 26
1) Système
BER
.........................................................................................................................................................................
26
2) Système
NER
.........................................................................................................................................................................
28
2-1)
TCR..........................................................................................................................................................................................
29
2-2)
GGR.........................................................................................................................................................................................
29
3) Système
MMR
....................................................................................................................................................................... 29
4) Réparation des cassures double
brin...................................................................................................................... 30
4-1) Mécanismes
d’apparition............................................................................................................................................... 30
4-2) Mécanismes de
réparation............................................................................................................................................. 31
a. Mécanismes dépendants de l’homologie................................................................................................................ 31
b. Mécanismes indépendants de l’homologie............................................................................................................ 34
4-3) CDB et instabilité
génétique......................................................................................................................................... 35
BIBIOGRAPHIE
37
ADN : Acide Déoxyribo Nucléotidique
ADNc : ADN complémentaire
ABREVIATIONS
EPHE Banque de Monographies SVT 4

ADR : Adriamycine
AP : Apurique / Apyrimidique
ARN : Acide Ribonucléique
ATM : Ataxia Telangiectasia Mutated
ATR : Ataxia Telangiectasia and RAD3 related
BARD1 : BRCA1 Associated RIND Domain 1
BASC : BRCA1-Associated Genome Surveillance Complex
BER : Base Excision Repair
BET : Bromure d’Ethidium
BIR : Break Induced Replication
BRCA1 / BRCA2 : Breast Cancer 1 et 2
BRCT : BRCA C-terminal
CCIS : Carcinome intra-Canalaire In Situ
CDB : Cassure double brin
CDDP : Cis DichloroDiamino Platinium
CDH3 : Cadherine 3
CDK : Cyclines Dependant Kinases
c-Erbb2 : Epidermal receptor for breast carcinoma
CLIS : Carcinome Lobulaire In Situ
CSA/CSB : Cockayne Syndrome A et B
Ct : Cycle seuil (Cycle Threshold)
DO : Densité Optique
Dox : Doxorubicine
DSBR : Double Strand Break Repair
EDTA : Acide Ethyléne-Diamine-Tétracétique
EGF(R) : Epithélial Growth Factor (Receptor)
ERCC : Excision Repair Cross Complementation
FAL : Fractional Allelic Loss
F-FAL : Faible FAL
FGF : Fibroblast Growth Factor
GST : Glutathion S-Transferase
HDAC : Histone Deacetylase
HER : Human Epidermal Growth Factor Receptor
H-FAL : Haute FAL
HRP : Horseradish Peroxidase
JNK/SAPK : c-Jun N-terminal Kinase/Stress Activated Protein Kinase
KDa : Kilo Dalton
LOH : Loss Of Heterozygosity
MDM2 : Mouse Double Minute 2 (P53 binding protein)
M-FAL : Moyenne FAL
MIN : Microsatellite INstability
MMR : MisMatch Repair
NBS1 : Nigmegen Breakage Syndrome 1
NER : Nucleotide Excision Repair
Neu : Neuroblastome
NHEJ : Non Homologue End Joining
NLS : Nuclear Localisation Signal
NRG1 : Neuregulin 1
ORF : Open reading Frame
Pb : Paire de bases
PCNA : Proliferating Cell Nuclear Antigen
PCR : Polymerase Chain Reaction
PTEN : Phosphatase and Tensin homologu
Qsp : Quantité suffisante pour
Rb : Retinoblastome
RFC : Replication Factor C
RH : Recombinaison Homologue
ROS : Reactive Oxygen Species
RPA : Replication Protein A
RT : Reverse Transcription
EPHE Banque de Monographies SVT 5

SDS : Sodium Dodecyl Sulfate
SDSA : Synthesis Dependant Stand Annealing
SNP : Single Nucleotide Polymorphism
SSA : Single Stand Annealing
SSM : Survie Sans Maladie
TBP : Tata Binding Protein
TCR : Transcription Coupled Repair
Tm : melting Temperature
TNM : Tumor Node Metastasis
VBL : Vinblastine
VHL : Von Hippel Lindau
XP : Xeroderma Pigmentosum
XRCC : X-ray Repair Cross-Complementation 1
Le cancer en général et celui du sein en particulier est caractérisé par une instabilité génétique
importante incluant de fréquents balancements alléliques qui résultent d’amplifications de gènes et/ou
de pertes d’allèles appelées LOH pour Loss Of Heterozygosity. Ces altérations contribuent à la grande
hétérogénéité des cancers du sein d’un point de vue génétique, histologique, biochimique et clinique.
C’est en partie pour cette raison qu’à l’heure actuelle aucun modèle de progression tumorale
mammaire n’a pu être établi.
La première partie de ce travail a pour objectif d’étudier l’instabilité génétique au niveau de
différentes populations de cancer du sein, de stades plus ou moins avancés, à la recherche de
marqueurs spécifiques d’un stade tumoral donné. Cette recherche vise également à établir un début de
chronologie au niveau des altérations génétiques survenant dans le cancer du sein et conduisant à son
initiation ainsi qu’à sa progression. Cette instabilité mesurée par analyse de fragments est déterminée
par électrophorèse capillaire.
Les LOH, altérations génétiques les plus fréquentes dans le cancer du sein, sont attribuées aux
lésions de l’ADN non ou mal réparées. Afin de lier leur présence à l’expression des gènes impliqués
dans un mécanisme de réparation donné, des membranes d’hybridation contenant les différentes
familles de gènes impliquées dans la stabilité génétique, sont analysées sur des tumeurs avec et sans
LOH. Une étude par quantification génique est également réalisée sur des échantillons présentant des
LOH au niveau du locus de BRCA1 afin de mieux comprendre les mécanismes à l’origine des pertes
d’allèles dans les cancers du sein.
L’instabilité génétique, décrite comme le moteur principal de la progression tumorale, est
également associée à l’apparition de résistance au traitement. Cette relation est recherchée dans une
seconde partie, tout d’abord par l’analyse de couples de lignées cellulaires sensibles et résistantes à
différentes drogues de chimiothérapie. Une analyse plus précise du gène BRCA1 est par ailleurs
réalisée dans ces lignées cellulaires. En effet, une baisse d’expression de ce gène a été associée à la
progression tumorale mammaire. Des anomalies d’expression ont été également impliquées dans la
réponse à la chimiothérapie. L’expression de ce gène est analysée par RT-PCR quantitative utilisant la
chimie Taqman.
Les profils allèliques, obtenus sur des populations de cancers du sein localement avancés, avant
et après chimiothérapie première sont par ailleurs comparés. Une recherche de corrélation entre la
présence de LOH et les données cliniques des patientes est effectuée afin de préciser l’impact que
peuvent jouer les LOH dans l’apparition de résistances et également de déterminer si ces altérations
pourraient constituer des facteurs prédictifs de réponse à la chimiothérapie.
EPHE Banque de Monographies SVT 6

1) Epidémiologie
Le cancer du sein est le premier cancer féminin dans la communauté européenne avec environ
320 000 nouveaux cas par an soit 31% de tous les cancers (Dumitrescu et Cotarla 2005). Son
incidence a fortement augmenté ces deux dernières décennies (2% par an) posant des problèmes
majeurs de santé publique (Oudard et al. 1997). Cette incidence augmente par ailleurs rapidement
avec l’âge : elle est très faible avant 25 ans avec moins de 10 nouveaux cas / 100 000 femmes,
augmente de plus de 100 fois à 45 ans (Dumitrescu et Cotarla 2005) et atteint un maximum entre 65 et
75 ans (Berlie 1996). La mortalité liée au cancer du sein a diminué au cours des 10-15 dernières
années.
Une femme sur 15 développe un cancer du sein au cours de sa vie. Ce type de cancer prédomine
dans les pays industrialisés de l’hémisphère nord où le régime alimentaire est riche en graisse et la
fécondité est faible et contrôlée. Divers facteurs, génétiques, hormonaux ou encore environnementaux
contribuent à son initiation et à son développement et sont responsables de risques plus ou moins
élevés.
1-1) Les facteurs de risque génétiques
Parmi ces facteurs de risque, l’histoire familiale de cancer du sein apparaît comme un
déterminant majeur (Feunteun 1999 ; Blackwood et Weber 1998). Certaines femmes sont, de part leur
constitution génétique fortement prédisposées à développer un cancer du sein. On estime que 5 à 10%
des cancers du sein se développent chez des femmes porteuses de mutations constitutionnelles au
niveau de gènes de prédisposition au cancer du sein, on parle alors de cancers du sein héréditaires ou
familiaux. Il s’agit d’une maladie génétiquement et cliniquement très hétérogène dans laquelle
différents gènes de susceptibilité ont été identifiés tels que BRCA1 et BRCA2 (Breast cancer 1 et 2).
Les mutations germinales au niveau de BRCA1 et 2 sont responsables de la majorité des cancers
du sein héréditaires. Jusqu’à présent, plus de 300 mutations ont été identifiées sur BRCA1 et plus de
100 sur BRCA2. Trois sont fréquemment retrouvées dans les populations juives askenaz : 185 del AG
et 5382 ins C pour BRCA1 et 6174 del T pour BRCA2 avec une prévalence de 2 à 2,5% dans cette
population contre 0,1% dans la population générale (Blackwood et Weber 1998). Les mutations de
BRCA1 et 2 sont associées à un risque très augmenté de développer un cancer du sein (50 – 85%)
et/ou de l’ovaire (15 – 45%) (Hedenfalk et al. 2001). La chirurgie prophylactique est proposée chez
des femmes ménopausées ayant de tels risques. Il est ainsi possible de diminuer de 90% le risque de
cancer après mastectomie bilatérale chez des porteurs de mutations au niveau de BRCA1
ou 2.
Cette susceptibilité aux cancers du sein familiaux est transmise selon un mode autosomique
dominant avec une forte pénétrance (Lakhani et al. 1998). Ils sont caractérisés par un âge peu élevé au
moment du diagnostique (

Par ailleurs, diverses pathologies sont associées à ces cancers du sein héréditaires comme le
syndrome de Li-fraumeni, l’ataxie telangectasie ou la maladie de Cowden (Sobol et al. 1992).
1-2) Les facteurs de risque hormonaux
Les hormones stéroïdes représentent également un facteur de risque. En effet, les œstrogènes
favorisent la prolifération tumorale mammaire entraînant alors une augmentation du nombre de
division cellulaire. Cette augmentation est responsable d’un risque accru d’accumulation d’altérations
génétiques aléatoires pouvant conduire à l’émergence d’un phénotype malin (Tjonneland et al. 2004).
Ainsi, une imprégnation durable et/ou prolongée aux oestrogènes conduit à un doublement du risque
de cancer du sein. L’hyperoestrogènie est favorisée par une puberté précoce (55 ans), l’absence de grossesse (nulliparité) ou une première grossesse tardive (Hilakivi-
Clarke 2000).
La prise d’un traitement oestroprogestatif contraceptif n’augmenterait pas le risque de cancers du
sein (Davidson et al. 2002 ; Marchbanks et al. 2002). En revanche, le traitement hormonal de
substitution qui fait l’objet de nombreuses controverses, augmenterait le risque de manière
significative. Ce traitement est donc fortement déconseillé en cas d’antécédents personnels de cancer
du sein ou pour des femmes présentant un risque élevé de développer ce type de cancer (Humphrie et
Gill 2003).
2) Dépistage et diagnostique
Les données épidémiologiques suffisent pour expliquer la nécessité d’un dépistage de masse. Le
but du dépistage du cancer du sein est de poser le diagnostic de cancer le plus tôt possible quand la
tumeur est petite et localisée dans le sein (c’est à dire en absence d’envahissement ganglionnaire). Il
existe deux grands moyens de dépistage : le dépistage clinique et la mammographie :
- Le dépistage clinique annuel est pratiqué par le médecin traitant. Un auto examen -auto
palpation - des seins peut également être effectué par la patiente, celui-ci permet de mettre en
évidence des cancers de plus petite taille et de stade moins avancé.
- La mammographie est le seul examen reconnu comme test de dépistage par l’organisation
mondiale de la santé (OMS). Cet examen très sensible et très spécifique est, pour des raisons de coût,
limité aux femmes à risque. Il est ainsi pratiqué tous les deux ans chez les femmes de 40 à 70 ans.
La mammographie est également un outil diagnostique qui complète l’examen clinique en
permettant de caractériser la tumeur. Elle permet par exemple de préciser son diamètre, sa mobilité ou
encore la présence de calcifications.
D’autres outils diagnostiques peuvent également être utilisés comme l’échographie surtout
indiquée chez la femme jeune où la densité mammaire rend difficile l’interprétation de la
mammographie ou encore la scintigraphie et la résonance magnétique, examens complémentaires à la
mammographie. Finalement, la caractérisation cytologique et anatomo-pathologique de la tumeur
permet d’affiner le diagnostic en dosant par exemple les récepteurs hormonaux. La prévention et le
dépistage permettent de sauver des milliers de vies en effet, plus la prise en charge est précoce, plus
les chances de guérison sont élevées. Il est donc impératif d’être suivi régulièrement et de pratiquer
des dépistages réguliers.
3) Traitements
EPHE Banque de Monographies SVT 8

Divers traitements sont possibles, ceux-ci sont choisis en fonction des caractéristiques
tumorales :
- Les traitements chirurgicaux. Parmi eux, la tumorectomie qui est en principe décidée
quand la tumeur est petite (moins de 3 cm), elle permet de préserver la forme du sein d’où
l’importance d’un diagnostic très précoce. En principe, la tumorectomie sera suivie d’une
radiothérapie permettant d’éviter le risque de récidive. La mastectomie, c’est à dire l’ablation du sein
peut être décidée dans certains cas, celle-ci est généralement complétée, lors de la même séance
opératoire par une chirurgie de reconstruction redonnant la forme et le volume mammaire.
- La radiothérapie transcutanée peut être utilisée comme traitement unique de la tumeur et
des aires ganglionnaires remplaçant alors l’acte chirurgical ou comme complément en radiothérapie
préopératoire et/ou postopératoire.
- La chimiothérapie a deux indications principales. Elle peut être utilisée en situation
néoadjuvante c'est-à-dire en préopératoire de façon à limiter le processus tumoral avant l’acte
chirurgical ou en situation adjuvante en complément de la chirurgie ou de la radiothérapie.
Différentes drogues sont fréquemment utilisées dans le traitement du cancer du sein, celles-ci
appartiennent à quatre grandes familles :
à Les intercalants
La doxorubicine, encore appelé adriamycine, appartient à la famille des anthracyclines. Elle est
très utilisée dans le traitement du cancer du sein. Il s’agit d’un antibiotique naturel, produit par une
souche de levure du type Streptomyces, capable de s’intercaler dans l’ADN pour lequel elle a une
forte affinité. Son mode d’action principal est l’inhibition de l’ADN Topo-isomérase II, enzyme
chargée de réguler la structure dans l’espace de l’ADN en y provoquant des coupures qu’elle répare
ensuite. En bloquant le complexe enzyme/ADN à un stade clivable, cet agent cytotoxique entraîne des
coupures de l’ADN qui sont responsables de sa cytotoxicité. La doxorubicine provoque également la
formation de radicaux libres oxygénés toxiques dans certaines structures membranaires de la cellule
(Cappelaere 1992).
à Les alkylants
Ces substances possèdent des groupements alkyles hautement réactifs ayant une forte affinité
pour l’ADN avec lequel elles vont interagir directement en établissant des liaisons covalentes. Elles
inhibent ainsi la transcription et la réplication de l’ADN aboutissant à l’arrêt de la multiplication
cellulaire, principalement dans les tissus à activité mitotique élevée. Ces anticancéreux comme le
cyclophosphamide libèrent également des radicaux libres entraînant des cassures de la chaîne d’ADN.
Les sels de platine, comme le cisplatine (CDDP : Cis DichloroDiamino Platinium) ont un double
mécanisme d’action et agissent à la fois comme alkylants et comme intercalants de l’ADN.
à Les anti-métabolites
Il s’agit d’analogues structuraux des bases puriques et pyrimidiques qui vont empêcher la
EPHE Banque de Monographies SVT 9

multiplication cellulaire en intervenant dans la synthèse de l’ADN à la place de la base normale.
Dans cette famille on trouve par exemple le 5 Fluoro Uracile (5-Fu) un analogue fluoré de
l’Uracile qui est un des plus ancien anti-mitotique utilisé en clinique humaine. Il agit par inhibition de
la synthèse de l’ADN en s’y incorporant mais également en inhibant la thymidilate synthase
indispensable à la synthèse de la thymidine.
à Les poisons du fuseau mitotique (vinca-alcaloïdes ; taxanes)
Les vinca-alcaloïdes sont des antimitotiques extraits des feuilles de la Pervenche rose de
Madagascar (vinca rosea). Ils inhibent la polymérisation de la tubuline et désorganisent le réseau
microtubulaire lors de la mitose. Ils agissent également sur la synthèse des acides nucléiques, celles
des phospholipides et des protéines.
Deux différentes drogues appartiennent à la familles des taxanes : le paclitaxel (taxolâ) et le
docétaxel (taxotéreâ). Le paclitaxel a été isolé en 1971 à partir de l'écorce de l'if du Pacifique (Taxus
brevifolia) par Wani et Wall. Il possède un mécanisme d'action particulier puisque contrairement à la
plupart des produits anticancéreux, il n'a pas d'action directe sur la synthèse de l'ADN et agit en
augmentant la polymérisation de la tubuline en microtubules et en empêchant sa dépolymérisation.
Ainsi le paclitaxel bloque les cellules lors des phases G2 et M du cycle cellulaire, celles-ci sont alors
incapables de former un fuseau mitotique normal. Ce poison du fuseau mitotique s'avère
particulièrement efficace dans les cancers du sein avancés ou devenus chimiorésistants.
Le docétaxel est extrait des aiguilles de l’If et il possède le même mode d’action que le
paclitaxel. Seule une différence de toxicité est observée entre ces deux molécules. Le docétaxel
présente en effet une toxicité moins importante que le paclitaxel.
- L’hormonothérapie a été le premier traitement médical du cancer du sein dont le
développement et la progression sont fortement influencés par les effets des œstrogènes et des antiœstrogènes.
Elle agit en modifiant la sécrétion d'hormones ou en bloquant leur action, entravant ainsi
la prolifération des cellules tumorales hormodépendantes. Différents produits actifs sont utilisés dans
le cas du cancer du sein. Parmi eux le tamoxifène qui agit par compétition en empêchant les
œstrogènes de se fixer sur leurs récepteurs. Des inhibiteurs d’aromatases sont également utilisés, ils
agissent en empêchant la production des œstrogènes.
3-1) La résistance aux traitements
De fréquentes résistances se développent suite aux traitements essentiellement par
chimiothérapie. La base polygénique et multifactorielle du cancer du sein confère à chaque tumeur un
phénotype et un potentiel évolutif propre. Cette hétérogénéité est la raison majeure des échecs
thérapeutiques.
Le mécanisme de résistance le mieux identifié est lié à la présence d’une glycoprotéine
membranaire, la glycoprotéine P (P-gp), qui chasse hors des cellules tumorales certaines drogues.
Cette protéine est responsable du phénotype MDR : « MultiDrug Resistance » associé à la résistance à
la doxorubicine, aux vinca-alcaloïdes ou encore au docétaxel. Outre ce mécanisme, la résistance est
liée à la grande instabilité des tumeurs mammaires qui accumulent de nombreuses altérations
EPHE Banque de Monographies SVT 10

génétiques : mutations, amplifications de gènes, aneuploïdies ou pertes d’allèles par exemple. Ainsi,
dans le cancer du sein, l’altération de l’oncogène P53 a été associée à la résistance aux vincaalcaloïdes
et sensibilise au contraire les cellules au paclitaxel (Zhang et al.1999), la sur-expression de
c-Erbb2 est associée à une résistance au CDDP, paclitaxel et docétaxel (Yu et al. 2000). BRCA1
apparaît comme ayant un rôle régulateur dans la réponse aux agents chimiothérapeutiques qui reste
toutefois à déterminer (Egawa et al. 2001 et 2003 ; Kennedy et al. 2004). Des défauts dans les voies
de réparation des dommages de l’ADN ont également été associés à la résistance dans les cancers
humains (Fedier et al. 2001).
4) Classification
L’évolution du cancer du sein est très variable et jusqu'à ce jour, aucun lien de filiation n’a été
établi entre les différents types de cancers du sein dont le stade peut cependant être évalué par
différents systèmes de classification basés sur des aspects cliniques, pathologiques et histologiques. La
plus connue est la classification TNM qui repose sur trois paramètres :
¨ La taille de la tumeur (Tumor)
¨ Le statut des ganglions lymphatiques (Node)
¨ La présence de métastases (Metastasis)
La classification TNM peut donner lieu à des groupements par stades allant de I à IV en
fonction de l’agressivité des tumeurs :
- Stade I : T1N0M1
- Stade IIA : T0N1, T1N1 avec M0
- Stade IIB : T2N0, T2N1, T3N0 avec M0
- Stade IIIA : T0N2, T1N2, T2N2, T3N1, T3N2 avec M0
- Stade IIIB : T4, tout N, M0 / tout T, N3, M0
- Stade IV : Tous T, Tous N et M1
Cette classification doit être complétée :
· Par l’état histologique des ganglions axillaires après curage axillaire et anatomo-pathologie :
- N- : absence d’envahissement ganglionnaire
- N+ : présence d’un envahissement ganglionnaire
· Par le grade histopronostique de Scarff-Bloom-Richardson (SBR), fondé sur le degré de
différenciation de la tumeur, le pléiomorphisme de ses noyaux et l’activité mitotique. Chaque élément
est coté de 1 à 3. La somme va donc de 3 à 9 et permet d’établir un classement en 3 catégories : SBR
I (3, 4, 5), SBR II (6,7) et DBR III (8,9).
· Par des critères d’évolutivité clinique, établit par l’institut Gustave-Roussy en 1969, définis par
4 stades de « poussée évolutive » (PEV) :
- PEV 0 : absence de modification récente de la taille tumorale
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- PEV 1 : doublement du volume en moins de 6 mois
- PEV 2 : signes inflammatoires limités au voisinage de la tumeur
- PEV 3 : mastite carcinomateuse
La glande mammaire est constituée de 10 à 15 canaux galactophores appelés conduits lactifères
(Ductus lactiferi) qui débouchent vers l’extérieur par un pore mamelonnaire après une dilatation
appelée sinus lactifère.
Le tiers du tissu mammaire se compose de tissu adipeux et de tissu conjonctif dans lesquels
circulent des vaisseaux sanguins (artères mammaires interne et externe) et lymphatiques. Les deux
tiers restant se composent de canaux et de lobules qui sont le point d’origine de la plupart des
maladies mammaires qu’elles soient bénignes ou malignes.
1) Lésions bénignes
Deux principaux types de lésions mammaires bénignes sont distingués :
- Les états fibrokystiques parmi lesquels on trouve notamment des kystes de taille variée
(distension sphérique d’un ductile terminal par du liquide de sécrétion sous tension), de la fibrose
dense et non inflammatoire ou de l’adenose. Ces états sont caractérisés par un remodelage et une
désorganisation des unités terminales, ils sont liés à un déséquilibre d’origine hormonal entre les
structures épithéliales (ductiles terminaux) et conjonctives spécialisées (manteau). Ces maladies
fibrokystiques sont fréquentes et s’observent surtout entre 35 et 55 ans, elles sont plutôt rares avant 25
ans ou après la ménopause. Ces lésions n’accroissent généralement pas le risque de cancer et se
guérissent bien (par simple ponction dans le cas des kystes).
- Le fibroadénome (ou adénofibrome) constitue la tumeur bénigne de référence. Il se défini
comme une lésion bien circonscrite et individualisée comportant une prolifération à la fois épithéliale
et conjonctive. Très fréquent, il est le plus souvent observé entre 20 et 35 ans. Il peut être multiple ou
bilatéral dans 10 à 20% des cas, sa croissance s’arrête généralement lorsqu’il atteint 2-3 cm. Il ne
récidive pas après exérèse, par définition ne métastase pas et comporte un risque nul ou très faible de
cancer ultérieur.
2) Lésions précancéreuses
Cette catégorie comprend les hyperplasies qui résultent de la multiplication désordonnée et plus
ou moins importante des couches de cellules épithéliales à tous les niveaux de l’arbre galactophorique
pouvant aller jusqu’à combler les lumières et dilater les tubes. On distingue deux types d’hyperplasies,
les typiques et les atypiques. Dans l’hyperplasie typique, les cellules impliquées sont normales alors
que dans l’hyperplasie atypique, l’aspect des cellules et leur agencement se situent entre celui de
l’hyperplasie typique et celui du carcinome in situ. Dans ce dernier cas, il existe un risque de
transformation à terme en carcinome in situ.
3) Lésions préinvasives
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Les carcinomes in situ représentent un des premiers stades de cancer du sein. Deux sortes
peuvent être distinguées selon qu’ils se développent au niveau des lobules ou plus souvent au niveau
des canaux de la glande mammaire :
- Le carcinome intra-canalaire in situ (CCIS) est défini comme un carcinome des
galactophores n’infiltrant pas le tissu conjonctif, il ne franchit pas la lame basale. Il s’agit d’une forme
de plus en plus fréquente, en raison des campagnes de dépistage. 20 à 60% des tumeurs biopsiées
après mammographie sont des CCIS.
- Le carcinome lobulaire in situ (CLIS) est lui défini comme un carcinome intéressant les
canalicules intra-lobulaires qui sont comblées et distendues par une prolifération de cellules peu
jointives sans envahissement du tissu conjonctif voisin. Il est considéré d’un plus mauvais pronostic
que les CCIS.
Non traitées, ces formes non palpables de cancer du sein peuvent évoluer vers un carcinome
infiltrant.
4) Tumeurs invasives
Les tumeurs malignes initialement localisées tendent à infiltrer et à détruire les tissus adjacents.
Les cellules malignes essaiment à distance du foyer initial (tumeur primitive) via les vaisseaux
lymphatiques et/ou sanguins par des phénomènes d’invasion microscopique de la membrane basale
qui font passer la tumeur d’un état de carcinome in situ à un état de carcinome invasif.
On distingue les carcinomes infiltrants canalaires majoritaires (75%), lobulaires (5 à 10%) et
quelque formes plus rares comme la maladie de Paget. L’évolution de ce type de cancer est dominée
par le risque d’apparition de métastases (tumeurs secondaires). Les sites métastatiques les plus
fréquents dans le cancer du sein sont l’os, le foie, les poumons (et la plèvre), la peau et le cerveau
(Oudard 1997).
Il est actuellement admis que la transformation d’une cellule épithéliale mammaire en une
population de cellules tumorales passe par une accumulation d’altérations génétiques. Ces altérations
conduisent au dysfonctionnement de nombreux gènes ayant un rôle important dans la régulation de la
prolifération et la différenciation, la transmission des signaux, le contrôle du cycle cellulaire et
l’apoptose.
Le dérèglement de ces gènes est associé à une grande instabilité génétique, caractéristique
essentielle des cellules cancéreuses. Cette instabilité génétique peut survenir soit au niveau
chromosomique soit au niveau nucléotidique (Langauer et al. 1998).
1) Anomalies Chromosomiques
Ces anomalies appelées CIN (Chromosomique INstability) se caractérisent par de fréquentes
aneuploïdies, résultant d’une mauvaise ségrégation chromosomique au moment de la mitose et
aboutissant à des pertes ou à des gains de chromosomes entiers, des remaniements chromosomiques
(translocation) ou par des insertions ou délétion de portions de chromosomes. Dans le cancer du sein,
la caractérisation de CIN récurrente est délicate au vu de la grande hétérogénéité de ce type de cancer.
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Cependant, le cancer du sein est caractérisé par de nombreuses aneuploïdies avec des gains de
chromosomes beaucoup plus fréquents que des pertes (Xie et al. 2002).
Certaines CIN particulières ont été mises en évidence, c’est le cas par exemple de la délétion
chromosomique der (1 ; 16)(q10 ; p10) aboutissant à la perte du bras long du chromosome 16 par
fusion des chromosomes 1 et 16 près de leur centromère. Cette délétion a pour conséquence la perte de
fonction normale du gène CDH3, codant pour la E-cadhérine. Par ailleurs, un point de cassure au
niveau du gène NRG1 codant pour la neuregulin 1 (8p21-12), survient dans 6% des cancers du sein
principalement de grade élevé (Huang et al. 2004). Finalement, une translocation réciproque t(3 ; 20) a
été mise en évidence au niveau du gène FHIT (Fragile HIstidine Triad) localisé en 3p14.2 et connu
pour intervenir dans le contrôle du cycle cellulaire et de l’apoptose (Popovici et al. 2002).
2) Anomalies au niveau nucléotidique
Ces altérations résultent de différents mécanismes, il peut s’agir de mutations somatiques
ponctuelles telles que des délétions, insertions, duplications ou substitutions de quelques nucléotides
ou des amplifications géniques. Il existe dans le génome des points dit « chauds » de mutations qui
sont fréquemment altérés, c’est le cas par exemple des régions riches en îlots CpG ou des régions de
séquences répétées comme les microsatellites. Certaines mutations peuvent également survenir au
niveau des gènes et ainsi modifier leur fonctionnement normal.
Trois grandes familles de gènes peuvent êtres altérées : les oncogènes, les gènes suppresseurs de
tumeur et les gènes de réparation des lésions de l’ADN (Bieche et al. 1997).
2-1) Activation des Oncogènes
L’activation des proto-oncogènes cellulaires en oncogènes a été le premier mécanisme identifié
de l’oncogenèse chez l’homme (Frebourg 1998). Il s’agit de gènes cellulaires susceptibles de devenir
par suite de modifications qualitatives ou quantitatives (mutations ponctuelles, délétions,
amplifications géniques, dérégulation d’expression…), des gènes transformants c’est à dire capables
de conférer le phénotype cancéreux à une cellule normale eucaryote. Cette transformation se fait selon
un mode dominant puisqu’il suffit qu’un seul allèle du gène soit activé pour qu’il y ait un effet positif
sur la prolifération cellulaire. Les oncogènes sont répartis en six grandes classes en fonction des
oncoprotéines pour lesquels ils codent. Par ailleurs, 3 d’entre eux, les proto-oncogènes Myc, c-Erbb2
et CCND1 semblent avoir un rôle particulièrement important dans la carcinogenèse mammaire
puisqu’ils sont trouvés amplifiés dans plus de 15% des tumeurs mammaires (Bièche et al.1997).
a. Les facteurs de croissance
Par exemple les proto-oncogènes v-int.1 et v-int.2 codant pour des protéines de la famille FGF
(Fibroblast Growth Factor). Ces facteurs sont des polypeptides de poids moléculaire peu élevé (6 à
30 KDa) qui ont des rôles variés à travers l’activation de leur récepteur par fixation cellulaire
spécifique. Ils agissent de façon paracrine ou autocrine et régulent la croissance et les fonctions
cellulaires : maintien de la viabilité cellulaire, stimulation de la multiplication et de la différenciation
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cellulaire.
b. Les récepteurs trans-membranaires de facteurs de croissance
Les récepteurs de facteurs de croissance sont des glycoprotéines transmembranaires générant des
signaux intracellulaires d’action suite à la fixation de leur facteur de croissance spécifique au niveau
de leur domaine de liaison extracellulaire. L’activation des récepteurs peut entraîner des réponses
physiologiques très variées suivant le type cellulaire et le récepteur. Par exemple le proto-oncogène
HER-2, situé en 17q21 ; il appartient à la famille des récepteurs de facteurs de croissance à activité
tyrosine kinase qui est constituée de 4 récepteurs transmembranaires HER 1 à 4. HER2, également
appelé c-erbb2/neu code pour le récepteur de l’EGF (EGF-R : Epithelial Growth Factor Receptor),
une glycoprotéine de 185 KDa constituée de 1255 acides aminés. Il s’agit d’un récepteur particulier
qui ne possède pas de ligand spécifique. Il existe sous forme de monomères inactifs activés par
autoclivage de leurs domaines extracellulaires ou par dimérisation avec d’autres récepteurs HER
(Casalini et al. 2004). Il génère alors une cascade complexe de signalisation intracellulaire impliquant
de nombreuses protéines intermédiaires comme ras et conduisant à une croissance et à une
différenciation cellulaire accrue en conditions physiologiques. Une sur-expression de la protéine
HER2, le plus souvent liée à une sur-expression du gène, est détectée dans 20 à 30% des cancers du
sein invasifs et dans 60 à 70% des cancers canalaires in situ (Cornez 2000). Cette sur-expression est
corrélée à un mauvais pronostic, à la réponse aux traitements (sensibilité aux anthracycliness et
résistance à l’hormonothérapie), à l’apparition de récidives à distance (Champéme et al. 1995) ainsi
qu’à l’agressivité tumorale (Ménard et al. 2003).
Un anticorps humanisé ciblant spécifiquement HER2, l’Herceptine (Trastusamab) a récemment
été développé et a montré un bénéfice de survie chez les patientes présentant un cancer du sein
métastatique sur-exprimant fortement HER2 (Stebbing et al. 2000). L’évaluation du statut de HER2
est donc réalisée en routine afin d’optimaliser le traitement du cancer du sein.
c. Les protéines G membranaires liant le GTP
Il s’agit de protéines intermédiaires entre les récepteurs et les effecteurs intra cellulaires, comme
les facteurs de transcription de l’ADN. Celles-ci exercent un contrôle important dans la transmission
du signal de la membrane plasmique au noyau des cellules.
La plus étudiée des protéines G est la protéine ras. Cette protéine de 21 KDa (aussi appelée
P21RAS ) est produite par le proto-oncogène ras.
Elle existe sous deux formes : une forme active liée au GTP et une forme inactive liée au GDP.
Des mutations du gène ras sont observées dans 90% des cancers du pancréas, 50% des cancers du
colon et de la thyroïde et 5% des cancers du sein. L’altération de ras ne jouerait donc pas un rôle
important dans le développement des cancers mammaires. Cependant, plusieurs facteurs de croissance,
dont les signaux sont transmis par l’intermédiaire de la voie ras, sont surexprimés dans les cancers du
sein suggérant l’activation de la voie ras par des mécanismes en amont (Von Lintig et al. 2000).
d. Les protéines à activité nucléaire
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Les proto-oncogènes c-myc et CCND1 font partie de cette famille. Les gènes myc regroupent 3
différents membres : C-myc, N-myc et L-myc, seul c-myc est altéré dans le cancer du sein. Ce proto-
oncogène situé en 8q24 donne 3 transcrits différents c-myc1, c-myc2 et c-mycS. La forme principale
c-myc2, dont parle la majorité des études, code pour une phosphoprotéine nucléaire de 62 KDa,
facteur de transcription ayant un rôle dans le cycle cellulaire, la différenciation des cellules et
l’apoptose. En situation physiologique, son rôle principal est de promouvoir la réplication cellulaire en
engageant les cellules quiescentes dans le cycle cellulaire en réponse à différents signaux extra
cellulaires. C-myc est amplifié dans 15,5% des tumeurs mammaires et ceci à tous les stades de la
progression tumorale. La protéine c-myc est également surexprimée dans 50 à 100% des cas de cancer
du sein et a été associée à l’agressivité tumorale (Liao et Dickson 2000).
Le proto-oncogène CCND1, situé en 11q13, code pour une protéine appartenant à la famille des
cyclines : la cycline D1 qui joue un rôle important dans la progression du cycle cellulaire à travers la
jonction G1/S ainsi que dans le développement rétinien normal en formant des complexes avec
différentes CDK (Cyclines dependant kinases) essentiellement les CDK4 et 6. Le gène CCND1 est
amplifié dans 20% des cancers du sein et la cycline D1 est surexprimée dans 50% des cas. La surexpression
de ce gène est associée à un mauvais pronostic (Barnes et Gilett 1998) et l’amplification
de la région 11q13 aurait par ailleurs un rôle important dans les phénomènes de récidive locale
(Champéme et al. 1995).
2-2) Inactivation des gènes suppresseurs de tumeur
Dans les cellules normales, ces gènes inhibent la croissance cellulaire de part leur capacité à
réguler négativement le cycle cellulaire et l’apoptose. On parle également d’anti-oncogènes puisque
leur effet est opposé à celui des oncogènes.
C’est donc du balancement entre les produits de ces deux familles dont va dépendre le maintien
d’une cellule à un état quiescent, sa différenciation, la poursuite du cycle cellulaire ou son orientation
vers l’apoptose.
Les gènes suppresseurs de tumeurs agissent de façon récessive puisque leur inactivation
nécessite l’altération des deux allèles. La fonction de ces gènes peut être perdue suite à différents
types d’altérations moléculaires comme des mutations ponctuelles, des délétions, des insertions, des
anomalies épigénétiques telles que l’hypermethylation de promoteur à l’origine d’inhibition de la
transcription (Rice et al. 2000) ou la perte d’un allèle entier. Ce phénomène de perte d’allèle appelé
LOH pour Loss of Heterozygosity est l’altération la plus fréquente dans le cancer du sein.
Deux catégories de gènes suppresseurs de tumeur sont distinguées, les « gatekeeper » tels que
P53 et FHIT qui sont responsables du maintien de l’homéostasie cellulaire en inhibant la division
cellulaire et/ou en induisant l’apoptose, leur fonction est donc de limiter la prolifération cellulaire et
les « caretakers » tels que BRCA1, BRCA2, ATM ou RAD 51 qui sont impliqués dans le contrôle de la
stabilité génétique. Un exemple de gènes les plus impliqués dans le cancer du sein (P53 et BRCA1) est
présenté.
a. P53 :
L’altération de ce gène constitue l’événement génétique le plus fréquent dans les cancers chez
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l’homme, ce gène est en effet perdu ou muté dans environ la moitié des cas de cancers humains (May
1999 ; Hainaut 2000). Bien qu’aucune mutation spécifique ne soit trouvée, des points chauds de
mutations sont souvent identifiés dans les cancers humains. Dans le cancer du sein, le gène P53 est
altéré dans 30 à 50% des cas (May et al. 1995).
Ce gène, localisé en 17p13.1, comporte 11 exons dont le premier est non codant. Il code pour
une phosphoprotéine de 393 acides aminés localisée généralement dans le noyau cellulaire et
constituée de trois domaines fonctionnels (Kirsch et Kastan 1998) :
1) Un domaine de transactivation amino-terminal
2) Un domaine central liant l’ADN
3) Un domaine d’oligomérisation carboxi-terminal
La protéine P53 participe à diverses fonctions cellulaires telles que le contrôle du cycle
cellulaire, la réparation des lésions de l’ADN, la différenciation, la stabilité génétique, la sénescence
ou l’apoptose.
L’un de ses principaux rôles est de contrôler la réponse cellulaire aux dommages de l’ADN
(cassures simples ou doubles brins causées par exemple par des radiations ionisantes) ainsi qu’à des
signaux de stress extrêmement divers tels que l’hypoxie, la privation en facteurs de croissance,
l’hyperthermie, l’épuisement des ribonucléotides, l’activation d’oncogènes, des modifications de l’état
redox ou des changements métaboliques comme des oxydations ou alkylations de bases (May 1999 ;
Hainaut 2000).
Dans les cellules au repos, P53 est sous forme latente c’est à dire instable avec une conformation
l’empêchant de se lier avec une haute affinité aux séquences d’ADN consensus localisées dans les
régions régulatrices des gènes cibles. Les signaux de stress induisent l’activation biochimique et
l’accumulation de P53 conduisant soit à un arrêt transitoire dans la progression du cycle cellulaire,
permettant au processus de réparation d’intervenir, soit à l’induction de l’apoptose permettant
d’éliminer les cellules altérées non réparées. P53 activée régule la transcription de nombreux gènes
impliqués dans l’apoptose et/ou le contrôle du cycle cellulaire. Elle peut ainsi induire l’arrêt du cycle
cellulaire en augmentant la transcription de P21WAF1/Cip1 , un inhibiteur de CDK. Les CDK
permettent la progression du cycle cellulaire par phosphorylation de substrats spécifiques comme la
protéine Rb, l’augmentation de P21 empêche cette phosphorylation et bloque la progression du cycle
en phase G1/S (Kirsch et Kastan 1998). L’orientation des cellules vers l’apoptose passe par
l’activation d’autres gènes tels que Bax ou Apaf1. Le choix entre arrêt du cycle cellulaire ou apoptose
dépend de divers facteurs comme la présence de facteurs de survie extracellulaire, la présence d’autres
altérations oncogéniques ou d’autres facteurs de transcription, les interactions protéiques avec P53, le
type cellulaire ou encore le type et l’importance du stress cellulaire (Sionov et al. 1999).
P53 joue donc un rôle physiologique crucial comme protecteur de l’intégrité génomique en
empêchant la propagation de l’ADN endommagé. Il est ainsi souvent qualifié de « gardien du génome
cellulaire » (Sigal et al. 2000).
Les altérations de P53 sont souvent des pertes d’allèles mais P53 se distingue des autres gènes
suppresseurs de tumeurs par la fréquence exceptionnelle de mutations ponctuelles entraînant le
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emplacement d’un acide aminé par un autre (Hainaut 2000).
La majorité des mutations ponctuelles de P53 recensées dans les cancers au sein sont des
mutations faux sens identifiées dans le domaine de liaison à l’ADN. Il s’agit généralement de
mutations ponctuelles retrouvées au niveau de quatre des cinq domaines conservés au cours de
l’évolution (II à IV) entre les acides aminés 120 et 250 (Soussi 1999).
L’inactivation fonctionnelle de P53 peut également se produire suite à des liaisons avec des
oncoprotéines virales ou cellulaires comme MDM2 (Mouse double minute 2, P53 binding protein). En
effet, la dégradation de P53 est sous le contrôle de la protéine MDM2. MDM2 est le principal
régulateur des fonctions de P53, elle stimule sa dégradation protéolytique en favorisant l’addition de
résidus ubiquitine au niveau de son extrémité C-terminale, favorise le transport de P53 en dehors du
noyau et la séquestre dans le cytoplasme. Elle lie notamment le domaine N-terminal de P53 et inhibe
son activité de transactivation (Balint et al. 2001).
Les altérations de P53 jouent un rôle important dans le développement des cancers. Les cellules
tumorales ayant une P53 mutée ne sont plus capables d’assurer le maintien de l’intégrité génétique,
accumulent des mutations diverses permettant l’émergence de clones cellulaires de malignité accrue
(Soussi 1999 ; Kirsch et Kastan 1998). Les anomalies de P53 sont également responsables de
l’apparition de résistances cellulaires à la radiothérapie et à la chimiothérapie et constituent donc un
marqueur de mauvais pronostic (May 1999). L’importance des mutations du gène P53 dans le
développement tumoral est très bien illustrée dans certaines pathologies comme le syndrome de Li
Fraumeni où les individus héritent de mutations germinales de P53. Ces patients ont un risque très
élevé de développer différents types de cancers comme des cancers du sein, du cerveau ou des
hémopathies. Ces cancers se développent par ailleurs à un âge précoce.
b. BRCA1 :
Le gène BRCA1 (BReast CAncer 1) appartient également à la famille des gènes suppresseurs de
tumeur. Il joue un rôle important dans le cancer du sein puisque ses mutations sont responsables des
formes héréditaires de la maladie.
Ce gène, identifié en 1990 et cloné en 1994 (Miki et al.1994), est localisé en 17q21. Il comporte
5592 nucléotides, est long d’environ 110 Kb et comprend 24 exons dont 22 codant pour une protéine
de 1863 acides aminés. Les exons 1 et 4 sont non codant et l’exon 11, exceptionnellement grand,
contient environ 50% de la totalité de la région codante.
Ce gène de très grande taille recouvre 80 Kb d’ADN génomique, il code pour une
phosphoprotéine nucléaire de 220 KDa dont l’expression est dépendante du cycle cellulaire (Deng et
al. 2000). Différents domaines fonctionnels ont été décrits :
- 1 domaine Zinc ring finger amino-terminal impliqué dans les interactions protéinesprotéines
(Rosen et al. 2003)
- 1 domaine carboxyterminal acide : domaine d’activation transcriptionnel constitué de 2
carbones terminaux : BRCT pour BRCA C-terminal (Huyton et al. 2000).
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- 1 domaine central comportant différentes régions, telles que des séquences NLS (Nuclear
Localisation Signal) et des domaines d’interactions avec d’autres protéines telle que Rad 51.
Le gène BRCA1 est sous la dépendance de deux promoteurs a et b générant deux transcrits
distincts qui diffèrent au niveau de l’exon 1 (exon 1a et 1b). Ces deux transcrits possèdent un site
d’ouverture de traduction commun situé dans l’exon 2. Bien que leur fonction biologique ne soit pas
connue à l’heure actuelle, le maintien d’un ratio correct entre ces deux transcrits serait important pour
une fonction normale de BRCA1 (Xu et al. 1997). Ils sont exprimés dans différents tissus mais
BRCA1a est le seul à être présent au niveau du tissu mammaire et BRCA1b est présent
essentiellement au niveau du placenta (Orban et al. 2003).
Il existe par ailleurs un grand nombre de transcrits de BRCA1 issus de l’épissage alternatif. Tous
ne seraient pas fonctionnels, car certains n’ont pas conservé l’ORF (Open reading Frame) original et
beaucoup d’entre eux sont trouvés dans des échantillons tumoraux et pourraient être le résultat
d’épissage aberrant causé par l’instabilité des tumeurs.
Les principaux variants BRCA1 D11q, D9,10 et D9, 10, 11q ont un cadre de lecture préservé et
sont trouvés coexprimés avec BRCA1 dans les tissus mammaires, lymphocytaires et ovariens. Les
variants qui pourraient avoir la plus grande différence au niveau fonctionnel par rapport à BRCA1
sont ceux dépourvus de l’exon 11 dont résulte une protéine réduite de 60% ayant perdu divers
domaines fonctionnels incluant des domaines d’interaction protéique ainsi que les séquences NLS.
Ceci a pour conséquence la localisation cytoplasmique du variant D11 dont le rôle reste cependant
controversé (Wilson 1997).
Ces transcrits alternatifs sont mal connus à l’heure actuelle par manque d’anticorps spécifiques.
Cependant, leur distribution tissu spécifique et leur conservation dans l’évolution (on les retrouve en
effet par exemple chez la souris) indiquent clairement qu’ils ont une certaine importance fonctionnelle
(Orban et Olah 2003). La diminution d’expression de BRCA1 D11 serait liée à une augmentation de
l’agressivité tumorale (Paterson 1998).
Ce gène suppresseur de tumeur a des fonctions diverses principalement dans la réparation de
l’ADN et la régulation de la transcription.
BRCA1 et réparation des dommages de l’ADN
Suite à des dommages de l’ADN ou à un blocage de la réplication dans des cellules en division,
BRCA1 est rapidement phosphorylée par des kinases comme ATM et CHEK2 après exposition à des
radiations ionisantes ou ATR (Ataxia telangiectasia and RAD3 related) après exposition à des UV ou
arrêt de réplication (Cortez et al. 1999 ; Gatei et al. 2000). L’altération de ATM est responsable d’un
syndrome d’instabilité génétique : l'ataxie-telangiectasie, une maladie génétique héréditaire rare,
caractérisée par une dégénérescence cérébelleuse, un déficit immunitaire, une augmentation de la
sensibilité aux radiations ionisantes et un risque plus élevé de développer des cancers.
Depuis la fin des années 90, il a été montré que BRCA1 peut se lier avec de multiples
partenaires protéiques impliqués dans les mécanismes de réparation des dommages de l’ADN.
BRCA1 se retrouve ainsi au cœur d’un complexe nucléaire multi protéique de plusieurs mégadaltons
EPHE Banque de Monographies SVT 19

appelé BASC (BRCA1-Associated Genome Surveillance Complex). Ce complexe joue un rôle
important dans la détection des différents dommages de l’ADN (mésappariements, cassures double
brin) et la mise en œuvre des mécanismes de réparation adaptés (Wang Y. et al. 2000).
BRCA1 interagit notamment avec Rad51 impliqué dans la réparation de l’ADN par
recombinaison homologue (Scully et al 1997a), BRCA2 ainsi qu’au complexe protéique
RAD50/MRE11/NBS1 (Nigmegen breakage syndrome 1) responsable du processus final pendant la
réparation des cassures double brin de l’ADN par recombinaison homologue ou NHEJ (Non
Homologue End Joining) (Zhong et al. 1999). Son association avec le complexe SWI/SNF
(remodelage chromatinien) est également importante durant la réparation des dommages de l’ADN
(Scully et al. 2000).
BRCA1 interagit également avec des protéines MSH2, MSH3, MSH6 et MLH1 impliquées dans
la réparation des mésappariements de l’ADN et serait par ailleurs essentielle dans la réparation par
TCR (Transcription Coupled Repair) des dommages oxydatifs de l’ADN (Gowen et al. 1998). Ce
rôle est confirmé par l’interaction de BRCA1 avec MSH2 et MSH6 qui ont également été impliqués
dans cette voie de réparation.
La perte complète de BRCA1 conduit à une radiosensibilité cellulaire liée à une réduction des
capacités de réparation des cassures doubles brins. Cette radiosensibilité semble par ailleurs être
corrélée avec le statut génétique de BRCA1. En effet, les cellules avec deux copies sauvages de
BRCA1 comme HBL100 sont plus résistantes que les cellules avec une seule copie fonctionnelle
comme MCF7, elles mêmes plus résistantes que les cellules sans BRCA1 comme HCC1937 (Abbott
et al. 1999).
BRCA1 : régulateur transcriptionnel
BRCA1 agit également comme coactivateur/corepresseur transcriptionnel. Ce rôle est attribué à
son interaction avec les composants de plusieurs complexes intervenant dans la machinerie basale de
transcription comme le complexe « RNA polymérase II holoenzyme» et le complexe « RNA helicase
A » qui interviennent dans la régulation de la transcription. Elle se lie également à divers facteurs de
transcription comme TBP, TFIIB, TFIIF, TFIIE et TFIIH (Scully et al. 1997b).
En conditions normales, BRCA1 stimule la transcription de divers gènes sans liaison directe
avec l’ADN. En revanche, BRCA1 serait capable de reconnaître et de lier directement l’ADN
endommagé. Cette interaction permet de stabiliser la liaison de la machinerie de transcription au
niveau du promoteur muté et par voie de conséquence de stimuler la transcription sans nécessiter de
séquences TATA fonctionnelles (Nadeau et al. 2000).
BRCA1 module également la transcription de différents gènes en affectant la structure de la
chromatine par acétylation ou déacétylation des histones, elle est ainsi associée à des complexes de
remodelage chromatinien comme le complexe HDAC (Histone deacetylase), incluant HDAC I,
HDAC II, RbAp46 et RbAp48 ou encore le complexe SWI/SNF, complexe à activité ATPdépendante
de remodelage chromatinien.
BRCA1 : cycle cellulaire et apoptose
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BRCA1 est également impliqué dans la régulation des points de contrôle G1/S et G2/M du cycle
cellulaire ainsi que dans la régulation de l’apoptose en réponse aux divers dommages de l’ADN avec
un rôle important notamment dans l’entrée en phase S (Shao et al 1996). Suite à certains stress,
BRCA1 permet l’activation transcriptionnelle de p21 WAF1/Cip1 , GADD45 et Bax qui contribuent à
l’inhibition de la prolifération et au blocage du cycle cellulaire. L’induction de l’apoptose par BRCA1
serait dépendante de la voie JNK/SAPK accompagnée de l’induction de l’expression du gène
GADD45 qui a un rôle dans la réparation de l’ADN, le contrôle du cycle cellulaire et l’apoptose
(Wang Q.et al. 2000 ; Thangaraju et al. 2000). BRCA1 est impliqué dans la voie protéolytique par
ubiquitination reconnue comme une étape clé dans la régulation du développement embryonnaire ainsi
que dans la croissance et la différenciation des cellules épithéliales mammaires (Kerr et Ashworth
2001). BARD1 (BRCA1 associated RIND domain 1) a également une activité ubiquitine ligase, son
association avec BRCA1 potentialise cette fonction d’ubiquitination qui contribue à de nombreuses
fonctions biologiques de BRCA1.
De part son rôle dans de multiples processus biologiques, BRCA1 intervient globalement dans le
maintien de l’intégrité génomique (Powell et al. 2003) En effet, ce « caretaker » détecte, dans un
premier temps, les différentes lésions de l’ADN, met en place les systèmes de réparation appropriés et
induit en cas de réparation impossible ou incorrecte la mort cellulaire par apoptose. BRCA1 a
récemment été impliqué dans la protection des cellules contre le stress oxydatif confortant son rôle
dans la préservation du génome. Cette activité anti-oxydante s’effectue via la régulation de
l’expression de divers gènes impliqués dans la réponse aux stress oxydatifs ou encore dans la
détoxification de certains xénobiotiques telles que des protéines de la famille GST (Glutathion Stransferase).
Ainsi, la sur-expression de BRCA1 confère une résistance alors que la mutation ou la
sous-expression de BRCA1 confère une sensibilité aux agents oxydants (ROS : reactive oxygen
species) exogènes et/ou endogènes tels que H 2 O 2 ou O 2 - (Bae et al. 2004).
BRCA1 dans les cancers sporadiques du sein
Dans le cancer du sein, toutes les mutations du gène BRCA1 identifiées à ce jour sont des
mutations germinales impliquées dans le développement des cancers du sein familiaux. Aucune
mutation n’a été mise en évidence dans les formes sporadiques. En revanche, une diminution
importante de son expression a été associée à ce type de cancer ainsi qu’à un mauvais pronostic. En
effet, cette baisse d’expression a été corrélée à la progression tumorale ainsi qu’à l’acquisition de
phénotype invasif et métastatique (Seery et al. 1999 ; Muller et al. 2003). Ainsi, malgré l’absence de
mutation, BRCA1 semble également être impliqué dans les formes sporadiques de cancers du sein
(Fraser et al. 2003). Plusieurs mécanismes sont susceptibles d’expliquer cette diminution d’expression.
Tout d’abord, la présence de LOH au niveau du locus de BRCA1, observée dans 25 à 80% des cas
selon les études (Sourvinos et al. 1998). Ces LOH génèrent une haplo-insuffisance fonctionnelle de
BRCA1 (Staff et al. 2003) qui ne suffit cependant pas à elle seule à expliquer l’ensemble des
diminutions d’expression observées dans les cancers du sein sporadiques puisque celle-ci a également
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été observée dans des cancers sans LOH (Rio et al. 1999). Les œstrogènes connus pour réguler la
croissance et la différenciation de l’épithélium mammaire sont capables d’entraîner l’induction de
BRCA1. Par ailleurs, une association significative a pu être démontrée entre l’absence de récepteur à
l’œstrogène et une baisse de l’expression de BRCA1 (Sourvinos et al. 1998).
Finalement, cette diminution peut être liée à la méthylation aberrante des îlots CpG du
promoteur. Une hyperméthylation de BRCA1 a été mise en évidence dans environ 20% des cas de
cancers du sein sporadiques (Magdinier et al. 1998). L’ensemble de ces 3 paramètres explique environ
45% des variations d’expression de BRCA1. D’autres mécanismes intervenant par exemple au niveau
post transcriptionnel peuvent également être impliqués (Staff et al. 2003).
Il existe une grande variété de lésions de l’ADN induites par divers agents génotoxiques
d’origine exogène (rayons solaires ou ionisants, cancérogènes chimiques) ou d’origine endogène
produites lors de l’activité normale de la cellule (radicaux libres, réplication de l’ADN).
Chaque agent mutagène génère un type de lésion qui lui est propre. Divers systèmes de
réparation détectent ces lésions et les réparent de façon à préserver l’intégrité cellulaire. En effet, les
cancers humains présentent une quantité élevée d'altérations génétiques ce qui suggère le rôle
important des dysfonctionnements des systèmes de réparation dans ces pathologies. Ces gènes sont
répartis dans quatre grands systèmes de réparation en fonction du type et de l’origine de la lésion à
réparer : Les systèmes BER (Base Excision Repair), NER (Nucleotide Excision Repair), MMR
(MisMatch Repair) et systèmes de réparation des cassures doubles brin de l’ADN. Ces voies sont
parfois redondantes et différents types de réparations peuvent co-exister ou se succéder au cours de la
réparation de la lésion initiale.
1) Système BER
La réparation par excision de bases est un système hautement conservé à travers les espèces. Elle
est communément utilisée pour l’élimination de bases modifiées, par exemple la désamination des
cytosines en uracile, l’alkylation ou oxydation de bases ou encore certains mésappariements induits
par des erreurs de réplication de l’ADN. Ces différentes lésions sont dues principalement à des agents
endogènes (ROS, hydrolyse spontanée) ou à des agents environnementaux comme les radiations
ionisantes ou le tabac. Une hydrolyse spontanée conduit par exemple chez les mammifères à la
formation d’environ 10 000 sites apuriques/apyrimidiques par cellule et par jour (Pfeiffer et al. 2000).
La déficience de ce système de réparation conduit à l’apparition de délétions interstitielles engendrant
la perte de matériel génétique.
Ce mécanisme de réparation comprend deux différentes voies : une voie « courte » majoritaire et
une voie « longue » minoritaire (Lindahl et al. 1997). La voie BER majoritaire se déroule en 3 étapes.
Elle est initiée par une ADN glycosylase qui reconnaît de façon spécifique la base incorrecte et coupe
les lésions glycosidiques entre la base endommagée et le désoxyribose créant ainsi des sites
apyrimidiques et apuriques « AP ».
Le brin endommagé est ensuite coupé par l’endonucléase APE1 en 5’ du site « AP » résultant en
une extrémité 3’ et 5’ désoxyribose phosphate sans base, ce qui équivaut à une cassure simple brin sur
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une distance de plusieurs bases. Parallèlement, si deux de ces altérations se retrouvent localisées sur
des brins opposés à moins de 10 paires de bases l’un de l’autre, l’excision simultanée de ces bases
modifiées peut générer une cassure double brin. Enfin, l’ADN polymérase b enlève le désoxyribose et
le remplace par la base correspondante, la soudure finale est assurée par l’hétérodimère ADN ligase
III / XRCC1. La protéine XRCC1 (X-ray Repair Cross-Complementation 1) interagit par ailleurs avec
la polymérase b et joue un rôle primordiale en permettant de réunir la polymérase et la ligase au site
de réparation et de stabiliser ce complexe par liaison directe à la lésion simple brin (Lindahl et al.
1999 ; Nilsen et al. 2001 ; Norbury et al. 2001).
La voie BER minoritaire permet la suppression d’un nombre de base plus important et diffère de
la majoritaire au niveau des dernières étapes du processus de réparation. Elle nécessite la présence
d’une nucléase spécifique DNAse IV/FEN1, le facteur RFC (Replication Factor C) ainsi que le
facteur PCNA (Proliferating Cell Nuclear Antigen) qui a un rôle clé dans le déroulement de cette voie
longue similaire à celui de XRCC1 dans la première voie. Ce sont les polymérases s et e qui vont
intervenir pour la suppression plus complexe des sites AP. Finalement l’étape de ligation est assurée
par la ligase I (ou III).
Certains dommages de base peuvent être corrigés par « réversion directe ». Ce mécanisme est
employé principalement pour l’élimination des lésions O6-methylguanine, mutations rares mais
hautement mutagènes, générées de façon endogène lors du catabolisme cellulaire. Une
méthyltransférase spécifique, la MGT (O6-methylguanine-ADN méthyltransférase), reconnaît et
enlève le groupement méthyl de la guanine et le transfert sur une de ses cystéines. La MGT méthylée
n’est pas régénérée, une fois toutes ses cystéines méthylées elle n’est plus fonctionnelle et elle est
orientée vers l’apoptose. Cette réparation est donc rapide et sans erreur mais elle est facilement saturée
en cas de méthylation massive par exemple lors d’exposition à des agents alkylants exogènes.
2) Système NER
Le mécanisme de réparation par excision de nucléotides intervient sur les dommages importants
de l’ADN qui créent des blocages de la réplication et de la transcription. Parmi ces dommages
figurent les liaisons covalentes anormales au sein du même brin ou entre brins opposés, par exemple
les dimères de pyrimidine produits par les UV, mutagène principal à l'origine de ces lésions, ou par
certains carcinogènes chimiques comme le cisplatine. Ces anomalies ne sont pas reconnues comme
des défauts de structure mais par la distorsion de la double hélice d’ADN qu’elles engendrent (De
Laat et al. 1999 ; Friedberg 2001).
Un phénomène de « tolérance » peut être observé pour certaines de ces lésions, c’est le cas pour
les dimères de pyrimidine qui constituent la lésion tolérée la mieux connue. Ce phénomène met en
œuvre les polymérases z et h qui sont capables de continuer la réplication à travers les sites
endommagés en ignorant les distorsions et en incorporant des nucléotides de façon aléatoire, ce qui
conduit à l’apparition de fréquentes mutations.
Les lésions sont dans un premier temps reconnues par le complexe protéique RPA/XPA
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(Replication protein A / Xeroderma Pigmentosum). Le facteur de réparation/transcription TFIIH est
alors recruté et va permettre la formation d’une structure ouverte au niveau du site de la lésion en
déroulant la double hélice d’ADN via l’activité hélicase de ses sous unités XPB et XPD. Le brin
d’ADN endommagé est ensuite clivé en 5’ et 3’ du dommage par les endonucléases ERCC1/XPF et
XPG respectivement (ERCC : Excision repair cross complementation). Cette coupure libère un
fragment simple brin de 24 à 32 nucléotides de long incluant le dommage. Un nouveau brin est alors
synthétisé par la polymérase d ou e en utilisant le brin non endommagé comme matrice. Ces
polymérases requièrent également les facteurs PCNA et RFC. L’ADN synthétisé est lié via la ligase I.
Le NER peut se faire par deux voies qui se recoupent partiellement : Le TCR ou le GGR.
2-1) TCR
Le TCR (Transcription Coupled Repair) concerne les séquences activement transcrites par
l’ARN polymérase II et répare le brin transcrit. Le TCR est activé quand le taux basal de la
machinerie de transcription est arrêté par un dommage de l’ADN. L’ARN polymérase II est arrêtée
par la lésion, phosphorylée, ubiquitinylée et probablement détruite par le protéasome, ce qui permet le
recrutement d’un complexe composé des protéines CSA/CSB (Cockayne syndrome A et B), XAB2,
XPG, BRCA1 et BRCA2.
Ce complexe permet de rendre la lésion accessible aux protéines de la voie NER ou BER et
ainsi sa réparation. Des mutations au niveau des gènes CSA et CSB sont responsables d’un syndrome
spécifique de la voie TCR : le syndrome de Cockayne caractérisé par une sensibilité aux rayons UV,
un déficit neurologique et un vieillissement prématuré, mais pour lequel aucune prédisposition au
cancer n’a été observée (Hoeijmakers 2001).
2-2) GGR
Le GGR (Global Genome Repair) répare aussi bien le brin codant que le brin transcrit et a lieu
même si le brin n’est pas transcrit. Le nucléotide défectueux est reconnu par le complexe protéique
XPC-hHR23B (Xeroderma Pigmentosum – human Homologue yeast Rad23). XPC est spécifique du
GGR contrairement aux autres protéines XP qui interviennent à la fois dans le GGR et le TCR. Un
déficit chez l’homme des protéines XP est responsable d’une pathologie rare, le Xeroderma
pigmentosum. Ce syndrome d’instabilité génétique est une maladie héréditaire autosomique récessive
caractérisée par une hypersensibilité aux rayons UV, des anomalies de la pigmentation cutanée, des
troubles neuromoteurs, une petite taille ainsi qu’une susceptibilité aux cancers cutanés et oculaires.
3) Système MMR
Ce système de réparation prend en charge les mésappariements d'une ou plusieurs bases, c’est à
dire toute association de nucléotides autre que A/T ou G/C. Ces mésappariements peuvent survenir au
cours de la réplication et résultent alors d’erreurs commises par l'ADN polymérase ou au cours de la
recombinaison homologue lors de la réparation de cassures double brin par exemple.
La réparation des mésappariements de l’ADN se déroule schématiquement en trois étapes : la
reconnaissance des mésappariements par les protéines MutSa (hétérodimére hMSH2-hMSH6) ou
MutSb (hétérodimére hMSH2-hMSH3), le recrutement de protéines spécifiques du système MMR
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(hMLH1 : MutL homolog 1 et hPMS2 : post-meiotic segregation 2 notamment) et l’excision-
resynthèse de l’un des deux brins.
Les protéines MutS permettent le recrutement de l’hétérodimére MLH1-PMS2 (MutLa).
L’interaction de ce dernier avec MutSa et MutSb permet le recrutement des protéines d’excision-
resynthèse. La dégradation du brin contenant le mésappariement est réalisée à l’aide de l’exonucléase
HEX 1 (Human Exonuclease I).
Les étapes suivantes de resynthése et de ligation sont similaires à celles de la voie NER faisant
intervenir l’ADN polymérase d et l’ADN ligase I (Pegg 1999).
Le système MMR joue un rôle critique dans la protection contre la tumorigenèse. En effet,
l’inactivation des gènes hMSH2 et hMLH1 entraîne une grande instabilité génétique caractérisée par
l’apparition d’instabilité de microsatellite ou MIN (Microsatellite instability) à l’origine de nombreux
mésappariements. Ces altérations non réparées par un système MMR devenu déficient sont
responsables du syndrome HNPCC (Hereditary non-polyposis Colorectal Cancer), appellation
actuelle du syndrome de Lynch de type II. Il s’agit d’un syndrome familial d’instabilité génétique
caractérisé par un risque élevé de développer des cancers du colon et de l’utérus.
4) Réparation des cassures double brin
4-1) Mécanismes d’apparition
Les cassures double brin (CDB), connues pour être un mécanisme crucial dans l’apparition
d’instabilité génétique, ont des origines diverses. Elles peuvent survenir suite à l’action de divers
agents mutagènes exogènes ou endogènes mais peuvent également apparaîtrent spontanément à
n'importe quel stade du cycle cellulaire et par différents mécanismes. Une des sources les plus
impliquées est la réplication de l'ADN qui génère environ 10 lésions de CDB par cellule et par
division. Dans ce mécanisme de réplication interviennent notamment les topoisomérases I et II,
chargées de réguler la structure dans l’espace de l'ADN en induisant des coupures qu’elles réparent
ensuite. Elles forment une liaison covalente avec l'ADN pour changer son statut hélicoïdal, ce qui est
nécessaire pour la réplication, la recombinaison, la ségrégation chromosomique et la transcription. La
topoisomérase I génère des cassures simple brin tandis que la topoisomérase II génère des CDB,
indispensables à la séparation des chromatides sœurs pendant la mitose et la méiose permettant ainsi
d’initier la recombinaison homologue.
Ces deux enzymes sont donc impliquées dans la stabilisation du génome mais peuvent
également promouvoir des recombinaisons illégitimes qui peuvent engendrer la formation
d'aberrations chromosomiques. Une des sources les plus importantes de dommages spontanés de
l'ADN est le stress oxydatif généré par différentes réactions redox dans les métabolismes aérobies. De
tels dommages sont pris en charge par le système BER qui peut être considéré comme une source
potentielle de CDB. Finalement les séquences de microsatellites qui subissent un processus dynamique
d'extension et de délétion peuvent aussi être la source de telles cassures (Pfeiffer et al. 2000).
4-2) Mécanismes de réparation
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Tous les processus de réparation (MMR, BER, NER) comptent sur la présence d’un brin intact à
l’opposé de la lésion afin de servir de matrice pour la restauration de la séquence originelle dans le
brin endommagé. Dans le cas d’une CDB, les deux brins sont endommagés, éliminant ainsi la
possibilité de recopier le brin opposé, ce qui implique l’obligation d’utiliser d’autres moyens afin de
restaurer la séquence initiale. Il existe ainsi deux mécanismes complémentaires l’un de l’autre
capables de réparer ce type de lésion, la recombinaison homologue « RH » (mécanisme dépendant de
l’homologie) et la jonction non homologue des extrémités (mécanisme indépendant de l’homologie)
appelé NHEJ pour « Non Homologue End Joining » (Jackson 2002). Ces deux mécanismes de
réparation peuvent coexister dans la cellule où ils entrent en compétition. Le choix entre RH et NHEJ
est influencé par la phase du cycle cellulaire dans laquelle se trouve la cellule lors de l’induction des
dommages et également des différentes protéines cellulaires présentes. Il a également été suggéré que
Ku et Rad52 sont en compétition pour lier les CDB et orienter leur réparation respectivement vers la
NHEJ ou la RH.
a. Mécanismes dépendants de l’homologie
La recombinaison homologue également appelée HRR pour « Homologous Recombinaison
Repair » permet le maintien de l’intégrité génomique par la réparation précise des CDB en utilisant
comme matrice une séquence importante d’homologie présente au niveau de la chromatide sœur
(méiose) ou du chromosome homologue (mitose).
L’utilisation d’autres matrices homologues comme des allèles ou des séquences répétées est
potentiellement délétère puisque cela peut être à l’origine de LOH ou de translocations
chromosomiques.
La réparation par RH prédomine en fin de phase S et en phase G2 du cycle cellulaire, lorsque les
chromatides sœurs sont disponibles. Il existe schématiquement quatre modèles de réparations
dépendant de l’homologie : DSBR (Double Strand Break Repair), SDSA (Synthesis Dependant Stand
Annealing), BIR (Break Induced Replication) et SSA (Single Stand Annealing). Les trois premiers
modèles sont des processus dits conservatifs où l’information manquante au niveau de la CDB est
recopiée à partir de la chromatide sœur et restituée au niveau de la cassure aboutissant à deux
séquences intactes. Le modèle SSA est lui un processus non conservatif où le produit de la réparation
est plus ou moins délété.
¦ Modèle DSBR (Double Strand Break Repair)
La voie DSBR met en jeu diverses protéines de la famille de RAD52 (RAD50, RAD51, RAD52,
RAD54, RAD55, RAD57, MRE11 et NBS1). Dans un premier temps, les deux extrémités générées
par la cassure sont reconnues par le complexe RAD50/MRE11/NBS1 et dégradées par son activité
exonucléase en 5’¦ 3’ conduisant à la formation d’une brèche simple brin aux extrémités 3’
sortantes. Rad52 reconnaît les extrémités libres de la cassure et les protége en s’y fixant. Cette
protéine clé va alors initier la réparation de l’ADN en recrutant les protéines RAD51 et RPA qui se
lient à l’ADN simple brin et permettent les échanges de brins ainsi que les appariements aux sites
d’homologie. Les extrémités 3’ sortantes vont alors envahir le chromosome homologue ou la
chromatide sœur au site d’homologie et s’y apparier. Réciproquement, le second brin de la molécule
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matrice est déplacé et s’apparie avec le brin qui lui est complémentaire sur la molécule endommagée.
Cette structure intermédiaire appelée « D-Loop » nécessite en plus les protéines RAD54, RAD55 et
RAD57. Les deux extrémités 3’OH générées par la cassure servent d’amorces pour la synthèse
réparatrice d’ADN. Il y a alors formation de deux jonctions Hollyday : structures à quatre brins
comprenant une région d’hétéroduplex à partir de laquelle s’effectue la synthèse réparatrice grâce à
l’ADN polymérase. Après ligation par la ligase I, ces jonctions sont clivées pour permettre la
séparation des deux molécules d’ADN. Il s’agit d’une réparation semi conservative dans la mesure où
un nouveau brin synthétisé est présent à la fois dans les brins « donneur » et « receveur » (Pfeiffer et
al. 2000 ; Kanaar et al. 1998).
Ces molécules peuvent avoir deux conformations différentes en effet, la séparation peut
s’effectuer avec un échange complet de séquence (crossing over) ou avec un simple transfert d’une
séquence sur l’autre (conversion génique). L’hétéroduplex ainsi obtenu peut ensuite, si nécessaire, être
corrigé par la voie MMR.
L’intervention du complexe RAD50/MRE11/NBS1 est très importante d’autant plus que la
protéine NBS1, lorsqu’elle est altérée, est responsable du syndrome de Nijmegen, maladie
autosomique rare caractérisée par une radiosensibilité, une microcéphalie associée à un retard mental,
un déficit immunitaire, une hypofertilité ainsi qu’une prédisposition aux cancers et en particulier aux
hémopathies malignes. L’altération de MRE11 est responsable d’un syndrome d’instabilité génétique
« Ataxie télangiectasie-like ».
¦ Modèle SDSA (Synthesis Dependant Stand Annealing)
Ce modèle de synthèse dépendante de l’hybridation de brin dérive du modèle précédent. Les
trois premières étapes : maturation des extrémités 5’, envahissement du duplexe et synthèse de l’ADN
sont identiques. Dans ce modèle, il n’y a pas de formation de jonction de Hollyday, le nouveau brin
synthétisé n’est pas stabilisé, il va être déplacé et revient s’apparier avec le brin complémentaire du
duplexe endommagé formant une région d’hétéroduplex. La réparation est cette fois conservative dans
la mesure où les brins néo synthétisés sont sur la même chromatide.
¦ Modèle BIR (Break Induced Replication)
Contrairement aux modèles DSBR et SDSA qui impliquent généralement des séquences assez
courtes (quelque Kb) touchant un seul gène ou une partie de gène, le modèle BIR ou réplication
induite par cassure, s’applique à des séquences beaucoup plus grandes (quelques centaines de Kb)
pouvant s’étendre sur plusieurs gènes voire sur un chromosome entier. Les premières étapes de
réparation, dégradation et invasion du brin sont identiques aux modèles DSBR et SDSA. La structure
formée après cette invasion de brin est ensuite convertie en une nouvelle fourche de réplication
permettant la synthèse d’un nouveau brin d’ADN sur une région importante et ainsi de restaurer le
chromosome lésé.
¦ Modèle SSA (Single Stand Annealing)
Ce mécanisme n’a lieu que dans les cas où une CDB intervient entre deux séquences
homologues (Vilenchik et al. 2003). Dans un premier temps, les extrémités de la cassure sont
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dégradées de 5’ vers 3’ par des endonucléases et sont étendues jusqu’à une région d’homologie
d’environ 400 paires de bases avec laquelle le simple brin 3’ de la cassure va pouvoir s’hybrider.
Cette recherche d’homologie conduit à la disparition d’une répétition et de la séquence entre les deux
répétitions c'est-à-dire à des délétions lorsqu’elle survient au niveau d’un même chromosome (intrachromosomique)
ou à des translocations si elle à lieu entre deux chromosomes différents (interchromosomique).
Ainsi, malgré l’implication de séquences homologues, ce mécanisme non conservatif est souvent
considéré comme une voie de réparation différente de la recombinaison homologue.
b. Mécanismes indépendants de l’homologie
Ce mécanisme de réparation des CDB par jonction des extrémités non homologues qui
prédomine dans les cellules de mammifère est important durant la phase G0/G1 et le début de la phase
S du cycle cellulaire. Il consiste à ligaturer directement les extrémités de la cassure que celles-ci
soient ou non complémentaires. Ceci explique le potentiel mutagène de la voie NHEJ qui permet la
réparation non fidèle de la cassure avec apparition fréquente de délétions au site de jonction. Ces
mutations sont cependant généralement bien tolérées dans les organismes multicellulaires où le faible
pourcentage de région codante sur l’ensemble du génome permet d’éviter l’inactivation de gènes
capitaux. Diverses protéines comme XRCC4, cofacteur essentiel de la DNA ligase IV, l’hétérodimére
K70/Ku80 ou encore le complexe RAD50/MRE11/NBS1 sont impliquées dans la voie NHEJ. Il existe
deux types de NHEJ : la NHEJ fidèle dépendante de l’hétérodimére Ku et la NHEJ génératrice
d’erreur qui est indépendante de Ku (Khanna et al. 2001 ; Pastwa et al. 2003).
¦ NHEJ fidèle
Dans cette voie, la suture non homologue des extrémités est assurée par l’hétérodimére
Ku70/Ku80. Cette protéine hétérodimérique, codée respectivement par les gènes XRCC6 et XRCC5,
reconnaît la cassure et initie sa réparation en se liant aux extrémités libres de l’ADN qu’elle protége
par ailleurs de la dégradation. Elle va alors recruter la sous-unité catalytique de la DNA-PK (DNA-
PKc codée par le gène XRCC7) puis l’hétéroduplex ADN ligase IV/XRCC4 qui va permettre la
ligation. Cette voie de réparation bien que qualifiée de « fidèle » ne permet pas de restituer la
séquence originelle, les informations au point de cassure sont perdues mais la ligation s’effectue sans
perte supplémentaire de matériel.
¦ NHEJ génératrice d’erreurs
Cette seconde voie NHEJ se déroule en l’absence de Ku et nécessite la présence de microhomologies
de part et d’autre de la cassure afin d’assurer la réparation par jonction des deux
extrémités. En l’absence de Ku les extrémités de la cassure ne sont plus protégées de la dégradation
ce qui engendre des pertes d’informations au point de cassure. De plus, la recherche d’homologie va
s’effectuée sur l’ensemble du génome ce qui est à l’origine de délétions ou de réarrangements
chromosomiques importants comme des translocations.
4-3) CDB et instabilité génétique
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L’ensemble des mécanismes de réparations des CDB sont complémentaires et interagissent au
sein des cellules afin de permettre un fonctionnement normal. Lorsque des mutations surviennent au
niveau de ces gènes de réparation (P53, XP, CS, ATM, MRE11, NBS1), leur disfonctionnement est
responsable de mort cellulaire ou de pathologies plus ou moins graves. Ces pathologies illustrent
l’importance des mécanismes de réparation des cassures double brins de l’ADN dans la sauvegarde du
génome.
Les CDB sont des lésions très mutagènes car elles sont très difficiles à réparer et mettent en
jeux des mécanismes de réparation plus ou moins fidèles (Khanna et al. 2001). En effet, lors de CDB,
chaque extrémité de la cassure est hautement recombinogène du fait de sa capacité à envahir un
duplex d'ADN à chaque site de séquence plus ou moins homologue. Ainsi, les différents mécanismes
de réparation de ce type de cassure sont capables de générer des altérations chromosomiques s'ils ne
sont pas correctement régulés au cours du cycle cellulaire.
De plus, leur potentiel à générer des conversions géniques peut entraîner la formation de LOH
lorsque l’allèle donneur est altéré et que le gène devient alors non fonctionnel.
Le système BER, comme cela a été vu précédemment peut générer des CDB et donc augmenter
l’instabilité. La SSA ainsi que la NHEJ génératrice d’erreur produisent obligatoirement des délétions
plus ou moins étendues ainsi que des réarrangements chromosomiques (Pfeiffer, 1998). La NHEJ
produit également des mutations ponctuelles au point de cassure, comme des substitutions de bases ou
de petites insertions.
La connaissance des systèmes de réparation est donc très importante pour progresser à la fois
dans la compréhension des mécanismes intervenant dans la protection cellulaire, dans l’instabilité
génétique ou encore dans l’apparition de résistances aux traitements et pourraient constituer de
nouvelles cibles thérapeutiques dans le cancer.
L’objectif de ce travail est donc de déterminer la fréquence d’apparition de l’instabilité
génétique, mesurée par les LOH, dans différentes populations de cancers du sein, de lier cette
instabilité à l’expression des gènes impliqués dans les mécanismes de réparation et de chercher
l’impact de cette altération comme facteur prédictif et pronostic dans les cancers du sein.
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EPHE Banque de Monographies SVT 35