Implication des mutations du Cytochrome B et du Bèta-fibrinogène dans l’évolution génétique des tumeurs malignes

ORIGINE DES CELLULES CANCÉREUSES 

Le cancer est généralement définit comme étant la prolifération anormale et anarchique des cellules qui se regroupent de manière inorganisée pour former une tumeur (Bertram, 2001). La transformation d’une cellule normale en cellule maligne repose sur les mutations séquentielles de l’ADN provoquées par les dommages subis par le génome. En effet, les cellules tumorales sont caractérisées par leurs nombreuses mutations qui sont transmises à la descendance lors de la prolifération exponentielle de la cellule parentale (figure 1) (Bertram, 2001). Un phénotype tumoral est alors acquis lorsque l’ADN subit de nombreuses mutations, surtout au niveau des gènes qui régulent la prolifération et la survie cellulaire, c’est-à-dire les gènes suppresseurs de tumeurs et les proto-oncogènes (Lewin, 1999). En effet, suite à l’agression de facteurs de l’environnement tels que le tabac, les rayons ionisants, certains agents chimiques ou physiques (Hall & Angele, 1999), le génome humain subit constamment des lésions qui sont réparées (Frosina, 2000) ou non. En effet, les systèmes de réparation sont parfois défectueux ou « débordés », la cellule conserve alors certaines altérations qui touchent parfois les systèmes de régulation de la prolifération. Ne répondant plus correctement aux signaux environnants, elle échappe à toute régulation. La cellule s’engage alors dans un processus anarchique qui conduit, par accumulation successive d’anomalies génétiques, au développement d’une cellule cancéreuse. La biologie moléculaire et la génétique ont permis d’établir que les altérations génétiques surviennent précisément sur les éléments de régulation de la différenciation, de la division et de la mort cellulaire. L’apparition d’un cancer s’effectue selon un processus en plusieurs étapes au cours desquelles l’accumulation d’anomalies sur différents gènes, au fil des divisions cellulaires, confère un avantage sélectif au clone malin. Les cellules, toutes issues d’une première cellule mutée (clone), forment une tumeur. Celle-ci devient de plus en plus agressive pour son environnement et échappe progressivement à tout contrôle.

DIFFÉRENTS TYPES DE CANCERS 

Selon le type de cellule devenue cancéreuse on distingue trois catégories de cancers :  les carcinomes qui se développent à partir de cellules épithéliales (cellules de la peau, des muqueuses, ou encore des glandes dans le cas de l’adénocarcinome).  les sarcomes, beaucoup plus rares, et qui se développent à partir de tissu conjonctif (tissu de soutien).  les hématosarcomes qui se développent dans les cellules sanguines (leucémies, myélomes et lymphomes). 

 CANCER DU SEIN 

Rappel anatomique du sein La glande mammaire est constituée de glandes lactifères (lobules), et de canaux galactophores débouchant dans le mamelon. Le sein contient non seulement du tissu glandulaire, mais aussi du tissu conjonctif (soutien), du tissu adipeux (graisse), des vaisseaux sanguins et des vaisseaux lymphatiques. Le sein repose sur une paroi musculaire convexe, constitué par le muscle grand pectoral, petit pectoral et grand dentelé (Figure 2). 

Définition 

La notion de « cancer du sein » relève d’une nomenclature générique qui fait référence à tout un ensemble de proliférations néoplasiques de la glande mammaire qui diffèrent tant du point de vue histologique qu’en ce qui concerne leur comportement évolutif. Le terme de « cancer du sein » ne désigne que les tumeurs malignes, potentiellement agressives du sein (Hachana, 2009), tandis que le terme de « tumeur du sein » désigne à la fois les tumeurs malignes et bénignes. Ainsi, le cancer du sein se définit comme une prolifération maligne de cellules épithéliales bordant les canaux ou les lobules du sein appelés respectivement carcinomes canalaires ou lobulaires. S’il y a une effraction de la membrane basale, séparant l’épithélium du tissu conjonctif, ces carcinomes sont dits infiltrants. Dans le cas contraire, ils sont dits carcinome (in situ ou intra-canalaire). Ils possèdent ou non un potentiel métastatique. I.3.3.Incidence et mortalité du cancer du sein À l’échelle mondiale la prévalence est de 6,3 millions de femmes vivant avec un cancer du sein diagnostiqué au cours des cinq années précédentes (OMS, 2012). L’incidence du cancer du sein est quatre à dix fois plus élevée dans les pays occidentaux (États-Unis et Europe du nord principalement) que dans les pays en voie de développement (Rochefort & Rouesse, 2008). Les taux d’incidence les plus élevés (85/100 000) sont observés aux États-Unis et au Canada, les plus bas au Japon (16/100 000). Les taux les plus élevés en matière de mortalité sont observés dans les îles britanniques (30/100 000), ceux des ÉtatsUnis, de la France, de l’Italie et de la Suède étant les plus bas (20/100 000) (Brettes, et al., 2007). Au Sénégal en 2014, selon l’Agence internationale de recherche sur le cancer, (CIRC), il y a 853 cas par an avec une pointe de l’ordre de 472 décès. C’est ainsi que « le cancer du sein 6 représente la première cause de mortalité chez la femme au Sénégal ». La maladie vient ainsi en troisième position après les autres types de cancer comme celui du foie et du col de l’utérus. I.3.4. Statut clinique

Cancers in situ 

On reconnaît deux formes de cancer in situ : le carcinome canalaire in situ (CCIS) et le carcinome lobulaire in situ (CLIS), (OMS, 2003). Il s’agit d’une lésion précancéreuse dont les cellules néoplasiques restent confinées à l’intérieur du galactophore (Figure 3). Il n’y a donc pas d’envahissement du tissu conjonctif (Page et al., 1995). 

 Cancers infiltrants

 L’invasion est le principal signe de malignité d’une tumeur : celle-ci déborde son siège d’origine (la forme in situ) pour s’étendre dans les tissus voisins et éventuellement à distance (métastase) (Figure 3). Ce caractère infiltrant traduit la perte des propriétés habituelles d’une cellule. Les cellules cancéreuses perdent ces propriétés normales pour en acquérir de nouvelles. Elles acquièrent une mobilité qui leur permet de se détacher du canal d’origine et de s’infiltrer dans les tissus voisins (Puddu & Tafforeau, 2005). Figure 3 : carcinome canalaire infiltrant et carcinome canalaire in situ Source : http://www.europadonna.fr/4.aspx?page=2&sr=0 I.3.5. Classification des tumeurs malignes Parmi les principales règles qui concernent la classification des tumeurs malignes, la classification TNM : T (taille) ; N (ganglions) ; M (métastases), (Percy et al., 2000). D’une façon générale, à ces 3 lettres, des chiffres sont associés. Leur valeur augmente avec la gravité. Ils varient de 0 à 4 pour le T, de 0 à 3 pour le N, et 0 ou 1 pour le M. Les combinaisons, lettres + chiffres donnent une description abrégée de l’extension de l’état de la 7 tumeur maligne. Le nombre de combinaisons étant très important, un regroupement en stades (de 0 à IV) est effectué (Elston & Ellis, 1991). 

 Facteurs de risque 

Il n’existerait pas de facteur unique responsable de l’apparition d’un cancer du sein. En réalité, plusieurs facteurs de risque susceptibles d’augmenter le développement de ce type de cancer ont été mis en évidence :  sexe: le cancer du sein présente une prédominance féminine. Il touche donc essentiellement les femmes. En effet, seulement 1% d’hommes sont concernés (Diallo, 2006).  âge: la probabilité de développer un cancer du sein augmente avec l’âge. Le jeune âge (inférieur à 35 ans) est un facteur de mauvais pronostic indépendant car la majorité des patientes présentent des tumeurs triples négatives et ne peuvent donc bénéficier d’aucune thérapie ciblée. En effet, une étude de Cancello et son équipe (2002) effectuée sur 2970 patientes montre que celles âgées de moins de 35 ans présentaient plutôt des tumeurs triples négatives. Cependant le cancer du sein est très rare avant 30 ans.  prédisposition génétique : seul 5 à 10% des cancers du sein sont d’origine génétique (Claus, 1991). Plusieurs gènes impliqués dans la carcinogenèse mammaire héréditaire ont été identifiés. Les principaux sont BRCA1, BRCA2, p53, PTEN et ataxia-telangiectasia (AT). La grande majorité des cancers du sein héréditaires peuvent être attribués aux gènes BRCA1 et BRCA2 (Dumitrescu et al., 2005). BRCA1 est localisé sur le chromosome 17 et code une protéine nucléaire impliquée notamment dans le contrôle de la recombinaison mitotique, dans la ségrégation des chromosomes, la régulation transcriptionnelle ainsi que dans la réparation de l’ADN. BRCA2 est localisé sur le chromosome 13 et code une histone acétyle transférase impliquée dans la régulation de la transcription avec une fonction suppresseur de tumeur. Elle est impliquée dans la réparation de l’ADN et interagit avec BRCA1 dans les voies d’activation de la protéine p53. Les femmes portant des mutations de type délétion au niveau de BRCA1 ou BRCA2, présentent un risque considérable de développer un cancer du sein (80%). Le gène p53 localisé sur le chromosome 17 est un des gènes les plus communément mutés dans les cancers humains (environs 50% des cancers). Les femmes affectées par une mutation de p53 présentent un risque plus élevé de développer un cancer du sein avant l’âge de 45 ans. Enfin, les mutations des gènes PTEN et AT, observées chez des patientes atteintes respectivement du syndrome de Cowden et de l’ataxie télangiectasie, augmentent de 25 à 50% le risque de cancérogenèse mammaire (Dumitrescu et al., 2005). 8  facteurs environnementaux : correspondent à toutes les expositions environnementales auxquelles un organisme est soumis. Cela va du tabac aux ultraviolets du soleil en passant par l’amiante, les radiations gamma, l’alcool, la pollution, l’alimentation et de nombreuses autres substances auxquelles un individu est exposé volontairement ou involontairement.  facteurs hormonaux : le cancer du sein est une maladie hormono-dépendante (Morgan, 2004). Les hormones sexuelles conditionnent le développement de la glande mammaire. Parmi les hormones, les œstrogènes jouent un rôle de régulation ou de stimulation de la prolifération des cellules cancéreuses du sein. L’exposition totale et cumulative du tissu mammaire aux œstrogènes semble être un des facteurs les plus importants quant au développement d’un cancer du sein (Higginson, 1992). Les trois moments qui ont un impact important sur l’incidence du cancer du sein sont l’âge des premières règles, l’âge de la ménopause et l’âge de la première grossesse menée à terme. La multiparité, l’âge jeune de la première grossesse menée à terme et l’allaitement lié au nombre de mois et non au nombre d’enfants allaités, semblent constituer des facteurs protecteurs contre la survenue de cette maladie (Freund et al., 2005). Le rôle de la contraception orale dans la survenue du cancer du sein paraît plus important chez la femme jeune que chez la femme âgée chez qui aucune élévation du risque n’a été rapportée (Bakkali et al., 2003). Reste à signaler que le risque de survenue du cancer mammaire chez les femmes utilisant la contraception orale œstroprogestative est d’autant plus élevé si la femme est porteuse du gène BRCA1 et BRCA2 (Kumle et al., 2002). 

 ADN MITOCHONDRIAL ET CANCERS 

La mitochondrie est un organite intracellulaire présent dans les cellules eucaryotes. Sa fonction principale et indispensable à la vie cellulaire est la production d’adénosine-5′ triphosphate (ATP). Cette molécule essentielle fournit par hydrolyse l’énergie nécessaire au métabolisme. Elle est impliquée dans la régulation de bon nombre de processus moléculaires et cellulaires. Cet organite possède son propre ADN ainsi qu’une double membrane comprenant une membrane externe et une interne composée de nombreux replis. La molécule d’ADN mitochondrial (ADNmt) humaine est représentée par un double brin d’ADN circulaire de 16569 pb (paire de bases) qui code treize polypeptides de la chaîne de phosphorylation oxydative, deux ARN ribosomiques et vingt-deux ARN de transfert. Le taux de mutation est plus élevé que celui des gènes nucléaires (10 à 200 fois plus), (Rohan et al., 2010). 9 La mitochondrie a depuis longtemps été suspectée de jouer un rôle important dans le développement et la progression des cancers. Des dérégulations dans les différents processus impliqués dans la chaine respiratoire et l’apoptose sembleraient être à l’origine de plusieurs maladies. Elles pourraient être impliquées dans le phénomène du vieillissement et l’apparition de cancers (Warburg, 1956). Ainsi, les cellules malignes pourraient satisfaire leurs besoins énergétiques en produisant préférentiellement leur ATP non plus par phosphorylation oxydative, devenue inefficace, mais par glycolyse compensatoire (Cavalli & Liang, 1998). Il est désormais bien établi que des mutations germinales de l’ADNmt jouent un rôle important dans certaines maladies comme la neuropathie optique héréditaire de Leber ou le syndrome de Leigh. Cependant, contrairement à ces maladies, ce sont des mutations somatiques de l’ADN mt qui sont observées dans les cancers (Maximo et al., 2001). Le rôle exact de ces mutations somatiques de l’ADNmt dans le développement et la progression des cancers n’est pas clairement élucidé. Ces mutations pourraient être à l’origine d’une dysfonction de la chaîne respiratoire mitochondriale conduisant à la libération de taux anormalement élevés d’espèce réactive de l’oxygène ROS. Ces ROS étant responsables de dommages oxydatifs de l’ADNmt, pourraient, à leur tour, altérer la respiration et ainsi générer des taux importants de ROS. Ce cercle vicieux à l’origine d’une production croissante de ROS, réalisant une condition de stress oxydatif permanent, serait donc favorable au processus de cancérogenèse (Wei, 1998). En effet, par l’intermédiaire des lésions de l’ADNn qu’elles produisent, en particulier au niveau d’oncogènes et de gènes suppresseurs de tumeur (Gille & Joenje, 1992), les ROS jouent un rôle important dans l’initiation et la promotion de la cancérogenèse. Il n’est cependant pas exclu que les mutations de l’ADNmt survenant au cours des cancers ne soient, en fait, que la conséquence de lésions oxydatives liées à une production accrue de ROS induite par le processus tumoral lui-même selon un mécanisme qui reste jusqu’alors inconnu (Ozawa, 1995). Le Cytochrome b (Cyt b) est une région de plus d’un millier de paires de bases du génome mitochondrial, situé en positions 14747 et 15887 (Anderson et al., 1981). Il est impliqué dans le transfert d’électrons transmembranaires par lequel l’énergie d’oxydo-réduction est convertie en une force protomotrice. II est la seule des 11 sous unités du complexe III à être codée par l’ADNmt, et avec la protéine du cytochrome c1 et le sulfure de fer, il forme le noyau catalytique de l’enzyme (Blakely et al., 2005). En d’autres termes, le complexe III joue un rôle essentiel dans les cellules (BlanKenship & Robert, 2009) (Figure 4). 

 FIBRINOGÈNE ET TUMEUR MALIGNE 

Le fibrinogène est une glycoprotéine de haut poids moléculaire (340 kDa) qui se présente sous la forme d’un dimère constitué de 2 sous-unités identiques et symétriques réunies par des ponts disulfures. Chaque sous-unité est composée de 3 chaînes polypeptidiques distinctes : alpha, bêta et gamma. Ces 3 chaînes polypeptidiques sont synthétisées séparément dans les hépatocytes par 3 gènes situés sur le chromosome 4 (4q28) (Samuel, 2002). Le fibrinogène est également appelé facteur I de la coagulation, c’est un précurseur de la fibrine. Il fait partie d’une cascade constituant le mécanisme de la coagulation sanguine. La thrombine, autre élément entrant en jeu dans la coagulation sanguine, est une autre protéine du sang capable d’activer la fibrine. Quand la thrombine active le fibrinogène, celui-ci se transforme en fibrine. Les chaînes alpha et bêta sont clivées par la thrombine ce qui libère les fibrinopeptides A et B. Cette protéolyse modifie les charges électriques de la molécule et permet la polymérisation longitudinale des monomères de fibrine qui constituent le réseau de fibres du thrombus. Ce réseau est par la suite stabilisé par l’action du facteur XIII qui permet une polymérisation verticale de la fibrine. Le fibrinogène permet également l’agrégation des plaquettes au thrombus par l’intermédiaire de son récepteur : la glycoprotéine IIb/IIIa. Enfin le fibrinogène intervient dans la fibrinolyse en amplifiant la conversion du plasminogéne en plasmine. Le 11 fibrinogène est aussi une protéine inflammatoire dont la concentration plasmatique augmente en conséquence lors d’une infection, d’une blessure ou d’un traumatisme (Blombäck, 1996). L’idée d’une régulation génétique du taux de fibrinogène a vu le jour. Plusieurs études se sont intéressées aux polymorphismes de restriction des gènes du fibrinogène, notamment ceux du gène bêta puisque c’est la synthèse de cette chaîne qui constitue l’étape limitant de la production du fibrinogène (Samuel, 2002). Depuis les observations du Professeur Trousseau en 1865, un lien a été établi entre la progression tumorale et les désordres de coagulation (hypercoagulations) (Trousseau en 1865). En effet, il s’agit du premier médecin à souligner que les personnes atteintes de cancer présentent souvent des symptômes de désordres thrombotiques avant même que la tumeur primaire soit dépistée. Il constate que lors d’un cas de thrombophlébite, le sang acquiert la capacité de coaguler spontanément en absence de cytokines et d’agents inflammatoires (Trousseau, 1865). Il existe de nombreuses preuves qui corrèlent les désordres thrombotiques au développement tumoral. En effet, après le développement de métastases, l’avènement de ces coagulopathies représente la deuxième cause de mortalité chez les patients atteints de cancer (Donati, 1995). Lorsqu’une tumeur dépasse une certaine taille, la diffusion passive en oxygène ne suffit plus et la tumeur tombe en hypoxie. Celle-ci essaie de rétablir un état normoxique; cependant ses vaisseaux hyperperméables et son taux de prolifération cellulaire élevé ne jouent pas en sa faveur. La tumeur induit alors l’expression des protéines de coagulation et de fibrinolyse mais celle-ci n’atteint jamais la normoxie. La tumeur répète donc sans cesse des cycles de coagulation/fibrinolyse entraînant la formation de plusieurs caillots de fibrine tout en aggravant les risques de troubles thrombotiques (Denko & Giaccia, 2001). Les tumeurs expriment certaines protéines pro-coagulantes dont le facteur tissulaire TF. Celui-ci permet de concentrer le FVII à la surface tumorale, déclenchant alors la cascade de coagulation. Une étude histologique menée sur les tumeurs cancéreuses du sein a démontré une co-localisation des cellules tumorales et des cellules endothéliales qui surexpriment le TF (Contrino et al., 1996). Cette expression est d’autant plus prononcée chez les lignées tumorales malignes en comparaison à leur contrepartie bénigne. Tel qu’observé chez une tumeur colorectale de grade avancé, la surexpression du TF est corrélée avec une élévation de la densité de micro vaisseaux tumoraux ainsi que du phénotype de résistance multiple aux médicaments. Ces corrélations sont synonymes de mauvais pronostic et de faible survie pour le patient atteint de cancer (Lwaleed & Cooper, 2000). D’autres études cliniques ont également soulignés la capacité du TF à promouvoir le développement, la croissance, la 12 progression tumorale ainsi que les métastases et l’angiogenèse par des mécanismes qui dépendent ou non de la coagulation extrinsèque (Ruf, 2003).