Epigénétiqueetcancer

RobertDanteCentredeRechercheenCancérologiedeLyon,UMRINSERM1052-CNRS5286,Lyon

Bardot Mulet cheval + ânesse âne + jument

Il y a plus de 3000 ans

Ilyadéjàbienlongtempsquel’onsedoutequelagénétiquen’expliquepastout….

PerceptionsofepigeneticsGeneticistsstudythegene;however,forepigeneticists,thereisnoobvious‘epigene’.Nevertheless,duringthepastyear,morethan2,500articles,numerousscientificmeetingsandanewjournalweredevotedtothesubjectofepigenetics.Itencompassessomeofthemostexcitingcontemporarybiologyandisportrayedbythepopularpressasarevolutionarynewscience—anantidotetotheideathatwearehard-wiredbyourgenes.Sowhatisepigenetics?AdrianBirdNature.2007May24;447(7143):396-8.

4RDHotchkiss,JBiolChem,175,315-328;1948

DECOUVERTEDE“L’EPI-CYTOSINE”

5

Méthylation de l’ADN chez les mammifères - Définition

Cytosine

5-methylcytosine, seule base méthylée chez les mammifères

6

-Les cytosines Méthylées sont dans

les dinucléotides 5’C-G 3’ CpG.

-La méthylation est donc symétrique.

Méthylation de l’ADN - Définition

-2 à 5% des cytosines sont méthylées.

-60 à 80% des CpG sont méthylés

-Profils globalement conservés au cours de la réplication dans les cellules somatiques (méthylation de maintenance).

7

LesdinucléotidesCpGetîlotsdeCpG

ADN

ADN

CpG dispersés Îlot de CpG

Cellules somatiques normales

riches en G+C (>55%) → CpGobs/CpGthéo > 0,6

0.4 à 3 Kb

CpG sous-représentés → CpGobs/CpGthéo = 0,2

→ 60% gènes humains 45%

Îlot de CpG (non méthylé)

Éléments répétés (méthylés)

Transcription active

Promoteur Exon 1 Exon 2 Exon n

CpG non méthylé

CpG méthylé

70-80% des CpG sont méthylés

1%

MolecularCell49,359–367,January24,2013ª

Uneanalyserelativementsimpledelaméthylationdel’ADNpermetuneestimationdel’âge

chronologiquedesindividusavecunebonneprécision(∼±4ans)

FlorenceGuida1,†,TorkjelM.Sandanger2,†,RaphaëleCastagné1,†,GianlucaCampanella1,SilviaPolidoro3,DomenicoPalli4,VittorioKrogh5,RosarioTumino6,CarlottaSacerdote3,SalvatorePanico7,GianlucaSeveri3,8,9,SoteriosA.Kyrtopoulos10,PanagiotisGeorgiadis10,RoelC.H.Vermeulen1,11,12,EilivLund2,PaoloVineis1,3,‡andMarcChadeau-Hyam1,11,‡,*

Laméthylationdel’ADNestaussiunindicateurdelaconsommationdetabac

Naturevol.3011983

Nat Med. 1995 Jul;1(7):686-92.5'CpGislandmethylationisassociatedwithtranscriptionalsilencingofthetumoursuppressorp16/CDKN2/MTS1inhumancancers.MerloA1,HermanJG,MaoL,LeeDJ,GabrielsonE,BurgerPC,BaylinSB,Sidransky

Denombreuxautresgènessuppresseursdetumeurssontaffectésparcettehyperméthylation,parexemple:-  mutLhomolog1 MLH1 réparationdesmésappariements-  mutShomolog2 MSH2 réparationdesmésappariements-  O-6-methylguanine-DNAmethyltransferase MGMT réparationdeADN-  VonHippel–Lindau VHL régulationdelatranscription-  deathassociatedproteinkinase1 DAPK1 apoptose-  APCregulatorofWNTsignalingpathway APC-  tumorproteinp73 p73 facteurdetranscription

-  Etbiend’autres:Esteller,M.Cancerepigenomics:DNAmethylomesandhistone-modificationmaps.Nat.Rev.Genet.8,286–298(2007)

Lesaltérationsdelaméthylationdel’ADNsontfréquentesdanslescancers

CancerducôlonMutation:3to6”drivermutations”et33à66mutationsaccompagnatrices(Vogelsteinetal.2013.Science)Hyperméthylation:600à800gènesréprimésetassociésàunîlotsdeCpGhyperméthylés(Wangetal.2018.CancerCommun)

13

Altération des profils de méthylation dans les cancers

La méthylation de l’ADN, profils et fonctions

:activationtranscriptionnelle

:répressiontranscriptionnelle

:méthyl-CpG

:CpGnonméthylé

IlotsdeCpGDoubletsdeCpGdispersés DoubletsdeCpGdispersés

Cellule saine

Cellule tumorale GènessuppresseursdetumeurRétroéléments Oncogènes

Hypométhylation Hypométhylation Hyperméthylation

GènessuppresseursdetumeurRétroéléments Oncogènes

Ø  Laméthylationdel’ADNetrépressiontranscriptionnelle

ScénariotraditionnelPasdeméthylation Méthylation

FT

FacteurdetranscriptionFT

FT MBD2

Mi-2/NURD SIN3A

HDAC

Chromatinecompactéeinactive

Zhuetal,2016

16

Laméthylationdel’ADNunrépresseurtranscriptionel,pastoujours,quelquesexceptions

TranscriptionfactorsasreadersandeffectorsofDNAmethylation.ZhuH1,WangG,QianJ.NatRevGenet.2016,17:551-65

Pasdeméthylation Méthylation

KLF4

TTTACGCC TCCCGCCC

KLF4

TTTACGCC TCCCGCCC

CH3 CH3

Pasdeméthylation Méthylation

Enhancer CCGCGNGGNGGCAG CCGCGNGGNGGCAG

CTCF

EnhancerPDGFRA PDGFRA

Flavahanetal.,InsulatordysfunctionandoncogeneactivationinIDHmutantgliomas.Nature2016,529,110–114

Lesgènesrépriméslorsdelatransformationsontenrichisenrépresseurtranscriptionel(MBD2),sansmodificationdeleurméthylation

LesgènesactivésparlesCAFperdentMBD2,sansmodificationdeleurméthylation

Contrôleépigénétiquedelatranscriptionvialaméthylationdel’ADN,enabsencedemodificationdelaméthylationdel’ADN

Mathotetal.Oncogenesis.2017Devaillyetal.NucleicAcidsRes.2015

MBD2

HMEC-hTERT HMLER

+HRASG12V+SV40T/t

KSR1FHL2

PLA2G4FETV7DAB2STAT3NTN4

CDKN2BELK3PDK4

PARP10

0

5

10

15

20

Bou

nd /

Inpu

t

AU565 chip + MC

NTCAF-CM

*

**

KSR1FHL2

PLA2G4FETV7DAB2STAT3NTN4

CDKN2BELK3PDK4

PARP10

0

5

10

15

20

Bou

nd /

Inpu

t

AU565 chip + MC

NTCAF-CM

*

**

Bound/Input

KSR1FH

L2

PLA2G

4FETV7

SAA1NTN

4UCA1

PARP14

STAT5A

SERPINA3ITGB6

0

5

10

15

20

25

SKBR3 chip+MC

NTMC* *

*

Bound/Input

CelluletumoraleCAF

IL6? FGF-2

PDGF

TGF-β MMPs

SKBR3–A565

MBD2

Noyaubleu,étatnormal,répondantauxstimuli(développement,environnement,…)

Noyaurouge,état“cancer-like”,plasticité:activationaléatoiredeprogrammesrégulateurs

Epigeneticplasticityandthehallmarksofcancer.WAFlavahan,EGaskell,BE.Bernstein.Science357,2017

NormalChromatineàl’équilibre

Chromatinerestrictive

Chromatinepermissive

Sélection

Méthylationdel’ADNetbio-marqueurs

Modifications“aberrantes”desprofilsdeméthylationrencontréesdanstouteslestumeurs.

l’ADNcirculantLiquidbiopsiescomeofage:towardsimplementationofcirculatingtumourDNAJonathanetal.NatureReviewsCancervolume17,pages223–238(2017)Dépistageprénatal,recherchedemutations,….

Avantages:Lesprofilsdeméthylationsontbienconservéslorsdustockagedeséchantillons

(fixation,congélation,…)Denombreusesméthodesd’analyse,pourlaplupartaprèsmodificationchimiquedel’ADN(bisulfite).Méthodesrelativementfacilesàmettreenœuvre.

Xuetal.…..ThesefindingsdemonstrateinalargeclinicalcohorttheutilityofctDNAmethylationmarkersinthediagnosis,surveillance,andprognosisofHCC.

Identificationdessouspopulationscellulairespardéconvolutionàpartirdel’analysedelaméthylationde

L’ADNcirculant

Mossetal.Comprehensivehumancell-typemethylationatlasrevealsoriginsofcirculatingcell-freeDNAinhealthanddisease.NatCommun.2018

22D’aprèsHeynetEsteller;NatureReviewsGenetics2012

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