Bases moléculaires du cancer.La séquence carcinogénétique: de la

dysplasie au cancer infiltrant. L’infiltration et le processus

métastatique.Les tumeurs avec prédisposition

familiale.

DFGSM3

Biopathologie tissulaire

UFR Toulouse- PurpanPr Janick Selves

Chapitre 8 et 9 polycopié national

Le tissu cancéreux

Tissu tumoral:

Cellules cancéreuses

+

vaisseaux , cellules de soutien (stroma)

Cellule normale

Cellule cancéreuse

Caractéristiques de la tumorigenèse: un processus multi-étapes

Initiation tumorale

Cellule normale

Cellule cancéreuse

Caractéristiques de la tumorigenèse: les processus clés biologiques

Initiation tumorale

Instabilité génétique

Dérégulation du contrôle épigénétique

Défaut du contrôle cellulaire

Défaut d’induction d’apoptose

Immortalité

D’après Hanahan et al, Cell 2011

Néoangiogenèse – Invasion – Echappement aux défenses immunitaires

1-L’instabilité génétique

Stabilité génétique Instabilité génétique

Cellule normale

= maintien de l’information génétique

L’instabilité génétique

Stabilité génétique

Instabilité génétique

Instabilité génétique

Cellule cancéreuse

Altérations de l’ADN Réparations de l’ADN

Homéostasie cellulaire

Le nombre estimé de bases altérées par jour dans l’espèce humaine est de 25 000, tous dommages confondus.

Dommages ADN

• Anomalies de la division

• Défaut de recombinaison

• Lésions endogènes, mutations spontanées

• Lésions exogènes

Agents chimiques

UV, rayonnements ionisants

Lésions et réparation de l’ADN

Fleck et al. J Cell Sci 20004

Altérations de l’ADN

Réparations de l’ADN

Perte homéostasie cellulaire

Instabilité génétique

Les gènes de la cancérogenèse

• Oncogènes: favorise le développement du cancer

• Gènes suppresseurs de tumeur: empêche le développement du cancer

Les gènes de la cancérogenèse

• Oncogènes: favorise le développement du cancer – proto-oncogènes: gène normal, rôle dans

l’embryogenèse, croissance cellulaire /tissulaire– oncogènes: gène remanié ou surexprimé induisant

l’apparition ou le développement de tumeur

Oncogènes

D’après polycopié national

protéines sécrétées

protéines membranaires

protéines cytoplasmiquesprotéines nucléaires

Les gènes de la cancérogenèse

• Gènes suppresseurs de tumeur: empêche le développement du cancer– « Gate keeper »: gène qui contrôle directement la croissance

cellulaire (prolifération, différenciation et apoptose) dont l’absence de fonction induit le cancer ( ex: gènes du cycle cellulaire: P53, Rb,, )

– « Care taker »: gène qui contrôle la maintenance de l’intégrité génétique. La perte de fonction de ces gènes favorise l’instabilité génétique (ex: gènes du système MMR: MLH1, MSH2, gènes BRCA1..:

Oncogène:Une seule mutation

activatrice suffisante

Gène suppresseur:Mutation des deux allèles nécessaires

Oncogenèse: théorie de Knudson

• Oncogène: une étape (« one hit »)

– Une mutation sur un allèle suffisante pour provoquer un cancer

– Cancers sporadiques

• Gènes suppresseurs de tumeurs: deux étapes (« two hits »)

– Mutation des deux allèles nécessaires pour provoquer un cancer

– Cancer héréditaire– Cancer sporadique

Knudson, 1971

Caryotype

– Anomalies des chromosomes: • Aneuploïdie, polyploïdie • Réarrangements chromosomiques:

translocation, délétions et autres remaniements

– Anomalies des gènes : • amplification, • délétion, perte allélique,• mutation

– Anomalies épigénétiques: • méthylation, • acétylation

Les types d’altération génétique

Techniques de biologie moléculaire (sur ADN extrait, sur coupes

tissulaires: FISH, ..)

Braf (mélanome)

EGFR ( Cancer poumon) (Cancer sein) (Leucémie myéloïde chronique)

Ex: cancer du sein et amplification HER2

Amplification du gène HER2 (technique FISH)

Surexpression de la protéine dans les cellules cancéreuses (immunohistochimie)

FISH: Hybridation in situ fluorescente

• HER2: récepteur à un facteur de croissance épithélial

Ex: lymphome Burkitt et translocation (8;14)

Augmentation de l’activité de l’oncogène CMYC

• Gène IgH sur Chs 14: code pour une chaîne des immunoglobulines (lymphocytes B)

• Gène c myc sur Chs 8: oncogène

Délétion

protéine non fonctionnelle

tronquée

Ex APC

tronquée

Séquences codantes

Anomalies contrôle épigénétique de l’expression des gènes

_

non exprimée

APC Méthylation MLH1

APC: Adenomatous Polyposis coli

MLH1: gène réparation ADN

Types d’anomalies les plus fréquentes sur les gènes suppresseurs de tumeur

Ex: APC et cancer du côlon

• APC: contrôle de la prolifération cellulaire et du fuseau mitotique

A1 A2

Chrs 5

mut del

APC

Protéine APC tronquée

APC: Adenomatous Polyposis coli

2-Dérégulation du cycle cellulaire

Point de contrôle: altération ADN

Points de contrôle : phase de réplication

Point de contrôle:

Altération de l’ADN

Point de contrôle: fuseau cellulaire

Régulation des points de contrôle: couple Cdk/cycline Cdk: kinases cycline dependantes

Cdk4/cyclineD

Cdk2/cyclineE

Cdk1/cyclineA

Cdk1/cyclineB

P53 et pRB: « gardiens du

génome »

Ex: cancer du col de l’utérus et infection HPV(Human Papilloma Virus)

• Tous les cancers du col sont HPV+• Intégration du génome viral

E6 et E7 inactivent p53 et pRB

Activité transformante de HPV16 liée à E6 et E7E6 and E7 dégradent 53 et Rb

Nombreuses altérations génétiques dans le contrôle du cycle cellulaire

Ex: cancer du côlon

3-Défaut de régulation de l’apoptose

Voie extrinsèque Voie intrinsèque

récepteur

Ligand: TNF, FasL

Privation FDC

Hypoxie

Virus

p53

rayons γ génotoxiques

caspase 3

caspase 8 caspase 9

dégradation ADN

bcl2

Agent pro-apoptotique

Agent anti-apoptotique

Ex: Lymphome folliculaire et bcl2

Follicule lymphoïde B normal Immunomarquage bcl2

Ex: Lymphome folliculaire et bcl2Lymphome folliculaire : cancer des lymphocytes B du centre germinatifs

Translocation t(14;18)

Cellule normale

Cellule cancéreuse

Caractéristiques de la tumorigenèse: les processus clés biologiques

Initiation tumorale

Instabilité génétique

Dérégulation du contrôle épigénétique

Défaut du contrôle cellulaire

Défaut d’induction d’apoptose

Immortalité

D’après Hanahan et al, Cell 2011

Néoangiogenèse – Invasion – Echappement aux défenses immunitaires

Angiogenèse

Vasculogenèse(embryogenèse)

Cellule souche sanguine

Cellule endothéliale

Angiogenèse

(tumorogenèse)Bourgeonnement vasculaire

Vaisseaux anormaux

Angiogenèse

• Vaisseaux anormaux– Vascularisation hétérogène– Anastomose irrégulière– Shunts artério-veineux– Paroi mince– Bordure endothéliale

incomplète– Membrane basale absente

• Fonctionnalité médiocre:perfusion médiocre, mauvais draînage, trouble perméabilité

Photo: L Heiser et R Ackland

Sarcome chez le rat

Angiogenèse

Régulation moléculaire fine

• Les cellules clés: cellules endothéliales, péricytes, cellules musculaires lisses, macrophages, cellules tumorales

• Facteurs solubles, récepteurs, molécules MEC

• Agents pro-angiogéniques• Agents anti-angiogénique

• Anti-angiogéniques: – anti-VEGF-A (bevacizumab,

Avastin®): cancers du côlon, du rein, …

Angiogenèse

D’après A Bikfalvi

Switch angiogénique

Tumeur neuro-endocrine: néo-angiogenèse ++++

La réponse immunitaire

Rôle de la réponse immunitaire dans le développement des cancers

D’après Ghiringhelli

Réponse immunitaire innée

Réponse immunitaire adaptative

Les cellules tumorales sont reconnues et éliminés p ar le système immunitaire

Cancer du col micro-infiltrant + inflammation

- Rôle majeur dans le contrôle de l’émergence des tumeurs

Cellules tumorales en dormance :

Longue latence entre la transformation et l’émergence d’une tumeur

-Rôle important dans l’évolution des tumeurs: meilleur pronostic des cancers avec forte stroma-réaction lymphoïde

Cancer du côlon infiltrant

par imuno-subversion : induction d’une tolérance spécifique

par immuno-sélection: sélection de sous-clones résistants à la réponse immune

Stratégies thérapeutiques immunologiques

– Favoriser la lyse tumorale: Immunothérapie des cancers de la vessie (BCG thérapie locale)

– Proposer des stratégies vaccinales

– Restaurer la réponse immunitaire anti-tumorale• Traitement des mélanomes, autres tumeurs ..

Vaccin thérapeutique

lymphocyte T CD8+

• cibles exprimées par les cellules tumorales : Anti-IDIOTYPE, MAGE A3, MUC1, BELAGEN PUMATUCEL,

• absentes des tissus

normaux

Immunomodulation et cancer : vaccins

• Peu de résultats très efficaces• Difficultés: - hétérogénéité tumorale- Peu d’antigènes induisent un rejet tumoral -Microenvironnement immunosuppresseur

• Associer des immunomodulateurs

Régulation de l’immunité adaptative par les cellule s tumorales

Tissu lymphoïde

Régulation de l’immunité adaptative par les cellule s tumorales

Tumeur

La Lettre du CancérologueBrown et al., Genome Resarch , 2014

� L’efficacité de l’immunothérapie est liée à la quan tité de mutations dans une tumeur (néopeptides tumoraux antigéniques)

Cancer Genome atlas Network, Nature, 2012

Hypermuté Non hypermuté

Cancer colo-rectal

MSI: Microsatellite instability

CRC cohorts

Efficacité des anti-PD1 dans les cancers du colon M SI +

100

80

60

40

20

0

0 5 10 15 20

Mois

MSS

MSI

% S

urv

ie

DT Le et al., ASCO 2015, LBA100

Histoire naturelle du cancer

D’après polycopié national

Le tissu cancéreuxla transformation est un processus multi-étapes

Cancer invasifnormal dysplasie Cancer in situ

Dépistage: biopsies, frottis, ...

Traitement local et curatif

La dysplasie

• Définition: Trouble acquis du renouvellement tissulaire avec multiplication cellulaire associant des altérations morphologiques cytonucléaires et architecturale tissulaire

• Epithélium: col de l’utérus, tube digestif, glande mammaire, voies urinaires, voies aériennes, muqueuses malpighiennes, ..

La dysplasie

• Anomalies cytologiques

• Anomalies architecturales

Col de l’utérus

La dysplasie

• La dysplasie est un phénomène progressif, multi-étapes

• La transformation en cellule cancéreuse est inconstante, avec un délai variable (lésion pré -cancéreuse)

Le grade de la dysplasie(intensité et extension des lésions)

Dysplasie légère

Dysplasie modérée

Dysplasie sévère

Néoplasie Intra-épithéliale de degré I

Néoplasie Intra-épithéliale de degré II

Néoplasie Intra-épithéliale de degré III

Dysplasie bas grade

Dysplasie sévère

Ex: CIN Cervical Intraepithalial Neoplasia

Adénome colique

Adénome colique,

dysplasie bas grade

Adénome colique,

dysplasie haut grade Carcinome in situ

La dysplasie

Les maladies qui prédisposent à la dysplasie (états pré -cancéreux):

– Inflammation chronique

– Exposition chimique chronique

– Infections virales

La dysplasie

Les maladies qui prédisposent à la dysplasie (états pré-cancéreux): – Inflammation chronique

• Gastrite chronique ( H Pylori, ..) et cancer gastri que

– Exposition chimique chronique• Tabac,

– Infections virales• HPV et cancer du col utérus

Le Cancer in situ

• Intégrité membrane basale

• Anomalies cytologiques et architecturales du cancer mais non invasif

• Pas de risque de diffusion métastatique

• Guérison si exérèse complète

Col de l’utérus

Sein

Intégrité membrane basale

Sein

L’invasion

Cancer invasifnormal dysplasie Cancer in situ

L’invasion (infiltration du tissu conjonctif)

Epithélium :

franchissement de la membrane basale

Autres tissus: d’emblée invasifs

Processus actif

Interaction cellule cancéreuse / MEC

Dégradation tissu conjonctif

Mobilisation cellules cancéreuses

Rôle hypoxie/ Nécrose tumorale

stroma

angiogenèse

inflammation

Régulation biologiquecytokines, facteurs de croissance, de chimiotactisme, molécules d’adhésion, enzymes protéolytiques

Rôle des molécules d’adhésion

(intégrines, cadhérine, …)

Carcinome gastrique à cellules isolées

E-cadhérine

Le bourgeonnement tumoral dans un cancer du côlon

Le bourgeonnement tumoral : migration cellulaire et dégradation de la MEC

Anticytokératine AE1:AE3

La dissémination cancéreuse

Métastase viscérale

Cancer invasif

Métastase ganglions

Dissémination

Voie lymphatique

Voie hématogène

Autres voies: séreuses, voies urinaires, …

Dissémination le long des séreuses: carcinose péritonéale (tumeurs intra-abdominales: côlon, pancréas, ovaire, ..)

Embole lymphatique

Embole veineux

La dissémination vasculaire

Détachement cellulaire & invasion MEC

Intravasation

Survie dans la circulation

Extravasation

Implantation et invasion nouveau territoire: métastase

La dissémination vasculaire

< 1 cellule/ 10 000

Implantation et invasion nouveau territoire: métastase

Migration et ancrage dans le tissu: molécules d’adhésion

Facteurs de croissance

Stroma

Angiogenèse

Echappement réponse immunitaire

Cellule en dormance

Micrométatases

Métastases actives

Mort par apopotose

« niche tumorale »

Muqueuse colique

Adénocarcinome

Adénome

polype

Ex: carcinogenèse colique

Petit adénome

Gros adénome

Cancer Métastases

Crypte

aberrante

10 ans

5q-

APC Kras TP53 TGFβR2Smad 2-4

PI3K

18q-8p-22q-

17p-

Pertes alléliques (délétions)

Gènes suppresseurs de tumeurs

Oncogènes

petit adénome adénome avancé cancer métastasecryptes aberrantes

Transformation adénome /carcinome

Instabilité génétique

Vogelstein, 1988

PRL3

5q-

APC Kras TP53 TGFβR2

Smad 2-4

PI3K

18q-8p-22q-

17p-

« initiation » « invasion/progression » « diffusion »

petit adénome adénome avancé cancer métastasecryptes aberrantes

≈ 15 gènes

Vogelstein, 1988

Wood, 2007

PRL3

Transformation adénome /carcinome

La dissémination cancéreuse

Métastase viscérale

Cancer invasif

Embols vasculaires

Métastase ganglions

Cancer côlon + méta ganglion

méta foie d’un cancer du côlon

Les agents du cancer

• Agents initiateurs• Agents promoteurs

Les agents du cancer

• Agents initiateurs: induisent une lésion définitive de l’ADN

• Agents promoteurs: favorisent l’expression des lésions génétiques

Agents initiateurs

• Les virus: cf cours P Brousset

• Les agents physiques• Les agents chimiques• Les prédispositions génétiques

Agents cancérogènes: agents entraînants une modification de structure de l’ADN. Risque de cancer de la personne exposée

Agents mutagènes: transmissible si atteinte meiose

Agents initiateurs

• Les agents physiques:– Radiations ionisantes: leucémie, cancer de la thyroïde, ..– Ultraviolets: cancers cutanées ( mélanome, cancer

épidermoïde)

• Les agents chimiques:– Tabac: cancer poumon, ORL, vessie, ..– Aflatoxine B : cancer du foie

Type de mutation /agent cancérogène

• Le type de mutation est dépendante du tissu, donc du type de cancer

• Le type de mutation est dépendante de l’agent cancérogène

• Ex: mutation P53

Cancer du foieCancer du poumon

Cancer de la peau

Agents promoteurs

• Favorise, accélère le processus cancéreux • EX:

– cancer du sein: hormones (oestrogènes)– Alcool ( cancer ORL, foie)– Infections chroniques ( H pylori et cancer

gastrique)

Prédispositions Génétiques (cancers héréditaires)

75%cancers

« SPORADIQUES »

5% Cancers

« HEREDITAIRES »

Cancer et Hérédité

CôlonSein / ovaires

…MélanomeEstomac

ReinRétinoblastome

…Prostate

Pancréas

20%cancers

« à composante FAMILIALE »

Cancer sporadique

- Acquis

- Cellules somatiques

- un tissu donné

Cancer héréditaire

-transmis, constitutionnel

- cellules germinales

- toutes les cellules de l’individu

Gènes altérés identiques

Mutation somatique Mutation constitutionnelle

Cancers sporadiques

CANCERS HEREDITAIRES/FAMILIAUX

Cancers héréditaires

Caractéristiques des cancers héréditaires

• Contexte familial• Sujet porteur: prédisposé génétiquement au

développement de tumeur– Age moyen : « jeune » (mais risque >> toute la vie)– Dépistage et prévention adaptée +++– Association à d’autres types précis de cancers (syndrome)

• Transmetteur potentielle de cette prédisposition à ses enfants– Transmission autosomique : dominante, récessive– Conseil génétique (« Oncogénétique »): Dépistage et prévention

adaptée +++

50%

Transmission autosomique dominanteAllèle muté dominant sur l’allèle sauvage : les hétérozygotes sont porteurs de la

prédisposition aux cancers

Transmission autosomique récessiveAllèle muté récessif sur l’allèle sauvage : les homozygotes sont porteurs de la

prédisposition aux cancers

Germinal CancerAu cours de la vie

Mutation gène NER 1er allèle

Mutation gène NER 2ème allèle

Mutation UV

Polypose Adénomateuse Familiale:

Autosomique dominant

Exemples

Mutation gène APC 1er allèle

Mutation gène APC 2ème allèle

Xeroderma pigmentosum:

Autosomique récessif

Cancers de la peau

Cancers côlon, …

Nom de la maladie

germinal tissulaire

POLYPOSE ADENOMATEUSE FAMILIALE

IV

III

II

I

Colectomie

dcd 33 ans

T colon

PAF

57 ans dcd 44 ans

T foie

dcd 44 ans

PAF

dcd 63 ans

T rectum

Colectomie 1985

PAF

dcd 50 ans

PAF

58 ans 63 ans

PAF

dcd à 81 ans dcd à 38 ans

T utérus

dcd 32 ans

T rectum

PAF

33 ans 27 ans

Pas de coloscopie

26 ans

PAF

Colectomie 96

APC +

Colo normale

30 ans

Colo normale

Colo normale

33 ans 32 ans

PAF

29 ans

PAF

Colo normale

35 ans33 ans

Colo normale

30 ans

Colo normale

32 ans

APC + APC + APC + APC + APC - APC - APC -

APC -

Desmoïdeintra-abdo

Dg 20

Dg 31

APC +

Mutation gène APC

Transmission : 50 %(autosomique dominant)

Pénétrance: 100%

Cancer précoce, quasi-constant5

APC: Adenomatous Polyposis Coli

La Polypose Adénomateuse Familiale liée à APC

< 1% des CCR

petit polype polype avancé cancer métastasecryptes aberrantes

Polypose Adénomateuse Familiale:

(mutation germinale APC)

Séquence accélérée

Transformation adénome /carcinome

<2cm>

IV

III

II

I

26 ans 32 ans 30 ans 24 ans 29 ans 20 ans

58 ansT côlon 40

59 ans 57 ans 60 ans

51 ansT côlon 37

63 ans

T utérus 44T côlon 46

dcd à 57 ans

T côlon

dcd à 85 ansT côlon 37

dcd à 45 ansT côlon 45

dcd à 40 ans dcd à 90 ans

T côlon 40

Cancer héréditaire du côlon, sans polypose

Syndrome de Lynch(HNPCC : Hereditary Non Polyposis Colorectal Cancer)

Gène MMR (MLH1, MSH2, MSH6, PMS2, EPCAM)

Pénétrance ~ 50% à 70%Transmission : 50%(autosomique dominant)

Salovaara JCO 2000

Hemminki BJC 2001

Katballe Gut 2002

ERISCAM

Côlon rectumEndomètreVoies urinairesGrêleOvaireEstomac SNC…

âge moy.40 ans

40% à 70 ans

PlurifocauxMétachrones

Risque familialRisque individuel

Tumeur

Perte d'expression d'une protéine MMR (tumeur)

Anti MLH1

Système MMR déficient: Phénotype tumoral

Instabilité microsatellitaire (MSI)

2 microsatellites instables

Génome tumoral

Syndrome Lynch

Mutation un gène MMR

?

Epithelium normal adénome adénome avancé cancer

Perte de fonction MMR

Instabilité microsatellitaire: Evènement précoce dans la carcinogenèse

Accélère la progression tumorale

Instabilité microsatellitaire

initiation transformation progression

Oncogenèse des tumeurs MSI

Merci de votre attention !