ARTICLE
Auteur(s) : P Laurent-Puig,
J Agostini, K Maley
1Université Paris-Descartes, UMR-S775, Pôle
de Biologie, Hôpital Européen Georges-Pompidou AP-HP, 45,
rue des Saints-Pères, 75006 Paris, France
Introduction
Si les cancers colorectaux (CCR) sont des tumeurs
très homogènes sur le plan de leurs caractéristiques
anatomopathologiques (90 % sont des adénocarcinomes), les progrès
récents de la biologie moléculaire ont permis d'individualiser
trois mécanismes moléculaires de carcinogenèse colorectale. Au
moins deux de ces mécanismes moléculaires à l'origine des cancers
sont étayés par l'existence de deux types de prédispositions
héréditaires majeures aux CCR : la polypose adénomateuse familiale
(PAF) et le syndrome de Lynch ou syndrome HNPCC pour
hereditary non polyposis colon cancer. Le troisième, dont
l'autonomie par rapport aux deux autres est difficile à affirmer
aujourd'hui, n'a pas de traduction connue à ce jour en tant
que prédisposition génétique.
Ces mécanismes de carcinogenèse se traduisent sur le plan
du phénotype tumoral par l'existence d'une instabilité
chromosomique (CIN, pour chromosomal instability), d'une
instabilité génétique (MSI, pour microsatellite instability ou
instabilité des microsatellites) ou d'une hyperméthylation des
îlots CpG des régions régulatrices des gènes (CIMP, CpG island
methylator phenotype). Bien que les mécanismes de carcinogenèse
soient différents, il semble que les voies de signalisation
impliquées dans la transformation maligne des cellules épithéliales
coliques soient identiques.
Mécanismes moléculaires de carcinogenèse
Phénotype CIN
Ce phénotype CIN est celui qui est le plus fréquent parmi les CCR,
puisqu'il rend compte de 80 % des CCR sporadiques. Il est
caractérisé par la survenue de pertes alléliques sur le bras court
des chromosomes 17 et 8 et sur le bras long des chromosomes 18, 5
et 22. Ces pertes alléliques sont associées à des mutations
fréquentes des gènes suppresseurs de tumeurs, TP53 et APC,
respectivement localisés sur le bras court du chromosome 17 et sur
le bras long du chromosome 5 et participent ainsi à l'inactivation
biallélique de ces gènes. Sur le bras long du chromosome 18,
l'identification du gène suppresseur de tumeur ciblé par les pertes
alléliques n'est pas certaine (plusieurs gènes sont des candidats
potentiels : DCC, SMAD2 ou SMAD4). Sur les chromosomes 1p, 8p et
22q, aucun gène suppresseur de tumeur n'a pu être identifié jusqu'à
présent. Ces pertes alléliques sont souvent associées
à un contenu anormal en ADN
(aneuploïdie). Les mécanismes moléculaires à l'origine de
cette CIN sont largement incompris. La survenue de mutations
stop du gène APC, en conduisant à la synthèse d'une protéine
tronquée, pourrait jouer un rôle. En effet, la protéine APC
maintient la polymérisation des microtubules et se lie avec la
protéine BUB1 qui, elle-même, interagit avec les kinétochores des
chromosomes. Ainsi, l'altération du gène APC pourrait conduire à la
CIN en favorisant les anomalies de ségrégation chromosomique [1,
2]. Cependant, l'inactivation du gène APC n'est probablement pas
suffisante pour provoquer la CIN, et d'autres gènes sont
probablement impliqués, en particulier ceux participant au contrôle
du fuseau mitotique lors de la division cellulaire.
La présence de mutations des gènes BUB1, BUB1B et TP53
pourrait elle aussi entraîner une CIN [3, 4]. Des anomalies du
nombre et de la fonction des centrosomes ont été impliquées dans la
survenue d'une CIN. L'amplification du gène AURKA (Aurora Kinase
A), une sérine thréonine kinase associée au centrosome, est
fréquente dans les CCR [5] et associée au phénotype CIN [6].
La surexpression de cette kinase peut induire une aneuploïdie
dans des modèles de lignées cellulaires [7]. L'altération d'autres
gènes pourrait être impliquée dans la survenue de cette
instabilité, en particulier les gènes intervenant dans la cohésion
de chromatides sœurs lors de la mitose (SCML1, CSPG6, STAG3,
MRE11A, FBXW7) [8].
Instabilité génétique (phénotype MSI)
L'autre groupe des CCR est caractérisé par la présence d'une
instabilité des locus microsatellites liée à un défaut de
réparation des mésappariements de l'ADN (DNA mismatch repair ou
MMR). Ce défaut de réparation est lié principalement à
l'hyperméthylation de la région promotrice du gène hMLH1 dans les
cancers sporadiques. Dans le cas du syndrome de Lynch, cette
altération du système MMR est liée à des mutations inactivatrices
des gènes hMSH2, hMLH1, hMSH6, PMS2. Les tumeurs appartenant à
ce groupe ont un phénotype appelé MSI+ et représentent 15 % des
CCR. Le diagnostic de MSI repose sur la découverte, par la
technique de PCR (polymerase chain reaction), d'une augmentation ou
d'une diminution du nombre de répétitions de plusieurs séquences
microsatellites par l'analyse comparative de la taille des produits
d'amplification de ces séquences provenant de l'ADN extrait du
tissu tumoral et du tissu sain adjacent. Cette technique de
biologie moléculaire est actuellement considérée comme la
méthode de référence pour l'identification des tumeurs MSI+.
La recherche d'une perte d'expression des protéines du système
MMR, essentiellement hMSH1, hMLH2 et hMSH6, en
immunohistochimie a été proposée comme une alternative à cette
technique de biologie moléculaire par plusieurs équipes avec une
sensibilité et une spécificité intéressantes. Elle permet surtout,
dans le cadre d'un syndrome de Lynch, d'orienter les recherches
génétiques de mutation sur le gène codant la protéine absente en
immunohistochimie.
Ces tumeurs sont diploïdes. Les mutations des gènes TP53 et
APC sont significativement moins fréquentes que dans le groupe des
tumeurs ayant le phénotype CIN [9]. Ce déficit du système de
réparation MMR entraîne une accumulation de mutations secondaires
au niveau de ces séquences répétées, dont les conséquences peuvent
être délétères si ces dernières se situent au niveau de régions
codantes de l'ADN. En conséquence, de nombreux gènes impliqués dans
des voies de contrôle du cycle cellulaire, de l'apoptose et de la
réparation de l'ADN peuvent être inactivés par la survenue de
mutations dans des régions codantes répétées. En particulier, des
mutations ont été décrites pour le gène du récepteur de type II du
TGFβ (transforming growth factor), le gène proapoptique BAX, les
facteurs de transcription TCF-4 ou E2F4 [10]. Les cancers MSI+
sont beaucoup plus fréquents au niveau du côlon proximal qu'au
niveau du côlon distal, où plus de 95 % des cancers sont de
phénotype CIN.
Hyperméthylation de l'ADN (phénotype CIMP)
Plus récemment, des anomalies de la méthylation de l'ADN ont été
mises en évidence dans les tumeurs colorectales, définissant un
nouveau groupe de CCR dont on verra plus loin qu'il n'est pas
complètement autonome des deux autres. Ces anomalies de la
méthylation touchent les cytosines des îlots CpG et entraînent leur
inactivation transcriptionnelle, donnant ainsi l'acronyme de ce
phénotype CIMP (CpG Island methylation phenotype). Dans le CCR,
plusieurs gènes suppresseurs de tumeur peuvent être ainsi inactivés
[11-13]. L'hyperméthylation du gène suppresseur de tumeur
p16INK4A est observée par exemple dans 26 % des CCR
[14]. Il faut faire une mention particulière du gène hMLH1,
une hyperméthylation de la région promotrice de ce gène est
fréquemment présente lorsque les tumeurs ont un phénotype MSI+,
leur donnant un double phénotype MSI+ et CIMP+ (tumeurs vertes de
la figure 1).
Ce double phénotype est caractéristique des tumeurs MSI+ se
développant dans le cadre sporadique par opposition aux tumeurs
MSI+ se développant dans le cadre d'une prédisposition de type
syndrome de Lynch, où l'altération causale est une mutation
inactivatrice d'un des gènes de la réparation des mésappariements.
La méthylation de l'ADN est sous la dépendance d'enzymes, les
ADN méthyltransférase (DNMT), qui catalysent le transfert de
groupements méthyle des S-adénosylméthionines vers des résidus
cytosine. La DNMT-1 est l'enzyme la mieux étudiée.
Le mécanisme spécifique par lequel l'activité des DNMT et
l'état de méthylation de l'ADN sont régulés reste, à ce jour, peu
compris. Des taux élevés d'activité DNMT ont été mis en
évidence dans les cellules cancéreuses coliques. De plus, il a
été montré que la surexpression de la DNMT-1 pouvait conduire à la
transformation cellulaire maligne [15, 16].
Il n'existe pas de définition stricte de ce phénotype. Plusieurs
études ont cherché à définir le nombre de gènes dont les
régions promotrices devaient être étudiées pour permettre une
caractérisation fiable de ce phénotype. Ce nombre est compris,
selon les études, entre quatre et dix, et lorsque la moitié de ces
gènes ont une méthylation anormale, cela définit alors un phénotype
CIMP. Bien qu'il n'existe pas de panel de gènes consensuels, deux
études récentes ont montré la grande spécificité et sensibilité de
la présence d'une hyperméthylation de la région promotrice des
gènes RUNX3, CACNA1G, IGF2, MLH1 NEUROG1, SOCS1 pour définir le
phénotype CIMP dans le CCR [17, 18]. Ces cancers présentent un
profil d'altérations génétiques particulier. On retrouve
fréquemment un phénotype MSI lié à l'hyperméthylation de hMLH1, une
mutation de l'oncogène BRAF (figure 1) et une fréquence
des mutations de TP53 plus faible que dans les CCR de phénotype
CIN. Ce phénotype est plus fréquent parmi les tumeurs du côlon
droit, les tumeurs peu différenciées et les tumeurs se
développant chez les femmes [14, 17, 18].
Principales voies de signalisation impliquées
dans le CCR
Voie de signalisation Wnt ou voie APC/β-caténine
Le gène suppresseur de tumeur APC, localisé dans la région
chromosomique 5q21-q22, est le partenaire essentiel de cette voie
de signalisation. L'altération constitutionnelle de ce gène est
responsable de la PAF. Il est muté dans 60 à 80 % des CCR de
phénotype CIN [19]. Ces mutations, qui sont fréquemment des
délétions ou des insertions de quelques bases, conduisent à la
synthèse d'une protéine tronquée [20]. Elles inactivent une des
deux copies du gène APC. L'autre événement est soit
la perte de l'autre bras long du chromosome 5, soit la
présence d'une seconde mutation sur l'autre allèle du gène APC.
Le contrôle négatif du gène APC sur le cycle cellulaire se
fait à travers l'interaction de la protéine APC avec la β-caténine.
La protéine β-caténine est l'élément essentiel de la voie de
signalisation médiée par l'oncogène Wnt. Après une activation du
récepteur Wnt, la protéine β-caténine s'accumule dans le cytoplasme
des cellules activées. Elle forme un complexe protéique avec le
facteur de transcription TCF4. Ce complexe est alors
transloqué dans le noyau où il permet la transcription de gènes
favorisant la prolifération cellulaire (figure 2) [21]. Il a
été montré, dans des cellules déficientes pour la protéine APC, que
le complexe β-caténine-TCF4 est stable et actif de manière
constitutive. La régulation négative exercée par la protéine
APC sur la β-caténine implique d'autres partenaires comme l'axine
et la glycogène synthase kinase 3β (GSK3β). Cette dernière
kinase, en phosphorylant certains résidus sérine et thréonine de la
β-caténine, permet sa dégradation par le protéasome. Une autre voie
d'activation du complexe protéique β-caténine-TCF4 est la survenue
de mutations activatrices de la β-caténine, empêchant sa
dégradation par le protéasome. Ces mutations surviennent dans
50 % des cancers du côlon où aucune mutation du gène APC n'a été
trouvée [22]. Il existe ainsi une accumulation de β-caténine
au niveau des cellules tumorales. Un des gènes cibles de la
transcription induite par le complexe β-caténine-TCF4 est
l'oncogène c-MYC, surexprimé dans les CCR où il induit une
prolifération des cellules épithéliales coliques [23]. Le rôle
de cette voie de signalisation ne s'arrête pas là dans la
transformation maligne des cellules. En effet, la β-caténine se lie
avec la E-cadhérine. Cette protéine appartient à une famille de
glycoprotéines transmembranaires nécessaires à l'adhésion entre les
cellules. La présence de la β-caténine semble indispensable à
l'adhésion cellulaire médiée par la E-cadhérine. Il a été
suggéré que la protéine APC, en déplaçant la β-caténine de son site
de liaison à la E-cadhérine, empêche celle-ci de jouer son rôle de
protéine d'adhérence et favorise la migration des cellules
épithéliales coliques vers le sommet des villosités et leur
desquamation dans la lumière intestinale [21].
En résumé, au cours de la prolifération maligne des cellules
épithéliales colique, le complexe β-caténine-TCF4 devient actif de
manière constitutive soit par la survenue d'une inactivation du
gène APC, soit par la mutation activatrice du gène codant pour la
β-caténine ou du gène TCF4 [24] conduisant à la prolifération des
cellules épithéliales coliques vers la surface des cryptes
intestinales, participant ainsi à la formation des cryptes
aberrantes, premières lésions prénéoplasiques visibles sur le plan
histologique. La voie de signalisation Wnt est activée dans
les deux types de CCR CIN+ et MSI+. Dans les cancers CIN+, il
s'agit principalement d'une inactivation biallélique du gène APC,
et dans les cancers MSI+, de mutations activatrices du gène codant
pour la β-caténine [22] ou de TCF4 (figure 3) [24].
La fréquence d'activation de cette voie de signalisation dans
les deux types de cancers est proche de 80 %, et elle apparaît
ainsi essentielle dans la carcinogenèse des CCR.
Voie du TGFβ
Les membres de la famille du TGFβ sont des facteurs de croissance
et de différenciation cellulaire impliqués dans plusieurs processus
biologiques tels que la prolifération et la différenciation
cellulaire, la synthèse de la matrice extracellulaire, la réponse
immunitaire et l'angiogenèse. Le TGFβ1, appelé communément
TGFβ, est un inhibiteur de la prolifération cellulaire épithéliale.
Deux gènes, SMAD2 et SMAD4, participent à la transduction du signal
entre ses récepteurs membranaires à activité sérine thréonine
kinase, TGFβRI et TGFβRII, et le noyau cellulaire. Le TGFβ
activé, en se liant au TGFβRII, permet la formation d'un complexe
protéique avec le TGFRI et la phosphorylation de ce dernier
récepteur. Cet hétérotétramère TGFβRII/TGFβRI activé phosphoryle à
son tour la protéine intracellulaire SMAD2 qui va former un
hétérodimère avec SMAD4 [25]. Ce complexe protéique est alors
transloqué au niveau du noyau où il contribue à la transcription de
gènes impliqués dans le cycle cellulaire. L'activation de la voie
de signalisation du TGFβ est ainsi associée à l'inhibition de
cyclines et de kinases dépendantes de cyclines et à l'augmentation
de l'expression d'inhibiteurs des cyclines [25, 26].
Cette voie de signalisation est activée dans 20 à 30 % des CCR
de phénotype CIN par mutations inactivatrices des gènes SMAD2 et
SMAD4 (figure 3)
[27, 28]. Elle est également impliquée dans les CCR de phénotype
MSI où le gène du TGFβRII est inactivé de manière biallélique dans
60 à 80 % des cas [29]. Ce gène possède, en effet, au sein de
sa séquence codante une séquence répétée microsatellite de dix
adénines, siège d'erreur de réplication non réparée par le système
MMR. Ces mutations conduisent à un décalage du cadre de
lecture et à la synthèse d'un récepteur tronqué non fonctionnel. Un
autre gène de cette voie de signalisation est inactivé de la même
manière sur une séquence répétée de huit guanines : il s'agit du
gène codant pour le récepteur de type II du facteur de croissance
insulinique (IGFIIR) qui se trouve en amont du TGFβRII sur la voie
de signalisation du TGFβ et permet son activation [30].
Les mutations de TGFβRII et celles de IGFIIR sont mutuellement
exclusives. Ainsi, cette voie de signalisation est donc inactivée
dans les deux types de CCR, quasi systématiquement dans les cancers
de phénotype MSI+ et plus rarement parmi les phénotypes CIN+.
Voie TP53
Le gène suppresseur de tumeur TP53, situé en 17p, est inactivé à la
fois par des pertes alléliques et des mutations ponctuelles dans 60
à 80 % des CCR de type CIN. Les mutations sont
significativement moins fréquentes dans les CCR de phénotype MSI.
Les altérations de TP53 sont impliquées dans la séquence
adénome-cancer et surviennent donc relativement tardivement au
cours de la carcinogenèse colorectale. Le rôle de la protéine
p53 est double. D'une part, elle bloque le cycle cellulaire en
phase G1/S, en induisant la transcription du gène inhibiteur du
cycle cellulaire CIP1/WAF1 lors de lésions de l'ADN, afin de
permettre la réparation de ces lésions avant la division
cellulaire. D'autre part, elle peut induire l'apoptose en
favorisant la transcription du gène proapoptique BAX si les lésions
de l'ADN sont trop importantes pour être réparées. La protéine
p53 joue ainsi le rôle de « gardien du génome » [31]. L'altération
du gène TP53 serait donc au centre de la transformation maligne de
la cellule en autorisant la survenue d'altérations génétiques
multiples, notamment à type de délétion ou d'amplification,
participant au phénotype CIN. Cependant, la part relative des
altérations du gène APC et du gène TP53 reste à déterminer.
La voie de signalisation de p53 n'est pas seulement invalidée
dans les cancers de type CIN, mais aussi dans les cancers de
phénotype MSI. En effet, le gène BAX est un gène cible de MSI par
mutations sur une séquence répétée codante de huit guanines
présentes dans 30 à 50 % des CCR de ce type (figure 3) [32].
Voie de l'EGF
Le récepteur de l'EGF (REGF) ou HER1 est une glycoprotéine
transmembranaire appartenant à la famille des récepteurs de
facteurs de croissance à activité tyrosine-kinase HER ou ErbB.
Cette famille comporte, outre le REGF, trois autres récepteurs :
HER2 ou ErbB2, HER3 et HER4 [33]. Le REGF est composé d'un
domaine extracellulaire assurant la fixation avec le ligand,
d'un domaine transmembranaire et d'un domaine effecteur
tyrosine-kinase intracellulaire. Il existe plusieurs ligands
du REGF que sont l'EGF et le TGFα principalement, mais aussi
l'amphiréguline, l'épiréguline, la β-celluline, le facteur de
croissance lié à l'héparine et les neurégulines. La fixation
du ligand sur le récepteur entraîne, après homo- et/ou
hétérodimérisation de ce récepteur avec d'autres récepteurs de la
famille ErbB tels que HER2, l'activation de ce dernier par
phosphorylation au niveau de résidus tyrosine spécifiques situés
sur son domaine intracellulaire. Ces résidus phosphorylés
servent de site d'amarrage à un certain nombre de protéines
intracellulaires contenant un domaine Src homology-2 (SH2) capable
de reconnaître ces tyrosines phosphorylées. Ces protéines à
domaine SH2 jouent donc un rôle central dans la transmission des
signaux intracellulaires, raison pour laquelle on les retrouve dans
la plupart des voies de signalisation : il s'agit du complexe
Grb2/hSos qui active la protéine RAS dans la voie des RAS/RAF/MAPK
(mitogen activated protein kinase) et de la protéine PI3K
(phosphatidyl inositol 3-kinase) qui phosphoryle certains lipides
membranaires, aboutissant au recrutement de la kinase AKT dans la
voie PI3K/AKT. Ainsi, l'activation du REGF est responsable de
l'activation de deux voies de signalisation intracellulaire d'aval
impliquées dans la prolifération, la migration, l'adhésion et la
différenciation cellulaire, ainsi que dans la résistance à
l'apoptose et l'angiogenèse, la voie RAS/RAF/MAPKinase et la voie
PI3K/AKT.
Plusieurs arguments expérimentaux ont démontré l'implication du
REGF dans la genèse des CCR où ce récepteur est surexprimé
dans 30 à 85 % des cas [34-36]. Il existe une élévation du
niveau d'expression en ARNm du REGF dans des lignées cellulaires de
CCR ou des tumeurs colorectales par rapport à celui observé dans
des lignées de cellules intestinales non tumorales ou au niveau de
tissu colique normaux [34, 37]. Par ailleurs, le transfert d'un
allèle déficient en REGF chez une souris APCmin (modèle murin de
PAF) entraîne une diminution de plus de 90 % du nombre de polypes
intestinaux [38], ce qui suggère une implication du REGF à un stade
précoce de la carcinogenèse colorectale.
Plusieurs altérations génétiques peuvent expliquer
une activation de la voie de signalisation de l'EGF : une
amplification du récepteur lui-même qui est retrouvée dans 10 à 15
% des CCR [39] ; une activation constitutive de la voie
RAS/RAF/MAPK et une activation constitutive de la voie
PI3K/AKT.
Voie RAS/PAF/MAPKinase
Les protéines RAS font partie de la famille des GTPases. Elles
jouent un rôle important dans la transmission de signaux
extracellulaires provenant des récepteurs membranaires vers le
noyau, aboutissant à la régulation de la prolifération, de la
survie, de la différenciation et de la migration cellulaire, ainsi
que de l'angiogenèse. Elles sont localisées à la face interne de la
membrane cytoplasmique, ancrées dans la couche phospholipidique
membranaire par leur extrémité C terminale. Leur activation est
déclenchée par l'intermédiaire de récepteurs membranaires, dont le
REGF. Les protéines RAS jouent un rôle « d'interrupteur » au
sein des voies de signalisation et oscillent entre deux états : un
état actif où elles sont liées au GTP (guanosine triphosphate), ce
qui permet transitoirement l'interaction de RAS avec d'autres
molécules intracellulaires effectrices et l'activation de
différentes voies de signalisation, et un état inactif où elles
sont liées au GDP. L'activation des protéines RAS survient lors du
remplacement du GDP par le GTP et, inversement, leur inactivation
est provoquée par l'hydrolyse du GTP en GDP par des protéines de
régulation telles que les GAP (GTPase-activating proteins), ainsi
que par l'activité GTPase intrinsèque de la protéine RAS elle-même.
Le gène KRAS est fréquemment activé dans les CCR. Cette
activation résulte de mutations faux-sens qui lui confèrent un
pouvoir oncogénique via une accumulation de la forme active liée au
GTP, elle-même liée à l'altération de l'activité intrinsèque GTPase
[40]. La prévalence des mutations de l'oncogène KRAS dans les
CRC est voisine de 40 % [41]. Ces mutations touchent dans plus
de 90 % des cas l'acide aminé glycine des codons 12 et 13
et, plus rarement, l'acide aminé glutamine du codon 61 [41].
Plus récemment, une protéine appartenant à la cascade RAS a été
montrée activée par mutation ponctuelle, il s'agit d'une sérine
thréonine kinase codée par le gène BRAF. Une mutation quasiment
unique est observée au niveau de ce gène, conduisant à une
substitution d'une valine en un acide glutamique au niveau du codon
600 (V600E). Cette mutation activatrice est responsable d'une
augmentation de l'activité kinase de la protéine BRAF, et il a été
montré qu'elle avait des capacités oncogéniques in vitro [42].
Environ 10 à 15 % des CCR sont porteurs d'une mutation de ce gène.
Ces mutations sont exclusives des mutations du gène
KRAS (figure 3)
[43, 44]. Elles surviennent significativement plus fréquemment dans
les cancers de type MSI+ que dans les cancers CIN+.
La voie de transduction de signal passant par les protéines RAS
apparaît donc activée de manière constitutive dans 50 % des CCR,
quel que soit le phénotype de cancer.
L'activation des protéines RAS et BRAF entraîne l'activation de
la voie des MAPK, également appelée ERK (extracellulary regulated
kinase). Cette première protéine kinase est responsable de
l'activation par phosphorylation de la MAPK-kinase ou MEK
(MAPK-ERK-kinase). À son tour, MEK active de manière hautement
spécifique par double phosphorylation la MAPK, ce qui entraîne sa
translocation au niveau du noyau et l'expression de gènes précoces
codant pour des facteurs de transcription (c-FOS) et autres (c-MYC,
c-JUN ou JUNB) qui, à leur tour, stimulent l'expression d'un grand
nombre de gènes, en particulier ceux de la cycline D1 et de CDK6
ayant un rôle majeur dans l'initiation du cycle cellulaire en
G1.
Voie PI3K/AKT
La voie PI3K/AKT joue un rôle important dans certaines fonctions
cellulaires comme la régulation de la glycogenèse, la régulation de
la taille de la cellule, la migration, la survie cellulaire et
la prolifération. Cette voie peut être activée de trois façons
différentes. La première l'est à la suite de la
phosphorylation des tyrosines du domaine intracellulaire d'un
récepteur membranaire à activité tyrosine-kinase comme le REGF.
Le récepteur ainsi activé se lie alors à la sous-unité
régulatrice p85 de la PI3K qui a la possibilité de se fixer
directement par son domaine SH2 sur les résidus tyrosine
phosphorylés du récepteur. La sous-unité p110 catalytique de
la PI3K, recrutée à la membrane, permet ainsi la génération de
phosphatidylinositol 3,4,5-triphosphate (PIP3) à partir du
phosphatidylinositol diphosphate (PIP2). PIP3 recrute à son tour
deux protéines kinases solubles, PDK1 et PDK2
(3-phosphoinositide dependent kinase). PDK1 se lie alors à la
sérine thréonine kinase AKT ou protéine kinase B (PKB) et la
phosphoryle [45]. Une deuxième phosphorylation, assurée par PDK2,
entraîne le détachement de la membrane de AKT et son activation
[46]. Une autre voie d'activation de PI3K fait intervenir Grb2 qui
se lie à GAB, qui elle-même recrute p85. Enfin, Grb2 peut aussi
activer RAS soit en se liant à hSos, et alors RAS peut activer p110
indépendamment de p85, soit au sein d'un complexe comprenant hSos,
RAS et GAB, qui active PI3K.
AKT activé régule la synthèse des protéines, le cycle cellulaire
et la survie cellulaire. La régulation de la synthèse des
protéines se fait par l'intermédiaire de l'activation du facteur de
transduction eIF-4E et de la protéine ribosomale p70S6 et de
l'inhibition de 4EBP1 (eIF4E binding protein-1) [47]. eIF-4E permet
le recrutement de la petite unité des ribosomes sur l'ARNm et donc
la régulation du taux global de transcription. Il est régulé
par phosphorylation et par le jeu de répresseurs de la traduction
protéique tel que 4E-BP1. La fonction de ce répresseur est
modulée par son niveau de phosphorylation. Sous sa forme
déphosphorylée, 4E-BP1 lie et séquestre eIF-4E, alors qu'en réponse
aux facteurs de croissance, 4EBP1 devient phosphorylé et se
dissocie de eIF-4E. La protéine eIF-4E libérée peut alors se
lier à la coiffe des ARNm et mettre en route leur traduction.
La phosphorylation de la protéine p70S6 par la
p70S6-kinase (P70S6K), sous l'impulsion de facteurs de
croissance, augmente le taux de traduction et donc la synthèse
protéique [48]. L'ensemble de ces processus est donc sous le
contrôle de AKT, mais de façon indirecte en mettant en jeu une
autre kinase dénommée mTOR (mammalian target of rapamycin) [49].
La régulation du cycle cellulaire par AKT se fait par
l'intermédiaire de la GSK3β dont la phosphorylation entraîne
l'inactivation. Cette kinase joue un rôle important dans la
destruction des protéines par la voie du protéasome. Lorsque la
cycline D1 est phosphorylée par la GSK3β, elle est ubiquinylée et
détruite. Ainsi, la phosphorylation et l'inhibition de GSK3β
empêchent la destruction de la cycline D1 [50]. Par ailleurs,
l'activation de AKT augmente la transcription du gène codant pour
la cycline D1. Ces deux effets aboutissent donc à
l'accumulation de la cycline D1 dans les cellules, ce qui, en
association avec CDK4 ou 6, induit le cycle cellulaire en phase
G1.
Ainsi, la voie PI3K/AKT exerce un rôle sur la prolifération
cellulaire parallèlement à la voie des MAPK. La dernière
grande fonction de AKT est son rôle dans la survie cellulaire qui
s'effectue par phosphorylation et inactivation de facteurs
proapoptotiques tels que BAD et caspase-9 [51, 52].
Le principal régulateur négatif de la voie de signalisation
PI3K/AKT est la phosphatase PTEN (phosphatase with tensin
homology). Elle joue en effet un rôle important en entraînant le
passage de la forme PIP3 à PIP2. En s'opposant aux effets de
l'activation de PI3K, PTEN agit ainsi comme un gène suppresseur de
tumeur.
Des mutations du gène PI3KCA codant pour la sous-unité
catalytique de la PI3K sont observées dans 12 à 15 % des CCR et
sont associées à une activation de voie PI3K/AKT [43, 53, 54]. En
effet, ces mutations sont associées, in vitro, à une augmentation
de l'activité enzymatique de PI3K, responsable d'une activation de
AKT en l'absence de facteurs de croissance [53, 55], et les
protéines les plus fréquemment mutées (E542K, E545K, H1047R) sont
oncogéniques in vivo dans des modèles animaux [56].
Ces mutations sont plus fréquentes chez les femmes et dans le
côlon proximal [43]. Elles se distribuent de manière égale dans les
tumeurs de phénotype CIN et MSI+ [43]. De plus, il est
intéressant de noter qu'elles sont plus fréquemment associées que
ne le voudrait le hasard aux mutations activatrices du gène KRAS
[43].
Des altérations somatiques inactivatrices de PTEN (mutation,
pertes alléliques ou hyperméthylation du promoteur), conduisant à
une perte d'expression de la protéine, ont également été observées
dans 15 à 30 % des tumeurs colorectales [39, 57, 58].
La prévalence des mutations de PTEN est de l'ordre de 18 % en
cas de phénotype MSI [59, 60], alors qu'elle n'est que de 2 % dans
les tumeurs MSS [61].
Au total, la cascade de signalisation induite par le récepteur
de l'EGF est activée de manière constitutive dans plus de 70 % des
CCR.
Apport du séquençage du génome total
de 11 tumeurs colorectales
Les progrès récents du séquençage ont permis le séquençage de
l'ensemble des séquences codantes de 79 tumeurs humaines, dont 11
CCR. Le nombre de gènes mutés par tumeurs colorectales varie
de 46 à 111. Ces mutations peuvent être classées en deux
catégories, mutations conductrices ou passagères, en fonction de
leur implication dans les processus de transformation maligne. Dans
les CCR, le nombre moyen estimé de mutations conductrices est de
l'ordre de 15 dans cette série de 11 CCR. La distribution
de fréquence des mutations montre qu'en réalité le criblage de
96 tumeurs supplémentaires sur les gènes identifiés n'a pas permis
de mettre en évidence de points chauds de mutations et que nous
connaissons le répertoire des gènes dont la fréquence de mutations
dépasse 5 % dans les CCR (APC, TP53, KRAS, NRAS, PI3KCA, FBXW7,
BRAF). L'analyse par voie de signalisation est probablement la plus
prometteuse en indiquant un regroupement des mutations sur les
voies de signalisation importantes de la cancérogenèse des
CCR [62].
Chronologie des altérations génétiques
Les étapes précoces de carcinogenèse colorectale ont été
particulièrement bien caractérisées dans les cancers de phénotype
CIN. Les mutations des gènes KRAS et APC y sont présentes dès
les étapes initiales de la carcinogenèse. En effet, les
mutations de KRAS sont présentes dès la formation des foyers de
cryptes aberrantes, les mutations d’APC dès l'apparition de la
dysplasie dans ces foyers de cryptes aberrantes. Plus tardivement,
lors de la transformation des adénomes en carcinomes, des pertes
alléliques apparaissent, notamment sur les chromosomes 17p et 18q,
et s'associent aux mutations des gènes suppresseurs de tumeurs
comme TP53, SMAD2 et SMAD4.
Concernant les lésions précoces des cancers de phénotype MSI,
les données sont plus fragmentaires, il apparaît qu'un certain
nombre d'adénomes se développant chez des sujets HNPCC aient déjà
un phénotype MSI. Parmi les mutations des gènes ciblés par le MSI,
la mutation du récepteur de type II du TGFβ apparaît être la plus
précoce.
Remerciements
Région Île-de-France, Institut national du cancer.
Conflits d'intérêts : P. Laurent-Puig perçoit des
honoraires des laboratoires Merck Serono et Amgen.
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