Cancer de la prostate hormono-indépendant et récepteurs des androgènes : les avancées en génétique moléculaire

Charles Sultan; Béatrice Terouanne; Bouchra Tahiri; Serge Lumbroso; Christophe Avances; Francesco Orio Jr

Le cancer de la prostate est la seconde cause de mortalité par cancer chez l'homme : environ 50 000 Américains en meurent chaque année [1]. Il s'agit d'une tumeur développée aux dépens de la glande prostatique (et plus précisément des cellules épithéliales) dont la croissance, l'intégrité fonctionnelle et la maintenance sont dépendantes des androgènes.
Le cancer de la prostate est donc une tumeur androgénodépendante dont le développement initial est maîtrisé par la « castration » pharmacologique ou chirurgicale et par l'administration d'anti-androgènes qui permettent d'obtenir un pourcentage de rémissions important. Au décours du traitement par les anti-androgènes, il progresse plus ou moins rapidement vers un stade d'hormono-indépendance, c'est-à-dire vers une résistance aux manipulations hormonales (figure 1).
Comment rendre compte de ce phénomène d'échappement thérapeutique, de résistance aux androgènes (et aux anti-androgènes) acquis ?
Le maintien d'un taux de PSA plasmatique (prostate specific androgen, un antigène spécifique androgéno-dépendant de la prostate), à un niveau élevé malgré un effondrement de la production d'androgènes (et une inhibition de leur action) plaide en faveur d'une activation androgéno-indépendante de la signalisation du récepteur des androgènes (RcA).
Rappelons (figure 2) que le RcA est un facteur transcriptionnel qui, après activation par la testostérone (T) ou la dihydrotestostérone (DHT), va pouvoir réguler après liaison aux éléments de réponse aux androgènes (ARE) l'expression de gène(s) androgéno-dépendant(s) [2]. En fait, la spécificité de la transcription implique non seulement le RcA, les facteurs de transcription de base mais également des cofacteurs : coactivateurs (famille SRC-NcoA, CBP/p300, p/CAF, ARA-70) et corépresseurs capables de moduler l'expression génique. De plus, l'activation transcriptionnelle du RcA peut être relayée par des facteurs de croissance (IGF1, EGF...) et/ou interférer avec d'autres voies de signalisation (cAMP, PKA, PKC...).
Il est légitime de penser que l'activation androgéno-indépendante du RcA (figure 2) pourrait relever théoriquement de quatre mécanismes [3] : 1. une hyperexpression du RcA [4, 5], 2. une mutation du RcA [6, 7], 3. un recrutement excessif de coactivateurs transcriptionnels [8], 4. une interaction du Rc avec d'autres voies de signalisation (tyrosine kinase... ) [9].

En effet, près du tiers des cancers de la prostate androgéno-résistants démontrent une amplification du gène du RcA (évaluée par hybridation in situ/fluorescence). Il est intéressant de noter que seuls ceux soumis à un traitement par des anti-androgènes sont associés à une hyperexpression du RcA. S'agit-il d'un phénomène secondaire à une sélection cellulaire ?

L'existence d'anomalies qualitatives du RcA au cours du cancer de la prostate androgéno-résistant reste débattue. Parmi les polymorphismes du RcA, retenons le rôle éventuel du polymorphisme CAG (de l'exon 1), même si les travaux sont contradictoires. Il est admis que l'activité transcriptionnelle du RcA est d'autant plus forte que le nombre de CAG est faible. Les travaux de Giovannucci et al. [10] démontrent qu'un nombre de CAG anormalement bas (< 19 versus n = 25) constitue un facteur de risque de développement d'un cancer de la prostate hormono-résistant et de métastases.
En matière de mutations somatiques du RcA, la situation est singulièrement confuse [11] : le pourcentage de mutations du RcA identifiées varie de 0 à 50 % des cancers de la prostate androgéno-résistants !
S'agit-il de problèmes méthodologiques (SSCP, DGGE), de contamination par l'ADN sauvage ou de la qualité de prélèvement expertisé (prostate entière, biopsie, lame) ?
Il est cependant légitime de penser qu'une mutation du LBD du RcA (capable de modifier la structure tri-dimensionnelle de la poche de liaison du RcA) puisse faciliter la liaison de stéroïdes (DHAS, E2, progestérone) ou d'anti-androgènes (stéroïdiens ou non) susceptibles d'activer les mécanismes transcriptionnels. Pour certains auteurs, la présence d'une mutation du RcA raccourcit la durée de la réponse au traitement antihormonal.

À partir de données expérimentales récentes obtenues sur une lignée cellulaire de cancer de la prostate (DU 145), le groupe de Chang [8] démontre que certains anti-androgènes exercent un effet agoniste sur la transactivation du RcA en favorisant, à travers le changement de conformation tri-dimensionnelle du RcA, le recrutement d'un coactivateur transcriptionnel ARA-70. Ces travaux élargiraient la pathologie moléculaire du RcA à celle des cofacteurs.

L'activation du RcA par des facteurs de croissance ou des voies de signalisation intracellulaire, via un mécanisme androgéno-indépendant, a été démontrée par de rares équipes [9]. Cette dernière hypothèse vient d'être confirmée par le groupe de Sawyers [12] dans une publication de Nature Medicine. Ces auteurs démontrent assez élégamment qu'un récepteur tyrosine kinase, HER-2/neu (HTK) contribue significativement à l'activation transcriptionnelle du RcA dans des cellules de cancer de prostate. Cette interaction (cross-talk) entre le RcA et une autre voie de signalisation contribue selon les auteurs au développement de l'hormono-indépendance du cancer de la prostate.
Le choix d'HER-2/neu tyrosine kinase n'est pas surprenant : HTK est hyperexprimé dans 30 à 40 % des cancers du sein chez la femme. Cette hyperexpression est associée de surcroît à une résistance aux anti-œstrogènes. Expérimentalement, l'hyperexpression de HTK induit une activation transcriptionnelle du récepteur des estrogènes.
Chez l'homme, HTK est normalement exprimé dans les cellules épithéliales de la prostate. Une hyperexpression a été retrouvée au cours du cancer de la prostate [13]. Le dosage du domaine extracellulaire de HTK circulant dans le plasma (et qui reflète l'activité fonctionnelle de HTK) a révélé des taux anormalement élevés chez des hommes porteurs d'un cancer de la prostate hormono-résistant [14].
La stratégie mise en place par le groupe de Sawyers a reposé sur l'analyse des conséquences d'une hyperexpression artificielle de HTK sur la signalisation du RcA au niveau de cellules de cancer de la prostate androgéno-dépendant puis androgéno-résistant (obtenues après xénogreffe chez la souris), chez des rats castrés porteurs de cellules LnCAP.
La première étape a consisté à rechercher une hyperexpression de HTK dans des cellules de cancer de la prostate androgéno-résistant : à partir d'un immunoblot, les auteurs ont pu révéler une concentration de HTK 2 à 25 fois supérieure à celle observée chez les témoins, contrastant avec une réduction du taux de RcA (dont la séquence était normale).
L'expérimentation essentielle susceptible de démontrer que HKT stimulait la croissance de cancer de la prostate indépendamment du niveau d'androgènes circulants a été réalisée dans un premier temps, sur des cellules LNCaP : privées d'androgènes, leur croissance est réduite de 50 %. Lorsque ces mêmes cellules LNCaP sont infectées par un rétrovirus hyperexprimant HTK, leur croissance n'est réduite que de 15 %. Ils démontrent ainsi que HTK restaure la croissance de cellules LNCaP. Parallèlement, ces auteurs ont injecté, à des souris mâles castrées, des cellules LNCaP exprimant ou non HTK. Ils observent que le temps d'apparition du cancer de la prostate androgéno-résistant est deux fois plus court chez les souris qui ont reçu les cellules LNCaP avec HTK. Ils en concluent que HTK peut se substituer aux androgènes pour induire un cancer de la prostate androgéno-résistant in vitro.
La troisième étape avait pour objectif de préciser le mécanisme d'action de HTK sur la voie de signalisation du RcA. En mettant en évidence, par immunoblot, des concentrations de PSA 7 fois supérieures dans les cellules LNCaP transfectées par HTK, les auteurs évoquaient une interaction entre le RcA et HTK dans la transcription d'un gène androgéno-dépendant. En utilisant des cellules pauvres en RcA (cellules épithéliales de rein de hamster) transfectées avec le promoteur de PSA seul ou conjointement avec HTK, les auteurs montrent que le taux de transactivation du PSA est 19 fois supérieur en présence de HTK, est 10 fois supérieur en présence de RcA + androgènes, est 71 fois supérieur en présence de HTK + androgènes + RcA.
Ils démontrent ainsi que HTK amplifie (superactive) l'activation du RcA et la transcription de gènes cibles. Ils précisent même que cette synergie entre HTK et RcA s'exerce au niveau de l'enhancer du gène du PSA.
Ce phénomène d'activation du RcA en l'absence du ligand endogène a été suggéré il y a peu. Le rôle des récepteurs tyrosine kinase dans la croissance du cancer de la prostate hormono-résistant est fortement conforté par ce travail. Il vient d'ailleurs d'être confirmé par le groupe de Chang [15]. Il laisse entrevoir des implications thérapeutiques intéressantes : en inhibant le Rc-HTK, le cancer de la prostate hormono-résistant pourrait-il redevenir hormono-dépendant, voire même ralentir sa croissance, son potentiel métastatique à travers l'interaction entre le RcA et les facteurs de croissance ?
Ce travail ouvre donc des pistes fort prometteuses...

1. Ruijter E, Van de Kaa C, Miller G, Ruiter D, Debruyne F, Schalken J. Molecular genetics and epidemiology of prostate carcinoma. End Rev 1999 ; 20 : 22-45.

2. Sultan C, Poujol N, Lumbroso S, Térouanne B, Georget V, Nirdé PH, et al. Anomalie de la réceptivité aux androgènes : génétique moléculaire. In : Pathologie des récepteurs. Édité par J.L. Chaussain, Publi-Fusion Éd., 1999 ; 45-64.

3. Visakorpi T. New pieces to the prostate cancer puzzle. Nature Medecine 1999 ; 5 : 264-5.

4. Visakorpi T, Hyytinen E, Koivisto P, Tanner M, Keinanen R, Palmberg C, et al. In vivo amplification of the androgen receptor gene and progression of human prostate cancer. Nature Genetique 1995 ; 9 : 401-6.

5. Koivisto P, Kononen J, Palmberg C, Tammela T, Hyytinen E, Isola J, et al. Androgen receptor gene amplification : a possible molecular mechanism for androgen deprivation therapy failure in prostate cancer. Cancer Res 1997 ; 57 : 314-9.

6. Talpin ME, Bubley GJ, Shuster TD, Frantz ME, Spooner AE, Ogata GK, et al. Mutation of the androgen-receptor gene in metastatic androgen-independent prostate cancer. N Engl J Med 1995 ; 332 : 1393-8.

7. Gaddipati JP, McLeod DG, Heidenberg HB, Sesterhenn IA, Finger MJ, Moul JW, et al. Frequent detection of codon 877 mutation in the androgen receptor gene in advanced prostate cancers. Cancer Res 1994 ; 54 : 2861-4.

8. Miyamoto H, Yeh S, Wilding G, Chang C. Promotion of agonist activity of anti-androgens by the androgen receptor co-activator, ARA70, in human prostate cancer DU145 cells. Proc Natl Acad Sci USA 1998 ; 95 : 7379-84.

9. Culig Z, Hobisch A, Cronauer MV, Radmayr C, Trapman J, Hittmair A, et al. Androgen receptor activation in prostatic tumor cell lines by insulin-like growth factor-I, keratinocyte growth factor, and epidermal growth factor. Cancer Res 1994 ; 54 : 5474-8.

10. Giovannucci E, Stampfer MJ, Krithivas K, Brown M, Brufsky A, Talcott J, et al. The CAG repeat within the androgen receptor gene and its relationship to prostate cancer. Proc Natl Acad Sci USA 1997 ; 94 : 3320-3.

11. Lobaccaro JM, Lumbroso S, Baldet P, Coulange C, Navratil H, Pontonnier F, et al. Cancer de prostate et mutations du gène du récepteur des androgènes. Pathol Biol 1994 ; 1 : 61-2.

12. Craft N, Shostak Y, Carey M, Sawyers CL. A mechanism for hormone-independent prostate cancer through modulation of androgen receptor signaling by the HER-2/neu tyrosine kinase. Nature Medecine 1999 ; 5 : 280-5.

13. Robinson D, He F, Preglow T, Kung HJ. A tyrosine kinase profile of prostate carcinoma. Proc Natl Acad Sci USA 1996 ; 93 : 5958-62.

14. Ross JS, Sheehan CE, Hayner-Buchan AM, Ambros RA, Kallakury BV, Kaufman RP, et al. Prognostic significance of Her-2/neu gene amplification status by fluorescence in situ hybridization of prostate carcinoma. Cancer 1997 ; 79 : 2162-70.

15. Yesh JS, Lin HK, Kang HY, Thin TH, Lin MF, Chang C. From HER2/Neu signal cascade to androgen receptor and its coactivators: a novel pathway by induction of androgen target genes through MAP kinase in prostate cancer cells. Proc Natl Acad Sci USA 1999 ; 96 : 5458-63.