Réparations et réparatoses : entre modèles moléculaires et réalité clinique

ARTICLE

bdc.2011.1326

Auteur(s) : Nicolas Foray¹ nicolas.foray@inserm.fr, Pierre Verrelle^2,3

¹ Inserm, U836, Institut des neurosciences, chemin Fortuné-Ferrini, 38043 Grenoble, France

² Université d’Auvergne, EA3846, France

³ Centre Jean-Perrin, rue de Montalembert, 63011 Clermont-Ferrand, France

Tirés à part : N. Foray

Introduction : la réponse au stress génotoxique, premières mises en garde

Syndromes connus et inconnus

Avec chaque année plus de 300 000 nouveaux cas de cancers en France, la radiothérapie et la chimiothérapie sont des thérapeutiques anticancéreuses incontournables qui sont confrontées quotidiennement au double défi d’éradiquer la tumeur et d’épargner les tissus sains. Ces modalités posent le problème de la susceptibilité individuelle au stress génotoxique en général, aux agents chimiques pour la chimiothérapie et aux radiations pour la radiothérapie, en particulier. On compte un grand nombre de maladies génétiques associées à une forte hypersensibilité aux radiations et/ou aux agents chimiothérapeutiques. Mais les symptômes de ces maladies génétiques ne se réduisent pas à la radio- et/ou la chimio-sensibilité et associent aussi de nombreuses autres manifestations cliniques : c’est pourquoi on parlera ici de syndromes génétiques. La plupart de ces syndromes restent liés à des dysfonctionnements de la réparation des dommages de l’ADN qu’ils soient chimio- ou radio-induits. Leur étude permet de mieux comprendre les différents processus de réponse au stress génotoxique. Ces syndromes, souvent de caractère récessif, ont une incidence de l’ordre de 1/100 000 et restent donc exceptionnels. En revanche, les réactions tissulaires aiguës comme les dermites, les rectites, les fibroses ou les œdèmes, observées lors de traitements radio- et/ou chimiothérapiques sont bien plus fréquentes et pourraient être liées plutôt à des mutations hétérozygotes ou des mutations homozygotes qui n’altéreraient pas drastiquement les fonctions essentielles des gènes de réparation. L’effort de recherche doit donc être double : recenser les cas cliniques d’hypersensibilité afin d’en retirer les mécanismes moléculaires et, inversement, développer des tests moléculaires à la fois pronostiques et diagnostiques qui soient utiles aux praticiens dans leurs décisions et leurs choix de traitement.

Entre les paradigmes moléculaires issus de modèles animaux et la réalité clinique

Ces 20 dernières années ont été marquées par l’essor de la biologie moléculaire avec des techniques qui rendent possibles des investigations dans des dimensions spatiales (nanomètres, micromètres) et temporelles (secondes, microsecondes post-irradiation) peu explorées jusqu’à présent. Parallèlement, le volume d’informations acquises en une seule expérience est considérablement plus important que par le passé. Les exemples les plus représentatifs de cette évolution sont notamment la visualisation et la quantification des dommages radio-induits au sein même du noyau des cellules grâce aux techniques d’immunofluorescence [1] et l’analyse de l’expression ou des mutations de milliers de gènes grâce aux plateformes de génomique ou de protéomique [2]. Pourtant, en dépit de ces progrès technologiques incontestables, les biais peuvent être nombreux. C’est le cas notamment de l’usage des « modèles » animaux. En effet, alors que l’apport des modèles comme les micro-organismes (levures, bactéries) et les rongeurs a été considérable dans la connaissance des mécanismes de réparation des dommages radio- et chimio-induits, on a un peu oublié que la transposition des résultats à l’homme est loin d’être évidente :

• – les homologues humains des gènes animaux sont très rarement des homologues fonctionnels qui montrent une très forte identité de séquence avec le modèle utilisé (ex. : BRCA1, gène de prédiposition aux cancers du sein familiaux [3, 4]) ;
• – l’usage des modèles non humains, évidemment plus malléables du point de vue du génie génétique, a biaisé la vision que l’on a de la réponse aux radiations trop souvent décrite comme un phénomène de tout ou rien avec des couples d’échantillons hyper-radiorésistants et hyper-radiosensibles.

Les premiers essais prédictifs basés sur des concepts de biologie moléculaire furent ainsi éprouvés, non sur une large gamme de radiosensibilité mais avec des données non représentatives des cas cliniques [5, 6]. Ainsi, face à la somme d’informations disponibles, une très grande prudence s’impose. Le but de cette revue est donc de cerner les enjeux et les concepts nouveaux de la réponse aux radiations et du rôle de la réparation de l’ADN qui sont en lien direct avec la réalité clinique et le plus compatibles avec des conditions physiologiques.

C’est pourquoi, au rebours des nombreuses revues de la littérature qui présentent les modèles moléculaires de réparation issues d’expériences avec des protéines recombinantes et/ou de modèles non humains, nous avons délibérément choisi de présenter ici les syndromes humains dÛment observés et définis par des symptômes cliniques indiscutables, puis d’évoquer plus succinctement les voies de réparation et de signalisation sous-jacentes qui pourraient expliquer un réponse radio-induite anormale.

La fonction de réparation de l’ADN – Généralités

En amont de la mort cellulaire et du contrôle du cycle cellulaire, se trouve la fonction de réparation de l’ADN. Parmi les différentes lésions radio-induites de l’ADN, seules les cassures double-brin de l’ADN (CDB) sont quantitativement liées à la variation de la létalité quelles que soient les conditions de l’irradiation : transfert d’énergie linéique (TEL), oxygénation, température, etc. [5, 6]. Cependant, la réparation des autres dommages de l’ADN peut influer sur la sévérité des CDB. Toutefois, cette influence s’effectue généralement de façon différée (quelques minutes à quelques heures après la fin de l’irradiation). Par exemple, les dommages de bases sont excisés et transformés en cassures simple-brin (CSB) pendant leur « réparation » ; ce processus peut durer quelques minutes à quelques heures. De même, une concentration locale plus élevée de CSB, souvent produites par les substances chimiothérapiques, peut former des CDB supplémentaires. Ainsi, il est donc indispensable de suivre la réparation et la production des CDB au cours du temps post-irradiation [5, 7].

Les données acquises sur les levures et les bactéries ont suggéré l’existence de deux mécanismes majeurs de réparation des CDB : la suture, principalement active en G1 et basée sur la ligation des brins de l’ADN [8] et la recombinaison homologue active seulement en S-G2/M et basée sur l’insertion de séquences d’ADN copiées sur les brins homologues [9]. On verra d’ailleurs plus loin que l’on a un peu oublié la dépendance de l’activité de ces deux voies vis-à-vis du cycle cellulaire. Bien qu’accepté par tous, un tel modèle dual, suture-recombinaison homologue, ne peut expliquer deux phénomènes essentiels :

• – la cancérogenèse : la recombinaison homologue, qui est essentielle aux processus mitotique et méiotique indispensables à la vie et la prolifération cellulaire, est une réparation dite « fidèle » car elle restitue une séquence inchangée. Son défaut entraîne donc la mort cellulaire plutôt que le cancer. Ainsi, ni le défaut ni la suractivité de la recombinaison homologue ne peuvent expliquer la transformation cellulaire ;
• – les radiosensibilités modérées : les cellules humaines en G1 montrant une radiosensibilité faible mais significative réparent normalement par suture et par recombinaison homologue. C’est le cas de nombreux syndromes génétiques comme Xeroderma pigmentosum, le syndrome de Bloom ou l’anémie de Fanconi qui sont d’ailleurs également associés à de fortes prédispositions aux cancers.

De telles considérations évoquent donc l’existence d’un troisième mode de réparation de CDB qui sera décrit dans le chapitre suivant [5, 6].

Réparation, réparatoses et radiosensibilité

Les maladies de la signalisation des dommages de l’ADN : kinases ATM et ATR

Avant d’aborder le cas des maladies de la réparation de l’ADN au sens strict, nous avons délibérément choisi d’évoquer le cas des mutations de la kinase ATM qui joue un rôle majeur dans la reconnaissance, la signalisation et la réparation des cassures de l’ADN (figure 1). Les mutations homozygotes de ATM sont responsables de l’ataxie télangiectasie (AT), le syndrome humain associé à la plus forte radiosensibilité connue. Décrite pour la première fois par Syllaba et Hennen en 1926 puis par Madame Louis-Bar en 1941 [10, 11], l’AT se caractérise par une ataxie cérébelleuse de pronostic sévère (l’espérance de vie moyenne n’excède généralement pas 30 ans) [12], des télangiectasies oculo-cutanées [13], une synthèse déficiente des immunoglobulines IgA, IgE et IgG2, une forte prédisposition à certains cancers (principalement des leucémies et des lymphomes) et un remaniement spontané des chromosomes (10 % des métaphases présentent des aberrations sur les chromosomes 7 et 14) [14]. Aux États-Unis et en Grande-Bretagne, l’incidence d’AT est estimée à 1/100 000 [15]. Les lignées AT sont systématiquement caractérisées par une hyper-radiosensibilité [16]. Les autres caractéristiques radiobiologiques sont de nombreuses aberrations chromosomiques [12], l’absence de contrôle du cycle en G1 et d’inhibition de la synthèse de l’ADN (appelée synthèse radiorésistante) [17, 18]. En revanche, aucune hypersensibilité aux UV n’a été observée [12]. Le gène ATM a été cloné et séquencé [15, 19, 20]. La structure de la protéine ATM suggère qu’elle fait partie de la famille des kinases qui possèdent un fort pouvoir de phosphorylation sur de nombreuses autres protéines. Il existe une grande variété dans les mutations de la séquence d’ATM. La plupart conduisent à l’inactivation totale de la protéine [21]. Toutefois, 10-15 % des patients AT appelés variants (ATV) souffrent de mutations qui conduisent à l’expression d’une pathologie moins sévère, des signes cliniques moins marqués et dont l’espérance de vie est de 50-60 ans [22, 23]. Les porteurs hétérozygotes (ATH) représenteraient 1 % de l’ensemble de la population mondiale avec un risque accru de cancer du sein [24] même si cette donnée épidémiologique n’a pas été confirmée [25]. Certains ATH seraient significativement plus radiosensibles et déficients dans la réparation des CDB que les témoins radiorésistants [6, 26-28].

La kinase ATR, d’une structure semblable à ATM, possède des propriétés de phosphorylation des sites SQ et TQ communs à ATM même si ATR serait plus impliquée dans la réponse aux dommages de bases qu’aux CDB et aux UV plutôt qu’aux radiations ionisantes [29]. ATR pourrait être encore plus indispensable que ATM à la viabilité de la cellule car seules des mutations ponctuelles de ATR ont été observées et forment le syndrome de Seckel. Ce syndrome associe une microcéphalie sévère, un retard de croissance et de développement mais ne semble pas lié à une forte radiosensibilité ni à une forte prédisposition au cancer [30]. Plus récemment, il a été montré que certaines mutations de la péricentrine PCNT causent également un syndrome semblable au syndrome de Seckel, suggérant une possible interaction entre PCNT et ATR [31].

Les maladies de la réparation par suture : radiosensibilité et immunodéficience

Ku et DNA-PK

La réparation par suture est le processus de réparation des CDB majoritaire dans les cellules en G0/G1. Comme la très grande majorité des cellules de mammifères sont en G0/G1, la réparation par suture en est le mode majoritaire [5, 32]. Historiquement, par opposition à la recombinaison homologue, il a été ajouté « non homologue » au terme « suture » pour donner « suture non homologue » (non-homologous end-joining [NHEJ]). Comme nous l’avons expliqué dans une autre revue, ce terme n’a fait qu’ajouter de la confusion puisque la notion d’homologie de brin n’a pas de sens en G0/G1 (que signifierait suture « homologue » ?) [5]. La suture consiste en la ligation bout-à-bout des deux extrémités de l’ADN. Les protéines Ku80 et Ku70 s’associent sur l’ADN pour former l’hétérodimère Ku. Ku coulisse sur l’ADN et se fixe au niveau des extrémités coupées : une troisième protéine, DNA-PKcs, est alors recrutée et le complexe trimérique, nommé DNA-PK, ainsi constitué a l’activité d’une sérine-thréonine kinase [8]. Une fois activées, ATM et DNA-PK peuvent phosphoryler certaines protéines comme les histones (c’est le cas du variant X de l’histone H2AX qui permet, par immunofluorescence avec des anticorps phosphospécifiques, la reconnaissance des CDB qui seront prises en charge par la suture [1, 5]. La phosphorylation des histones entraîne alors sa migration le long de l’ADN laissant la place aux ligases, notamment la ligase IV (figure 1). Une mutation de l’un des constituants du NHEJ aboutit à une déficience sévère de la réparation des CDB et à une forte radiosensibilité chez les rongeurs [33]. Chez l’homme, à l’exception de la lignée tumorale gliale MO59J, mutée notamment pour DNA-PKcs [34, 35] et d’un patient dont la mutation récemment identifiée ne concerne pas le site kinase [36, 37], il n’existe pas de syndrome connu associé aux mutations des composants du complexe DNA-PK. Cette conclusion démontre ainsi le caractère vital de la protéine DNA-PK chez l’homme. D’ailleurs, cet état de fait tranche une nouvelle fois avec la situation chez les rongeurs où les mutations de DNA-PK n’affectent pas la viabilité puisque des lignées de rongeur mutées existent [33]. Les protéines du NHEJ étant essentielles à la recombinaison V(D)J, processus responsable de la production des anticorps, les syndromes dus aux mutations des protéines du NHEJ associent donc généralement hyper-radiosensibilité et immunodéficience [6, 38]. Notons cependant que dans le cadre de certains lupus érythémateux, maladie auto-immune, les taux d’expression de Ku sont généralement faibles. Toutefois, aucun lien systématique n’a encore été clairement démontré entre les lupus et une forte radiosensibilité. Il est possible que des taux de Ku, bien que diminués, restent suffisants pour assurer une radioréponse quasi normale [39]. D’ailleurs, il existe la même incertitude concernant le lien entre radiosensibilité et certaines maladies du tissu conjonctif (dont font partie les lupus érythémateux) comme les sclérodermies [40-42]. Ce problème est d’autant plus difficile à résoudre que les modèles animaux de sclérodermies ne semblent pas convenir [43]. Une analyse systématique de la quantité des protéines Ku et de la fonctionnalité du NHEJ chez les patients souffrant de ces maladies pourront peut-être clarifier le lien avec les réactions de radiosensibilité.

Ligase IV et XRCC4

La ligase IV vient en aval de l’action de DNA-PK en s’associant à XRCC4. O’Driscoll et al. (2003) ont identifié un syndrome humain associé à des mutations de la ligase IV, qui est caractérisé par une radiosensibilité et une immunodéficience très marquées, une forte pancytopénie, un retard de croissance et des aspects faciaux dysmorphiques. À ce jour, un seul cas a été décrit : il s’agit d’un patient souffrant d’un lymphome qui a succombé à son traitement radio-chimiothérapique au bout d’une quinzaine de jours [44, 45]. Quelques polymorphismes ont été identifiés mais sans réunir une liste de symptômes cohérents ni obtenir de radiosensibilité comparable au seul cas décrit.

Aucun syndrome associé à des mutations de XRCC4 mais, là encore, certains polymorphismes ont été observés mais dont les symptômes associés ne suffisent pas à définir un syndrome particulier [46-50].

Artémis, Cernnunos et 53BP1

En aval de l’action de la ligase IV, certains acteurs protéiques ont été identifiés : c’est le cas de Artémis dont les mutations sont responsables du syndrome Artémis associé à une forte immunodéficience mais à une faible radiosensibilité, probablement expliquée par l’action compensatrice d’une autre protéine [51]. Artémis est une nucléase qui serait indispensable pour le clivage de séquence en épingle à cheveux mais pas pour la phase essentielle de ligation [52, 53].

Plus récemment, un autre facteur important mais non essentiel du NHEJ, XLF/Cernunnos, a été découvert. Il agirait en aval de la fonction de DNA-PK et de XRCC4-LIG4 : [54, 55]. Les mutations de ce gène peuvent donner le syndrome Cernunnos qui rassemble retard mental, microcéphalie, forte lymphopénie, immunodéficience sévère et ligation fautive in vitro causant une radiosensibilité comparable au syndrome Artémis. Cinq patients on été identifiés à ce jour. Cernunnos, qui montre quelques similitudes de séquences avec XRCC4 ferait partie du complexe ligase IV-XRCC4 [54-57].

La protéine 53BP1 serait également requise pour certaines étapes du NHEJ même si son rôle dans les autres voies de réparation reste encore mal connu. 53BP1 forme des foci nucléaires après irradiation comme un grand nombre de protéines de réparation citées dans cette revue [58]. C’est l’absence de foci nucléaires 53BP1 dans un patient montrant une forte immunodéficience, des aspects dysmorphiques, des difficultés intellectuelles et une radiosensibilité comparable à Artémis qui est à l’origine de la définition du syndrome RIDDLE (Radiosensitivity, ImmunoDeficiency, Dysmorphic features and LEarning difficulties). Pour autant, le syndrome RIDDLE n’est pas causé par des mutations de 53BP1 mais plutôt de l’ubiquitine-ligase RNF168 dont l’action pourrait être compensée par une autre protéine [59-61].

Enfin, dans cette longue liste de syndromes associés très fortement à une immunodéficience sévère, il faut citer le syndrome d’Omenn, causé par les mutations des gènes RAG1 et RAG2 mais aussi par certaines mutations d’Artémis qui lient immunodéficience sévère, érythrodermie, hépato-splénomégalie, lymphadénopathies et une certaine alopécie. Chez les patients atteints de ce syndrome, les lymphocytes B sont presque absents. Le peu d’études effectuées sur la radiosensibilité suggèrent néanmoins une radiosensibilité comparable aux syndromes Artémis et Cernunnos [36, 62, 63].

Ainsi, vu l’importance de la réparation par suture dans la viabilité cellulaire, peu de syndromes associés à des mutations de protéines majeures de la suture sont observés. Seuls sont décrits des syndromes associés à des mutations de protéines « secondaires » au bon fonctionnement de la suture, en aval des étapes initiales du processus et dont la fonction pourrait être compensée par d’autre acteurs en cas de mutation. Par voie de conséquence, ces syndromes (à l’exception de celui de la Ligase IV) ne montrent que des radiosensibilités modérées mais surtout une immunodéficience sévère et éventuellement des désordres neurologiques et du développement.

Les maladies de la réparation par recombinaison homologue existent-elles chez l’homme ?

Les protéines rad51 et rad52

La réparation par recombinaison, en général, consiste à remplacer la séquence endommagée soit par celle, identique, du chromosome homologue (recombinaison homologue) [9, 64], soit par une séquence, prise au hasard, les plus fréquentes étant les séquences AGCT appelées Alu (recombinaison illégitime ou non homologue) [64]. Alors que la recombinaison homologue est la règle en mitose et plus généralement dans les organismes proliférants (ex. : bactéries, levures), la recombinaison illégitime est le mode de recombinaison qui prédomine dans les cellules humaines. Bien que de nombreux travaux suggèrent que le complexe multimérique Rad51-Rad52 est essentiel pour la reconnaissance des lésions réparables par recombinaison homologue, le processus d’échange de brins qui le suit est encore mal connu. La protéine Rad52, sous la forme d’un anneau multimérique coulisserait le long de l’ADN et s’arrêterait au site des cassures. Là, Rad51 s’associerait à Rad52 et sa phosphorylation en tyrosine lui permettrait de se mettre sous forme de filament et d’activer sa fonction nucléasique (figure 1) [9, 64]. Pour illustrer les mises en garde du premier chapitre, soulignons que la protéine RecA, essentielle pour l’échange des brins chez la bactérie est considérée comme l’homologue de Rad51. Pourtant, RecA montre une longueur de séquence deux fois plus petite que Rad51 et ne présente aucun site d’endonucléase comme Rad51, suggérant donc une vraie différence de fonctions entre ces deux protéines considérées pourtant comme homologues [65]. Enfin, malgré quelques tentatives, les résolvases, c’est-à-dire les protéines impliquées dans l’échange de brins (jonctions de Holliday), restent peu connues chez l’homme [66].

En résumé, comme on l’a vu pour la suture, les mutations des acteurs principaux de la recombinaison homologue ne sont pas viables et ne sont pas observées sous forme de syndromes génétiques chez l’homme. En revanche, comme pour les protéines majeures de la suture, on peut rencontrer des mutations de Rad51 et Rad52 dans des clones tumoraux mais toujours associées à d’autres mutations de gènes qui rendraient possible la viabilité mais à travers une grande instabilité [67]. Notons enfin que les souches de levures portant des mutations de type rad52 sont parmi les plus hyper-radiosensibles [68], confirmant à la fois l’importance de la recombinaison homologue pour les organismes en prolifération et l’inadéquation entre la situation chez les levures et celle rencontrée chez l’homme.

Hyper-recombinaison et cancer

À l’image des protéines en aval du processus principal de suture (ex. : Artémis, Cernunnos), un grand nombre de protéines peuvent être impliquées dans un processus de recombinaison, homologue ou non, sans pour autant être indispensables. C’est notamment le cas d’un très grand nombre de protéines BRCA1, BRCA2, FANC, BLM, etc. qui ont pour seul point commun une forte prédisposition au cancer à travers une perte de contrôle (voire un « emballement ») du processus de recombinaison, appelé hyper-recombinaison [64, 69-71]. L’hyper-recombinaison aboutit à une accumulation d’erreurs et de cassures spontanées, notamment à cause d’un manque de contrôle de la fonction nucléasique nécessaire à l’échange de brins. Ces résultats incitent donc à attribuer à l’hyper-recombinaison un rôle essentiel dans la cancérogénèse. Cependant, il faut insister sur le fait que l’hyper-recombinaison ne peut être une dysfonction de la recombinaison homologue (fidèle) mais plutôt d’un processus recombinatoire qui s’effectue au hasard, c’est-à-dire non homologue [64, 69, 70]. Il est important de noter que la plupart de ces syndromes hyper-recombinants montrent une radiosensibilité significative mais toujours plus faible que les syndromes associés à un défaut de suture comme le syndrome Ligase IV [6].

À ce stade, on peut dire que les défauts de suture seraient plutôt associés à une forte immunodéficience et une radiosensibilité de modérée à forte alors que le manque de contrôle de la recombinaison (non homologue) serait plutôt associé à une forte prédisposition au cancer et une radiosensibilité de modérée à faible. Comme la protéine ATM est indispensable aux deux voies de réparation, il est logique que les mutations d’ATM rassemblent à la fois radiosensibilité, immunodéficience et prédisposition au cancer. Les protéines citées dans ce dernier paragraphe (BRCA1, BRCA2, FANC, BLM…) sont toutes des partenaires de la protéine MRE11 et peuvent jouer un rôle dans les cellules en G0/G1 (contrairement à Rad52 et Rad51). Nous décrirons donc ces syndromes dans le chapitre suivant dans le cadre des maladies de la recombinaison non homologue.

Les maladies de la recombinaison non homologue : radiosensibilité et cancer

Les maladies du complexe Rad50-MRE11-NBS1 : les microcéphalies

Les protéines Rad50, MRE11 et NBS1 s’associent pour former un complexe dont la fonction biologique reste encore à déterminer. Avec la mise en évidence dans les années 1980 du syndrome de Nijmegen, causé par les mutations de NBS1, longtemps considéré comme une forme variante de l’ataxie télangiectasie mais montrant une radiosensibilité légèrement inférieure à celle du syndrome Ligase IV, il faut citer aujourd’hui l’existence de mutations de Rad50 et de MRE11 dont les syndromes correspondants sont en cours de définition.

En 1981, Weemaes et al. ont décrit un nouveau syndrome appelé Nijmegen breakage syndrome (NBS1) ou syndrome de Nimègue. Une microcéphalie, une petite stature, un retard mental, une forte prédisposition aux lymphomes et une immunodéficience en sont les principales manifestations cliniques [72]. Les patients NBS1 ne présentent ni ataxie ni télangiectasie [73]. Les cellules NBS1 sont caractérisées par une instabilité chromosomique [73-75]. Elles sont hypersensibles aux radiations ionisantes et présentent une absence d’arrêt du cycle en G1 [73]. Deux groupes de complémentations V1 (syndrome de Berlin) et V2 (syndrome de Nimègue) [76, 77] ont été décrits avec aussi comme critère cette absence d’arrêt du cycle en G1. Cependant, des travaux récents de complémentation avec la survie et les aberrations chromosomiques ont montré qu’il n’existait qu’un seul gène NBS1 et qu’il était situé sur le chromosome 8 [78-80].

Des mutations de MRE11 ont été identifiées chez trois patients dont les fibroblastes se sont avérés radiosensibles et déficients dans la réparation. La radiosensibilité associée aux mutations de MRE11 est moins élevée que pour des mutations de NBS1 et plutôt semblable à celle observées pour les mutations d’Artémis (tableau 1) [6, 81]. Historiquement, la première famille porteuse des mutations homozygotes de MRE11 qui a été décrite montrait des signes comparables à ceux de l’ataxie télangiectasie mais avec une intensité et une précocité des symptomes moins marquées. Le syndrome associé a donc été dénommé Ataxia-Telangiectasia-Like-Disorder (ATLD) [81]. Après l’identification d’autres familles, ATLD serait un syndrome d’ordre neurologique avec une radiosensibilité comparable au syndrome de Nimègue mais sans être associé à une immunodéficience et une prédisposition au cancer [82, 83].

Tableau 1 Syndromes génétiques évoqués dans cette revue et leur radiosensibilité intrinsèque associée. Données personnelles et tirées de la littérature [6, 90] sur des fibroblastes non transformés de peau.

Enfin, plus récemment encore, le cas d’une patiente montrant une mutation de Rad50 a été décrit avec une microcéphalie, un retard mental, une face d’oiseau et une petite stature. La patiente Rad50 a développé un lymphome malin à l’âge de 23 ans sans présenter d’immunodéficience sévère. Ses cellules montrent une radiosensibilité comparable à un syndrome de Nimègue, c’est pourquoi le syndrome décrit a été dénommé Nijmegen Breakage Syndrome Like-Disorder (NBSLD) [84].

Les maladies des hélicases et des nucléases : cancer et vieillissement

Souvent nécessaires pendant ou après le processus d’échange de brins, les hélicases de type RecQ sont indissociablement liées à la maintenance de l’intégrité du génome. La famille RecQ comporte trois protéines identifiées chez l’homme dont WRN, BLM, RecQ4 [85, 86]. Les mutations de BLM, WRN et RecQ4 causent respectivement les syndromes de Bloom (BLM), de Werner (WRN) et de Rothmund-Thompson (RTS). Ces trois protéines montrent ou pourraient montrer des sites nucléasiques, ce qui suggèrerait encore une fois une implication dans les processus d’hyper-recombinaison [87-89]. En effet, en plus de troubles de la croissance et d’un vieillissement accéléré, ces trois syndromes ont en commun une forte prédisposition aux sarcomes. En ce qui concerne le vieillissement et la prédisposition à une sénescence précoce, on peut avancer l’hypothèse qu’une instabilité hélicace-endonucléase serait responsable de la production de cassures spontanées favorisant ainsi un phénomène de mort cellulaire comme à la suite d’un stress oxydatif important [87-89]. Tous ces syndromes sont associés à une radiosensibilité significative mais modérée, suggérant une fois encore le rôle secondaire des protéines en question dans les processus de réparation des cassures de l’ADN mais majeur dans la réparation des télomères [6, 87-90].

Les syndromes progéroïdes : vieillissement et radiosensibilité

On ne pouvait clore le paragraphe consacré au vieillissement accéléré et aux complexes hélicases-nucléases sans évoquer les syndromes de photosensibilité XP-CS-TTD et les syndromes progéroïdes qui peuvent montrer des radiosensibilités importantes voire plus marquées que les maladies des hélicases. En particulier, le syndrome progéroïde de Hutchinson-Gilford, causé par les mutations de la lamine A, fait partie de la grande famille des laminopathies avec un vieillissement accéléré exceptionnel [91, 92]. Associé à quelques rares cas de sarcomes, ce syndrome montre une radiosensibilité qui peut être considérée comme la troisième plus élevée chez l’homme (après les syndromes AT et ligase IV) suggérant une implication très forte de la lamine A dans le processus de réparation (tableau 1) [91]. La farnésylation de la lamine A dont souffrent les patients HGPS contribuerait en effet à séquestrer dans le cytoplasme un grand nombre de protéines de réparation et de signalisation. C’est notamment le cas de ATM, expliquant ainsi une telle réponse aux radiations. La lamine A ne peut, stricto sensu, être considérée comme une protéine de réparation ou de signalisation des dommages alors que ses mutations sont associées à des désordres évidents de la réponse radio-induite. On voit bien ici que le défaut des protéines qui assurent le transfert du cytoplasme au noyau d’acteurs majeurs de la réparation peut avoir les mêmes conséquences que des anomalies du processus de réparation. D’ailleurs, une étude récente a montré que des fibroblastes provenant du syndrome de Hutchinson-Gilford montrent des foci nucléaires MRE11 aberrants et un défaut de phosphorylation de DNA-PK, conséquence de l’absence de formes nucléaires de ATM dans le noyau [91] (Pereira et al., soumis). Ces derniers résultats soulignent l’importance du va-et-vient entre cytoplasme et noyau pour les acteurs de la réparation et de la signalisation des dommages de l’ADN.

Les maladies des protéines-supports : BRCA1, BRCA2 et FANC

Les protéines BRCA1 et BRCA2 n’ont d’identique que le nom. En effet, rien du point de vue de la séquence ne relie BRCA1 et BRCA2 [4]. La protéine BRCA1 est caractérisée par des sites dits BRCT (BRCA1 C-terminal) que l’on retrouve dans certaines protéines de réparation comme la ligase IV mais aucun autre site fonctionnel kinase, ligase, nucléase, etc. n’a été identifié [93]. Cette protéine joue plutôt le rôle de support, partenaire d’une multitude de substrats de phosphorylation d’ATM, étant substrat d’ATM elle-même. Les mutations homozygotes de BRCA1 et BRCA2 ne sont pas viables chez l’homme. Notons que la plupart des modèles de souris portant des mutations homozygotes interdisant l’expression des gènes Rad51, Brca1 ou Brca2 (mutations nullizygotes) ne survivent que quelques jours à l’état embryonnaire, sauf si elles sont associées à des mutations d’autres gènes gardiens du génome comme p53. En revanche, les mutations hétérozygotes de BRCA1 chez l’homme rendent compte de la majorité des cancers familiaux du sein et de sein + ovaire [4, 94, 95].

BRCA2 est une protéine encore plus grosse que BRCA1 et qui porte des motifs dits BRC qui n’ont rien en commun avec les motifs BRCT de BRCA1. Comme pour BRCA1, les mutations nullizygotes de BRCA2 n’existent pas chez l’homme [96, 97]. Les mutations hétérozygotes de BRCA2 rendent compte de la majorité des cancers familiaux de l’ovaire et du sein male. BRCA1 et BRCA2 seraient indispensables à l’action de Rad51 et Rad52 dans la recombinaison homologue active en G2/M (figure 1) [4]. Leur action dans cette voie de réparation s’accompagne aussi de défauts d’arrêt du cycle dans la phase G2/M. Une interaction physique entre BRCA1 et MRE11 a été décrite, renforçant ainsi l’hypothèse que BRCA1 participerait à la fois à la recombinaison homologue mais aussi à la recombinaison non homologue. À ce titre, la plupart des mutations de BRCA1 et BRCA2 confèrent une radiosensibilité modérée en G1 comparable à celle observée dans le cas de mutations de MRE11 (tableau 1). Certaines mutations de BRCA1 et BRCA2 seraient également associées à de fortes chimiosensibilités, notamment aux agents alkylants comme les substances platinées [6, 98].

L’anémie de Fanconi (FA), qui porte le nom du pédiatre suisse Guido Fanconi qui l’a définie en 1927, fait partie des syndromes héréditaires d’insuffisance médullaire. Elle est souvent associée à des malformations congénitales (notamment microcéphalie), des défauts de croissance (petite taille), des affections cutanées (tâches café-au-lait) et évolue généralement vers une aplasie ou une leucémie. La prédisposition au cancer liée à FA ne se limite d’ailleurs pas aux lymphocytes puisqu’elle s’étend également au cancer du sein [99]. FA peut être causée par la mutation de 13 gènes (FANCA à FANCN) dont les protéines correspondantes ne montrent pas de fonctions particulières en soit mais sont associées à des complexes impliqués dans l’ubiquitination, la résistance aux agents alkylants et la réparation des CDB. Le fait que le gène FANCD1 est en fait BRCA2 montre l’extrême complexité et intrication des systèmes de réparation [71]. Plutôt caractérisées par leur chimiosensibilité, les cellules provenant de patients FA montrent une radiosensibilité faible mais significative [6, 99].

Les autres syndromes génétiques associés à une radiosensibilité significative

Une longue liste de maladies génétiques associées à une radiosensibilité

Deschavanne et Fertil ont recensé en 1996 la radiosensibilité (survie clonogénique) de près de 400 lignées cellulaires différentes. Un classement a été effectué en fonction de la survie clonogénique à 2 Gy et a été complété par nos soins (tableau 1). Le constat est que les syndromes évoqués ci-dessus figurent en bonne place, suggérant l’importance de la réparation des CDB dans la réponse cellulaire aux radiations ionisantes [90]. Cependant, dans la longue liste des syndromes radiosensibles, on peut également évoquer des réparatoses qui concernent la réparation de dommages radio-induits de l’ADN différents des CDB. C’est le cas de maladies liées à une forte photosensibilité comme Xeroderma Pigmentosum (XP), la trichothiodystrophie (TTD) et le syndrome de Cockayne (CS) qui sont des réparatoses des nucléotides par excision-resynthèse (nucleotide excision resynthesis [NER]) [100, 101] et des cancers du côlon héréditaires non polyposiques (hereditary non-polyposis colon cancer [HNPCC] [102]) qui sont des réparatoses des mésappariements de l’ADN (mismatch repair [MMR])[103]. Le lien causal exclusif entre radiosensibilité et réparation des CDB n’est pas remis en cause car il est tout à fait possible qu’après une irradiation une dysfonction du NER ou du MMR aboutisse à des CDB. D’autres syndromes sont associés à une radiosensibilité non négligeable alors que les protéines incriminées n’ont, soit pas encore de rôle connu dans les mécanismes de réparation des dommages de l’ADN, soit concernent des protéines du transport du cytoplasme au noyau comme les syndromes progéroïdes. C’est notamment le cas des pathologies intestinales par mutation du gène APC, des syndromes d’Usher, la chorée de Huntington [104-106]. Ce constat est d’autant plus stimulant que peu de modèles homologues animaux sont disponibles. Leur caractérisation radiobiologique est donc un vrai challenge pour le progrès des connaissances fondamentales des mécanismes de réparation spécifiquement humains. Nous avons choisi d’évoquer très brièvement ces syndromes et, le cas échéant, les voies sous-jacentes de réparation des dommages de l’ADN. Nous conseillons aux lecteurs plus exigeants de se rapporter aux revues spécifiques proposées [107].

Les maladies de l’excision-resynhèse des nucléotides : Xeroderma Pigmentosum (XP), la trichothiodystrophie (TTD) et le syndrome de Cockayne (CS)

Les gènes dont les mutations causent XP, CS et/ou TTD sont nombreux et la mutation d’un même gène peut causer deux syndromes très différents [100, 101]. Notons que le travail accompli pour relier le phénotype et le génotype de ces gènes est considérable et reste un modèle du genre. Les gènes XP-CS sont notamment impliqués dans la réparation par excision-resynthèse des nucléotides (nucleotide excision-resynthesis, NER) et jouent essentiellement le rôle d’hélicases, de nucléases et de polymérases orientées. Même si ces syndromes obéissent tous à un certain vieillissement accéléré et une forte prédominance de la sénescence, seul XP reste lié à des cancers de la peau [100, 101]. XP et CS sont plutôt des maladies de la réparation des dommages de bases et de la transcription souvent associées à une forte photosensibilité. Enfin, certaines mutations des gènes XP et CS peuvent être associées à des radiosensibilités modérées mais significatives. C’est notamment le cas des hélicases et endonucléases XPC et XPD, qui pourraient être impliquées dans la réparation de certaines CDB [6, 108].

Les maladies de la réparation des mésappariements et équivalents

Les cancers héréditaires non polyposiques du côlon sont souvent regroupés sous la désignation de syndrome de Lynch même si certains chercheurs ou médecins distinguent les deux appellations [103, 109, 110]. Les syndromes HNPCC sont causés par des mutations des gènes de réparation des mésappariements de l’ADN (MMR) [102]. Pour illustrer encore les mises en garde du début de cette revue, notons que beaucoup de gènes de MMR mis en évidence chez les levures n’ont pas d’homologues humains. Les mutations des gènes hMLH1, hMSH2, hMSH6 et hPMS2 sont à l’origine de nombreuses formes de HNPCC [102, 103, 107, 109, 110]. Les mésappariements sont des erreurs commises au cours de la réparation de dommages de l’ADN sur des cellules en croissance et qui peuvent être causés par des agents physiques (radiations) ou chimiques. Les HNPCC montrent une forte susceptibilité de développer un cancer du côlon mais aussi un cancer de l’endomètre, de l’ovaire, de l’estomac, de l’intestin grêle, du foie, de l’appareil urinaire supérieur, du cerveau et de la peau [103, 109]. C’est plutôt la chimiosensibilité des tissus sains qui est la plus évoquée dans le cadre des HNPCC plutôt que la radiosensibilité. Pourtant, certains cas de radiosensibilité significative ont été observés, mais toujours dans le cadre du syndrome de Turcot, pathologie souvent associée à la mutation de hMSH2 [111], qui figure parmi les syndromes radiosensibles dans la liste de Deschavanne et Fertil (tableau 1) [90].

Les pathologies intestinales généralement associées à des mutations du gène APC comprennent les pathologies suivantes dont les distinctions restent encore floues et peuvent également être associées à des mutations du MMR : la polypose recto-colique familiale et les formes atténuées de la polypose recto-colique familiale, le syndrome de Gardner et le syndrome de Turcot [110, 111]. Les deux derniers syndromes sont associés à d’autres tumeurs comme des ostéomes, fibromes, lipomes et des tumeurs de la thyroïde ou des surrénales pour le syndrome de Gardner ou comme des tumeurs du système nerveux central pour le syndrome de Turcot [110, 111]. Même si les polyposes sont généralement associées à des mutations du gène APC, des mutations de hMSH2 peuvent causer le syndrome de Turcot comme on l’a dit plus haut [111]. De façon surprenante, les syndromes de Gardner et de Turcot sont associés à des radiosensibilités significatives suggérant que les gènes incriminés sont impliqués soit dans la réparation des dommages de l’ADN soit dans le transfert du cytoplasme au noyau [90]. Pourtant, les fonctions biologiques du gène APC sont encore méconnues et les seuls résultats marquants soulignent le rôle important de APC dans la régulation des microtubules en mitose ce qui ne peut expliquer la radiosensibilité observée en G1 [111].

Des voies de réparation sans syndromes ?

Deux voies de réparation n’ont pas été évoquées dans cette revue à travers les réparatoses : la réparation des séquences en tandem ou répétées (traduction libre de single-strand annealing, SSA [107]) et la réparation des dommages de bases par excision-resynthèse (base excision-resynthesis, BER).

Le processus de réparation des séquences en tandem ou répétées (SSA) a été mis en évidence in vitro sur des vecteurs d’ADN de petite longueur où des gènes ont été délibérément placés très proches (quelques centaines de bases au plus) les uns des autres [107]. Ainsi, dans un système aussi limité, un phénomène même d’origine aléatoire peut aboutir à une réparation fidèle. Il faut donc rester prudent quant à l’extrapolation in vivo puisque les séquences codantes sont généralement beaucoup plus espacées et que le génome est beaucoup plus long que les constructions utilisées : il n’est donc pas impossible que ce système, construit par génie génétique, favorise une recombinaison qui aurait peu de chances de survenir en réalité [5]. Enfin, peu de protéines ont été considérées comme spécifiques aux SSA, ce qui relativise encore plus l’existence de ce mode de réparation.

Il a été montré que la ligase III, PARP, XRCC1 et la polymérase β sont des acteurs majeurs du BER et nous renvoyons le lecteur à des revues publiées récemment pour connaître en détails le rôle biologique de chacune de ces protéines [107, 112, 113]. Cependant, aucun syndrome génétique (maladie avec plusieurs symptomes clairement définis) associé à des mutations de ces protéines n’a encore été décrit chez l’homme. Il est fortement probable que l’on soit face à la même situation évoquée dans les chapitres précédents avec les protéines Ku et rad51-rad52 : XRCC1, PARP, ligase III et la polymérase β seraient tellement abondantes et indispensables à la survie que leur absence entraînerait systématiquement une perte de viabilité. D’ailleurs, les mutations homozygotes de ces trois gènes sont létales à l’état embryonnaire. La littérature fait pourtant régulièrement état de maladies associées à des défauts du BER mais ce sont en général soit des syndromes déjà cités dont les gènes mutés ne sont pas directement impliqués dans le BER, soit des polymorphismes, soit des exemples de mutations que l’on retrouve uniquement dans les tumeurs [113].

Les stratégies de radiosensibilisation et de prévention

Quels cas de radiosensibilité peut-on rencontrer en clinique ?

La plupart des maladies génétiques décrites dans cette revue sont associées à des mutations homozygotes, très caractérisées par l’un de leurs symptomes cliniques et décelable à la naissance ou dans les premières années de la vie : elles ne constituent donc pas forcément la majorité des cas de réactions tissulaires (dermites, rectites, fibroses, œdèmes, etc.) que l’on peut rencontrer dans les services de radiothérapie à la suite d’un traitement anti-cancéreux. En revanche, les mutations hétérozygotes des gènes cités ici pourraient constituer la majorité des cas car leurs manifestations cliniques n’ont pas l’ampleur des mutations homozygotes. C’est évidemment le cas des patients AT hétérozygotes qui pourraient représenter 1 % de la population générale [24]. De plus, comme on le verra plus loin, le fractionnement de la dose de radiation qui est la base de la quasi-totalité des traitements radiothérapiques anticancéreux peut ralentir, atténuer, voire prévenir une manifestation de radiosensibilité, suivant la localisation tumorale et la dose totale prescrite. Quantifier et tenir compte de la susceptibilité individuelle reste donc un des autres challenges de la radiothérapie et de la radioprotection de demain [5]. Rappelons seulement que le patient portant une mutation de la ligase IV a été soumis puis a succombé à son traitement radiothérapique à la suite d’un lymphome détecté dans son adolescence et que rien ne laissait supposer durant les premières années de sa vie qu’il souffrait d’une telle radiosensibilité [5]. Plus récemment encore, en 2010, un patient atteint d’une tumeur de Wilms a succombé après son traitement radiothérapique et une analyse post-mortem a conclu à une mutation du gène ATM [114]. Les doses appliquées en radiothérapie sont évidemment plus élevées qu’un stress environnemental quotidien et mettent en évidence brutalement des affections peu décelables dans la vie de tous les jours.

Syndromes et polymorphismes

Les polymorphismes désignent des variations de paires de bases du génome. En particulier, les polymorphismes concernant un simple nucléotide (SNP) représentent 90 % des cas de polymorphismes et se retrouvent dans notre génome toutes les 300 paires de bases : un individu est donc porteur de plusieurs centaines de milliers de SNP où généralement une cytosine se substitue à une thymine. Les progrès de la génomique ont permis l’identification d’un nombre considérable de SNP. Le lien entre polymorphisme et syndrome n’est cependant pas évident puisque la substitution d’une base par une autre ne suffit généralement pas à modifier le tableau clinique. Des efforts considérables ont été fournis pour identifier des SNP chez des patients souffrant de cancers particuliers. Certains SNP des gènes ATM, XRCC1, XRCC3, SOD2, RAD21,TGF-β1 et PARP-1 ont été mis en évidence et éventuellement associés à une réponse anormale aux radiations [115-118]. Cependant, parce que les porteurs d’un même SNP peuvent montrer des réactions suraiguës de grades différents, un seul SNP ne peut être corrélé per se à la radiosensibilité. On peut donc raisonnablement imaginer que si la prédiction de la radiosensibilité humaine par les SNP a un sens, il faudra analyser un très grand nombre de SNP par individu. La détermination de SNP pourrait cependant être utile dans la prédiction de prédispositions à certains cancers et à des réponses bien particulières sur des localisations tumorales spécifiques, même si là encore on peut douter qu’un seul SNP rassemble des individus avec exactement le même tableau clinique [115-118]. Par exemple, les polymorphismes de la PARP-1 pourraient être associés à certains cancers de la prostate, de l’œsophage et du poumon mais n’ont pas abouti à la définition d’un syndrome [118]. On voit donc ici que la mesure de l’expression des gènes comme la détermination de mutations ponctuelles peuvent être utiles pour mieux rendre compte de risques spécifiques à certaines affections mais ne peuvent constituer des paramètres qui évolueraient en corrélation avec la dose et la survie clonogénique afin de prédire la radiosensibilité humaine [119].

Des stratégies de radiosensibilisation des tumeurs

Vu le lien étroit entre la radiosensibilité et les défauts de réparation de l’ADN, il paraît logique de tenter d’inhiber les voies de réparation de l’ADN dans les tumeurs afin de les radiosensibiliser [120]. Ainsi, les inhibiteurs de la protéine ATM, d’une part, et de la réparation par suture, d’autre part, font toujours l’objet de nombreuses études. C’est notamment le cas de substances comme la wortmannine. Pourtant, le caractère souvent peu spécifique de ces substances augmente d’autant les effets secondaires et limite donc leur transfert clinique systématique [121]. Alors que les protéines du BER semblent, comme celles de la suture, essentielles pour la viabilité cellulaire, des études récentes ont montré tout l’intérêt que pouvait représenter les inhibiteurs de PARP dans le traitement de certaines pathologies comme le cancer du sein mais, là encore, dans certaines conditions de mutations [122]. Notons enfin que certaines associations de substances chimiothérapeutiques avec des radiations ionisantes sont connues pour leurs effets synergiques. C’est le cas du cisplatine qui, à travers les adduits qu’il crée, empêche la translocation des protéines Ku le long de l’ADN et inhibe la réparation des CDB radio-induits par suture, expliquant ainsi la synergie généralement observée quand irradiation et cisplatine sont appliqués [123, 124].

Parallèlement à la voie chimique, on peut envisager de saturer les systèmes de réparation de l’ADN dans les tumeurs en rajoutant des leurres. C’est notamment le cas de la stratégie « Dbait » qui consiste à saturer la réparation par suture en apportant aux cellules tumorales des quantités importantes de fragments d’ADN [125, 126].

À travers ce bref paragraphe, on perçoit que les voies prépondérantes de réparation constituent de véritables pistes pour accroître l’efficacité thérapeutique. Cependant, la difficulté essentielle réside dans la spécificité des approches inhibitrices envers les tumeurs plutôt que dans leur réelle efficacité. En effet, bien des effets secondaires aux tissus sains en limitent les applications. Comment alors prédire les réactions des tissus sains, c’est l’objet du prochain chapitre.

Prédire la radiosensibilité des tissus sains

Depuis les années 1950, de nombreuses stratégies ont été élaborées pour rendre compte de la radiosensibilité par des tests de cytogénétique et de biologie cellulaire [119]. L’une des premières difficultés de ces tests prédictifs est de vérifier le lien quantitatif entre le paramètre choisi et la mesure de la radiosensibilité. Jusqu’à une dizaine d’années, le test des colonies et celui des micronoyaux paraissaient être les plus fiables pour rendre compte de la relation dose-effet. Toutefois, ces tests restent lourds à mettre en place. À l’inverse, des tests prédictifs basés sur l’apoptose radio-induite récemment proposés sont facilement applicables mais posent le problème de la prédictibilité des différents gradients de toxicité [127]. Quelques projets internationaux de recueil de matériels biologiques de patients qui se sont avérés radiosensibles à la suite d’un traitement radiothérapique ont été initiés. C’est le cas du projet européen GENEPI (European genetic pathways for the prediction of the effects of irradiation) qui permet d’accumuler un très grand nombre d’échantillons biologiques à la fois (fibroblastes, lymphocytes, ADN, ARN) pour les mettre à disposition des chercheurs sans imposer de tests prédictifs particuliers [128]. La base de données du projet GENEPI compte actuellement plus de 7 000 patients et le premier rapport sur l’intérêt d’une telle base vient d’être récemment publié [129].

Depuis bientôt une dizaine d’années, des tests moléculaires basés notamment sur l’immunofluorescence de marqueurs de la réparation et de la signalisation des dommages de l’ADN ont été proposés [119]. Comme tous les autres tests prédictifs, il faut vérifier le bien-fondé du choix des paramètres. Pour l’immunofluorescence, c’est choisir le ou les marqueurs moléculaires adéquats qui paraît encore le plus difficile. En 2003, Rothkamm et Löbrich mettent en exergue un marquage des formes phosphorylées du variant X de l’histone H2A, pH2AX. Formant des foci nucléaires, il apparaît que les formes pH2AX observées au sein des noyaux cellulaires sont quantitativement corrélées aux sites de CDB à raison d’un foci pH2AX pour une CDB [1]. Toutefois, là encore, la réalité expérimentale reste plus complexe puisque dans certaines pathologies, notamment quand la chromatine est décondensée ou en présence de CSB, l’aspect des foci nucléaires reste très variée [6]. De plus, alors qu’une corrélation existe entre la fraction survivante à 2 Gy (SF2) et le nombre de foci pH2AX résiduels après une irradiation, l’immunofluorescence pH2AX ne semble pas prédire la radiosensibilité associée à certains syndromes quand ceux-ci sont caractérisés par une réparation par suture normale, comme nous l’avons déjà évoqué dans le chapitre 2 [6]. Ainsi, une grande prudence est à nouveau de mise dans l’interprétation des données issues de l’immunofluorescence. Des expériences sont donc en cours afin d’analyser de façon systématique la fonctionnalité des voies de réparation de l’ADN avec différents marqueurs et de tenter de corréler quantitativement les données moléculaires aux différents paramètres cliniques. En plus des difficultés techniques et conceptuelles, il faut également noter la difficulté pratique d’obtenir du matériel biologique : le sang (les lymphocytes) apparaît immédiatement comme le matériel le plus pratique. Pourtant, au moins en termes de caractérisation radiobiologique, ce tissu est connu depuis les années 1950 pour ne pas refléter systématiquement les réponses aux radiations comme peuvent le faire les fibroblastes de peau dont le prélèvement paraît plus compliqué à mettre en place [130, 131]. Ainsi, prédire la radiosensibilité des tissus sains reste donc un challenge passionnant pour la génotoxicologie du futur mais n’est pas dépourvu d’écueils et de pièges. Quelques modèles sont déjà proposés et éprouvés et mettent en œuvre un plus grand nombre de marqueurs dans les algorithmes de diagnostic [6].

Conclusions

Cette revue avait pour but de recenser les syndromes génétiques majeurs associés à des défauts des différentes voies de réparation des dommages de l’ADN et particulièrement des CDB. On a pu voir que ces syndromes peuvent expliquer la très grande majorité des génotoxicités associées ou non à de fortes prédispositions au cancer (figures 2 et 3). Une des conclusions que l’on peut ainsi tirer est l’importance relative du noyau cellulaire dans la réponse au stress par rapport aux autres organites comme la membrane ou la mitochondrie. On retrouve donc très logiquement la réparation de l’ADN à la fois dans les approches anticancéreuses les plus efficaces mais aussi dans l’incidence de complications observées dans les tissus sains. Toutefois, l’importance du trafic intracellulaire et des voies de signalisation facilitant le passage de certaines protéines du cytoplasme au noyau est grande puisque certains syndromes pourtant très radiosensibles ne sont pas causés par des protéines impliquées dans la réparation proprement dite. Ces réponses, ces syndromes, ces voies de réparation sont parfois très spécifiques de l’espèce humaine et l’usage de modèles animaux est source de nombreux biais. Encourager les études qui concernent directement les cellules ou systèmes cellulaires humains doit donc être une nécessité afin de mieux faire coïncider la réalité clinique avec les modèles moléculaires.

Remerciements

Cette revue est le fruit du travail de nos collaborateurs que nous remercions chaleureusement, notamment Emmanuel Chautard, Aurélie Joubert, Muriel Viau, Adeline Granzotto et Clément Devic. Nous remercions également pour leur soutien financier l’Association pour l’ataxie télangiectasie (APRAT), Électricité de France (comité de radioprotection), l’Institut national du cancer (INCa) et l’Agence nationale pour la recherche (ANR).

Conflits d’intérêts: aucun.

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