ARTICLE
bdc.2011.1330
Auteur(s) : Françoise Dantzer1 francoise.dantzer@unistra.fr,
Georges Noel2, Valérie Schreiber1
1 UMR7242, BSC, CNRS-Université de Strasbourg, ESBS,
poly(ADP-ribosyl)ation et intégrité du génome, boulevard S.-Brant,
BP 10413, 67412 Illkirch, France
2 Centre Paul-Strauss, altération génétique des
cancers, chimioprévention et réponse thérapeutique, EA3430, BP 42,
67065 Strasbourg, France
Tirés à part : F. Dantzer
Introduction
La plupart des médicaments actuellement utilisés en cancérologie
sont des agents génotoxiques qui provoquent des altérations dans le
génome : par coupure de l’ADN (ex : bléomycine), par
alkylation (ex : cisplatine, temozolomide), par inhibition de
la synthèse des acides nucléiques (antimétabolites) ou en modifiant
la topologie de l’ADN (inhibiteurs de topoisomérases I ou II
ex : campthotécine). L’effort récent des recherches
pharmacologiques visant à augmenter la réponse clinique de ces
agents tout en diminuant leur nocivité et la découverte de PARP-1
comme un acteur clé de la réparation de ce type de dommages a
ouvert des perspectives intéressantes sur le bénéfice de
neutraliser cette enzyme pour augmenter la toxicité des
anti-tumoraux clastogènes. Les inhibiteurs de PARP représentent
aujourd’hui une nouvelle classe thérapeutique aux résultats
encourageants et aux applications multiples. Dans cette revue, nous
décrivons le rôle des PARPs (notamment PARP-1) dans la réponse
cellulaire aux dommages puis nous exposons l’intérêt thérapeutique
de son inhibition en cancérologie mais aussi dans le traitement de
pathologies inflammatoires et discutons les risques potentiels de
ces approches thérapeutiques.
La poly(ADP-ribosyl)ation : une modification
post-traductionnelle en réponse au stress génotoxique
La poly(ADP-ribosyl)ation
Les poly(ADP-ribose) polymérases (PARP) sont des enzymes
impliquées dans la réparation des altérations de l’ADN dont celles
induites par la chimiothérapie et les radiations ionisantes. En
présence de coupures dans l’ADN induites, soit directement par les
agents génotoxiques, soit indirectement lors du processus de
réparation par excision de bases, la PARP-1 catalyse la synthèse
d’un polymère branché d’ADP-ribose à partir de NAD+
comme substrat. Ce polymère est greffé de manière covalente mais
transitoire sur des protéines nucléaires acceptrices (ex :
histones, topoisomérases) dans une réaction d’hétéromodification ou
sur la PARP-1 elle-même dans une réaction d’automodification. La
réversibilité du processus est assurée par dégradation du polymère
catalysée par la poly(ADP-ribose)glycohydrolase (PARG). La
poly(ADP-ribosyl)ation est donc une modification
post-traductionnelle de protéines nucléaires en réponse à un stress
génotoxique (figure 1)
[1].
Une famille PARP
Depuis quelques années, de nouvelles protéines PARPs ont été
identifiées et classent PARP-1 comme le membre fondateur d’une
famille de 17 protéines qui présentent toutes une très grande
homologie avec le domaine catalytique de la PARP-1. Ce domaine est
associé à divers domaines protéiques de liaison à l’ADN, à l’ARN ou
des motifs d’interactions protéine-protéine [1, 2]. Seuls
certains de ces membres sont actuellement caractérisés. La
diversité dans leur localisation subcellulaire et dans les
protéines partenaires poly(ADP-ribosylées) traduit le rôle crucial
de la molécule de poly(ADP-ribose) dans une variété de processus
biologiques qui vont au-delà de la réponse cellulaire aux dommages
tels que la régulation transcriptionnelle, le contrôle du cycle
cellulaire, le code histone, la différenciation cellulaire et le
métabolisme énergétique. Parmi ces protéines, PARP-1, PARP-2 et
plus récemment PARP-3 sont jusqu’alors les seules enzymes dont
l’activité catalytique est stimulée par la présence de cassures
dans l’ADN. En se basant sur des données biochimiques et
cellulaires, on estime qu’en moyenne 85 % de l’activité totale
de poly(ADP-ribosyl)ation détectée en réponse aux dommages dans
l’ADN est attribuée à PARP-1, et 15 % de cette réaction est
attribuée à PARP-2 et/ou PARP-3 [3, 4]. En s’appuyant sur ces
observations, il est communément admis que les inhibiteurs de PARP
actuellement en essai clinique ciblent essentiellement PARP-1.
Toutefois, une récente caractérisation biochimique et
structurale de ces protéines propose une reclassification de cette
famille selon leur activité catalytique et attribue une activité de
poly(ADP-ribosyl)ation également à PARP-4, un composant des
« particules de vault » connues pour leur implication
dans la résistance aux médicaments antitumoraux, et à Tankyrase 1
et -2, les PARPs associés aux télomères [5, 6]. D’autres PARPs
catalysent une activité de mono-ADP-ribosylation et certaines sont
considérées comme inactives à ce jour.
PARP-1, PARP-2 et PARP-3, des protéines clés de la stabilité du
génome
PARP-1 et PARP-2 ont initialement été décrites comme des acteurs
essentiels du système de réparation par excision de bases et des
cassures simple-brin (base excision repair/single-strand
break repair, [BER/SSBR]) [7, 8]. Dans ce processus,
PARP-1 détecte les cassures dans l’ADN, facilite l’ouverture de la
structure de la chromatine par poly(ADP-ribosyl)ation des histones
et, au travers de la synthèse locale de poly(ADP-ribose), assure le
recrutement de facteurs de réparation de l’ADN contenant un domaine
de liaison au poly(ADP-ribose), dont la protéine plateforme du
BER/SSBR, XRCC1. PARP-2 semble intervenir dans des étapes plus
tardives du processus de réparation (figure
1).
Des études plus récentes décrivent également un rôle important
de PARP-1 et de son activité :
- – dans le recrutement des protéines MRE11 ou ATM (acteurs clés
de la recombinaison homologue) sur le site des dommages en réponse
aux radiations ionisantes ou à un stress réplicatif
[9-12] ;
- – dans la réparation des cassures double-brin par un mécanisme
alternatif de recombinaison non homologue (NHEJ)
[13, 15].
En accord avec l’ensemble de ces données, les modèles animaux et
cellulaires déficients en PARP-1 ou PARP-2 développés au
laboratoire montrent une très grande sensibilité aux radiations
ionisantes et aux agents alkylants monofonctionnels se traduisant
par une instabilité génomique élevée, une ségrégation chromosomique
erronée et un délai dans la réparation des cassures dans l’ADN
[16]. Plus particulièrement, ces modèles animaux ont révélé des
aspects redondants et plus spécifiques de ces deux enzymes dans la
surveillance de l’intégrité de l’hétérochromatine constitutive
(centromères, télomères) et facultative (inactivation du chromosome
X) (pour revue [17]). Or, cette chromatine condensée,
hyperméthylée, transcriptionnellement inactive joue un rôle
essentiel dans l’organisation et la fonction du génome. Son
dysfonctionnement peut induire la tumorigénèse. Enfin, PARP-3 a
récemment été décrite comme un nouvel acteur de la réparation, plus
spécifiquement des cassures double-brins [4].
L’intérêt thérapeutique des inhibiteurs de PARP
Alors que dans des conditions physiologiques ou en réponse à des
doses sub-létales de dommages, l’activation de la PARP-1 est
favorable à la cellule puisqu’elle initie la réparation des
cassures dans l’ADN, dans des situations inflammatoires
caractérisées par une production massive de cassures dans l’ADN, sa
sur-activation devient pathologique. Ces données biologiques
doublent le bénéfice thérapeutique des inhibiteurs de PARP
(figure
2).
Dans le traitement des cancers
Les inhibiteurs de PARP sont maintenant reconnus comme une
nouvelle classe thérapeutique en cancérologie dont les résultats
d’efficacité actuels sont sans ambiguïté. Leur développement
clinique suit à l’heure actuelle deux approches :
- – potentialiser les effets des radiations ionisantes et des
agents antitumoraux ;
- – cibler les tumeurs génétiquement déficientes dans les
systèmes de réparation de l’ADN (figure
3).
Potentialisation des antitumoraux et de la radiothérapie
Plusieurs études pré-cliniques récentes réalisées sur des
cultures de cellules tumorales humaines ou des xénogreffes de
tumeurs humaines ont permis de mettre en évidence une action
synergique efficace de l’inhibition des PARPs avec des agents
méthylants (temozolomide) des sels de platine (cisplatine), des
poisons de la topoisomérase I (campthotecine) et les radiations
ionisantes [18, 19]. La PARP est essentielle pour la
réparation des dommages produits par ces chimiothérapies via le
système du BER/SSBR, son inhibition entraîne la persistance de
dommages non réparés et la mort cellulaire (figure 3A).
L’intérêt de l’administration simultanée d’un inhibiteur de PARP
avec un agent génotoxique est que la combinaison de ces traitements
augmente l’efficacité thérapeutique des chimio- et radiothérapies
tout en diminuant leur toxicité, permettant ainsi de diminuer les
doses des molécules génotoxiques administrées.
Depuis le premier essai clinique (phase I) favorable effectué
avec l’inhibiteur AG014699 Pfizer pour potentialiser la
cytotoxicité de l’agent méthylant temozolomide sur des tumeurs
solides [20], cinq autres compagnies pharmaceutiques ont des essais
cliniques (phase I et II) prometteurs en cours ciblant des tumeurs
solides, des glioblastomes, des cancers métastasiques du sein et/ou
de l’ovaire chez des patientes porteuses de mutations BRCA1 ou
BRCA2… (tableau 2).
Tableau 1 Principaux essais cliniques en cours utilisant les
inhibiteurs de PARP en monothérapie.
Sources d’informations :
http://www.clinicaltrials.gov
.
| Principaux essais cliniques utilisant
l’inhibiteur PARP en monothérapie du cancer (létalité
synthétique) |
| Drogues |
| Entreprise |
Cancer |
Conditions |
Phase |
État de l’essai |
| ABT-888 |
 |
Abbott Laboratories |
Cancer solide |
Avancé, réfractaire |
I non randomisée |
Terminé |
| Veliparid |
|
| Leucémie |
|
| |
|
|
|
| Lymphome |
|
| |
| AZD 2281 |
 |
AstraZeneca |
Ovaire |
BRCA1 ou BRCA2 porteur confirmation génétique |
II non randomisé |
Ouvert |
| KU-0059436 |
| Kudos |
Sein |
|
| |
| Olaparib |
|
| Prostate |
|
| |
|
|
|
| Pancréas |
|
| |
|
|
|
| Cancers solides avancés |
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| |
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|
|
| Côlon |
Mesurable |
II |
Ouvert |
|
|
|
|
| Instabilité Microsatellitaire connue |
| |
|
|
|
| Cancer solide avancés |
Aucune |
I |
Terminé |
|
|
|
| Ovaire |
BRCA1 porteur |
I non randomisé |
Actif |
|
|
|
|
| BRCA2 porteur |
| Pas de recrutement |
|
|
|
| Ovaire (Iceberg 1) |
BRCA porteur |
II non randomisée |
Terminé |
|
|
|
|
| Cancer avancé |
| |
|
|
|
| Sein (Iceberg 2) |
BRCA porteur |
II non randomisée |
Terminé |
|
|
|
|
| Cancer avancé |
| |
|
|
|
| Ovaire |
BRCA |
II non randomisée |
Ouvert |
|
|
|
| Sein |
Récidive |
| Pas de recrutement |
|
|
|
|
| Triple negatif |
| |
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|
|
| Cancer solide |
Métastatique |
I pharmacocinétique |
Terminé |
|
|
|
|
| Avancé |
| |
| BSI-201 |
 |
Sanofi-Aventis |
Ovaire |
BRCA 1 porteur |
I non randomisé |
|
| SAR240550 |
|
| Trompe de Fallope |
BRCA 2 porteur |
| |
|
|
|
| Cancer péritonéal |
|
| |
| MK-4827 |
| Merck |
Prostate |
Aucune |
I non randomisés |
Ouvert |
|
|
|
| Ovaire |
|
| |
|
|
|
| Cancer solide |
|
| |
| PF-01367338 |
| Pfizer |
Ovaire |
BRCA1 porteur |
I non randomisée |
Ouvert |
| AG-014699 |
|
| Sein |
RCA2 porteur |
| |
Tableau 2 Principaux essais cliniques en cours utilisant des
protocoles combinés inhibiteur PARP-agent antitumoral.
Sources d’informations :
http://www.clinicaltrials.gov
.
| Principaux essais cliniques utilisant
des protocoles combinés inhibiteur PARP-agent clastogène |
| Drogues |
Entreprise |
Cancer |
Conditions |
Association |
Phase |
État de l’essai |
| ABT-888 |
Abbott Laboratories |
Ovaire |
Stade II, III ou IV |
Paclitaxel et carboplatine et bévacizumab |
I non randomisée |
Ouvert |
| Veliparid |
| Trompe de Fallope |
|
|
| |
 |
| Cancer péritonéal |
|
|
| |
|
|
| Prostate |
Métastatique résistant à la castration après 2
lignes d’hormonothérapie |
Témozolomide |
I non randomisée |
Non encore ouvert |
|
|
| Cancer non hématologique mélanome
métatstatique |
Aucune |
Témozolomide |
I non randomisée |
Ouvert |
|
|
| Sein |
|
|
| Pas de recrutement |
|
|
| Ovaire |
|
|
| |
|
|
| Cancer péritonéal primitif |
|
|
| |
|
|
| Tube de Fallope |
|
|
| |
|
|
| Carcinome hépatocellulaire |
|
|
| |
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| Lymphome |
Cancer réfractaire |
Topotécan |
I non randomisée |
ouvert |
|
|
| Leucémie chronique |
|
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| |
|
|
| Tumeur de l’adulte |
|
|
| |
|
|
| Ovaire |
Réfractaire aux sels de platine |
Topotécan |
I puis II non randomisée |
Non encore ouvert |
|
|
| Cancer péritonéal |
|
|
| |
|
|
| Cancer solide de l’adulte |
|
|
| |
|
|
| Cancers solides avancés |
Aucune |
Carboplatine |
II |
Ouvert |
|
|
|
|
| Gemcitabine |
| |
|
|
| Cancer du sein |
Métastatique |
Témozolomide |
II non randomisée |
Ouvert |
|
|
|
|
|
|
| Pas de recrutement |
|
|
| Côlon |
Métastatique |
Témozolomide |
II non randomisée |
Ouvert |
|
|
|
| Lourdement prétraité |
|
| |
|
|
| Mélanome |
Métastatique ou non |
Témozolomide |
II randomisé |
Actif |
|
|
|
|
| Placébo |
| Pas de recrutement |
| AZD 2281 |
AstraZeneca |
Sein |
Trible négatif |
Carboplatine |
I |
Ouvert |
| KU-0059436 |
Kudos |
Ovaire |
BRCA1 porteur |
|
| |
| Olaparid |
|
| RCA2 porteur |
|
| |
 |
|
| Métastatique ou non extirpable |
|
| |
|
|
| Cancer solide |
Métastatique |
Bévacizumab |
I non randomisé |
Terminé |
|
|
| Cancer solide de l’adulte |
Aucune |
Cisplatine |
I non randomisé |
Ouvert |
|
|
|
|
| Gemcitabine |
| Pas de recrutement |
|
|
| Cancer du sein métastatique |
Triple négatif |
Paclitaxel |
I non randomisé |
ouvert |
|
|
| Cancer ovaire avancé |
| Paclitaxel et carboplatine |
| |
|
|
|
|
| Carboplatine |
| |
|
|
| Cancer solide |
Avancé |
Topotécan |
I non randomisé |
Terminé |
|
|
| Mélanome |
Tumeur avancée |
Dacarbazine |
I non randomisée |
Terminé |
|
|
| Pancréas |
Cancer avancé |
Gemcitabine |
I randomisé |
Ouvert |
|
|
|
|
|
|
| Pas de recrutement |
|
|
| Cancer gastrique |
Rechute |
Paclitaxel |
II randomisé |
ouvert |
|
|
|
| Métastatique |
Placébo |
| |
|
|
|
| Résistant à une première ligne de
chimiothérapie |
|
| |
|
|
| Ovaire avancé |
Tumeur sensible aux sels de platine |
Carboplatine |
II randomisée |
Ouvert |
|
|
|
|
| Paclitaxel |
| |
|
|
| Ovaire |
BRCA1 porteur |
Doxorubicine liposomale |
II randomisée |
Ouvert |
|
|
|
| RCA2 porteur |
|
| Pas de recrutement |
|
|
|
| Resistant aux sels de platine |
|
| |
| BSI-201 |
Sanofi-Aventis |
Glioblastome |
Premier traitement |
Témozolomide |
I puis II non randomisée |
Ouvert |
| SAR240550 |
|
|
|
|
| |
|
|
| Ovaire en rechute |
Résistant aux sels de platine |
Carboplatine |
II |
Ouvert |
|
|
|
|
| Gemcitabine |
| |
|
|
| Ovaire en rechute |
Sensible aux sels de platine |
Carboplatine |
II |
Ouvert |
|
|
|
|
| Gemcitabine |
| |
|
|
| Sein |
Triple negative |
Carboplatine |
II non randomisée |
Ouvert |
|
|
|
|
| Gemcitabine |
| |
|
|
| Sein |
Métastatique |
Carboplatine |
II randomisé |
Ouvert |
|
|
|
| Triple négatif |
Gemcitabine |
| |
|
|
| Sein |
Triple négatif |
Carboplatine |
II randomisé |
Ouvert |
|
|
|
|
| Gemcitabine |
| Pas de recrutement |
|
|
| Broncho-pulmonaire |
Stade IV |
Gencitabine |
II randomisée |
Non encore ouvert |
|
|
|
| Non à petites cellules |
Cisplatine |
| |
|
|
| Broncho-pulmonaire |
Carcinome épidermoïde |
Carboplatine et gemcitabine |
III randomisée |
Ouvert |
|
|
|
| Premier traitement |
|
| |
| CEP-9722 |
Céphalon |
Tumeur solide avancé |
Aucune |
Témozolomide |
| |
|
|
|
|
| Placébo |
| |
| INO-1001 |
Genentech/inotech |
Mélanome |
Rechute |
Témozolomide |
| |
|
| Pharmaceuticals |
| Avancé stade III ou IV |
|
| |
|
| Corps |
|
|
|
| |
| PF-01367338 |
Pfizer |
Cancer solide de l’adulte |
Aucune |
Carboplatine |
| |
| AG-014699 |
|
|
| Paclitaxel |
| |
|
|
|
|
| Cisplatine |
| |
|
|
|
|
| Pemetrexed |
| |
|
|
|
|
| Epirubicin |
| |
|
|
|
|
| Cyclophosphamide |
| |
Le cas des cancers du sein dits « triple
négatif »
Les inhibiteurs de PARP ont notamment montré des résultats
particulièrement encourageants face aux cancers du sein
métastasiques dits « triple négatif » qui représentent 15
à 20 % des cancers du sein. Ces cancers sont particulièrement
difficiles à traiter en raison d’une absence d’expression des
récepteurs aux œstrogènes et à la progestérone et des récepteurs
HER2 qui sont normalement ciblés dans les protocoles thérapeutiques
conventionnels. L’inhibiteur PARP, BSI-201, de Sanofi-Aventis, est
actuellement en essai clinique de phase III sur des patientes
atteintes de ces cancers « triple négatif » pour
augmenter la cytotoxicité du gemcitabine, un anti-métabolite
spécifique de la phase S et du carboplatine. Un essai clinique
similaire de phase II portant sur 123 patientes a révélé des
résultats déterminants puisque 50 % d’entre elles ont vu leur
tumeur régresser ou se stabiliser et leur survie prolongée (passant
de 5,7 à 9,2 mois) [21].
Ciblage des tumeurs génétiquement déficientes
Cette approche basée sur le principe de la létalité synthétique
repose sur la capacité des inhibiteurs de PARP à cibler des cancers
présentant une altération génétique dans les mécanismes de
réparation des cassures double-brin. Ces observations ont été
révélées par des travaux précédents de Bryant et al. [22] et
Farmer et al. [23] mettant en évidence une sensibilité
significative aux inhibiteurs de PARP des cellules tumorales avec
mutations du gène BRCA1 ou BRCA2, se traduisant par
une instabilité génomique élevée, un arrêt du cycle cellulaire et
une induction de l’apoptose. Actuellement deux scénarios sont
proposés pour expliquer cette cytotoxicité. Dans le premier
scénario, l’inhibition de la PARP-1 induit une accumulation de
cassures simple-brin non réparées dans les cellules tumorales, qui
seront ensuite converties en cassures double-brin après passage de
la fourche de réplication. Les cellules mutées pour BRCA1 ou BRCA2
ont un système de recombinaison homologue non fonctionnel, ne
permettant pas la réparation des cassures double-brin formées ce
qui entraîne ces cellules vers l’apoptose (figure 3B).
Dans un deuxième scénario identifié récemment, l’inhibition de la
PARP entraîne également une dérégulation du système de réparation
par recombinaison non homologue le rendant particulièrement
mutagène [24].
Ces études ont depuis été validées dans des essais cliniques
préliminaires utilisant l’olaparib, produit par AstraZeneca, en
monothérapie pour le traitement de ce type de cancers [25]. L’étude
décrite a porté sur 23 femmes atteintes d’une forme avancée
d’un cancer du sein et/ou de l’ovaire avec mutation du gène
BRCA1 ou BRCA2, résistant à plusieurs chimiothérapies
et traitées uniquement avec l’olaparib. Il apparaît alors que
63 % des patientes ayant reçu les plus fortes doses d’olaparib
ont vu leur tumeur se stabiliser ou régresser de manière
significative.
Bien que préliminaires et portant sur un nombre réduit de
patientes, les résultats de ces études font des inhibiteurs de PARP
des médicaments prometteurs face aux cancers à prédisposition
génétique (tableau 1). En accord avec
cette hypothèse, des études génétiques et cellulaires ont récemment
identifié une létalité synthétique entre les inhibiteurs de
PARP :
- – et d’autres lignées déficientes pour des protéines impliquées
dans le mécanisme de réparation par recombinaison homologue dont
des lignées présentant une forme mutée du suppresseur de tumeur
phosphatase and tensin homolog (PTEN) en raison d’une
diminution significative du facteur de réparation RAD51
[26 27] ;
- – ou d’autres lignées déficientes pour des protéines kinases
telle que la kinase dépendante des cyclines CDK5 dont un rôle dans
la réponse cellulaire aux dommages a été démontrée [28].
Dans le traitement des pathologies inflammatoires aiguës ou
chroniques
La PARP-1 s’est également très vite imposée comme un effecteur
majeur de lésions d’organes dans un ensemble de situations
pathologiques telles que l’ischémie cardiaque ou neuronale,
l’ischémie-reperfusion, le choc circulatoire, le diabète sucré
(voir pour revue, [29]). Dans ces situations, les facteurs de
transcription NF-kB et AP1 et la MAP kinase induisent la
transcription de gènes pro-inflammatoires (cytokines, et
chimiokines), le recrutement au niveau local de cellules
inflammatoires et la production en excès de dérivés radicalaires de
l’oxygène. Ces derniers vont générer des lésions dans l’ADN
responsables d’une sur-activation de la PARP qui résulte en une
consommation importante du NAD+ et une baisse de la
concentration d’ATP, aboutissant à un dysfonctionement puis à une
mortalité cellulaire par « parthanatos » (mort cellulaire
impliquant le poly(ADP-ribose), nécrose ou autophagie. Selon ce
schéma, on peut comprendre que l’inhibition pharmacologique de la
PARP-1 puisse représenter une option thérapeutique bénéfique dans
le traitement de ces pathologies (figure
2).
Questions ouvertes sur la toxicité à long terme et les effets
collatéraux des inhibiteurs de PARP
Au-delà de leur fonction clé dans la surveillance de l’intégrité
du génome, de nombreuses études récentes décrivent un rôle de
PARP-1, PARP-2 et de leur activité de poly(ADP-ribosyl)ation dans
un nombre croissant de fonctions biologiques très variées telles
que la réplication, la transcription, la différenciation, le
métabolisme énergétique. De plus, la découverte de nouvelles PARP
et de nouveaux inducteurs de leur activité autres que les cassures
dans l’ADN soulignent l’aspect multifonctionnel du
poly(ADP-ribose).
L’introduction des inhibiteurs de PARP dans l’arsenal
thérapeutique n’est donc pas sans risque et nécessite une attention
particulière et des études complémentaires visant à déterminer la
toxicité potentielle à long terme de tels agents. Nous proposons
ici de citer quelques-uns des aspects biologiques nécessitant une
attention particulière.
L’aspécificité des inhibiteurs de PARP
La résolution de la structure tridimensionnelle du domaine
catalytique de la PARP-1 et l’évolution dans la structure-fonction
de la protéine ont permis de concevoir une nouvelle génération
d’inhibiteurs puissants et efficaces dont l’activité est basée sur
une compétition avec le NAD+ au niveau du site actif de
l’enzyme. Bien que leur efficacité sur l’inhibition de la PARP-1
soit démontrée comme significative, peu d’études permettent
d’estimer leur action inhibitrice et les conséquences sur les
autres membres de la famille PARP, ou d’autres enzymes
utilisatrices du NAD+ telles que les histone
désacétylases de la famille des sirtuines pour lesquelles une
activité « suppresseur de tumeurs » a été révélée
récemment [30].
Effets secondaires de l’inhibition des PARPs
Au regard du rôle démontré de PARP-1 dans plusieurs processus
biologiques comme la transcription, l’épigénétique et l’homéostasie
des télomères, dont la perturbation est à l’origine de la
tumorigénèse, il est important de noter que l’impact de son
inhibition va au-delà de son implication dans la réponse cellulaire
aux dommages. Un de ces aspects concerne le rôle de PARP-1 et de
son activité dans la méthylation de l’ADN dont le profil de
distribution est souvent altéré dans le cancer. Les recherches
actuelles décrivent une association de PARP-1 auto-ADP-ribosylée
avec l’ADN méthylase de maintenance DNMT1 aboutissant à une
inhibition de l’activité ADN méthylase [31]. L’absence de PARP-1 ou
son inhibition conduit à une hyperméthylation globale des régions
CpG [32]. Dans ces conditions, l’hyperméthylation des gènes
suppresseurs de tumeurs rendrait silencieux ces gènes cruciaux. Or
ce processus fait l’objet de plusieurs essais cliniques en cours
basés sur l’utilisation des inhibiteurs de méthylation. L’apport
thérapeutique d’un protocole combiné inhibiteur de PARP-inhibiteur
de méthylation mérite considération.
En outre, à l’échelle de la famille PARP, la caractérisation
récente des modèles animaux « perte de fonction » a
permis de révéler une contribution de certaines d’entre elles et de
leur activité dans un ensemble de processus physiologiques
fondamentaux tels que le développement de la mémoire (PARP-1), la
spermatogenèse (PARP-1 et PARP-2), l’adipogenèse (PARP-2 et
Tankyrase 1), la maturation lymphocytaire (PARP-1 et PARP-2) (voir
pour revue, [17]). L’utilisation à long terme des inhibiteurs de
PARP peut donc entraîner des perturbations physiologiques
significatives révélant l’importance de la notion bénéfice/risque
pour ces médicaments.
Enfin, dans cette même idée, les résultats de plusieurs études
précédentes permettent d’envisager un rôle « suppresseur de
tumeurs » pour certaines des PARPs caractérisées telles que
PARP-4 et PARP-1. En effet, l’absence de PARP-4 accroît
l’apparition de tumeurs coliques après traitement par le
carcinogène dimethylhydrazine chez la souris [33] et l’inactivation
combinée de PARP-1 et du suppresseur de tumeurs p53 ou des
protéines de réparation DNA-PK ou Ku80 augmente le développement de
tumeurs spontanées [34-36]. À l’opposé, une surexpression des PARPs
à « domaine macro » (domaine de répression
transcriptionnelle) telles que PARP-9 et PARP-14 a été identifiée
dans des lymphomes B agressifs [37, 38]. Bien que ces
observations expérimentales sur modèles animaux ne concernent
encore que peu d’études, elles imposent une vigilance et un suivi
rigoureux dans l’utilisation thérapeutique des inhibiteurs de PARP
chez l’homme.
Conclusion
Le développement des inhibiteurs de PARP et leur efficacité
encourageante dans le traitement des cancers permettent de penser
qu’ils constituent une avancée majeure dans le domaine. L’essai de
phase III en cours portant sur la combinaison
BSI-201-gemcitabine/carboplatine pour le traitement des cancers du
sein « triple négatif » le suggère fortement. Les
derniers résultats d’essais précliniques montrant leur cytotoxicité
sur des tumeurs mutées pour BRCA1 ou BRCA2 permettent d’envisager
une utilisation de ces nouveaux médicaments pour le traitement de
tumeurs génétiquement déficientes dans les mécanismes de réparation
des cassures double-brin. Il est cependant nécessaire de considérer
la complexité de la famille PARP et de l’activité de
poly(ADP-ribosyl)ation impliquée dans un grand nombre de processus
biologiques autres que la réponse cellulaire aux dommages. La
qualité de la recherche sur les PARPs à venir est déterminante pour
identifier leurs propriétés biochimiques, structurales et
fonctionnelles et permettre la synthèse d’inhibiteurs chimiques
spécifiques de chaque PARP à visée thérapeutique.
Conflits d’intérêts: aucun.
Références
1 V Schreiber, F Dantzer, JC Ame, G. de Murcia Poly(ADP-ribose):
novel functions for an old molecule Nat Rev Mol Cell Biol
2006; 7: 517-528.
2 JC Ame, C Spenlehauer, G. de Murcia The PARP superfamily
Bioessays 2004; 26: 882-893.
3 JC Ame, V Rolli, V Schreiber et al. PARP-2. A novel
mammalian DNA damage-dependent poly(ADP-ribose) polymerase J
Biol Chem 1999; 274: 17860-17868.
4 C Boehler, LR Gauthier, O Mortusewicz et al.
Poly(ADP-ribose polymerase 3 (PARP3), a newcomer in cellular
response to DNA damage and mitotic progression Proc Natl Acad
Sci 2011; 108: 2783-2788.
5 H Kleine, B. Luscher Learning how to read ADP-ribosylation
Cell 2009; 139: 17-19.
6 H Kleine, E Poreba, K Lesniewicz et al.
Substrate-assisted catalysis by PARP10 limits its activity to
mono-ADP-ribosylation Mol Cell 2008; 32: 57-69.
7 F Dantzer, G de La Rubia, J Menissier-De Murcia, Z Hostomsky,
G de Murcia, V. Schreiber Base excision repair is impaired in
mammalian cells lacking Poly(ADP-ribose) polymerase-1
Biochemistry 2000; 39: 7559-7569.
8 V Schreiber, JC Ame, P Dolle et al. Poly(ADP-ribose)
polymerase-2 (PARP-2) is required for efficient base excision DNA
repair in association with PARP-1 and XRCC1 J Biol Chem
2002; 277: 23028-23036.
9 HE Bryant, E Petermann, N Schultz et al. PARP is
activated at stalled forks to mediate Mre11-dependent replication
restart and recombination Embo J 2009; 28: 2601-2615.
10 JF Haince, S Kozlov, VL Dawson et al. Ataxia
telangiectasia mutated (ATM) signaling network is modulated by a
novel poly(ADP-ribose)-dependent pathway in the early response to
DNA-damaging agents J Biol Chem 2007; 282: 16441-16453.
11 JF Haince, D McDonald, A Rodrigue et al.
PARP1-dependent kinetics of recruitment of MRE11 and NBS1 proteins
to multiple DNA damage sites J Biol Chem 2008; 283:
1197-1208.
12 K Sugimura, S Takebayashi, H Taguchi, S Takeda, K. Okumura
PARP-1 ensures regulation of replication fork progression by
homologous recombination on damaged DNA J Cell Biol 2008;
183: 1203-1212.
13 M Audebert, B Salles, P. Calsou Involvement of
poly(ADP-ribose) polymerase-1 and XRCC1/DNA ligase III in an
alternative route for DNA double-strand breaks rejoining J Biol
Chem 2004; 279: 55117-55126.
14 SJ Veuger, NJ Curtin, GC Smith, B.W. Durkacz Effects of novel
inhibitors of poly(ADP-ribose) polymerase-1 and the DNA-dependent
protein kinase on enzyme activities and DNA repair Oncogene
2004; 23: 7322-7329.
15 M Wang, W Wu, B Rosidi, L Zhang, H Wang, G. Iliakis PARP-1
and Ku compete for repair of DNA double strand breaks by distinct
NHEJ pathways Nucleic Acids Res 2006; 34: 6170-6182.
16 J Menissier de Murcia, M Ricoul, L Tartier et al.
Functional interaction between PARP-1 and PARP-2 in chromosome
stability and embryonic development in mouse Embo J 2003;
22: 2255-2263.
17 J Yelamos, V Schreiber, F. Dantzer Toward specific functions
of poly(ADP-ribose) polymerase-2 Trends Mol Med 2008; 14:
169-178.
18 K Ratnam, J.A. Low Current development of clinical inhibitors
of poly(ADP-ribose) polymerase in oncology Clin Cancer Res
2007; 13: 1383-1388.
19 T Zaremba, N.J. Curtin PARP inhibitor development for
systemic cancer targeting Anticancer Agents Med Chem 2007;
7: 515-523.
20 R Plummer, C Jones, M Middleton et al. Phase I study
of the poly(ADP-ribose) polymerase inhibitor. AG014699, in
combination with temozolomide in patients with advanced solid
tumors Clin Cancer Res 2008; 14: 7917-7923.
21 J O'shaughnessy, C Osborne, M Pippen et al. Efficacy
of BSI-201, a poly(ADP-ribose) polymerase-1(PARP-1) inhibitor, in
combination with gemcitabine/carboplatin (G/C) in patients with
metastasic triple-negative breast canacr (TNBC): results of a
randomized Phase II trial J Clin Oncol 2009; 27: 3.
22 HE Bryant, N Schultz, HD Thomas et al. Specific
killing of BRCA2-deficient tumours with inhibitors of
poly(ADP-ribose) polymerase Nature 2005; 434: 913-917.
23 H Farmer, N McCabe, CJ Lord et al. Targeting the DNA
repair defect in BRCA mutant cells as a therapeutic strategy
Nature 2005; 434: 917-921.
24 AG Patel, JN Sarkaria, S.H. Kaufmann Nonhomologous end
joining drives poly(ADP-ribose) polymerase (PARP- inhibitor
lethality in homologous recombination-deficient cells Proc Natl
Acad Sci 2011; 108: 3406-3411.
25 PC Fong, DS Boss, TA Yap et al. Inhibition of
poly(ADP-ribose) polymerase in tumors from BRCA mutation carriers
N Engl J Med 2009; 361: 123-134.
26 N McCabe, NC Turner, CJ Lord et al. Deficiency in the
repair of DNA damage by homologous recombination and sensitivity to
poly(ADP-ribose) polymerase inhibition Cancer Res 2006; 66:
8109-8115.
27 AM Mendes-Pereira, SA Martin, R Brough et al.
Synthetic lethal targeting of PTEN mutant cells with PARP
inhibitors EMBO Mol Med 2009; 1: 315-322.
28 NC Turner, CJ Lord, E Iorns et al. A synthetic lethal
siRNA screen identifying genes mediating sensitivity to a PARP
inhibitor Embo J 2008; 27: 1368-1377.
29 P Jagtap, C. Szabo Poly(ADP-ribose) polymerase and the
therapeutic effects of its inhibitors Nat Rev Drug Discov
2005; 4: 421-440.
30 RH Wang, K Sengupta, C Li et al. Impaired DNA damage
response, genome instability, and tumorigenesis in SIRT1 mutant
mice Cancer Cell 2008; 14: 312-323.
31 A Reale, GD Matteis, G Galleazzi, M Zampieri, P. Caiafa
Modulation of DNMT1 activity by ADP-ribose polymers Oncogene
2005; 24: 13-19.
32 P Caiafa, T Guastafierro, M. Zampieri Epigenetics:
poly(ADP-ribosyl)ation of PARP-1 regulates genomic methylation
patterns Faseb J 2009; 23: 672-678.
33 S Raval-Fernandes, VA Kickhoefer, C Kitchen, L.H. Rome
Increased susceptibility of vault poly(ADP-ribose)
polymerase-deficient mice to carcinogen-induced tumorigenesis
Cancer Res 2005; 65: 8846-8852.
34 C Morrison, GC Smith, L Stingl, SP Jackson, EF Wagner, Z.Q.
Wang Genetic interaction between PARP and DNA-PK in V(D)J
recombination and tumorigenesis Nat Genet 1997; 17:
479-482.
35 WM Tong, U Cortes, MP Hande et al. Synergistic role of
Ku80 and poly(ADP-ribose) polymerase in suppressing chromosomal
aberrations and liver cancer formation Cancer Res 2002; 62:
6990-6996.
36 WM Tong, H Ohgaki, H Huang, C Granier, P Kleihues, Z.Q. Wang
Null mutation of DNA strand break-binding molecule poly(ADP-ribose)
polymerase causes medulloblastomas in p53(-/-) mice Am J
Pathol 2003; 162: 343-352.
37 RC Aguiar, Y Yakushijin, S Kharbanda, R Salgia, JA Fletcher,
M.A. Shipp BAL is a novel risk-related gene in diffuse large B-cell
lymphomas that enhances cellular migration Blood 2000; 96:
4328-4334.
38 SH Cho, S Goenka, T Henttinen et al. PARP-14, a member
of the B aggressive lymphoma family, transduces survival signals in
primary B cells Blood 2009; 113: 2416-2425.
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