Agents alkylants

ARTICLE

bdc.2011.1471

Auteur(s) : Philippe Pourquier pourquier@bergonie.org

Université de Bordeaux, Institut Bergonié, Inserm U916, Bordeaux, 229, cours de l’Argonne, 330176 Bordeaux Cedex, France

Tirés à part : P. Pourquier

Introduction

Les agents alkylants représentent la plus ancienne classe d’agents anticancéreux. Son émergence remonte à la Première Guerre mondiale avec l’utilisation du gaz moutarde comme arme chimique. De façon curieuse, ses effets pulmonaires étaient accompagnés d’une aplasie médullaire plusieurs jours après l’intoxication. Ces observations furent à l’origine de son essai en tant qu’agent antileucémique, mais les difficultés de son utilisation liées aux importants effets secondaires ont très vite stoppé l’utilisation du gaz moutarde à des fins thérapeutiques. On se tourna vers des moutardes azotées, dont la structure chimique est très proche de celle du gaz moutarde. En 1942, les premiers essais furent réalisés à l’université Yale et notèrent une importante régression de lymphomes dans des modèles expérimentaux de souris mais aussi chez l’homme avec une disparition spectaculaire de la tumeur du premier patient traité qui était atteint d’un lymphosarcome radiorésistant. Ce n’est qu’en 1946 que l’article princeps, révélant l’étonnante efficacité de ces moutardes azotées, parut [1]. La « découverte » de la chimiothérapie anticancéreuse a rapidement conduit à la mise sur le marché par la FDA du premier alkylant, la méchloréthamine (Mustargen) en 1949 et l’identification ultérieure d’autres alkylants de diverses familles chimiques. Même si leur utilisation actuelle est en retrait par rapport à celle d’autres familles d’anticancéreux, les agents alkylants restent, dans certaines indications, des molécules de premier plan. Nous décrirons dans cette revue les différentes classes d’alkylants et leurs modes d’action, en insistant plus particulièrement sur les nouvelles générations d’alkylants dont la découverte récente a permis d’élargir les possibilités thérapeutiques de certains cancers.

Mécanisme de l’alkylation

Les agents alkylants sont des entités électrophiles pouvant réagir avec des groupements nucléophiles de l’ADN ou des protéines et y transférer de manière covalente des groupements alkyles (méthyles ou éthyles) [2]. Cette alkylation des bases de l’ADN est responsable de l’effet cytotoxique de ces médicaments, car elle interfère avec des processus essentiels à la division cellulaire comme la réplication ou la transcription. La réaction d’alkylation est résumée dans la figure 1 où RX représente l’agent alkylant, X symbolisant un atome de chlore le plus souvent, et R′H symbolise le groupement nucléophile, cible de l’alkylation, dont la nature est assez variée : groupement hydroxyle, amine (primaire ou secondaire), carboxyle, sulfhydryle, etc. L’alkylation, proprement dite, est une réaction de substitution nucléophile (SN) dans laquelle l’hydrogène du groupement nucléophile (groupement partant) est substitué par le groupement R de l’alkylant (groupement entrant).

Cibles des agents alkylants

Les agents alkylants ont pour cible principale la double hélice d’ADN mais peuvent également réagir avec des protéines [2, 3]. Les alkylants monofonctionnels (un seul groupement réactif) sont capables d’établir un lien covalent avec la molécule cible pour former un adduit (figure 2A-C). Les agents alkylants bifonctionnels (deux groupements réactifs) ont la capacité d’établir des pontages entre deux molécules d’ADN (pontages intrabrins ou inter-brins) ou entre une molécule d’ADN et une protéine (figure 2D-H). Potentiellement, l’ensemble des groupements des bases constituant l’ADN ainsi que l’oxygène intervenant dans les liaisons phosphodiester peuvent être la cible d’une alkylation. Cependant, il existe des sites préférentiels d’alkylation qui dépendent du caractère nucléophile du groupement alkylé et de l’agent alkylant utilisé [4, 5]. Le site d’alkylation le plus vulnérable est de loin celui de la position N⁷ de la guanine avec 60 à 80 % de l’ensemble des adduits formés [4, 6]. D’autres sites sont également concernés mais avec une représentativité inférieure à 10 %, notamment les positions O⁶ et N¹ de la guanine G, les positions N³, N⁷, N¹ et N⁶ de l’adénine A, et plus rarement les positions O² et O⁴ de la thymine T et N² et N⁴ de la cytosine C (figure 3A et tableau 1) [5, 7]. Plus récemment, de nouvelles classes d’alkylants ont permis de mettre en évidence la formation presque exclusive d’adduits stables sur la position N² de la guanine (figure 3A).

Tableau 1 Alkylation des bases de l’ADN double-brin par le MMS (méthyle-méthane-sulfonate) et le MNU (méthyle-nitroso-urée), leurs conséquences mutagènes et cytotoxiques, et les systèmes de réparation qui reconnaissent ce type de lésions.

BER : base excision repair ; MMR : mismatch repair ; NER : nucleotide excision repair ; DR : direct reversal impliquant, soit la méthyle-guanine méthyle-transférase (MGMT), soit les homologues de la protéine bactérienne AlkB (ABH1 ou ABH2).

^a Les pourcentages mentionnés sont adaptés de la référence [4] et représentent des valeurs seuils exprimées par rapport à la méthylation totale observée pour les deux alkylants.

Les effets qui découlent de l’alkylation des bases de l’ADN sont de deux types (tableau 1) [5] : un effet mutagène lié à une mauvaise insertion de base en face de la base alkylée lors de la réplication, ou à une mauvaise réparation de la base endommagée ; un effet cytotoxique direct par blocage de la réplication lié à la présence de la base alkylée, ou indirect par formation de lésions secondaires issues de la réparation ou du réarrangement de la base alkylée lorsque celle-ci est instable. Ces deux effets ne sont pas mutuellement exclusifs. En règle générale, les O-alkylations ont un fort potentiel mutagène et sont génotoxiques alors que les N-alkylations sont cytotoxiques mais relativement peu mutagènes [4, 5, 8].

La stabilité des adduits formés, qui est variable en fonction du groupement nucléophile concerné (oxygène ou azote) et de la base considérée, peut avoir des conséquences sur l’effet observé. L’alkylation sur les positions N²G, N⁶A, N¹G, O⁶G ou O⁴T génèrent des adduits chimiquement stables (figure 3B) [9]. L’alkylation O⁶G, beaucoup moins fréquente que l’alkylation N⁷G, est également toxique. Cette toxicité est liée à une mauvaise réparation de la lésion par le système de réparation MMR (mismatch repair) qui réalise un « cycle futile » [8, 10]. L’alkylation des positions N⁷G, N³G, N⁷A, N³A, N¹A, N³C, O²C, O²T conduit à des adduits chimiquement instables (figure 3B) [5, 9]. L’alkylation sur ces positions déstabilise la base et favorise la déglycosylation et l’ouverture du cycle purique ou pyrimidique. Par exemple, l’alkylation en position N⁷G conduit à la formation de sites abasiques par dépurination spontanée (figure 4A), ou au 5-alkyle formamido-pyrimidine (Fapy) par ouverture du cycle imidazole de la guanine alkylée (figure 4B) [11], deux types de lésions toxiques. De façon similaire, l’alkylation en N³A induit le blocage de la réplication et la formation de sites abasiques [12]. Enfin, la liaison phosphodiester est un bon substrat d’alkylation du fait de la forte charge négative des oxygènes et de leur accessibilité. Même si le produit d’alkylation (méthylphosphotriester) est généré en importante quantité, cela ne semble pas avoir de conséquence cytotoxique majeure.

Principales familles d’agents alkylants « classiques »

Il existe sept grandes familles d’agents alkylants dits « classiques » (tableau 2) [2, 3]. La figure 5 présente la structure chimique des pharmacophores de ces familles. Nous décrirons pour chacune d’entre elles les mécanismes d’action des principaux dérivés qui ont été, ou sont toujours, utilisés en chimiothérapie sans détailler l’ensemble des molécules testées (tableau 3). Par ailleurs, nous ne décrirons pas les dérivés du platine qui sont étudiés dans un autre article de ce numéro.

Tableau 2 Différents types d’adduits de l’ADN produits par les principales familles d’agents alkylants « classiques ».

Tableau 3 Indications cliniques des principaux agents alkylants dont l’utilisation est approuvée dans le traitement des cancers.

Les parenthèses signifient une utilisation plus rare.

Moutardes à l’azote

Comme nous l’avons mentionné, les moutardes à l’azote dérivent du gaz moutarde et ont été les premiers alkylants à avoir été utilisés en chimiothérapie après la Seconde Guerre mondiale, essentiellement pour traiter des leucémies et des lymphomes. Ces moutardes comportent toutes un motif bis(2-chloroéthyle)amino responsable de leur activité alkylante (figures 5A et 6A)[3, 13]. Les structures des principales moutardes sont présentées sur la figure 6A. Leur mode d’action commun repose sur leur capacité à former un ion aziridinium, espèce électrophile responsable de la formation du lien covalent avec le nucléophile (figure 6B) [2, 3, 13, 14]. La cible majoritaire de l’ion aziridinium est l’azote en 7 de la guanine. La réaction d’alkylation génère un mono-adduit dont la présence peut entraîner un mésappariement de bases à l’origine de mutations (tableau 1) [11]. Ce mono-adduit peut réagir à son tour avec l’azote en 7 d’une autre guanine selon le même mécanisme, pour former un pont inter- ou intrabrin de l’ADN (figure 6B). Aujourd’hui, ces moutardes à l’azote sont utilisées dans des indications particulières comme le melphalan dans le myélome, le chlorambucil dans les leucémies lymphoblastiques et l’estramustine dans les cancers de la prostate réfractaires (tableau 3).

Oxazaphosphorines

Les oxazaphosphorines ont été synthétisées pour améliorer la stabilité et réduire la toxicité des moutardes azotées. Elles diffèrent chimiquement de ces dernières par l’introduction d’une liaison phosphore-azote permettant d’éviter l’ionisation directe du groupement réactif bis(2-chloroéthyle) [2, 15, 16]. Les dérivés majeurs de cette famille sont le cyclophosphamide et l’ifosfamide (figure 7). Ces molécules nécessitent une activation par des cytochromes P450 pour être converties en molécules actives et exercer leur effet alkylant. L’oxydation du carbone 4 de l’hétérocycle par les cytochromes permet son ouverture et la formation de chloroéthylaziridine, entité nucléophile responsable de la formation de pontage de deux brins d’ADN par attaques successives de deux azotes en 7 de guanines. Le cyclophosphamide et l’ifosfamide sont utilisés dans plusieurs associations couvrant un panel assez large d’indications (tableau 3) [16], avec néanmoins une neurotoxicité et une néphrotoxicité limitantes liées aux produits de leur métabolisation. La modification des chaînes latérales ainsi que le développement de systèmes plus efficaces de transport de ces dérivés au sein de la tumeur permettrait d’optimiser leur propriété alkylante et de réduire leurs effets secondaires [16].

Éthylènes imines

Polyaziridines

Cette famille d’alkylants est caractérisée par la présence d’un ou de plusieurs cycles aziridines dans leur structure (figure 8A)[2, 17, 18]. Les deux principaux dérivés sont le thiotépa et l’altrétamine, dont le mécanisme d’action implique la formation d’ions aziridinium comme pour les moutardes azotées, à cela près que le cycle aziridine n’est pas chargé et donc moins réactif. Le thiotépa est capable de former des liaisons covalentes avec la plupart des groupements nucléophiles des bases de l’ADN et peut aussi former des adduits inter-brins (N⁷G:N⁷G, notamment) [17]. L’utilisation de ces dérivés se fait rare, avec des indications dans le cancer de l’ovaire, du sein et de la vessie (en instillation intravésicale) pour le thiotépa, et dans le cancer de l’ovaire et du poumon à petites cellules pour l’altrétamine.

Mitomycine C

La mitomycine C (figure 8B) comprend, en plus du cycle aziridine, une partie quinone qui lui confère des propriétés particulières [19]. Elle est extraite du milieu de fermentation de bactéries du genre Streptomyces. La mitomycine C nécessite une réduction enzymatique pour que ses propriétés alkylantes se manifestent (figure 8B) [19, 20]. Cette réduction conduit à un dérivé protoné induisant l’ouverture du cycle aziridine et la fixation d’un groupement nucléophile sur le carbone 1 de ce cycle (figure 8B). Contrairement aux autres agents, le groupement nucléophile alkylé est surtout l’azote en 2 de la guanine, ce qui place la mitomycine C dans le petit sillon de l’ADN (tableau 2). Le produit de mono-alkylation est sensible à la réduction et forme un intermédiaire instable dont la partie carbamate est éliminée, activant la réactivité du carbone 10 de la partie mitomycine. Une bis-alkylation est alors possible si une deuxième guanine se trouve à proximité. La bis-alkylation peut conduire à des ponts intra- ou inter-brins, ces derniers ne se formant que dans des séquences riches en îlots CpG [19]. La mitomycine C est utilisée pour le traitement des adénocarcinomes de l’estomac, du pancréas, du côlon, du rectum, du sein et pour les tumeurs de vessie en instillation intravésicale.

Nitroso-urées

Ces composés ont été développés après la découverte que le MNNG (1-méthyle-3-nitro-1-nitrosoguanidine) (figure 9) avait une activité antiproliférative sur des lignées cancéreuses [2, 21, 22]. D’autres molécules comme le MNU (1-méthyle-1-nitroso-urée) ou le BCNU (1,3-bis[2-chloroéthyl]-1-nitroso-urée) montraient même des activités sur des tumeurs cérébrales implantées chez la souris, montrant que ces molécules pouvaient franchir la barrière hématoencéphalique, ce qui présente un intérêt majeur pour le traitement des tumeurs cérébrales [21]. Quatre dérivés sont utilisés en clinique, le BCNU (carmustine), le CCNU (lomustine), la fotémustine et un dérivé aminoglycosylé, la streptozocine (figure 9). Ces alkylants sont surtout utilisés pour le traitement des tumeurs cérébrales primitives ou secondaires, des mélanomes et de certaines tumeurs carcinoïdes. Le mécanisme d’action des nitroso-urées repose sur leur propriété de former en milieu basique le diazohydroxyde qui, par réarrangement, génère un cation très réactif à l’origine de l’alkylation [21-23]. Cette dernière se fait principalement en O⁶ ou N⁷ de la guanine (même si d’autres sites ont été décrits). L’alkylation en O⁶G conduit d’abord à la formation d’un mono-adduit chloroéthylé, puis à la formation de ponts inter-brins (ici N¹G:N³C) [24], lésions qui contribuent, au même titre que les autres pontages du type O⁶G:N¹C ou N⁷G:N³C, à la cytotoxicité des nitroso-urées. S’ajoutent à ces pontages une carbamoylation des protéines au niveau de résidus lysine ou arginine par réaction avec le dérivé isocyanate produit par certaines nitroso-urées (dont la carmustine) [25]. Cette carbamoylation inactiverait des protéines clés de certains processus essentiels à la survie cellulaire, comme certaines enzymes de réparation de l’ADN.

Alkyle alcanes sulfonates

Le busulfan est l’unique représentant de cette famille [3, 26] à être utilisé en clinique pour le traitement des leucémies myéloïdes chroniques réfractaires, en raison d’une toxicité sélective vis-à-vis des précurseurs myéloïdes, dont le mécanisme reste à élucider. Il est aussi utilisé pour la préparation à la transplantation des cellules souches hématopoïétiques dans les greffes. Le busulfan est un alkylant bifonctionnel sulfonylé (figure 10). Il forme des pontages intrabrin N⁷G:N³A ou inter-brins N⁷G:N⁷G par un mécanisme similaire à celui observé pour les autres alkylants [26, 27], ainsi que des pontages ADN-protéines probablement responsables de la plus grande partie de sa cytotoxicité.

Triazènes et hydrazines

Les triazènes sont caractérisés par la présence trois atomes d’azotes adjacents [3, 28]. Deux dérivés sont utilisés en clinique, la dacarbazine et le témozolomide (figure 11). La dacarbazine est principalement utilisée pour le traitement des mélanomes, des lymphomes hodgkiniens et non hodgkiniens et des sarcomes des tissus mous. Le témozolomide est utilisé principalement pour le traitement des tumeurs cérébrales (gliomes, astrocytomes glioblastomes). Comme pour le cyclophosphamide ou l’ifosfamide, ces deux triazènes nécessitent une étape d’oxydation par les cytochromes hépatiques pour exercer leur activité d’alkylation. Le MITC qui résulte de cette activation est à l’origine de l’ion méthyldiazonium, responsable de la méthylation de l’ADN [28, 29]. Cette méthylation concerne notamment l’adénine (N³) et la guanine (N⁷ et O⁶), la méthylation sur la position O⁶ ayant une importance toute particulière sur la cytotoxicité de ces dérivés. Comme déjà mentionné, l’O⁶-méthylguanine est une lésion mutagène car elle est responsable du mésappariement de la guanine méthylée avec une thymine et de la mutation de G:C en A:T après réplication de l’ADN endommagé. L’effet cytotoxique de la dacarbazine et du témozolomide repose sur la persistance de ce type de mutations et la formation secondaire de coupures de l’ADN [28, 29].

La procarbazine fait partie de la famille des hydrazines [3, 30]. Elle a été développée au départ comme inhibiteur de la monoamine-oxydase qui intervient dans son métabolisme, mais a très vite été utilisée pour ses propriétés anticancéreuses liées à son groupement méthylhydrazine. La procarbazine agit en tant que précurseur nécessitant une activation par les cytochromes qui conduit, par plusieurs voies complexes, à la formation d’ions diazonium véritables responsables de la formation d’adduits [30, 31]. Comme beaucoup d’agents monofonctionnels, la procarbazine forme principalement des mono-adduits O⁶G et N⁷G et conduit à la formation secondaire de cassures de l’ADN responsables de sa cytotoxicité. Elle est utilisée, en association avec d’autres antitumoraux, pour le traitement des lymphomes hodgkiniens et non hodgkiniens, des tumeurs cérébrales et des cancers du poumon à petites cellules.

Dérivés du platine

Les dérivés du platine sont utilisés depuis la fin des années 1970 lorsque le cisplatine (cis-diaminodichloroplatine [CDDP]) montra une activité remarquable dans le cancer du testicule [3, 32]. Son importante toxicité rénale a conduit à la synthèse de nouveaux dérivés moins toxiques comme le carboplatine ou de diamminocyclohexyl (DACH) – platines comme l’oxaliplatine et le tétraplatine. Les dérivés du platine sont très utilisés dans le traitement de diverses tumeurs solides : cancers du testicule, de l’ovaire, de l’œsophage, de la vessie, de la sphère ORL pour le cisplatine et le carboplatine, et le cancer du côlon métastatique pour l’oxaliplatine. On attribue le pouvoir cytotoxique des dérivés du platine à leur capacité de former des pontages de l’ADN, intrabrins (95 %) ou inter-brins (5 %) [33], ou avec des protéines cellulaires, l’oxaliplatine formant moins d’adduits que le cisplatine à concentration équitoxique [34]. De nombreux facteurs peuvent influencer la sensibilité tumorale aux dérivés du platine. Ils sont abordés en détail dans un autre article de ce numéro.

Nouvelles familles d’alkylants

Le chemin parcouru depuis la mise sur le marché des premières moutardes azotées est considérable et a conduit au développement d’un très grand nombre d’alkylants dont le mode d’action cytotoxique dépend étroitement de la formation d’adduits covalents de l’ADN (et/ou de protéines). Hormis les dérivés du platine qui occupent une large place dans l’arsenal thérapeutique, le nombre des agents alkylants utilisés actuellement est assez restreint et cantonné à quelques indications comme les tumeurs cérébrales ou les lymphomes, suggérant un abandon progressif de ces agents au profit de nouvelles thérapies ciblées plus actives et moins toxiques. C’est sans compter sur la grande diversité des molécules d’origine naturelle qui ont permis l’identification de nouvelles familles d’alkylants au mécanisme d’action original. Il s’agit principalement des dérivés des tétrahydro-isoquinolines et des illudines qui ont toutes deux suscité un regain d’intérêt pour cette classe thérapeutique [35, 36].

Dérivés de tétrahydro-isoquinolines

Les alkylants de cette famille proviennent d’organismes marins et leur développement clinique a été pris en charge par la société Pharmamar depuis les années 1990. L’ecteinascidine 743 (ET743) ou trabectédine [35] fut isolée du tunicier Ecteinascidia turbinata. Sa structure chimique comporte trois cycles tétrahydroquinolines, A, B et C (figure 12). Les cycles A et B sont impliqués dans l’interaction avec l’ADN et la formation d’adduits qui se fait, contrairement aux autres alkylants classiques, sur l’azote N² de la guanine au niveau du petit sillon de l’ADN [37]. Elle résulte de l’attaque du doublet libre de l’azote N² de la guanine par l’ion iminium provenant de l’activation de la fonction carbinolamine de l’alkylant (figure 12). Cet adduit a la particularité de courber l’ADN et de positionner le cycle C en dehors du petit sillon [38], ce qui réduit ses contacts avec l’ADN mais favorise son interaction avec d’autres protéines cellulaires, une propriété qui contribue probablement à l’effet cytotoxique de ces molécules dont le point commun est de générer des cassures double-brin de l’ADN.

Le mécanisme par lequel les adduits conduisent à la mort cellulaire est complexe et n’est pas entièrement élucidé. L’invalidation de la réparation de l’ADN par excision de nucléotides (nucleotide excision repair [NER]) [39] conduit à une résistance des cellules à la trabectédine [40, 41] : le NER est donc nécessaire à son action cytotoxique. L’hypothèse est que les adduits formés par la trabectédine sont reconnus par les protéines de réparation du NER et séquestrés au niveau des adduits, entraînant ensuite la mort des cellules [35, 41, 42]. On sait également que les adduits formés par la trabectédine sont réparés par recombinaison homologue (HR) [40]. La trabectédine a récemment été approuvée pour le traitement des sarcomes et des cancers de l’ovaire résistants aux dérivés du platine. Cette dernière utilisation est d’autant plus pertinente que la résistance aux dérivés de platine est souvent accompagnée d’une augmentation du niveau d’expression des protéines du NER, une condition qui n’affecte pas l’efficacité de la trabectédine in vitro et probablement aussi en clinique [35, 42-44].

Dérivés des illudines

Les illudines sont des composés d’origine naturelle isolés dans les années 1950 à partir du champignon Clitocybe illudens ou clitocybe de l’olivier, appelée communément la fausse girolle [36]. Les deux premiers composés ont été appelés illudine M et S pour leur activité antibiotique contre des souches de mycobactéries et de staphylocoques, respectivement [45]. C’est à partir de l’illudine S que fut synthétisé l’irofulvène (figure 13), le seul dérivé à avoir été testé en clinique à ce jour [45]. Son mécanisme d’alkylation n’est pas encore totalement élucidé. Une étape d’activation par une alkénane/one oxydoréductase semble nécessaire. Elle conduit à un intermédiaire cyclohexadiène dont la partie cyclopropyle est propice aux attaques électrophiles des bases de l’ADN et des protéines. Cette attaque résulte en la libération d’une molécule d’eau et l’aromatisation du cycle à six carbones. La cytotoxicité de l’irofulvène est directement liée à la formation des adduits avec l’ADN et aux cassures qu’ils engendrent après la formation de sites abasiques. Les produits de mono-alkylation de l’irofulvène sont exclusivement reconnus par le système NER comme pour la trabectédine avec des différences dans le lien entre sensibilité à la drogue et niveau d’expression des protéines du NER [46]. Des essais cliniques ont été réalisés avec l’irofulvène avec des résultats intéressants dans le cancer de la prostate et du pancréas, mais ces études ont été arrêtées à cause de sévères toxicités [36]. Le fait que ces composés sont facilement modifiables chimiquement et qu’ils semblent avoir un mécanisme original permet d’envisager la synthèse d’autres dérivés avec un meilleur index thérapeutique et une plus grande sélectivité.

Déterminants de l’activité des agents alkylants

Voies de réparation induites par l’alkylation de l’ADN

La figure 14 présente de façon schématique les voies de réparation activées lors de la formation d’adduits de l’ADN. Les produits d’O-alkylation, principalement l’O⁶MeG, induisent un système de réparation appelée réversion directe (DR) dont l’enzyme-clé est la méthylguanine méthyltransférase (MGMT) [10, 39]. Le rôle de cette enzyme est de transférer le groupement méthyle de la position O⁶ de la guanine sur la fonction thiol d’une de ses cystéines (figure 15). L’enzyme, une fois méthylée, est irréversiblement dégradée par le protéasome. Ce mécanisme de réparation très simple permet aux cellules de contrecarrer l’action des alkylants tels que le témozolomide [4, 5, 7, 10].

Les produits de N-alkylation peuvent, en revanche, déclencher deux mécanismes distincts de réparation selon l’azote concerné. Dans le cas des adduits N¹A, N⁷A et N³C, un système comparable à la DR est mis en place avec l’intervention des enzymes ABH2 ou ABH3, qui sont des homologues d’une déméthylase bactérienne appelée AlkB (figures 14 et 15) [47]. Les autres produits de N-alkylation sont pris en charge par le système de réparation par excision de base ou BER dont l’étape initiale est la reconnaissance et l’excision de la base méthylée par une N-méthyle ADN glycosylase (la N-méthyle purine ADN glycosylase ou MPG dans le cas des adduits N⁷MeG et N³MeG) [10, 39, 48]. La génération de sites abasiques qui en résulte conduit à l’interruption du brin d’ADN par une endonucléase spécialisée, étape qui est suivie par le remplacement du nucléotide endommagé et la restauration de la continuité du brin par une ADN ligase [49].

L’efficacité du BER dépend de multiples facteurs, dont les protéines PARP-1 et PARP-2 qui jouent un rôle crucial « d’étiquetage » de la lésion en se fixant au niveau des cassures de l’ADN [39, 50]. Dans le cas où les produits de mono-alkylation ne sont pas réparés, leur persistance au sein de l’ADN entraîne l’apparition de mutations expliquant l’effet génotoxique des alkylants. L’O⁶MeG peut s’apparier à une thymine, mésappariement reconnu et pris en charge par le MMR qui insère une adénine en face de la thymine, mais ne corrige pas l’O⁶MeG qui persiste donc dans l’ADN au cours des réplications suivantes, réalisant un cycle futile de MMR [8, 10]. L’accumulation des mutations G:C → A:T qui résultent de ce cycle conduisent inéluctablement à la mort cellulaire, au même titre que les cassures simple- ou double-brin générées au cours de la réplication des brins contenant la base méthylée (figure 14). La déficience du système MMR conduit d’ailleurs à une résistance des cellules aux agents tels que le témozolomide [51].

En ce qui concerne les pontages intra- ou inter-brins générés par les alkylants bifonctionnels, ils conduisent la plupart du temps à des cassures double-brins de l’ADN qui sont toxiques et conduisent à la mort cellulaire si elles ne sont pas réparées par les systèmes de recombinaison de l’ADN homologue (HR) ou non homologue (NHEJ) [39].

Potentialisation de l’activité cytotoxique des agents alkylants

Comme pour tous les agents anticancéreux, la mise en place de mécanismes de résistance est un facteur limitant l’efficacité des agents alkylants en clinique. Beaucoup d’études ont tenté d’identifier des stratégies visant à contourner cette résistance. Le meilleur exemple est celui du développement de l’O⁶-benzylguanine et de ses dérivés pour sensibiliser les cellules à l’action des agents alkylants [10, 52]. Comme nous l’avons vu, l’activité du témozolomide est étroitement liée à sa capacité à méthyler la position O⁶ des guanines. Sa cytotoxicité est donc directement influencée par la quantité et/ou l’activité de la MGMT dont le rôle est de réparer ces adduits [10]. L’O⁶-benzylguanine, structuralement proche de l’O⁶-méthylguanine, a été développée en tant que leurre pour la MGMT. Son utilisation, en association avec le témozolomide, permet d’augmenter de manière significative la cytotoxicité de l’agent alkylant par détournement de la MGMT qui cible l’O⁶-benzylguanine au lieu de réparer les adduits formés par l’alkylant au niveau de l’ADN. Même si le développement clinique de l’O⁶-benzylguanine n’a pas donné lieu aux résultats escomptés pour des raisons de toxicité liée à l’inhibition de l’enzyme dans le tissu sain, la preuve de concept que cette stratégie peut fonctionner a été obtenue et d’autres dérivés sont en développement afin d’être associés au témozolomide [53].

Une autre stratégie est l’utilisation d’inhibiteurs de PARP dont le rôle est indispensable à la réparation de certains adduits d’alkylation par le système BER, notamment les adduits N⁷MeG et N³MeA produits par le témozolomide (figure 15). L’association d’un inhibiteur de PARP avec le témozolomide est donc susceptible d’inhiber la réparation des adduits N⁷MeG et N³MeA et d’augmenter la cytotoxicité de l’agent alkylant indépendamment de la formation d’O⁶MeG (figure 15), ce qui a effectivement été observée dans plusieurs études in vitro et sur modèles de xénogreffes [54, 55]. Plusieurs essais cliniques d’association du témozolomide avec différents inhibiteurs de PARP sont en cours, avec des résultats intéressants.

L’utilisation récente des nouvelles familles d’alkylants a également permis d’envisager de nouvelles stratégies thérapeutiques. La trabectédine, dont la cytotoxicité dépend de l’activité des systèmes NER et HR, présente un intérêt particulier dans le traitement des tumeurs résistantes aux dérivés du platine, notamment les cancers de l’ovaire. Comme les lésions de l’ADN induites par la trabectédine sont réparées par le système de recombinaison homologue, on peut envisager de potentialiser l’action du médicament en associant un inhibiteur de cette voie de réparation, une stratégie efficace dans des modèles précliniques mais pas encore été testée en clinique.

Conclusion

Les agents alkylants constituent la plus ancienne classe d’agents anticancéreux. Depuis la découverte de leur mode d’action, ils n’ont cessé d’être utilisés en clinique pour le traitement d’un grand nombre de tumeurs. Ils restent une référence dans le traitement des tumeurs cérébrales, des leucémies et des lymphomes et entrent également dans un certain nombre d’association pour d’autres indications, comme les cancers du sein. S’il est clair que la recherche d’autres alkylants dits « classiques » n’est plus d’actualité, la découverte de molécules permettant de potentialiser leur action a permis un certain regain d’intérêt pour ces « vieilles molécules ». Il faut également souligner l’arrivée en clinique de ces nouveaux alkylants du petit sillon de l’ADN dont l’origine naturelle et le mode d’action original suscite de nombreux espoirs pour la prise en charge de certains cancers réfractaires aux chimiothérapies actuelles.

Conflits d’intérêts: aucun.

Références

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