Cancer du côlon : Découverte d'une nouvelle voie de développement tumoral

Institut Curie, CNRS, INSERM - Le 9 septembre 2002

Le cancer se développe à partir d'une seule cellule endommagée suite à l'accumulation d'erreurs génétiques dans plusieurs de ses gènes. La nature des altérations mais aussi l'ordre de leur survenue sont distinctes d'un cancer à l'autre : il existe ainsi plusieurs "chemins" susceptibles de conduire à un cancer.
Des chercheurs du CNRS et de l'INSERM à l'Institut Curie viennent de découvrir une nouvelle voie de développement tumoral dans le cancer du côlon, l'une des tumeurs les plus fréquentes (35 000 nouveaux cas par an en France).
Cette voie totalement indépendante du gène APC, que l'on associe généralement à ce cancer, fait intervenir une mutation du gène k-ras.
Ces travaux sont présentés dans la revue Gastroenterology d'août 2002.

Le cancer est une maladie du fonctionnement même de nos cellules qui, progressivement, perdent le contrôle de leur prolifération, deviennent immortelles et se développent de manière anarchique dans l'organisme.
Le point de départ de ce processus est l'altération du matériel génétique d'une cellule. Toutes les mutations ne sont toutefois pas susceptibles d'entraîner la formation d'un cancer. Un des gènes qui régulent les processus vitaux de la cellule (division, différenciation, réparation ou apoptose) doit être "touché". De plus, une seule mutation n'est pas suffisante pour transformer une cellule saine en cellule cancéreuse. Le cancer résulte donc d'une succession d'accidents génétiques.

MUTATIONS ET CANCER

Le développement tumoral nécessite conjointement l'activation d'un oncogène*, donnant lieu à une prolifération incontrôlée de la cellule, et l'inactivation d'un gène suppresseur de tumeur* qui déjoue la destruction par apoptose* des cellules endommagées.
Afin de mieux comprendre ce processus long et extrêmement complexe mais aussi ouvrir de nouvelles voies thérapeutiques, il est crucial d'élucider les diverses étapes de la progression tumorale, depuis la mutation initiale jusqu'à la tumeur.
En analysant les tumeurs du côlon d'un point de vue moléculaire, plusieurs gènes impliqués dans la cancérogenèse ont déjà pu être mis en évidence :
- le gène APC (Adenomatous Polyposis Coli), dont la fonction est encore mal comprise, muté dans 80 % des cancers du côlon ;
- l'oncogène k-ras, acteur de la prolifération cellulaire, muté dans 50 % des cancers coliques ;
- le gène DCC (Deleted in Colon Carcinoma), codant pour une protéine transmembranaire, altéré dans 70 % des tumeurs coliques ;
- le gène suppresseur de tumeur p53, acteur clé de l'apotose, muté dans 70 % des cancers du côlon.
Si des doutes persistent quant à l'ordre chronologique de la survenue des mutations, l'altération du gène APC est souvent décrite comme initiatrice de la cancérogenèse : une fois muté, il déclencherait la prolifération excessive des cellules, marquant ainsi le début du développement tumoral.

A l'Institut Curie, l'équipe "Morphogenèse et signalisation cellulaires" dirigée par le Pr Daniel Louvard (1) travaille sur la compréhension de ces phénomènes dans le cancer du côlon et s'intéresse en particulier à l'oncogène k-ras (voir ci-dessous) afin de comprendre son rôle dans les événements conduisant à ce type de cancer.

Ras, acteur clé de la prolifération
Au nombre de trois (KRas, HRas et Nras), les protéines Ras sont au c¦ur de nombreuses voies de signalisation. Elles intègrent et interprètent divers signaux venus de l'extérieur pour les véhiculer à l'intérieur de la cellule. Pour cela, elles oscillent entre deux états : actif et inactif. Sous leur forme active, elles déclenchent notamment la prolifération des cellules - voie des MAP kinases - et l'apoptose.
Lorsqu'une mutation intervient dans l'un des gènes ras, les protéines sont alors produites sous une forme conti-nuellement active et les cellules ne cessent de se diviser en multipliant les erreurs.

UNE SOURIS TRANSGENIQUE, MODELE DU DEVELOPPEMENT TUMORAL

Pour étudier l'impact d'une mutation du gène k-ras dans les cellules de l'intestin, Sylvie Robine (2) et Klaus-Peter Janssen, de l'équipe de Daniel Louvard, ont mis au point un modèle animal transgénique : des souris dans lesquelles a été introduit le gène k-ras muté.
Par des raffinements techniques (en associant k-ras muté au promoteur du gène de la villine (3) qui ne s'exprime que dans les cellules intestinales), la protéine KRas issue du gène muté n'est donc exprimée que dans les cellules de l'intestin, ce qui permet d'obtenir un excellent modèle pour étudier le développement des tumeurs coliques. En outre, contrairement aux modèles mis au point jusqu'à présent, le gène k-ras muté est exprimé dans l'ensemble des cellules de la muqueuse intestinale, des cellules souches aux cellules différenciées.

Au bout de quelques mois, 80 % des souris transgéniques développent des cancers intestinaux et ce en l'absence de toute mutation d'APC. Il s'agit d'une première puisque jamais auparavant des modèles transgéniques "ras" n'avaient développé de tels cancers. Ce qui avait conduit à un modèle génétique du cancer du côlon, désormais fortement compromis, où les mutations de k-ras ne pouvaient avoir lieu qu'après celles du gène APC (4).

Le résultat des chercheurs de l'Institut Curie bouleverse ce dogme. Ceci tient au fait que, dans ce nouveau modèle, k-ras muté est exprimé dans les cellules souches, assurant le renouvellement de la muqueuse intestinale pendant toute la vie adulte. Cette particularité permet aux cellules exprimant l'oncogène de se maintenir dans l'intestin et d'acquérir les autres mutations nécessaires à la progression tumorale.

Ce modèle murin vient très récemment d'être conforté par l'analyse génétique d'une centaine de tumeurs humaines, publiée par une équipe anglaise (5). Elle montre que, chez l'homme aussi, les mutations de k-ras (comme de p53) sont le plus souvent présentes dans les cancers colo-rectaux sans qu'aucune mutation d'APC ne soit détectée. Ces résultats, tout en témoignant de l'intérêt des modèles murins pour étudier la cancérogenèse, sont une nouvelle preuve à l'encontre du modèle APC.

UN DEUXIEME "ITINERAIRE" POUR MENER AU CANCER DU COLON

Dans les cellules intestinales de ces souris transgéniques, les chercheurs montrent que l'expression de k-ras muté entraîne l'activation continue des MAP kinases , une cascade de protéines qui déclenche une prolifération cellulaire anormale. Cette suractivité des MAP kinases est également observée dans les tumeurs coliques humaines.

Contrairement à l'idée généralement admise, la mutation du gène k-ras peut donc être l'un des événements initiateurs du processus tumoral dans le côlon. Et cela, sans qu'aucune altération du gène APC, associée au cancer du côlon, ne soit détectée.
En revanche, dans 40 % de ces tumeurs, une mutation du gène p53 a été décelée. Ce qui suggère que les mutations de l'oncogène k-ras et du gène suppresseur de tumeur p53 peuvent coopérer au développement du cancer du côlon.

ETUDIER LA CROISSANCE TUMORALE ET TESTER DE NOUVEAUX MEDICAMENTS IN VIVO

Grâce aux recherches de l'équipe de Daniel Louvard, les étapes de la progression tumorale et les divers chemins conduisant au cancer du côlon livrent progressivement leurs secrets. Mais les souris transgéniques k-ras ont encore beaucoup à nous apprendre. Ce sont en effet d'excellents modèles pour étudier la croissance tumorale in vivo au cours du temps, pour analyser l'influence de certains facteurs, comme l'alimentation, ou encore pour tester de nouvelles drogues. En les croisant avec d'autres souris transgéniques, il est également envisageable d'analyser les effets cumulés de plusieurs gènes.
Ces souris constituent également un excellent modèle pré-clinique et à ce titre, elles pourront servir de base à la recherche de nouvelles cibles thérapeutiques.
Ces travaux s'inscrivent dans un vaste projet associant les chercheurs et les médecins de l'Institut Curie qui vise à dresser le profil des mutations génétiques propres à chaque tumeur. C'est en connaissant les altérations spécifiques de la tumeur d'un individu que des traitements personnalisés mieux ciblés et d'autant plus efficaces pourront voir le jour.

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Notes

(1) Le Pr Daniel Louvard est directeur de la Recherche de l'Institut Curie. Directeur de recherche Classe exceptionnelle au CNRS, son équipe fait partie de l'Unité Mixte de Recherche 144 CNRS/Institut Curie "Compartimentation et dynamique cellulaires" dirigée par Jean Paul Thiery.
(2) Directeur de recherche à l'INSERM.
(3) Ce promoteur a fait l'objet en 1998 d'une demande de brevet CNRS/Curie, étendue depuis aux Etats-Unis et en Europe.
(4) « A genetic model for colorectal tumorigenesis » E. R. Fearon and B. Vogelstein. Cell, Vol 61, juillet 1990.
(5) « Mutations in APC, Kirsten-ras and p53-alternative genetic pathways to colorectal cancer » Smith G. et coll. PNAS, Vol 99, 9 juillet 2002.

Transgenèse et persévérance
Pour obtenir une souris transgénique, il faut être patient puisque pas moins de deux générations de souris sont nécessaires, soit 6 mois d'élevage.
Le gène modifié - le transgène - est tout d'abord injecté dans un ovocyte qui est ensuite réimplanté dans une femelle pseudogestante. Un test génétique permet d'identifier, parmi les souris ainsi engendrées, celles porteuses du transgène. Comme elles ne possèdent pas forcément le transgène dans toutes leurs cellules, un croisement est pratiqué afin d'obtenir des souris dont toutes les cellules sont transgéniques.

Référence

« Targeted expression of oncogenic K-ras in intestinal epithelium causes spontaneous tomorigenesis in mice »
Klaus-Peter Janssen(1), Fatima El Marjou(1), Daniel Pinto(2), Xavier Sastre(3), Dany Rouillard(4), Coralie Fouquet(5), Thierry Soussi(5), Daniel Louvard(1) and Sylvie Robine(1) Gastroenterology, vol. 123, pp. 492-504, août 2002
(1) Laboratoire Morphogenèse et signalisation cellulaires, UMR 144 CNRS/Institut Curie
(2) Department of Immunology, UMC, Heidelberglaan, Utrecht, the Netherlands
(3) Service d'Anatomo-pathologie, Institut Curie
(4) Service de Cytopathologie et cytométrie clinique, Institut Curie
(5) Laboratoire de Génotoxicologie des tumeurs, Institut Curie