DNA protine

1
DNA protéine
2
Schéma du cycle cellulaire
3
Cancer

• est la conséquence d'altérations de lADN
  (mutation, délétion ou remaniement chromosomique)
  dues à
• 1. Radiations
• 2. Substances chimiques
• 3. Virus (plutôt rares chez l'homme
• p. ex. Human papilloma virus)

4
Les gènes touchés sont

• 1. Ceux qui stimulent la croissance proto-oncogè
  nes.
• 2. Ceux qui freinent la croissance gènes
  suppresseurs de tumeur.
• 3. Ceux qui régulent la mort cellulaire
  programmée (apoptose).
• 4. Ceux qui réparent lADN.

Le cancer est un processus progressif qui
implique de nombreux gènes, donc multistep.
5
Oncogènes

• A. -Ils sont dominants et peuvent être activés
  par une simple mutation sur un allèle.
• B. Ils ne sont pas impliqués dans la
  prédisposition héréditaire au cancer.

6
Gènes suppresseurs de tumeurs
A. Ils sont récessifs et nécessitent deux
événements pour être inactivés et donc jouer un
rôle dans la formation d'un cancer.
B. Un des deux événements peut être transmis
héréditairement. ex. Un allèle muté de p53
dans le syndrome de Li-Fraumeni ou un allèle
manquant dans le rétinoblastome
C. Réintroduction d'un allèle de type sauvage
dans une ligné cellulaire, qui ne la pas,
résulte en une ligné qui se comportent
normalement.
7
Types de Mutation

• Germinale (héréditaire).
• Mutations qui existent dans le matériel
  génétique des cellules germinales, donc
  transmises de père (mère) en fils (fille).
• Somatique (non-héréditaire)
• Mutations qui existent dans le matériel
  génétique des cellules non germinales, dont
  l'effet se manifeste uniquement dans ces
  cellules. Pas de transmission de père (mère) en
  fils (fille).

8
Moyens d'activer un Oncogène

• Soit au niveau de la régulation de l'expression,
  soit au niveau de la structure de la protéine.
• 1. Mutation ponctuelle
• ex. Mutation du codon 12 du gène Ras donne
  lieu à lactivation constitutive, donc sans
  qu'une interaction avec un complexe
  récepteur-ligand soit nécessaire.

9
Moyens d'activer un Oncogène (2)

• 2. Remaniement chromosomique soit par une
  translocation soit par une inversion
• A. résulte dans la surexpression de
  proto- oncogène.

ex. Lymphome de Burkitt's ou le proto-oncogène
c-Myc (chromosome 8q24) passe le sous contrôle de
l'enhancer de IgH- (14q32), ceci se produit
uniquement dans les tumeurs de voie lymphocytaire
B
10
Moyens d'activer un Oncogène (3)

• B. résulte dans une protéine de fusion qui
  stimule la croissance cellulaire

ex. Philadelphia translocation chromosomique
réciproque entre 9 et 22 qui génère une protéine
de fusion entre le proto-oncogène c-abl et bcr.
11
Moyens d'activer un Oncogène (4)

• 3. Amplification
• L'amplification peut aller jusqu'à une centaine
  de copies du proto-oncogène. Il en résulte une
  région agrandie du chromosome (HSR-homogeneous
  staining region) ou dans de multiples petits
  chromosomes (double minutes)

ex. N-Myc(2p) dans les neuroblastomes (30-40)
c- erb B2(egf receptor)dans les cancers du sein
(30-40) c-Myc dans les tumeurs du sein, ovaires,
et poumons cyclin D dans les carcinomes du sein
et  squamous cell carcinoma 
12
Découverte des Oncogènes

• Des Virus transformants
• Deux chercheurs américains, H. Varmus et M.
  Bishop, ont découvert que les rétrovirus
  transformants contenaient un gène supplémentaire
  par rapport au même virus non transformant.
• Ce gène était en réalité une copie d'un gène
  cellulaire normal, un proto-oncogène, mais
  modifié voir muté. C'est pour cela que les
  proto-oncogènes portent souvent le nom du virus
  dans lequel ils étaient trouvés, comme "fes" qui
  dérive de "feline sarcoma virus".
• Cette nomenclature de trois lettres pour les
  oncogènes est retenue encore aujourd'hui.

13
Découverte des Oncogènes (2)

• On sait aussi que les virus peuvent transformer
  les cellules par "insertion mutagenesis".
  (mutagenèse par insertion) i.e.
• - Soit un gène est muté par l'insertion du virus
  comme dans les tumeurs mammaires induites par
  MMTV (mouse mammary tumour virus).
• - Soit un gène normalement silencieux peut être
  activé par l'activité transcriptionelle du virus
  qui s'insère adjacent à ce gène.

14
Découverte des Oncogènes (3)

• Transfection
• L'existence d'oncogènes a aussi été démontrée
  expérimentalement par un autre moyen par le
  chercheur américain R. Weinberg. Il a utilisé le
  DNA d'une tumeur pour transformer les cellules
  normales de souris. Par la suite il a pu
  démontrer qu'un gène humain muté était le facteur
  transformant de ces cellules. Ceci a permis la
  découverte de l'oncogène ras.

15
Oncogènes et gènes suppresseurs de tumeur
16
(No Transcript)
17
Proto-oncogènes

• Ceux-ci comprennent les gènes qui régulent la
  croissance
• Growth Factors (Facteurs de Croissance)
• ex. Platlet Derived Growth Factor (PDGF)
• Epidermal Growth Factor (EGF)
• Growth Factor Receptors (Récepteurs de Facteurs
  de Croissance)
• ex. EGF récepteur
• CSF (Colony Stimulating Factor) récepteur

18
Proto-oncogènes (2)

• Protéines of signal transduction pathway
• Molécules impliquées dans la transmission d'un
  signal à l'intérieur de la cellule suite à la
  liaison du ligand avec son récepteur.
• ex. ras, une protéine G et abl, tyrosine kinase
  nucléaire
• Nuclear regulatory protéines
• Activateurs de transcription ex. Myc (L, N)
  
• Régulateurs du cycle cellulaire
• Cyclins ex. cyclin D
• Cyclin Dependent Kinase (CDK) ex. CDK 4

19
Oncogènes et néoplasmes associés

• Oncogène Gène cellulaire Néoplasme
• Growth factors
• sis PDGF
  astrocytomes, osteosarcomes
• int-2 FGF sein,
  melanome

Transmembrane growth factor receptors erbB
EGF receptor poumon Neu (erbB-2)
sein, ovaire, estomac fms M-CSF
leucémie
Membrane associated tyrosine kinases abl
acute myelogenous leucémie src
sarcomes
20
Oncogènes et néoplasmes associés (2)

• Membrane associated G proteines
• ras (H, K, N) carcinome du côlon, prostate,
  poumons

Cytoplasmic serine-threonine kinases raf, mil
poumon
Nuclear factors c-myc Burkitts'
Lymphoma N-myc Neuroblastoma L-myc,
N-myc Small cell lung carcinome
21
Myc, Max et Mad

• Myc est un proto-oncogène souvent altéré dans les
  cancers humains.
• Myc peut exister comme dimère avec Max.
• Le dimère Myc-Max se lie à lADN (E-boxes) et
  stimule la transcription du gène adjacent. Ceci
  est applicable pour un nombre importants de gènes
  comprenant CDKs, protéines ribosomales, etc.
• Max-Max dimères sont inactives

22
Myc, Max et Mad (2)

• Le dimère Max-Mad, par contre, supprime la
  transcription du gène adjacent.
• Myc-Max favorise la croissance et Max-Mad
  diminue, voire freine la croissance
• Sur-expression de Myc, en labsence du signal de
  proliferation, peut enclencher lapoptose.
• Le taux dexpression de Myc est donc très
  important pour la vie de la cellule.

23
(No Transcript)
24
Cyclines,CDKs et CDKIs
Cyclines Protéines qui sont présentes uniquement
dans certaines phases du cycle cellulaire.
Cycline A (Phase S), Cycline B (G1-M), Cycline D
(G1), Cycline E (G1)
CDK (Cyclin Dependent Kinase) Ces kinases doivent
être associés avec une cycline pour quelles
soient actives. CDK1 (cycline A B), CDK2 (A),
CDK4 (D, E), CDK6 (D,E)
CDKI (Cyclin Dependent Kinase Inhibitor),
inhibiteur sassociant avec un complexe
cycline/CDK. Il en existe 2 familles. Spectre
large p21, p27 et p57 Spectre restreint p15,
p16, p18, p19
25
Cyclins,CDKs et CDKIs Cancer
Les éléments du cycle cellulaire qui sont le plus
souvent altérés dans les cancers sont Cyclin D et
CDK4.
Cyclin D Cancer de sein, sophage (sur
expression)
CDK 4 - Mélanomes, sarcomes, et glioblastomes
(amplification)
26
Evidence pour l'existence des gènes suppresseurs
de tumeur

• 1. Des hybrides cellulaires
• A. Tumorigénique Normale Normale

B. Tumorigénique Tumorigénique
Normale Type I Type II
C. Transfert des chromosomes spécifiques dans
les lignées cellulaires tumorigéniques.
Exemple Chromosome 11 dans les lignés
cellulaires dérivées d'une tumeur de Wilm's
27
Evidence (2)

• 2. Etudes des cancers familiaux
• Des délétions d'une région chromosomique se
  transmettent de façon héréditaire
• Exemple13q14-Retinoblastome

3. Perte d'allèles dans les tumeurs sporadique
Délétion des même régions chromosomiques dans les
tumeurs sporadiques de même type Exemple
hémizygote pour le locus 17p13.1 (gène p53),
observé dans 70-80 des tumeurs coliques.
28
Gènes suppresseur de tumeurFonction biologique

• Facteurs de transcription
• p53 protéine (Li-Fraumeni syndrome)
• Rb, protéine du Retinoblastome
• WT 1, protéine du Wilms tumeur

2. Système de réparation de l'ADN (mismatch
repair) MLH 1 MSH2, MSH3, MSH6 PMS 1 et 2
3. Gènes régulateurs du cycle cellulaire p16
(cyclin dependant kinase inhibitor-CDKI)
29
Hypothèse de Knudson"Two Hit Hypothesis"

• 1. Deux altérations génétiques sont nécessaires
  pour la formation d'une tumeur.

2. L'un des deux événements peut être transmis de
façon héréditaire.
3. Dans un cas de rétinoblastome héréditaire, le
deuxième événement se passe au niveau somatique
30
Gènes suppresseurs de tumeur

• Rétinoblastome Rb 13q14 105 kD
• Li-Fraumeni p53 17p13
  53 kD
• Wilm's WT-1 11p13
  40 kD
• Neurofibromatose NF-1 17q11 270 kD
• Polypose Familiale APC 5q21 311
  kD
• Melanome p16ink 9p21 16 kD

31
APC pathway

• 1. La protéine codée par le gène APC est d'une
  grande taille, 310 K daltons.
• 2. Il y a 10 motifs à l'intérieur de la protéine
  APC qui assurent une interaction avec une autre
  protéine, ß Catenine.
• 3. ß Catenine, à l'état libre, peut fonctionner
  comme un domaine transactivateur pour le facteur
  de transcription TCF.
• 4. Parmi les gènes activés par le facteur TCF on
  trouve notamment cyclin D et Myc.

32
APC (2)

• Le gène APC (responsable de la maladie de
  Polypose Familiale) est localisé sur le grand
  bras du chromosome 5.
• Ce gène est souvent muté, aussi bien dans les
  tumeurs coliques sporadiques (65) que dans la
  maladie de Polypose Familiale.
• ß -catenine est, elle aussi, souvent trouvée
  mutée dans les tumeurs coliques sporadiques
  (30), les mutations sont dans la région de la
  protéine qui interagit avec APC ou dans la région
  qui assure une stabilité prolongée.

33
APC (3)

• Donc le taux de mutation de APC ou de ß -Catenine
  est très proche de 100 dans les cancers
  sporadiques du colon.

• Ceci se passe très tôt dans la progression des
  tumeurs du colon

34
Rb pathway

• Tôt dans la phase G1 du cycle cellulaire, la
  protéine Rb est hypophosphorylée.
• Dans ce contexte, elle se lie au facteur E2F, un
  facteur de transcription qui est important dans
  la régulation de nombreux gènes nécessaires pour
  exécuter la phase S.
• Selon l'état du complexe CDK4-6 (cyclin dependent
  kinase)/cyclin D, Rb est phosphorylée.
• P16ink4a, un CDKi (cyclin dependent kinase
  inhibitor) peut inhiber l'activité kinase du
  complexe CDK4-6/cyclin D ainsi que celle de p21,
  un autre CDKi.

35
Rb (2)

• Lorsque tout est en ordre dans la progression du
  cycle cellulaire, Rb va être phosphorylée et
  relâcher le facteur E2F pour que la cellule
  puisse procéder à la phase S.

36
Rb (3)

• Il y a de nombreuses manières daltérer les voies
  contrôlées par la protéine Rb

• Délétion/mutation ou suppression (par
  methylation) du gène de p16

• Sur-expression de cyclin D (translocation ou
  amplification)

• Mutation/délétion du gène suppresseur de tumeur
  p53, donc diminution de lexpression de p21
• Mutation de CDKs.

37
Rb (4)

• Pourquoi des mutations héréditaires de Rb
  donnent-elles lieu à des tumeurs de la rétine et
  à des ostéosarcomes?

Labsence totale de la protéine de type sauvage
Rb enclenche l'apoptose. Mais étant donné que les
cellules de la rétine sont plus résistantes,
elles sont transformées.
38
(No Transcript)
39
p53

• Le gène p53 est le gène le plus altéré dans les
  tumeurs humaines.
• Le gène réside sur le petit bras du chromosome 17
  (17p13) où sont observées les LOH (loss of
  heterozygosity).
• La protéine codée par p53 est un facteur de
  transcription.
• On estime que le nombre de gènes régulés par p53
  est de l'ordre de 200.

40
p53 (2)

• Parmi les gènes régulés par p53 se trouvent p21
  (un CDKi), BAX (une proteine accélératrice de
  l'apoptose), DR5/killer (apoptose).
• L'activité transcriptionnelle de p53 est
  augmentée suite à différentes situations de
  stress cellulaires (radiation, hypoxie, choc
  thermique) suite à quoi la protéine est
  stabilisée. Ceci stimule la transcription des
  gènes en aval, ce qui provoque soit un arrêt du
  cycle cellulaire soit l'apoptose.
• Le syndrôme héréditaire, "Li-Fraumeni", est
  défini par une mutation ponctuelle du gène p53.
  Suite à la perte de l'allèle de type sauvage de
  p53, les patients  Li-Fraumeni  manifestent de
  nombreux types de tumeurs, notamment des tumeurs
  du sein.

41
Syndromes associés aux défauts de
réparation de lADN

• Ataxia telengiectasia Le gène AT code pour une
  kinase dont l activité est stimulée par des
  radiations ionisantes. Parmi les protéines
  activées suite à la phosphorylation par AT on
  trouve p53.

• Xeroderma pigmentosum plusieurs gènes
  participent à l'excision des nucléotides suite à
  l'exposition aux UV.

42
Réparation du mésappariement

• HNPCC (Herediterary Non Polyposis Colon Cancer),
  un exemple souvent cité, est dû aux
  mutations/délétions d'un ou de plusieurs gènes
  globalement appelés Mismatch repair (réparateur
  de mésappariement).

• Cette classe de gènes surveille l'état de lADN
  pendant la réplication. Si une erreur ce produit,
  le complexe arrête la réplication et induit sa
  correction.

43
Réparation du mésappariement (2)

• Les principaux gènes de la classe  Mismatch
  repaire  sont
• tumeurs sporadiques du colon
• MSH2 (2p21) 38 HNPCC.
• MLH1 (3p21) 49 (31 par methylation suppression)
• MLH3 (14q24.3) 2 (39)
• PMS1 (2q31) 0.3
• PMS2 (7p22) 2
• MSH6 (2p21) 9 (30)

44
Réparation du mésappariement (3)

• Le phénotype cancéreux se présente uniquement
  dans les cellules où les deux allèles du même
  gène réparateur de mésappariement sont touchés
  par une mutation ou une délétion.
• Leur comportement est donc, génétiquement
  parlant, comme un gène suppresseur de tumeur.
• La progression d'une tumeur est accélérée une
  fois que les deux allèles d'un des gènes
  réparateurs de mésappariement sont altérés.
• L'instabilité des microsatellites est le
  diagnostic moléculaire indiquant que l'un des
  gènes réparateurs de mésappariement n'est plus
  fonctionnel.

45
Apoptose

• Bcl-2
• Il y a un remaniement chromosomique 14q3218q21
  dans 85 des lymphomes de type B.
• Ce qui a pour conséquence la surexpression du
  gène à 18q21 qui est bcl-2 (breakpoint cluster
  2).
• Ce gène est un des gènes clés de l'inhibition de
  l'apoptose. Donc la surexpression due à
  l'enhancer à 14q32 (IgH) protège les cellules
  contre l'apoptose et permet ainsi aux cellules
  avec de lADN endommagé de continuer leur cycle.
• Le mécanisme par lequel bcl-2 inhibe l'apoptose
  n'est pas complètement élucidé.

46
Apoptose (2)

• Bcl-2 fait partie d'une famille de gènes parmi
  lesquels on trouve des gènes favorisant
  l'apoptose (BAX (régulé par p53), BAD, bcl-xS) et
  des gènes inhibant l'apoptose (bcl-2, bcl-xL).
• L'apoptose ne dépend pas uniquement des gènes de
  la famille bcl. Parmi les autres familles de
  gènes, se trouve le gène DR5/killer, gène dont
  l'expression dépend également de p53.
• C-Myc joue aussi un rôle non négligeable dans la
  décision de l'apoptose. Donc l'apoptose est un
  processus assez compliqué dont il reste encore
  beaucoup de détails à résoudre.

47
Génes déjà isolés dans le cancer du colon

• ras- 11p tumeurs sporadiques 1985
• p53- 17p1.3- Syndrome de LiFraumeni
• et tumeurs sporadiques 1990-92
• DCC- 18q22 tumeurs sporadiques 1990
• MCC- 5q-tumeurs sporadiques 1991
• FAP- 5q APC et tumeurs sporadiques 1991

48
Gènes déjà isolés dans le cancer du colon

• Muts- 2p21 HNPC tumeurs sporadiques 1993

• Mutl- 3p21-23 HNPC tumeurs sporadiques
  1994

• PTEN- 10q22-23 Cowden's disease, tyrosine
  phosphatase 1997

• SMAD 4- 18q21.1 Juvenile polyposis 1999

• LKB1- 19p13.3 Peutz-Jeghers syndrome (PJS)
  , serine/threonine kinase 1999

• BMPR1A/ALK3- 10q22.3 Juvenile polyposis, TGFß
  receptor family 2001