I. Introduction

La relation causale entre la survenue d’un cancer et l’existence d’altérations génétiques est désormais bien établie.

Dans l’immense majorité des cancers humains, ces altérations génétiques sont somatiques, c’est à dire uniquement présentes dans les cellules de la tumeur elle-même.

Dans 4 à 10% des cancers humains, une mutation est présente dans la lignée germinale (on parle de mutation constitutionnelle), qui va prédisposer le(s) sujet(s) porteur(s) de cette mutation à la survenue de cancer(s). Dans ces cas, la mutation est généralement transmise par les ascendants et elle peut être héritée par les descendants : on parle de ‘cancer héréditaire’. Cette mutation constitutionnelle semble constituer une première étape vers la transformation maligne semblant favoriser la survenue d'altérations génétiques somatiques spécifiques. Les gènes impliqués dans ces cancers héréditaires sont très fréquemment impliqués au niveau somatique dans les cancers non héréditaires de même type histologique ou non.

Enfin, il existe des prédispositions individuelles au cancer qui sont illustrées au niveau constitutionnel non par une véritable mutation mais plutôt un polymorphisme –une sorte de ‘forme’ différente de celle habituelle- du gène impliqué. Ce polymorphisme explique la plus grande fréquence de survenue de tel ou tel cancer chez le sujet porteur.

Les altérations génétiques observées au cours de la transformation maligne sont extrêmement variées et souvent nombreuses dans les cancers solides (par opposition aux hémopathies) : délétions et réarrangements chromosomiques, amplifications géniques, pertes de chromosomes entiers, mutations ponctuelles. Certaines de ces altérations sont désormais bien connues; elles conduisent à la modification de l'expression et/ou de la structure du produit des gènes impliqués par ces remaniements. Ces anomalies génétiques sont étudiées depuis une vingtaine d'années. Les progrès technologiques des méthodes d'étude de ces altérations et la meilleure connaissance du génome humain ont été spectaculaires. La complexité vient du fait que l'altération d'un seul gène ne suffit pas à transformer une cellule normale en cellule tumorale : plusieurs anomalies génétiques indépendantes sont requises. Seule l'accumulation de ces altérations génétiques, qui interagissent et coopèrent entre elles, permet d'aboutir au phénotype tumoral. Ces phénomènes d'interactions géniques dans les cellules sont du reste très complexes à élucider. On estime désormais à 30 000 à 40 000 le nombre de gènes chez l'homme, dont 1 à 5 % auraient une expression anormale dans les cellules tumorales d'un même cancer! Les gènes impliqués ne sont généralement pas spécifiques d'un type histologique de cancer et tel gène anormal dans un certain pourcentage de cancers du sein l'est souvent également dans un certain nombre d'autres tumeurs.

II. Méthodes et matériel d’étude

L’étude de gènes impliqués dans les cancers humains peut être effectuée sur l’ADN soit de la cellule tumorale soit des leucocytes sanguins en cas de recherche d'une anomalie génétique constitutionnelle. On peut également étudier l’ARN, premier produit du gène, et enfin la protéine, produit fini du gène. Les méthodes d'étude du patrimoine génétique et de ses produits sont multiples. Chacune de ces méthodes donne des informations différentes et souvent complémentaires. Il est le plus souvent nécessaire de recourir à plusieurs techniques différentes pour obtenir et confirmer un résultat. Compte tenu de la multiplicité et de la complexité des altérations génétiques dans les cellules cancéreuses, on s’oriente de plus en plus vers des analyses ‘globales’ et en série –comportant par exemple l’étude de plusieurs gènes-. Les techniques doivent être fiables et reproductibles.

III. Retombées attendues de l’étude des gènes impliqués en cancérologie

On ne perdra pas de vue que le cancer est désormais la première des maladies humaines en fréquence et en mortalité. La compréhension du pourquoi et du comment on développe un cancer, de son histoire naturelle et des traitements appropriés, ainsi que le développement de nouveaux traitements, est donc fondamental. Les progrès en cancérologie clinique ont été spectaculaires en 20 ans mais pour exemple le cancer du sein, qui touche une femme sur 10 environ, métastase et aboutit au décès dans 40% des cas.

III. 1. Prédisposition héréditaire ou individuelle au cancer

La principale application des progrès récents de la génétique moléculaire en cancérologie s'est traduite par la connaissance de gènes prédisposant au cancer. Moins de 10% des cancers humains survient dans le cadre d'une prédisposition héréditaire. Mais le risque de cancer est alors souvent très élevé, de l'ordre de 70% au cours de la vie. Il est désormais possible devant une histoire familiale (plusieurs cancers dans la famille) et/ou individuelle (âge jeune, cancer bilatéral, cancers multiples) évocatrice(s) d'une prédisposition, de rechercher si tel ou tel gène connu pour son implication dans ce cancer est muté. On connaît désormais une trentaine de gènes de prédisposition au cancer pour lesquels il est possible de rechercher la mutation. Ceci a des implications dans le suivi et la prise en charge thérapeutique des patients porteurs de la mutation, et peut faire proposer la recherche de cette même mutation chez les membres de la famille.

La recherche de prédispositions individuelles au cancer est moins avancée, et les gènes impliqués probablement nombreux, mais de nouvelles techniques comme les puces à ADN à l’aide des SNPs (Single Nucleotide Polymorphism) sont très prometteuses.

III. 2. Marqueurs pronostiques

Les facteurs anatomocliniques se sont révélés en partie insuffisants pour prévoir l'évolution clinique d'un cancer. Par exemple, 30% des cancers du sein sans envahissement ganglionnaire vont développer des métastases. Il est probable que l'altération de certains gènes rendrait compte de la plus grande agressivité d'un groupe de tumeurs de stade anatomoclinique égal. Les gènes impliqués dans les cancers sont tous susceptibles de servir de facteur pronostique, c'est à dire que les patients ayant dans leur tumeur l'altération du gène auraient un pronostique différent -moins bon ou meilleur- que ceux n'ayant pas cette altération. L’altération génétique idenfiée sert alors de ‘marqueur’ pronostique.

III. 3. Marqueurs prédictifs

L'altération de ces gènes peut également servir de marqueur prédictif, c'est à dire que l'altération est associée avec une sensibilité plus grande ou une résistance à un traitement spécifique. Ceci permet donc de décider du(es) traitement(s) le(s) plus adapté(s ) a effectuer pour un cancer donné.

III. 4. Cibles thérapeutiques

Les altérations d'un gène peuvent enfin être la cible d'un traitement. On peut bloquer par exemple l'expression anormalement élevée d'un gène dans la cellule cancéreuse. On peut restaurer l’activité déficiente d’un gène ‘protecteur’ ou suppresseur’ de cancer, etc…De nombreuses études cliniques sont en cours qui utilisent ainsi des gènes 'de cancer' comme cibles thérapeutiques.

Pour conclure sur les outils biologiques pronostiques ; prédictifs et thérapeutiques, il faut savoir que très peu sont utilisés en routine actuellement. Il est clair que l'étude d'un facteur unique, aussi important qu'il soit, ne saurait suffire à caractériser une tumeur. L'analyse moléculaire sera de plus en plus globale, portant sur un panel de ces marqueurs, afin de s'approcher le plus possible de la réalité complexe du fonctionnement de la cellule cancéreuse. On retiendra par ailleurs ici la nécessité d'études prospectives et multiparamétriques, portant sur la survie globale ou sans rechute, en analyse multivariée, sur des séries de tumeurs homogènes, et dont les gènes altérés sont étudiés de façon standardisée, reproductible et quantitative. L'avènement de certaines techniques comme les puces à ADN, et donc la possibilité de typages simultanés de l'expression et/ou de la structure de plusieurs gènes, sur de grandes séries de tumeurs, devrait ajouter aux progrès considérables déjà effectués dans la connaissance des mécanismes génétiques de la carcinogenèse et donc dans la prise en charge des cancers.

IV. Nouvelles techniques pour l’étude des gènes ‘de cancer’

Il n'est pas question de détailler l'ensemble des nouvelles techniques à disposition. Nous en choisirons 3 qui sont à la fois récentes et prometteuses. Ces techniques répondent aux critères actuellement requis décrits plus haut.

IV. 1. La chromatographie liquide haute performance

La recherche de mutations dans les gènes de suceptibilité aux cancers est souvent longue et compliquée. Ceci est très généralement du la grande taille et à la complexité de ces gènes. De plus, plusieurs gènes peuvent être alternativement responsables d'un même cancer héréditaire. La technique du dHPLC (denaturing High-Performance Liquid Chromatography, ou chromatographie liquide haute performance en conditions dénaturantes) a simplifié et accéléré la recherche de ces mutations, et ce à une période où la demande de tests génétiques par les praticiens, les patients et les familles est de plus en plus importante.

IV. 2. La PCR quantitative en temps réel

La PCR et la RT-PCR quantitatives en temps réel permettent de détecter des altérations géniques quantitatives (amplifications géniques sur l'ADN pour la PCR et modifications de l'expression des gènes sur l'ARN pour la RT-PCR). On peut ainsi classer les tumeurs sur la base de leur profil d'expression. Cependant cette technique, bien que simple, fiable, et adaptée à l'utilisation en routine clinique, ne permet pas d'analyser plus de quelques centaines de gènes. Son principal intérêt consistera vraisemblablement à valider et à quantifier précisément les résultats obtenus par les puces.

IV. 3. Puces à ADN, microarrays : Profil moléculaire des cancers du sein

Le mot array fait référence à un support solide (matrice en verre ou nylon) sur lequel a été fixé ou synthétisé un 'jeu' ordonné de sondes correspondant chacun à un gène. L'extraordinaire de la technologie est la miniaturisation du procédé puisque la matrice est de la taille d'une lame de microscope et peut contenir environ 10 000 gènes. On hybride l'échantillon que l'on veut étudier sur cette matrice. Appliquées à l'ADN, il est possible de rechercher des mutations, de séquencer une région du génome, et à l'aide des SNPs (Single Nucleotide Polymorphism) d'identifier des prédispositions individuelles au cancer. Appliquées à l'ARN, on peut analyser le niveau d'expression de milliers de gène(s) connu(s) ou non : c'est l'étude du transcriptome (par analogie au mot 'génome'). On obtient donc un profil moléculaire du cancer dont on a étudié l'échantillon. L'étude de ces profils moléculaires aberrants est de plus simplifié actuellement par la meilleure connaissance du génome humain. On estime que dans quelques années on disposera de l'ADNc (c'est à dire de la séquence exprimée complète d'un gène) pour chacun de nos 30 000 à 40 000 gènes. Les microarrays ou puces à ADN ne permettent pas seulement l'étude du profil d'expression anormal des gènes dans la cellule cancéreuse. Elles ont aussi pour intérêt d'étudier les interactions complexes survenant entre ces gènes. Il est maintenant possible de reconstituer des voies de transduction entières de gènes dérégulés aboutissant au phénotype cancéreux. Enfin l'étude des changements d'expression nous renseigne progressivement sur la fonction des gènes de cancer. Au total, l'étude globale de l'expression génique dans différents types de cancer va permettre de caractériser un profil moléculaire unique pour chaque cancer, son stade et sa 'catégorie' pronostique, menant au développement de tests diagnostiques, et à la découverte de cibles thérapeutiques.

Les exemples d'application pratique de ces microarrays dans les cancers sont encore limités et demandent à être validés. Ils sont cependant prometteurs et sans doute l'une des meilleures voies d'avenir.

La connaissance des gènes impliqués dans les cancers humains a débuté dans les années 1980. Les progrès effectués depuis dans ce domaine ont été spectaculaires. C'est en partie grâce au développement de nouvelles techniques, autrement dit de la 'biotechnologie', que ces progrès ont pu être faits. Ce domaine est en plein essor et devrait nous permettre de progresser encore. A terme, la cancérologie clinique devrait bénéficier des retombées de ces connaissances tant pour la prévention, le diagnostic, la prédiction et la prise en charge thérapeutique.

Dr Lerebours F
Laboratoire d'Oncogénétique, INSERM E017, Centre René Huguenin

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