Soutenance mémoire
DE LA CELLULE NORMALE A LA CELLULE CANCEREUSE
Origine du cancer clinique et processus de cancérisation
Le processus cancéreux représente l’ensemble des phénomènes qui accompagnent la naissance, le développement et l’évolution d’un cancer dans l’organisme. Malgré la multiplicité des causes, des aspects et des modalités évolutives du cancer, il est possible de dégager un schéma général du processus cancéreux valable pour toutes les espèces animales et incluant trois phases : la genèse du cancer, la phase locale et la phase générale du cancer. Au plan clinique, deux phases peuvent être définies dans l’évolution d’un cancer : – une phase pré-clinique qui correspond à la première partie de la phase locale, le cancer évoluant sans avoir été cliniquement perçu, – une phase clinique qui débute avec la découverte de la première masse tumorale et comporte la fin de la phase locale et la phase de généralisation.Un cancer est cliniquement décelable quand il est constitué de 109 cellules. A 1012 cellules, il entraîne la mort de l’individu. Toutes ces cellules sont les filles d’une seule cellule devenue cancéreuse (ou transformée), c’est la notion d’expansion clonale. Depuis les travaux de BERENBLUM, il y a un demi-siècle, on admet que l’évolution d’une cellule normale vers une cellule cancéreuse, puis vers un cancer clinique s’effectue en trois étapes (figure 1) [450] : • L’initiation tumorale est un processus irréversible et rapide, ne concernant qu’une seule cellule, par lequel une lésion définitive de l’ADN est produite juste après l’action de l’agent carcinogène. Les cellules initiées ne sont pas tumorales, elles n’ont pas acquis une autonomie de croissance. On ne peut les distinguer morphologiquement des autres cellules. • La promotion tumorale, assimilable conceptuellement à la notion de transformation cellulaire, correspond à la prolifération clonale des cellules initiées. Elle consiste en une série d’étapes permettant à une cellule initiée d’aller jusqu’au cancer histologiquement décelable, suite à une exposition prolongée, répétée ou continue, à une substance qui entretient et stabilise la lésion initiée. Les promoteurs tumoraux exogènes ou liés à l’hôte (les hormones, l’inflammation chronique et aussi les facteurs de croissance) favorisent la prolifération des cellules mutées et donc le développement des tumeurs sans induire eux-même de mutations car ils ne sont pas, en général, des agents mutagènes ou carcinogènes par eux-mêmes.
• La progression tumorale correspond à l’acquisition de l’indépendance de croissance, de l’expression phénotypique de la malignité, et d’une instabilité de plus en plus marquée. Les cellules de plus en plus malignes acquièrent la capacité de produire des métastases dans l’organisme.
Les différentes étapes de la cancérogenèse sont bien décrites par les anatomopathologistes. L’hyperplasie est la caractéristique d’un lot de cellules d’apparence normale qui présentent le défaut de se multiplier excessivement par rapport au tissu normal. Les choses peuvent en rester là ou alors apparaît une dysplasie. Les cellules de la zone dysplasique ont des anomalies de forme et d’orientation. Un stade de plus peut être franchi lorsque ces cellules, devenues anormales, forment une tumeur qui se développe localement, sans franchir les limites séparant le tissu auquel elle appartient, des autres tissus : c’est un cancer in situ. Cette tumeur peut rester confinée au tissu où elle est apparue ou elle peut s’étendre au-delà : elle est alors devenue un cancer invasif, dont certaines cellules migrant par voie sanguine ou lymphatique vont plus ou moins rapidement former des métastases à distance.
La cinétique de l’expansion clonale
La population cellulaire d’un tissu normal comporte trois compartiments dont la composition est parfaitement régulée : 1. Le compartiment des cellules en division (dans le cycle cellulaire), 2. Le compartiment des cellules différenciées qui sont hors cycle cellulaire et dont le devenir est à terme de disparaître, 3. Le compartiment des cellules au repos (en phase quiescente), capables, après stimulus, de rentrer en phase G1 du cycle.La vitesse de prolifération d’une population de cellules résulte d’un équilibre entre la division cellulaire, la différenciation cellulaire et la mort cellulaire programmée appelée apoptose. L’apoptose résulte d’une condensation cellulaire globale qui conduit à la fragmentation de la cellule en corps apoptotiques. Ce type de mort cellulaire s’oppose à la nécrose qui se caractérise par l’éclatement de la cellule après lyse des systèmes membranaires et libération massive du contenu intracellulaire dans le milieu extracellulaire, à l’origine d’une réponse inflammatoire.Normalement les cellules contrôlent finement leur prolifération en fonction d’une multitude de signaux extrinsèques de nature chimique (hormones, facteurs de croissance, cytokines, conditions métaboliques) ou mécanique (contacts entre les cellules ainsi qu’avec la matrice extra-cellulaire) qui assurent le maintien harmonieux de la taille et de la fonction de chaque organe, ainsi que le renouvellement nécessaire de certaines cellules au cours du temps. Le contrôle de cet équilibre (fondamental au cours de processus physiologiques normaux, tels que le développement embryonnaire, la régénération des tissus et le vieillissement), se fait par l’intermédiaire d’un équilibre permanent entre facteurs activateurs et facteurs inhibiteurs de la division cellulaire. Toute altération de cet équilibre (homéostasie cellulaire) peut faire pencher la balance soit du coté inhibiteur (dans ce cas la cellule meurt et disparaît), soit du coté activateur, et dans ce cas la cellule se divise de façon incontrôlée, ce qui peut conduire à des situations pathologiques majeures comme la formation de tumeurs.
Le tissu cancéreux comporte, comme le tissu normal, trois compartiments, mais leur répartition, au lieu d’être harmonieuse et contrôlée, est dérégulée (figure 2). L’émergence d’une population cellulaire à forte croissance au cours de la cancérogenèse est ainsi liée à la perte de capacité de mourir d’une partie des cellules, associée à une accélération de la progression dans le cycle cellulaire [79]. Les progrès considérables de la biologie moléculaire au cours des vingt dernières années ont permis une caractérisation de plus en plus détaillée des mécanismes moléculaires qui contrôlent la prolifération cellulaire. Le corollaire de ces découvertes a été la compréhension des dérégulations impliquées dans les processus de transformation cellulaire et de cancérisation.
Rappels sur le cycle cellulaire
Le processus mitotique associe des phénomènes génétiques et biochimiques grâce auxquels, à partir d’une cellule, on aboutit à deux cellules identiques. Il s’inscrit à l’intérieur du cycle cellulaire composé de deux phases. L’interphase comprend les phases G1, S et G2. L’autre phase du cycle est la mitose à l’issue de laquelle s’achève la division cellulaire :
• Pendant la phase G1 les cellules peuvent atteindre leur taille maximale (synthèse élevée d’ARN et donc de protéines), se différencier, et accomplir les fonctions caractéristiques du type cellulaire auquel elles appartiennent.
• La phase S représente la phase durant laquelle la cellule duplique son ADN. Pendant cette phase, la cellule dédouble également le centrosome, nécessaire à la migration des chromosomes.
• La phase G2 correspond à une synthèse importante d’ARN et de protéines, ainsi qu’une mise en réserve d’énergie pour la mitose à venir. De plus, cette phase permet à la cellule de s’assurer que la réplication de l’ADN est complète et qu’il n’est pas endommagé avant le déclenchement de la mitose.
• La mitose (M), mécanisme commun aux eucaryotes, conduit à la répartition du matériel génétique en parts égales lors de la division cellulaire (les chromosomes, le matériel nucléaire et cytoplasmique sont divisés entre les deux cellules filles). Elle est constituée de 4 étapes successives (la prophase, la métaphase, l’anaphase et la télophase).
Alors que la description morphologique de la mitose date de plus d’un siècle, et que la structure de l’ADN en double-hélice complémentaire, découverte en 1953 par WATSON et CRICK, suggérait un mécanisme de duplication des chromosomes, rien ne venait expliquer comment ces chromosomes étaient distribués équitablement entre les deux cellules filles, ni comment ces événements étaient coordonnés avec la croissance et la division des cellules. Vers la fin des années 60, HARTWELL [157] fit le pari risqué que ces mécanismes étaient sous contrôle génétique mais c’est seulement depuis les années 80 que l’on commence à comprendre les mécanismes biochimiques sous-jacents à la division cellulaire, grâce aux travaux de NURSE et de HUNT sur la découverte des cyclines et des kinases [111]. La découverte des régulateurs clés du cycle cellulaire a d’ailleurs valu à Lee HARTWELL, Paul NURSE et Tim HUNT, le prix Nobel de Physiologie et de Médecine en 2001.
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Guide du mémoire de fin d’études avec la catégorie Les gènes des cyclines A et D1 |
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Table des matières
INTRODUCTION
Première partie LE CANCER : MALADIE DU GENOME
I. DE LA CELLULE NORMALE A LA CELLULE CANCEREUSE
I.A Cycle cellulaire et carcinogenèse
I.A.1 Origine du cancer clinique et processus de cancérisation
I.A.2 La cinétique de l’expansion clonale
I.A.3 Rappels sur le cycle cellulaire
I.B Les cibles et les acteurs de la carcinogenèse
I.B.1 Interaction entre les événements géniques transformants
I.B.1.a Les oncogènes
I.B.1.b Les gènes suppresseurs de tumeurs
I.B.1.c Origine des mutations
I.B.2 Notion de stabilité du génome
I.C L’immortalisation des cellules cancéreuses
I.C.1 Le cycle des divisions cellulaires et la sénescence
I.C.2 Les télomères et la télomérase
I.C.3 Relation entre télomères, prolifération cellulaire et transformation tumorale
I.D Le cancer : maladie génétique, monoclonale, multi-étapes et multi-factorielle
II. LES TECHNIQUES D’ETUDE PERMETTANT L’ANALYSE DES ALTERATIONS GENETIQUES OBSERVEES DANS LES TUMEURS
II.A Les prélèvements et la fixation des tumeurs
II.B Les aberrations chromosomiques
II.B.1 Techniques d’observation des chromosomes
II.B.2 Etude quantitative de l’ADN
II.C Les altérations des gènes
II.C.1 Techniques moléculaires de base
II.C.2 Séquençage d’un gène
II.C.3 Techniques de précriblage
II.C.4 Recherche simultanée de mutations dans plusieurs gènes
II.D Mise en évidence des produits des gènes
II.E Recherche de gènes de prédisposition dans les formes familiales de cancer
III. LES PRINCIPALES ANOMALIES GENETIQUES OBSERVEES DANS LES TUMEURS HUMAINES
III.A Les aberrations chromosomiques
III.B Exemples de gènes impliqués dans la cancérogenèse
III.B.1 Gènes suppresseurs de tumeurs
III.B.1.a Le gène TP53
III.B.1.b Les gènes BRCA1et BRCA2
III.B.1.c Le gène WAF1
III.B.1.d Le gène INK4
III.B.1.e Le gène RB1
III.B.1.f Le gène ATM
III.B.1.g Le gène PTEN
III.B.1.h Le gène CDH1
III.B.2 Oncogènes
III.B.2.a L’oncogène c-erbB-2
III.B.2.b L’oncogène c-kit
III.B.2.c L’oncogène c-yes
III.B.2.d L’oncogène c-myc
III.B.2.e Les oncogènes ras
III.B.2.f L’oncogène MDM2
III.B.2.g Les gènes des cyclines A et D1
III.B.3 Le gène S100A4
Deuxième partie LES BASES MOLECULAIRES DES TUMEURS MAMMAIRES DE LA CHIENNE
I. GENERALITES SUR LA MAMELLE NORMALE ET LES TUMEURS MAMMAIRES DE LA CHIENN
I.A Structure, anatomie et physiologie de la glande mammaire normale
I.B Classification des tumeurs mammaires
I.C Evolution des tumeurs mammaires
II. ETIOLOGIE DES TUMEURS MAMMAIRES DE LA CHIENNE
II.A Facteurs hormonaux
II.B Autres facteurs liés à la vie de reproduction
II.C Facteurs environnementaux
II.D Facteurs de prédisposition génétique ?
III. LES ETUDES CYTOGENETIQUES ET MOLECULAIRES DES TUMEURS MAMMAIRES DE LA CHIENNE
III.A Les techniques utilisées
III.A.1 Etude des chromosomes
III.A.2 Caractérisation des gènes morbides
III.A.2.a Clonage et séquençage d’un gène canin
III.A.2.b Mise en évidence d’un gène canin correspondant au gène humain
III.A.2.c Recherche des mutations du gène
III.A.2.d Etude de l’expression du gène par l’analyse de son ARNm
III.A.2.e Expression du produit d’un gène
III.A.3 Etude de gènes inconnus
III.A.3.a La cartographie du génome
III.A.3.b L’étude de synténie entre le génome canin et les génomes des autres mammifères
III.B Les résultats obtenus
III.B.1 Par l’analyse caryotypique
III.B.2 Par l’analyse quantitative de l’ADN
III.B.3 Par la mise en évidence de l’hyperamplification des centrosomes
III.B.4 Par les études génétiques
III.B.4.a Le gène TP53
III.B.4.b Les gènes BRCA1, BRCA2 et Rad 51
III.B.4.c Le gène CDH1
III.B.4.d L’oncogène c-erbB-2
III.B.4.e L’oncogène c-kit
III.B.4.f L’oncogène c-yes
III.B.4.g L’oncogène c-myc
III.B.4.h Les oncogènes ras
III.B.4.i L’oncogène MDM2
III.B.4.j Les gènes des cyclines A et D1
III.B.4.k Le gène S100A4
III.B.5 Par l’étude de la télomérase
III.C Bilan et analyse des résultats exposés
Troisième partie DISCUSSION ET PERSPECTIVES
I. VALIDITE DU MODELE CANIN EN ONCOLOGIE COMPAREE
II. VALIDITE DES ETUDES EXPOSEES
II.A Le processus de cancérisation est-il identique chez l’Homme et le Chien ?
II.B Les méthodes utilisées et les problèmes d’interprétation
II.B.1 L’orientation des recherches
II.B.2 La technique immunohistochimique
II.B.3 Les techniques de biologie moléculaire
II.B.4 La mise en évidence de l’activité de la télomérase
III. GENETIQUE MOLECULAIRE ET APPLICATIONS EN ONCOLOGIE HUMAINE
III.A Classification des tumeurs
III.B Détermination de la susceptibilité
III.B.1 Cancers familiaux
III.B.2 Cancers sporadiques
III.C Applications diagnostiques
III.D Applications au dépistage
III.E Applications pour le suivi clinique et le pronostic
III.F Applications thérapeutiques
III.F.1 Facteurs prédictifs de réponse thérapeutique
III.F.2 Nouvelles formes de thérapies
III.F.2.a La thérapie génique
III.F.2.b Inhibition des voies de signalisation intracellulaire
III.F.2.c Inhibition de la télomérase
IV. PERSPECTIVES D’APPLICATIONS PRATIQUES DE LA GENETIQUE MOLECULAIRE AUX TUMEURS MAMMAIRES DE LA CHIENNE
IV.A Vers une utilisation de nouvelles techniques diagnostiques des tumeurs mammaires de la chienne
IV.B …ou de nouveaux facteurs pronostiques des tumeurs mammaires de la chienne ?
IV.C Essais de thérapie génique appliquée aux tumeurs chez le Chien
CONCLUSION
Liste des figures
Liste des tableaux
Bibliographie
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