Soutenance mémoire
L’influence de l’exposition à l’EGF sur l’expression et l’activité de PAX2 dans les cellules cancéreuses lurninales
Le cancer du sein
Statistiques
Selon la Société canadienne du cancer, en 2013 seront enregistrés 187 600 nouveaux cas de cancer et 75 500 décès seront causés par la maladie au Canadai . Le risque d’ être atteint d’un cancer au cours de sa vie est maintenant estimé à 40 % chez les femmes et à 45 % chez les hommes . Ce sont donc plus de deux Canadiens sur cinq qui souffriront un jour d’un cancer.
Parmi tous les types de cancer, le cancer du sein est le plus répandu chez les femmes et ce, au Canada comme à travers le monde . Actuellement, il représente près du tiers (28 %) des cas de cancer chez la femme . La Société canadienne du cancer estime qu’ en 2013, 23 800 canadiennes recevront un diagnostic de cancer du seini . En moyenne, c’ est donc une femme sur neuf qui risque d’ avoir un cancer du sein au cours de sa vie. Le cancer du sein est associé au plus haut taux de mortalité, après le cancer du poumon : chaque jour, environ 14 Canadiennes (5000 femmes par année) meurent des suites de la maladie . Sachant que cette maladie affecte la qualité de vie des patientes et menace leur survie et que les traitements disponibles actuellement présentent des limitations majeures (qui seront décrites plus loin), le cancer du sein est ciblé comme une problématique en santé de premier plan au pays.
Facteurs de risque et prévention
Plusieurs éléments sont impliqués dans le processus du développement du cancer du sein, car celui-ci est multifactoriel; ainsi, seule une petite proportion de ces cancers est associée à une cause génétique unique (5 à 10 % de tous les cas de cancers ), Parmi ceux-ci, les femmes ayant des antécédents familiaux de cancer du sein, en particulier chez un parent au premier degré (mère, sœur, fille, père ou frère), sont plus prédisposées que d’ autres à développer un carcinome mammaire , Les mutations héréditaires dans les cellules du sein sont souvent retrouvées dans les gènes BRCAI et BRCA2, qui sont des gènes de maintien impliqués dans la réparation de l’ ADN, Certaines mutations dans l’un de ces deux gènes entraîne une augmentation de 10 à 20 fois du risque relatif de développer un cancer du sein; ce qui mène à un risque de 70 à 80 % de développer un cancer du sein à l’âge de 70 ans , Présenter l’une parmi les mutations héréditaires identifiées dans le gène BRCA 1 par exemple, augmente les risques de développer un cancer du sein au cours de sa vie de 80 %7, Le dépistage des différentes mutations dans les gènes BRCA est donc important pour les personnes ayant des antécédents familiaux de cancer du sein , Toutefois, il est à noter qu’ outre les mutations transmises par hérédité, des mutations spontanées dans les gènes BRCAI et/ou BRCA2 peuvent également induire un cancer du sein,
Plusieurs étùdes soulignent l’ importance d’un mode de vie sain et équilibré pour diminuer la susceptibilité de développer plusieurs types de cancers , De nombreux facteurs de risque environnementaux (ou non-génétiques) ont en effet été identifiés, sur lesquels les gens peuvent avoir une certaine emprise, Ces éléments sont les suivants: le tabac, la prise de poids et la nutrition , Chez les femmes, des risques supplémentaires sont associés tels une ménarche précoce, une ménopause tardive et l’ absence de grossesse . L’usage du tabac est le premier agent causal en importance pour le développement du cancer du sein , Les femmes fumeuses présentent un risque accru de développer un cancer du sein et la fumée secondaire peut aussi induire une tumeur mammaire , De plus, les données publiées par Warren et ses collaborateurs suggèrent que le tabagisme peut accroître le risque de cancer du sein en particulier chez les patientes préménopausées , La fumée de cigarette contient au moins 80 des cancérogènes connus, y compris l’arsenic, le cadmium, l’ammoniac, le formaldéhyde et le benzopyrène.
Chacun a un mécanisme distinct pour causer le cancer. La fumée de cigarette est un cancérogène puissant et aussi une source de stress oxydatif. Cependant, l’interaction avec d’ autres facteurs environnementaux peut influencer leur potentiel carcinogénique. Ainsi, par comparaison avec les non-fumeurs, les fumeurs actifs ont de plus faibles concentrations circulantes de plusieUrs micronutriments antioxydants . Par ailleurs, selon une étude de Fung et ses collaborateurs, un modèle alimentaire occidental peut augmenter le risque de cancer du sein chez les fumeurs .
L’âge des premiers cycles menstruels chez les femmes et le nombre de grossesses sont également à considérer en ce qui concerne le cancer du sein. Une ménarche précoce, une ménopause tardive et la nulliparité, c’est-à-dire l’absence de grossesse, augmentent toutes le risque de développer un carcinome mammaire. En effet, l’exposition aux œstrogènes pendant une plus longue période dans ces circonstances augmente le risque et peut être considérée comme une cause du développement du cancer du sein chez les femmes. L’inverse s’appliquant également, une réduction de l’exposition aux œstrogènes en raison de la ménarche tardive, une ménopause précoce, et le fait de porter des enfants peut réduire le risque de cancers hormono-dépendants (les plus fréquents ) . Enfin, l’allaitement maternel est protecteur pour la mère ainsi que pour l’enfant: il prévient le cancer du sein chez les mères et aide à prévenir le surpoids et l’obésité chez les enfants . Un allaitement de longue durée est ainsi associé à une réduction du risque de cancer du sein de 40 % .
Classification histologique des tumeurs du sein
Anciennement, l’identification des cancers du sein était de nature histologique et basée sur la taille de la tumeur, le grade (défini par la rapidité de croissance et le niveau de différenciation des cellules cancéreuses), l’ envahissement des ganglions de l’aisselle, l’expression de marqueurs précis telle que celle du proto-oncogène erythroblastic leukemia viral oncogene homolog 2 (ERBB2) et des récepteurs hormonaux (à l’œstrogène et à la progestérone), Ces derniers (ERBB2 et récepteurs hormonaux) sont décrits ci-après.
L’ œstrogène et la progestérone sont des hormones stéroïdiennes féminines dérivées du cholestérol , La progestérone est principalement sécrétée par le corps jaune des ovaires et impliquée dans le cycle menstruel, la grossesse et l’embryogenèse, tandis que les œstrogènes sont produits en premier lieu par les follicules ovariens, le corps jaune et le placenta, Certains œstrogènes sont également produits en petites quantités par d’autres tissus tels le foie, la surrénale, les seins et le tissu adipeux, On retrouve une quantité d’œstrogène significativement plus importante chez les femmes que chez les hommes, Cette hormone favorise le développement des caractères sexuels secondaires comme les seins et elle est également impliquée dans le contrôle du cycle menstruee, Le taux de production d’œstrogènes varie durant le cycle menstruel et augmente furtivement pendant la phase pré-ovulatoire, Lors de la pré-ménopause, il y a un épuisement des follicules ovariens, ce qui entraîne une baisse significative de production d’œstrogènes et mène à la ménopause, Durant cette dernière, les cellules mésenchymateuses du tissu adipeux deviennent la principale source d’œstrogènes .
Les principaux récepteurs des œstrogènes sont des protéines appartenant à la famille des récepteurs nucléaires; le récepteur alpha (ERa) et le récepteur bêta (ER~) , Ces deux isoformes du récepteur aux œstrogènes sont normalement présents dans la glande marnmaire , Toutefois, leur niveau d’ expression varie dans le contexte de la carcinogenèse, Par exemple, une petite proportion des tumeurs du sem sont dites hormono-indépendantes et en effet, elles n’ expriment pas ERa .
Classification moléculaire des tumeurs du sein
Récemment, une nouvelle classification des cancers du sein dite moléculaire est apparue. Ce modèle est fondé sur le transcriptome de la tumeur et son principal intérêt pour l’avenir réside dans son traitement à l’aide d’outils bio-informatiques performants capables de dériver avec justesse le risque de récidive ou de métastasie des patients pris individuellemene . Cette classification moléculaire est toutefois utilisée systématiquement en conjonction avec l’analyse histopathologique traditionnelle , et les classes moléculaires sont même défmies en fonction des marqueurs histologiques qui leurs sont associés. Il existe ainsi cinq sous-groupes moléculaires de tumeurs mammaires: luminal A, luminal B, ERBB2 élevé, basal et de type normaI. Ces cinq classes sont décrites ci-après.
Les tumeurs de type luminal (combinaison des tumeurs luminales A et B) sont les seules qui expriment le récepteur ERa et elles sont associées au taux de survie le plus long des patientes. De plus, les cellules cancéreuses luminales sont les plus différenciées , et n’expriment le proto-oncogène ERBB2 que faiblement. Parmi les tumeurs luminales, celles de la catégorie A se distinguent de celles de la catégorie B à trois niveaux: elles expriment plus fortement ERa, les cellules cancéreuses qui les composent prolifèrent beaucoup moins rapidemene et le délai avant l’ apparition des métastases est plus long. Ainsi, la présence des récepteurs aux œstrogènes dans les tumeurs est associée à un pronostic favorable sur le plan clinique. L’explication moléculaire de cette dernière observation n’a pas encore été complètement révélée, mais au moment d’entreprendre les travaux de recherche dont les résultats sont regroupés dans le chapitre 2, des indications indirectes suggéraient que la signalisation en aval de ERa dans les cellules du cancer du sein luminales A pourrait jouer un rôle protecteur anti-invasionlmétastasie.
Puis, le sous-type de tumeurs du sem appelé ERBB2 élevé, en plus de la surexpression du proto-oncogène ERBB2, exprime de plus faibles niveaux des récepteurs à l’œstrogène et à la progestérone que les tumeurs luminales, est défini par une prolifération cellulaire élevée et est associé à un mauvais pronostic. Ensuite, les tumeurs . appartenant au sous-type basal expriment un niveau basal de cytokératines épithéliales (8 et 18), n’expriment pas les récepteurs à l’œstrogène et à la progestérone et ont un index de prolifération élevé . Des mutations dans le gène BRCA 1, un facteur de risque bien établi pour certains cancers du sein, prédisposent à avoir une tumeur de ce sous_type. C’est au sein de ce sous-groupe que sont classées les tumeurs appelées triple-négatives, c’ est-à-dire ER-, PR- et avec faible ou nulle expression de ERBB2. Le diagnostic de tumeurs du sein de type triple-négatif, à l’instar de l’ ensemble des tumeurs basales, est associé à un mauvais pronostic pour deux principales raisons : 1) la grande agressivité des tumeurs (rapidité de prolifération cellulaire et propension marquée pour l’invasion et la métastasie); 2) l’absence de cibles thérapeutiques efficaces, telles que les récepteurs à l’ œstrogène et à la progestérone permettant les thérapies endocrines ou encore l’oncogène ERBB2 qui permettrait le recours au traitement avec l’anticorps anti-ERBB2 Herceptin . Enfin, les tumeurs du sous-type normal se distinguent par la forte expression de gènes caractéristiques du tissu adipeux et d’autres types de cellules non-épithéliales, et n’expriment pas les cytokératines . Environ la moitié d’entre elles expriment l’un ou l’autre des récepteurs à l’ œstrogène et à la progestérone et toutes expriment un faible niveau d’ERBB2 . Globalement, leur pronostic est intermédiaire parmi ceux des autres sous types de tumeurs, à l’image du niveau de prolifération des cellules cancéreuses qui les composent .
La métastasie du cancer du sein
Description du processus général de métastasie
Dans les premières étapes de la carcinogenèse mammaire, des cellules épithéliales du sein subissent des mutations de l’ADN qui activent le cycle cellulaire . Ensuite, il y a des gènes réparateurs d’ADN et des gènes suppresseurs de tumeurs qui doivent entrer en jeu pour les éliminer, car leur fonction est de contrôler J’activité cellulaire normale . Si ces processus ne sont pas complétés, il s’ensuit une prolifération anormale de certaines cellules. L’ accumulation de mutations par ces cellules au fil des divisions successives serait ensuite à l’origine de tumeurs . Plus tard, à la suite de la croissance incontrôlée ‘ des cellules cancéreuses et la formation d’une tumeur primaire située dans le sein, les cellules peuvent s’en détacher et s’étendre localement pour atteindre les ganglions axillaires via les vaisseaux lymphatiques ou migrer vers des organes distants comme les os, le foie, les poumons, le cerveau ou dans les ganglions; c’est ce que l’on appelle le processus de la métastasie. Ainsi, le phénomène de métastasie est une série complexe d’ étapes au cours desquelles des cellules cancéreuses quittent la tumeur primaire et migrent vers d’autres parties du corps en utilisant le système lymphatique et/ou le système sanguin. Pour ce faire, des cellules malignes se séparent de la tumeur primaire et s’ attachent aux protéines qui composent la matrice extracellulaire (ECM), laquelle sépare la tumeur des tissus voisins. En dégradant ces protéines, les cellules cancéreuses sont capables de briser l’ECM et de s’ évader. Pour détenir un potentiel métastatique les cellules doivent posséder la capacité de proliférer, d’avoir acquis la mobilité et la perte de l’adhésion cellulaire. Un autre événement qui est critique est l’enclenchement du processus appelé angiogenèse87,88. L’ angiogenèse tumorale est la prolifération d’un réseau de vaisseaux sanguins qui pénètrent dans les tumeurs, fournissant des substances nutritives et de l’oxygène et enlevant les déchets. Cela promeut la croissance tumorale et facilite une éventuelle métastasie.
La problématique de la métastasie du cancer du sein
C’est le développement des métastases dans des organes vitaux des patients qui est la principale cause de décès associée au cancer du sein . Il y a plus de 25 % des patientes diagnostiquées avec un cancer du sein qui finiront par développer des métastases , le plus souvent dans des organes vitaux, dont le foie, les os, les poumons et le cerveau . À partir du moment où des métastases sont détectées, le pronostic est défavorable, avec un taux de survie sur cinq ans de seulement 25 % et ce, malgré que plus d’un type de traitement soit disponible et indiqué (section 1.1.5, Traitements). Toutefois, on sait maintenant que tous les types de tumeurs du sein ne sont pas . également métastatiques: les tumeurs de type triple-négatif/basal sont associées à un risque significativement accru de la formation de métastases , alors que les tumeurs luminales A sont associées au plus faible risque . Le fait que les tumeurs luminales A soient les seules à exprimer un niveau élevé de ERa soulève la possibilité d’un rôle pour l’ œstrogène dans la régulation de la progression métastatique des tumeurs du sein.
L’estradiol (E2), l’une des trois formes actives de l’œstrogène, jouerait en effet un rôle clé dans le sein, normal et cancéreux, au niveau du développement de la glande mammaire. Ainsi, vers la puberté et pendant la maturité sexuelle, le développement des seins est stimulé par l’E2, qui est l’hormone stéroïdienne prédominante en circulation et celle qui est la plus active79. À la ménopause, le niveau plasmatique de l’E2 est diminué de 90 %. Toutefois, en dépit des niveaux différents d’œstrogènes circulants chez les femmes pré- et post-ménopausées, les concentrations de l’E2 dans les tissus du cancer du sein ne diffèrent pas entre ces deux groupes de femmes. Cela indique que son absorption à partir de la circulation pourrait ne pas contribuer de manière significative au contenu total de cette hormone dans les tumeurs du sein, mais plutôt que la synthèse locale d’estradiol par l’aromatisation des androgènes (le principal étant la testostérone) joue un rôle plus important . C’est d’ailleurs principalement au niveau des tumeurs mammaires que l’E2 a un impact sur la prolifération cellulaire, car: 1) les cellules du sein normal sont principalement ERα-négatives et seulement environ 10 % des cellules des canaux galactophores expriment ERα; 2) dans les glandes mammaires normales des femmes, les cellules ERa-positives ne sont normalement pas prolifératives·, mais cette propriété est perdue quand ces cellules deviennent cancéreuses. Par contre, tôt dans le processus de carcinogenèse, l’expression de ERa est régulée à la hausse, de sorte que près de 70 % des cancers du sein expriment éventuellement ce récepteur et sont hormono-dépendants.
CONCLUSION
Le rôle des facteurs de transcription PAX dans la pathologie du cancer demeure peu connu pour l’instant, mais des indications émergentes suggèrent que certains d’entre eux pourraient avoir une fonction centrale dans ce processus. L’intérêt marqué pour les PAX réside dans deux concepts clés: 1) ceux qui sont reliés au processus cancéreux ne le sont pas de la même façon selon le site du cancer; 2) le rôle qu’un facteur PAX donné peut jouer dans le processus d’initiation d’un cancer peut différer de celui qu’il joue dans la progression de la maladie par la suite. Puisque les facteurs PAX sont soupçonnés de jouer des rôles aussi variés et importants dans le processus cancéreux, il importe d’étudier en profondeur la régulation de leur fonction et de leur activité dans les différents types de tumeurs. Les travaux de ma maîtrise ont été dédiés à l’étude de la régulation de l’ expression et de l’activité de PAX2 spécifiquement, dans les cellules du cancer du sein.
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Table des matières
CHAPITRE 1 INTRODUCTION
1.1 Le cancer du sein
1.1.1 Statistiques
1.1.2 Facteurs de risque et prévention
1.1.3 Types de tumeurs du sein
1.1.4 La métastasie du cancer du sein
1.1.5 Le traitement du cancer du sein
1.2 Les gènes PAX
1.2.1 Structure
1.2.2 Expression et activité
1.2.3 PAX2
1.3 Le facteur EGF
1.3.1 Description générale de l’EGF et sa famille de ligands
1.3.2 L’EGF dans le sein normal et cancéreux
1.4 L’hypoxie et son impact sur les tumeurs mammaires
1.4.1 Description de la condition hypoxique
1.4.2 L’impact de l’hypoxie sur les tumeurs mammaires
1.5 Hypothèse et objectifs
1.5.1 Modèles cellulaires
CHAPITRE II ARTICLE SCIENTIFIQUE
2.1 Contribution des auteurs
2.2 Résumé
2.3 Article scientifique
Abstract
Background
Results
Discussion
Conclusion
Methods
Cell lines and reagents
Cell treatments
Western blots analysis
Immunofluorescence analysis
RT-PCR analysis ofPAX2 expression
Subcellular fractionation
Matrigel invasion assay
Transfection with vectors encoding P AX2 shRNAs or cDNA
MTT proliferation assay
Oetermination of apoptosis using Hoechst nuc1ear staining
Statistical analyses
List of Abbreviations
Acknowledgements
Authors’ contributions
Competing interests
References
Figure legends
CHAPITRE III RÉGULATION DE PAX2 PAR L’EGF ET L’HYPOXIE DANS LES CELLULES DU CANCER DU SEIN LUMINALES
3.1 L’influence de l’exposition à l’EGF sur l’expression et l’activité de PAX2
dans les cellules cancéreuses lurninales
3.2 La régulation de PAX2 dans des conditions qui miment l’hypoxie
CHAPITRE IV DISCUSSION ET CONCLUSION
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