Les cellules tumorales

Par Patrick Pla, Université Paris-Saclay

Chez les organismes adultes, les tissus sont maintenus par un équilibre entre mort cellulaire et régénération. Cette homéostasie cellulaire est contrôlée par un ensemble de régulations croisées complexes entre les composants du cycle cellulaire, les molécules de signalisation et la matrice extracellulaire. Il arrive parfois que des cellules échappent à ces contrôles et se mettent à proliférer de manière incontrôlée. Ce dysfonctionnement se met en place progressivement, par accumulation de mutations et sélection des cellules les plus efficaces à échapper aux contrôles de leur prolifération.

*Caractéristiques des cellules tumorales. Les cellules tumorales échappent notamment aux contrôles qui freinent le cycle cellulaire (icone STOP), maintiennent de manière anormale des voies de signalisation intracellulaire favorables à la prolifération et peuvent se répliquer « à l’infini ». C’est pourquoi l’étude du cycle cellulaire est importante non seulement en biologie du développement mais aussi en cancérologie. Source : https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fevo.2021.661583/full

Un contrôle de l’intégrité du génome déficient

L’ADN génomique est soumis à des modifications d’origine interne (dépurinations, actions des espèces réactives de l’oxygène générées par le métabolisme…) et externe (radiations, molécules génotoxiques…). Les mécanismes de réparation de l’ADN sont dans ce contexte essentiels au maintien de l’intégrité des cellules. Cependant, les cellules tumorales sont issues de l’accumulation de mutations. Les enzymes de réparation de l’ADN sont souvent défectueuses et en parallèle les mécanismes qui provoquent l’apoptose des cellules où trop d’anomalies génétiques se sont accumulées sont inhibés.

Des mutations ponctuelles peuvent s’accumuler mais des modifications de plus grande ampleur peuvent aussi être observées. Les fusions de gènes, résultant de réarrangements chromosomiques, sont des facteurs causatifs importants dans un large éventail de cancers. Ils représentent des indicateurs de première ligne pour le diagnostic, le pronostic et les biomarqueurs de sous-types de cancer, et servent de cibles pour le développement de médicaments. Actuellement, plus de 25.000 fusions ont été identifiées dans 33 types de cancer qui correspondent à 16,5 % de cas de cancer (Gao et al., 2018). Dans les tumeurs d’origine hématologiques, on peut citer les fusions BCR-ABL dans la leucémie myéloïde chronique, PML-RARA dans la leucémie promyélocytaire aiguë, RUNX1-RUNX1T1 dans la leucémie myéloïde aiguë et SIL-TAL1 dans la leucémie aiguë lymphoblastique à cellules T pédiatrique.

Vidéo sur pourquoi la protéine fusion BCR-ABL issue d’une mutation de translocation (accollement d’un fragment de chromosome sur un autre chromosome) est oncogène :

Cette accumulation d’anomalies génétiques à différentes échelles provient de défauts dans les systèmes de réparation à l’ADN. Normalement, un dommage à l’ADN (cassure simple ou double brin, dimère de thymine induit par les UV…) est détecté et une voie de signalisation est activée provoquant l’intervention d’enzymes de réparation. Par exemple pour les cassures double brins :

*Réponse de la cellule aux cassures double-brin de l’ADN. Les cassures double-brin sont reconnues par des protéines capteurs telles que le complexe Mre11. Cela conduit à l’activation de l’ATM et des kinases apparentées qui favorisent les modifications post-traductionnelles rapides (PTM) sur de nombreuses protéines et le remodelage de la structure de la chromatine autour des sites de rupture. Les protéines effectrices telles que les kinases Chk1 et Chk2 amplifient le signal et les cellules peuvent activer les points de contrôle du cycle cellulaire, réguler la transcription, la traduction et le métabolisme et activer les processus de réparation de l’ADN appropriés. Dans certains contextes cellulaires, ou face à des lésions irréparables, les cellules peuvent activer l’apoptose et la sénescence. Le résultat général est la prévention de l’instabilité génomique et des résultats pathologiques qui l’accompagnent. Source : https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fgene.2013.00037/full

ATM contrôle les réponses aux dommages de l’ADN lors de la formation d’une cassure double brin de l’ADN. Il phosphoryle les histones de type H2AX sur la sérine 139 pour former γ-H2AX. Cette forme d’histone permet d’obtenir de l’ADN moins condensé ce qui facilite le recrutement des enzymes de réparation (Paull et al., 2000). La perte d’activité de la kinase ATM ou l’hétérozygotie pour les variants pathogènes du gène ATM augmentent les risques de cancer (Choi et al., 2016).

Xeroderma Pigmentosum (XP) est une maladie héréditaire rare (2,3/1 000 000 naissances en Europe occidentale) avec une pénétrance de 100 %, autosomique récessive, caractérisée par un défaut enzymatique dans la voie de réparation de l’ADN appelée réparation par excision de nucléotide (NER).
Les patients XP présentent généralement une sensibilité extrême à l’exposition aux UV (avec pour conséquence des coups de soleil douloureux), une sécheresse cutanée (également appelée xérose), des anomalies pigmentaires progressives ressemblant à des taches de rousseur (comme le suggère le terme « pigmentosum ») et une incidence accrue de tumeurs malignes de la peau au niveau du visage et du cou (Piccione et al., 2021).

*Réparation défectueuse des dimères de thymine induits par les UV chez les patients atteints de xeroderma pigmentosum. Chez ces patients, il existe des mutations perte-de-fonction de l’un ou plusieurs des gènes codant les protéines XPC, XPE, XPA, XPG et XPB qui participent à la reconnaissance des dommages à l’ADN et au déroulement local de l’ADN qui sont nécessaires pour la réparation. Source : https://www.mdpi.com/2075-4426/11/11/1146

Une résistance à la mort cellulaire

Les cellules meurent normalement par apoptose si elles ne reçoivent pas des signaux de survie de la part de leur environnement (ligands solubles ou composants de la matrice extracellulaire). L’apoptose est aussi déclenchée si les cellules accumulent trop de mutations qui ne peuvent pas être réparées.

Voir la page présentant l’apoptose de manière générale.

Les cellules tumorales arrivent à échapper à ces mécanismes d’activation de l’apoptose, souvent par perte de protéines promotrices d’apoptose (qui sont alors considérées comme codées par des gènes suppresseurs de tumeurs). Les cellules tumorales expriment aussi généralement des niveaux élevées de protéines anti-apoptotiques telles BCL-2, BCL-xL ou Mcl-1. Ces propriétés sont une des causes de la résistance aux traitements des cellules tumorales (Lin et al., 2017).

Des molécules inhibant BCL-2, BCL-xL ou Mcl-1 sont en cours de tests cliniques pour traiter des cellules tumorales rebelles aux traitements habituels (par exemple le navitoclax (Zhu et al., 2015)).

**L’inhibition conjointe de protéines anti-apoptotiques et pro-proliférations aboutit à la mort de cellules de mélanome. Des lignées de mélanomes en culture sont incubés en présence/absence de navitoclax (ou BCLi) qui inhibe BCL-2 et BCL-xL (2 protéines anti-apoptotiques) et de alisertib (ou AURKAi) qui inhibe la kinase Aurora A qui est impliquée dans la prolifération cellulaire. On colore ensuite les cultures cellulaires avec du crystal violet. Des études complémentaires montrent que la diminution du nombre de cellules provoquée par les traitements est due essentiellement à une augmentation de l’apoptose. Source : https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(22)01718-1

*Effet sur l’apoptose dans une tumeur d’un traitement avec un inhibiteur de Mcl-1. Des souris avec des carcinomes de l’oesophage ont été traités (ou non, control) avec différentes doses de A-1210477, un inhibiteur de Mcl-1. L’apoptose a été mesurée grâce à une immunohistochimie anti-caspase 3 activée et un marquage TUNEL. Source : https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5777705/

Ces molécules ont aussi pour effet de déclencher la mort de cellules sénescentes qui peuvent favoriser le développement de tumeurs à partir des cellules voisines.

A la suite de dommages à l’ADN qui ne sont pas réparées suffisamment rapidement, p53 active normalement l’apoptose. Elle réalise cette fonction notamment en stimulant la transcription du gène codant la protéine PUMA qui inhibe l’activité des acteurs anti-apoptotiques et stimule l’activité des acteurs pro-apoptotiques (Wang et al., 2007).

*L’activation de la transcription de PUMA par p53 est nécessaire à une bonne induction de l’apoptose en cas de dommages à l’ADN. Les cellules humaines de cancer colorectal HCT116 avec les génotypes indiqués (sans p21 pour éviter que les cellules n’entrent en quiescence, avec ou sans PUMA (PUMA-KO) et avec ou sans les 2 sites de fixation de p53 sur le promoteur de PUMA (BS-KO)) ont été infectées avec un adénovirus permettant la surexpression de p53 (Ad-p53) ou traitées avec des agents qui endommagent l’ADN, le 5-FU (50 μg/ml), l’oxaliplatine (50 μM), l’étoposide (40 μM), l’adriamycine (0,4 μg/ml) , camptothécine (100 nM) ou irradiation γ (IR; 12 Gy). L’apoptose est mise en évidence par coloration nucléaire. Après les traitements indiqués pendant 48 h, les cellules attachées et flottantes ont été fixées et analysées par microscopie à fluorescence après coloration au Hoechst 33258. Les cellules avec des noyaux fragmentés et condensés ont été comptées comme des cellules apoptotiques. Source : https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.0700020104

p53 est inactivé dans environ 50% des cancers, ce qui veur dire que dans ce cas, les mutations non réparées peuvent s’accumuler dans les cellules tumorales sans que l’apoptose ne soit déclenchée. Signalons que dans les cancers du col de l’utérus, c’est la protéine virale du papillomavirus HPV appellée E6 qui se fixe spécifiquement sur p53 et le fait dégrader par recrutement d’une ubiquitine ligase.

En plus de l’apoptose, signalons que la ferroptose est aussi parfois inhibée dans les cellules tumorales. La ferroptose est une mort cellulaire par accumulation de peroxides de phospholipides. Cette accumulation peut être provoquée par des ions Fe²⁺ d’où son nom. L’activation oncogénique de la voie PI3K-Akt-mTOR peut aboutir à une inhibition de la ferroptose par activation de l’expression de la stéaroyl-CoA desaturase-1 (SCD1), une enzyme du métabolisme lipidique qui a un effet protecteur (Yi et al., 2020).

**La voie de signalisation PI3K et Akt est protectrice de la ferroptose dans des cellules de carcinome du sein. Les cellules ont été traitées avec (rouge) ou sans (bleu) l’inhibiteur de PI3K GDC-0941 (2 μM), l’inhibiteur d’AKT MK-2206 (2 μM) et aussi en présence/absence de RSL3 (1 μM) qui induit la ferroptose ou l’inhibiteur de ferroptose Ferrostatine-1 (Fer-1, 1 μM) comme indiqué pour 12 h (dans des cellules de carcinome du sein BT474) ou 24 h (dans des cellules de carcinome du sein MDA-MB-453). La mort cellulaire a été mesurée. Source : https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2017152117

Un cycle cellulaire hors de contrôle

Revoir les notions de base sur le cycle cellulaire

Normalement, les cellules doivent recevoir un signal pour avancer dans le cycle cellulaire, répliquer leur ADN et entrer en mitose. Ce signal correspond souvent à la réception d’un ou de plusieurs facteurs de croissance sur des récepteurs et qui activent des voies de signalisation intracellulaires. Ces voies permettent souvent de passer le point de restriction en G1 à partir duquel des facteurs de croissance ne sont plus nécessaires pour continuer dans les phases suivantes du cycle. Les cellules tumorales ont en général perdu la nécessité de recevoir ce signal, y compris en début de phase G1 où elles sont capables de passer le point de restriction sans l’aide de facteurs de croissance. Cela leur confère un avantage décisif par rapport aux cellules « normales » voisines.

Les protéines qui contrôlent directement le cycle cellulaire sont bien sûr au premier rang des altérations que l’on retrouve dans les cellules tumorales. Par exemple, le gène codant Rb présente deux allèles défectueux dans les tumeurs de l’oeil appelés rétinoblastome. La fonction normale de Rb est d’inhiber la progression du cycle cellulaire de G1 vers S. Souvent, les patients ont hérité de leur parent d’un allèle défectueux et lorsque l’autre allèle est muté dans certaines cellules, celles-ci ont beaucoup de chance de devenir tumorales.

**Avancée dans le cycle cellulaire de G1 à S. La protéine Rb inhibe E2F qui active la progression dans le cycle cellulaire, déclenchant la prolifération. Normalement, ce n’est seulement lorsque des facteurs de croissance sont présents que CDK4/6 (associé à la cycline D) phosphoryle Rb et l’inactive, libérant l’action de E2F. Si Rb n’est plus fonctionnel, E2F est actif quelque soit l’activité de CDK4/6. Source : https://www.cell.com/cell-reports/pdfExtended/S2211-1247(20)30394-6

Rb est considéré comme un gène suppresseur de tumeur et comme on le voit sur cet exemple, les deux allèles doivent être atteints par une mutation perte-de-fonction pour favoriser le développement des tumeurs (propriété d’allèle récessif). C’est l’inverse pour les proto-oncogènes qui sont des protéines qui favorisent l’avancée dans le cycle cellulaire et où un seul allèle gain-de-fonction (qui transforme ce proto-oncogène en oncogène) suffit à favoriser la tumorigenèse (propriété d’allèle dominant).

Des récepteurs à des facteurs de croissance peuvent être mutées dans les cellules tumorales et être constitutivement actives, c’est-à-dire capables d’activer les voies de signalisation en aval, même en l’absence de ligand. Les récepteurs peuvent aussi être surexprimés par mutations dans les séquences régulatrices de leur gène ou par amplification génique. C’est le cas par exemple du récepteur aux EGF (EGFR) dans certaines tumeurs du poumon ou du cerveau.

*Mutations ou surexpression de l’EGFR dans les tumeurs pulmonaires et cérébrales. Les mutations ponctuelles et les courtes délétions affectant le domaine intracellulaire EGFR kinase sont principalement détectées dans certaines tumeurs pulmonaires. Les mutations primaires sont situées dans les exons 18 à 21. Dans les tumeurs cérébrales primaires, le mécanisme le plus courant d’activation de l’EGFR implique la surexpression du récepteur et l’amplification génique. De plus, l’EGFR des tumeurs cérébrales est affecté par des délétions internes qui conduisent à l’expression de mutants tronqués. EGFRvIII est la forme tronquée constitutivement active majeure. Elle est associée à de mauvaises réponses aux thérapies conventionnelles. La duplication de la séquence codant pour le domaine kinase et une fusion de gènes sont des aberrations plus rares dans les tumeurs cérébrales. Source : https://www.mdpi.com/2072-6694/13/11/2748

HER2/ErbB2 qui est aussi un récepteur aux EGF est surexprimé dans 25% des cancers du sein (Slamon et Clark, 1988).

La protéine APC est codé par un gène suppresseur de tumeur. Elle fait partie d’un complexe qui favorise la phosphorylation de la β-caténine par GSK3 et sa dégradation. Si la β-caténine n’est pas dégradée, elle rentre dans le noyau et se lie aux facteurs de transcription LEF/TCF et active la transcription de gènes favorisant la prolifération comme c-Myc ou Cycline D. Une baisse d’expression ou une mutation perte-de-fonction d’APC provoque l’entrée systématique de la β-caténine dans le noyau et l’activation continuelle de la transcription de gènes favorables à la prolifération. On trouve fréquemment des mutations ou des surexpressions d’APC dans les cellules tumorales colo-rectales.

**Différentes manières avec lesquelles on a constaté des pertes de fonction ou d’expression d’APC dans les cellules cancéreuses. Une mutation peut aboutir à un codon STOP précoce et à une protéine APC tronquée, non fonctionnelle. Le promoteur du gène APC peut être hyperméthylé aboutissant à l’inhibition de son expression. Le facteurs de transcriptions inhibiteurs EZH2 et YY1 peuvent aussi être surexprimés ou encore les facteurs de transcription activateurs CDX2, CEBPZ, USF1/2 peuvent être sous-exprimés. Source : https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fonc.2021.653222/full

Normalement, le nombre de divisions qu’une cellule puisse faire est limité par le raccourcissement de ses télomères. Le raccourcissement progressif des extrémités des chromosomes, appelées télomères, est observée dans les cellules en culture et in vivo, et constitue une caractéristique établie du vieillissement qui est souvent appelée « horloge des télomères » (Harley et al., 1992). L’érosion des télomères se produit à cause des mécanismes de la réplication et du besoin d’une amorce pour l’ADN polymérase. Elle se produit dans les cellules qui manquent d’activité suffisante d’une enzyme appelée télomérase, dont le noyau catalytique est composé d’une transcriptase inverse (TERT) et d’un ARN appelé TERC qui compensent la perte des séquences télomériques dues à la réplication.

**Composition du complexe télomérase. Le complexe télomérase permet de rallonger les télomères dans les cellules eucaryotes. Une amorce ARN, nommée TERC, s’hybride spécifiquement aux répétitions (TTAGGG)_n télomériques. L’ARN TERC qui a une structure secondaire complexe qui n’est pas représenté ici est enroulé autour d’une transcriptase inverse TERT (sous-unité catalytique) et de protéines associées essentielles à la stabilisation du complexe riboprotéique. Source : Salomé Carcy, https://planet-vie.ens.fr/thematiques/sante/pathologies/telomeres-et-telomeropathies

Sans télomérase, une baisse inexorable des séquences télomériques conduit finalement à ce que l’on appelle le décapage des télomères. Ce décapage provoque une réponse aux dommages à l’ADN qui entraîne une perte et/ou des réarrangements de matériel génétique et la mort (Lazzerini-Denchi et Sfeir, 2016; Muraki et al., 2012).

Néanmoins, les cellules tumorales échappent à cette limite car elles réexpriment très souvent la télomérase. Par exemple, on constate que lors de l’établissement du pronostic du neuroblastome, une tumeur pédiatrique du système nerveux périphérique, le niveau d’activité élevé de la télomérase est associé à une mauvaise réponse au traitement et à une évolution plus défavorable (Yu et al., 2022). La voie ALT qui est un mécanisme d’allongement des télomères basé sur la recombinaison peut aussi être activée.

**Maintenance des télomères dans le développement des neuroblastomes à faibles et à forts risques. Les neuroblastomes à faible risque (stades 1, 2, 3 et 4 n’a pas de mécanismes de maintenance des télomères; par conséquent, l’érosion progressive des télomères (due à une réplication incomplète des extrémités, à la coupe des télomères et aux dommages à l’ADN des télomères) entraîne l’épuisement de la « réserve » des télomères et la perte de la capacité proliférative. Les tumeurs de stade 4 hébergent soit la télomérase soit les membres de la voie ALT (une voie alternative d’allongement des télomères) et sont capables de proliférer indéfiniment en compensant la perte de télomères à chaque réplication. Les tumeurs de neuroblastome positives à la télomérase se développent plus rapidement et se présentent principalement chez les enfants, tandis que les tumeurs ALT positives se développent plus lentement et se présentent principalement chez les adolescents et les jeunes adultes. Source : https://jhoonline.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13045-022-01337-w

Le niveau d’expression de facteur de transcription N-myc, qui régule l’expression de la télomérase, est également prédictif de l’évolution de ces tumeurs. Les tumeurs ayant amplifié le gène N-myc avec un nombre de copies élevé ont le pire pronostic.

Des capacités migratoires exacerbées

Revoir les notions de base sur la migration et la transition épithélio-mésenchymateuse

*Cellule tumorale humaine (leucémie myéloïde aigüe) en migration. On voit très bien le lamellipode à l’avant de la cellule. Source : https://elifesciences.org/articles/74389

Les cellules tumorales à leur site primaire peuvent causer des dysfonctionnements mais 90% de la mortalité des patients atteints de cancers provient des métastases qui sont issues de la tumeur primaire par migration et transport lymphatique ou sanguin.

*Les étapes du processus métastatiques. Certaines cellules d’un carcinome acquièrent la capacité de réaliser une transition épithélio-mésenchymateurse et se délaminent. Elles sécrètent des enzymes (des MMP) qui dégradent la lame basale et migrent dans les tissus sous-jacents. Certaines d’entre elles pénètrent dans les vaisseaux sanguins par intravasation puis réalisent une extravasation dans un autre tissu. Si elles ont la capacité d’y survivren elles se mettent à proliférer formant des métastases. Source : https://www.medecinesciences.org/en/articles/medsci/full_html/2014/05/medsci20143004p378/medsci20143004p378.html

Les mélanocytes de la peau peuvent donner naissance à des mélanomes qui sont parmi les plus cellules tumorales les plus invasives lorsqu’elles forment des métastases (25% de survie à 5 ans chez les patients avec métastases contre 99% si le mélanome reste in situ). C’est parce qu’elles réactivent des réseaux génétiques proches de ceux des crêtes neurales.

*Deux exemples de mélanomes. Source : https://openstax.org/books/anatomy-and-physiology/pages/5-4-diseases-disorders-and-injuries-of-the-integumentary-system

La première étape de la formation des métastases pour les cellules tumorales d’origine épithéliales est constituée par la transition épithélio-mésenchymateuse (EMT). On retrouve dans les cellules tumorales de nombreuses voies de signalisation et de nombreux facteurs de transcription pour coordonner leur EMT qui sont commun aux EMT lors du développement embryonnaire, comme par exemple lors de la gastrulation des Amniotes ou lors du développement des cellules de crête neurale.

*Changements d’expression protéiques qui accompagne l’EMT activée par le TGF-β. Des cellules A549 (cellules humaines épithéliales d’adénocarcinome alvéolaire) ont été exposées à 5 ng/mL de TGF-β pendant 0, 1, 2 et 3 jours. (A) Analyse par western-blot de la E-cadhérine, de la N-cadhérine, de la vimentine, de la β-caténine et de Snail. La β-actine a servi de témoin de charge ; (B–D) les niveaux de la protéine indiquée ont été quantifiés. Source : https://www.mdpi.com/2072-6643/9/9/980/htm

**Modèle d’équilibre EMT / MET dans le cancer.
Dans les cellules cancéreuses humaines, les états mésenchymateux et épithéliaux sont induits et maintenus par des programmes de régulation transcriptionnels et post-transcriptionnels. Ces programmes sont contrôlés par la régulation par rétroaction entre les facteurs de transcription OVOL et ZEB1, inducteurs critiques de MET et EMT respectivement. De plus, ces facteurs de transcription contrôlent l’expression d’ESRP1, un régulateur de l’épissage crucial pour le MET et réprimé dans l’EMT. Par conséquent, un niveau d’OVOL élevé et un niveau de ZEB1 faible stabilisent l’état épithélial en diminuant l’invasion des cellules cancéreuses et les métastases, et inversement pour l’état mésenchymateux. Source : https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0076773

Très logiquement, les protéines contrôlant le réseau de microfilaments qui est responsable de la formation des lamellipodes et des invadopodes impliqués dans la migration sont tumorales ont un fonctionnement altéré dans les cellules métastatiques. C’est le cas par exemple des protéines de la famille Ena/VASP dans les cancers du sein (Di Modugno et al., 2006, Klemke, 2012). Au stade avancé de la tumeur, cette famille des protéines est surexprimée ce qui augmente la vitesse de migration in vivo et stimule le caractère invasif des cellules.

**Rôle des protéines Ena/VASP dans la croissance des microfilaments dans les lamellipodes. L’interaction des protéines Ena / VASP avec les extrémités «barbelées» des filaments d’actine peut empêcher ou retarder la liaison des protéines de coiffe (capping protein), favorisant ainsi la croissance continue des microfilaments au niveau de la membrane plasmique. Les Ena/VASP semblent également diminuer l’architecture de ramification du réseau d’actine. Source

Parmi les éléments de l’environnement favorable aux cellules métastatiques figure le système immunitaire et notamment les macrophages qui sont impliqués dans une boucle paracrine avec les cellules tumorales au cours des stades métatastatiques initiaux. Le chimiotactisme des cellules métastatiques vers les vaisseaux sanguinx se produit en réponse à des molécules telles que l’EGF sécrétés par les macrophages associés aux vaisseaux. Les cellules cancéreuses expriment le récepteur de l’EGF (EGFR) et sécrètent CSF-1, qui attire les macrophages et les incite à exprimer l’EGF, complétant ainsi une boucle de rétroaction paracrine positive. La signalisation entre le macrophage et la cellule tumorale affecte l’activité des régulateurs de l’actine tels que WASP et N-WASP, entraînant la formation de podosomes dans les macrophages et des invadopodes dans les cellules tumorales qui favorisent l’intravasation des cellules tumorales (Condeelis et Pollard, 2006).

Les cellules tumorales elles-mêmes peuvent participer à créer un environnement propice à leur migration. Par exemple, des cellules faiblement métastatiques issues de cancer du sein secrètent des vésicules extracellulaires riches en Transglutaminase 2 (Tg2) qui activent les fibroblastes environnants à produire une matrice extracellulaire plus favorable à la migration (Schwager et al., 2022).

Un métabolisme particulier

En présence d’oxygène, les cellules métabolisent normalement le glucose en pyruvate via la glycolyse. Le pyruvate est alors transporté dans les mitochondries, où il est introduit dans le cycle de Krebs. Puis la chaîne respiratoire mitochondriale permet la production importante d’ATP via la phosphorylation oxydative. L’oxygène est alors nécessaire comme accepteur final d’électrons. Si l’oxygène est en quantité limitante (anoxie), les cellules métabolisent le pyruvate en lactate, permettant à la glycolyse de se poursuivre en recyclant le NADH en NAD+. Les cellules cancéreuses et les cellules en prolifération ont un métabolisme particulier convertissent la plupart du glucose en lactate, que l’oxygène soit présent ou non. Il s’agit de l’effet Warburg (du nom d’Otto Warburg qui a découvert ce phénomène en 1924).

L’effet Warburg dans les cellules tumorales. Les cellules cancéreuses utilisent la glycolyse comme principale source d’énergie même sous normoxie, ce qui signifie que le pyruvate est principalement converti en lactate plutôt que d’être incorporé dans le cycle de Krebs (cycle TCA). GLUT1 est responsable du transport du glucose et les MCT (Monocarboxylate transporters) sont responsables du transport du lactate. Nom des enzymes : ②, phosphohexose isomérase ; ④, aldolase ; ⑤, triose phosphate isomérase ; ⑥, glycéraldéhyde 3-phosphate déshydrogénase ; ⑦, phosphoglycérate kinase ; ⑧, phosphoglycérate mutase ; ⑨, énolase. Source : https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fonc.2021.698023/full

Alors que les cellules différenciées expriment l’isoforme M 1 de la pyruvate kinase (PK-M 1), les cellules cancéreuses expriment l’isoforme M2 , qui est normalement exprimée uniquement au cours du développement embryonnaire. PK-M2 est activée par la signalisation de la tyrosine kinase et entraîne la conversion du pyruvate en lactate plutôt que d’orienter le pyruvate vers le cycle de Krebs.

La chémorésistance des tumeurs semble associée à une augmentation de l’effet Warburg. Par exemple, la résistance aux traitements 5-FU/cisplatine dans le cancer colorectal est associée à une augmentation de la glycolyse par augmentation du ratio PK-M2/PK-M1. Cet effet est médié par les lncARN Xist/miR-137 (Hailun et al., 2021).

Il existe des mécanismes inhibiteurs de l’effet Warburg. Par exemple, le long ARN non codant (lncARN) MEG3 dont l’expression est diminuée dans les cellules des tumeurs colo-rectales est capable d’inhiber la glycolyse en activant (indirectement) l’ubiquitinylation et la dégradation de c-Myc qui est nécessaire à l’expression d’enzymes telles que PK-M2, hexokinase 2 et la lactate déshydrogénase A (Zuo et al., 2020). L’expression de MEG3 est activée par la vitamine D ce qui pourrait avoir des applications thérapeutiques intéressantes.

**Le lncARN MEG3 provoque la dégradation de c-Myc et l’inhibition de l’expression d’enzymes importantes pour l’effet Warburg. Une lignée de cellules de tumeur colo-rectale est transfectée avec un vecteur d’expression contrôle (pcDNA3.1) ou un vecteur permettant la surexpression de MEG3 (à gauche). Elles sont transfectées avec un siARN contrôle (siRNA-NC) ou un siARN ciblant MEG3. L’expression de c-Myc, de l’hexokinase 2 (HK2), de l’isoforme K2 de la pyruvate kinase (PKM2) et de la lactate déshydrogénase A (LDHA) est étudiée par Western-blot avec l’expression de l’actine comme contrôle de dépôt. Source : https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fonc.2020.00274/full

La capacité à faire former de nouveaux vaisseaux sanguins

La progression tumorale nécessite la mise en place de nouveaux vaisseaux ce qui permet d’apporter du glucose et de l’O₂ à la nouvelle masse de cellules en prolifération active. Ce phénomène est appelé angiogenèse tumorale. Il passe par la production de facteurs angiogéniques qui stimulent les cellules endothéliales des vaisseaux sanguins préexistants à s’engager dans une angiogenèse (Folkman, 2007). Par exemple, des stimulateurs angiogéniques tels que le VEGF-A sont libérés par les cellules tumorales. L’angiogenèse est également associée à la propagation des tumeurs aux sites métastatiques.

*Vascularisation d’une tumeur. (A) Observation par imagerie multiphoton d’un réseau de vaisseaux sanguins dans une tumeur (cellules greffées d’adénocarcinome du colon) via une fenêtre d’imagerie abdominale chez la souris. Les cellules endothéliales sont en rouge (les souris transgéniques utilisées expriment tdTomato sous le contrôle d’un promoteur spécifique de l’endothélium); les cellules tumorales sont en vert (les cellules tumorales greffées ont un vecteur d’expression de la GFP). La boîte blanche montre la région d’intérêt. (Barre d’échelle = 100 μm) (b) Région d’intérêt les cellules endothéliales seules. La morphologie vasculaire est anormale avec une faible distance d’interbifurcation (entre les pointes de flèches) et une topologie complexe (fusion de trois à deux branches, étoile). Les flèches indiquent la direction de l’écoulement. (Barre d’échelle = 50 μm). Source : https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2007770117

Les vaisseaux tumoraux, caractérisés par une morphologie anormale, sont fortement dysfonctionnels dans leurs propriétés de barrière et de transport. Cela aboutit à une hétérogénéité d’oxygénation dans les tumeurs qui contribue à l’hétérogénéité phénotypique des cellules tumorales (Barnabeu et al., 2020). Des stratégies thérapeutiques visant à induire un changement phénotypique dans les vaisseaux tumoraux pour qu’ils ressemblent à des vaisseaux normaux, appelées normalisation vasculaire, ont été testées (Huang et al., 2013). Les anticorps anti-VEGF induisent une normalisation vasculaire dans les modèles précliniques et en clinique, ce qui peut expliquer en partie leur efficacité dans le traitement des cancers métastatiques. Après traitement anti-VEGF, les vaisseaux tumoraux montrent aussi une augmentation de la perfusion et de l’efficacité des chimiothérapies antitumorales (Goel et al., 2011).

Cependant, de manière un peu paradoxale, les régions tumorales bien oxygénées répondent mieux à la radiothérapie (Bertout et al., 2011). L’hypoxie provoque en effet des modifications dans l’expression des gènes et la sélection clonale associée aboutit à des tumeurs aux phénotypes plus agressifs et métastatiques. C’est pour cela que certains traitements anti-angiogéniques peuvent aboutir à de mauvais résultats.

La capacité à bloquer les processus immunitaires anti-tumoraux

*Microenvironnement de la tumeur (TME) antitumorigénique ou tumorigénique. Les microenvironnements antitumorigéniques et protumorigéniques ont des profils immunologiques distincts. Gauche : Un TME antitumorigénique contient des macrophages M1, des lymphocytes Th1, des cellules dendritiques (DC), des lymphocytes CD8+, des cellules NK et des molécules bioactives (cytokines antitumorigènes (IL-2, IL-12, IFNγ), facteur de croissance (GM-CSF), chimiokines (CXCL9, CXCL10). A droite, un TME protumorigénique contient des macrophages M2, des DC tolérogènes, des MDSC (Myeloid-derived suppressor cells), des cellules Th2, des cellules Treg et des molécules bioactives (cytokines protumorigènes (IL-4, IL-6, IL-10, TGF-β, IFNγ), facteurs angiogéniques (VEGF) , facteurs de croissance (GM-CSF, EGF, HGF, FGF) et chimiokines (CCL2)). Source : https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fonc.2021.788365/full

Les tumeurs échappent activement au système immunitaire en induisant un état immunosuppresseur (Zitvogel et al., 2006). Les lymphocytes infiltrant les tumeurs CD8 (TIL) montrent souvent des fonctions effectrices diminuées. PD-1 et CTLA-4 sont deux récepteurs inhibiteurs des fonctions effectrices de ces lymphocytes qui jouent normalement un rôle dans l’immunotolérance. Ils sont fréquemment ciblées par les cellules tumorales pour atténuer les fonctions effectrices via leurs ligands, PDL-1 et B7 (Topalian et al., 2015). Une plus forte expression de PDL-1 dans les cellules tumorales est associée à un mauvais pronostic (Okazaki et al., 2007). Des immunothérapies anti-PD1 ont permis de remporter certains succès notamment pour la lutte contre les mélanomes et les tumeurs pulmonaires (Iwai et al., 2017).

Des macrophages s’accumulent aussi au cours de la progression tumorale proviennent de l’extravasation de monocytes dérivés de la moelle osseuse (DeNardo et al. 2019). Les macrophages peuvent acquérir un spectre de phénotypes pro-inflammatoires (également appelés « M1 ») à anti-inflammatoires (également appelés « M2 ») (Mantovani et al., 2017). Dans les tumeurs, les macrophages pro-inflammatoires freinent initialement la croissance tumorale en activant les lymphocytes cytotoxiques. Cependant, au cours de la progression tumorale, les macrophages sont biaisés vers un phénotype anti-inflammatoire favorisant la malignité tumorale en supprimant les lymphocytes cytotoxiques et en stimulant la formation de vaisseaux sanguins (Squadrito et al., 2012).

**Les macrophages associés aux tumeurs (TAM) peuvent favoriser le développement tumoral par différents moyens. Les TAM médient l’immunosuppression en recrutant des cellules Treg et en inhibant les lymphocytes T CD8+. De plus, les TAM participent à la propagation métastatique, à l’angiogenèse et à la résistance aux chimiothérapies. Source : https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fonc.2021.788365/full

Ces macrophages de type M2 sont caractérisés par une forte expression du récepteur au mannose MRC1/CD206 et par une faible expression de l’intégrine αX (CD11c). L’accumulation de ces macrophages largement anti-inflammatoires est donc corrélée à un mauvais pronostic dans la plupart des cancers (Mahmoud et al., 2012).

On voit donc qu’en plus d’un blocage des mécanismes immunitaires pouvant les attaquer, les tumeurs détournent à leur profit des processus liés à l’immunité (comme l’angiogenèse).