cancérogenèse chimique introduction 1 bases moléculaires et cellulaires de la cancérogenèse...
TRANSCRIPT
Cancérogenèse chimique
Introduction1 bases moléculaires et cellulaires de la cancérogenèse chimique
1-1 le cycle cellulaire1-2 l’ADN et les lésions de l’ADN1-3 cancérogène génotoxique et cancérogène non génotoxique1-4 cancérogène et procancérogène
2 les tests à court terme2-1 mise en évidence des cancérogènes génotoxiques2-2 mise en évidence des cancérogènes non génotoxique2-3 pertinence des tests à court terme
3 cancérogenèse3-1 choix de la dose, procédure3-2 pertinence et limite
conclusion
Contrôle de la proliférationFacteur de croissanceex: EGF; TGF-
Récepteurex: erb
Mortapoptosemultiplication
Second messagerex: ras
Transductionex: raf
Promoteurex: myc, jun
prolifération
G1
S
G2
M
RBG0
+
Contrôle du cycle cellulaire
cycline Dcycline Ecycline Acycline B
F+
signaux
P
P P
P
G1
S
G2
M
RBG0
Contrôle du cycle cellulaire
cycline Dcycline Ecycline Acycline B
F+
P21
P53
Télomères et télomérase : âge de la cellule
Extrémités des chromosomes(TTAGGG)n : 5 – 15 kbasesTélomérase = télomère reverse transcriptaseARN : matrice
Cycle cellulaire : diminution mort de la cellule
O
CH2
OP
O
O
O
O
NN
NN
O
NH2
P
O
O O
H
O NCH2 N
O
O
ADN = molécule chimique
guanine
thymine
hydrolyse
adduit
oxydation
Lésions de l ’ADN
Oxydation
Elimination d ’une base (site AP)
Dimères
Fixation covalente
alkylation, arylation, amination...
adduits
monovalentdivalent (pontage)
intrabrininterbrin
intercalant
Cassures simple brindouble brin
Lésions de l ’ADN
Mortnécrose/apoptose
RéparationréversionREBRENmésappariementKu/DNA PKrecombinaison...
Tolérancemutation géniquemutation chromosomique
Excision de bases
Excision de nucléotides
Exemple de système de réparation : BER et NER
1 – reconnaissance de la lésion / distorsion2 – incision, excision3 - resynthèse exacte
Xeroderma pigmentosum : système de réparation de l’ADN déficient
Peau non protégée des UV tumeurs
Tolérance de la lésion : mutation génique
C A C C G T A
G T G G C A T
Oxydation (8 oxo guanine)
réplication
C A C C G* T A
G T G G A A T
G T G G A A T
C A C C T T A
réplication
Mutation par substitution
Transition : A G ; T C
Transversion : A TA C
Mutations géniques par décalage du cadre de lecture
-GGGGGGG--CCCCCCC-
-GG GGG--CC CCC-
GG
Perte de deux bases
Décalage du cadre de lecture (frameshift – 2)
réplication
Mutations chromosomiques
- Structure des chromosomes : chromosomes circulairesfusion de morceau de chromosome…
clastogène : agent physique ou chimique capable de casser les chromosomes
- Nombre des chromosomesaneuploïdie : 2n +/- x chromosomespolyploïdie : n, 3n, 4n … chromosomes
Caryotype après traitement en fausses couleurs
Cellule tumorale (polyploïdie) Cellule normale
Cancérogène génotoxique
Composé (molécule mère ou métabolite) dont l’activité biologique primaire est l’altération de l’information codée par l’ADN.
Mutation qui se traduit par :Activation d’oncogènesInactivation d’anti-oncogènes
Cancérogène non génotoxique (épigénétique)
Non organe spécifique : interagit avec les protéines de proliférations des cellules (en activant les protéines codées par des oncogènes ou en inhibant les protéines codées par des anti-oncogènes).
responsable d’une inflammation : facteurs de prolifération et production de radicaux libres (ex : ROS = reactive oxygen species).
Organe spécifique :hormones : œstrogène et cancer du sein, testostérone et cancer de la prostate.
TSH et thyroïdes.
Génotoxique / non génotoxique
1970 - 1978 : cancérogènes = mutagènes
1978 - 1985 : il y a quelques exceptions
1985 - 1990 : exceptions de plus en plus nombreuseautre mécanisme ?
1994 : génotoxique / non génotoxique
Détection, évaluation ??
Composé progénotoxique : bioactivation indispensable
OOH
OH
OHOH
O
OHOH
OH
G
N d ’une guanine
Cancérogenèse chimique : plusieurs étapes
Cellules épithéliales
Cellules initiées
Papillome bénin
Carcinome squameux
Carcinome spino-cellulaire
Progressionperte p53
PromotionSur-expression cycline D1
InitiationMutation H-ras
ProgressionE-cadherineTGF-
métastases
1 - Initiation (irréversible)
2 - Promotion (réversible)
3 - Progression (irréversible)
Plusieurs étapes et plusieurs clones de cellules :
mutation mutation
Facteurs de croissance
+/- facteurs de croissance
probabilité : facteurs risquesirréversible multiplication
- Cancérigènes génotoxiques : lésions tolérées – mutation – oncogène activé / anti-oncogène inactivé
Cancérigènes non génotoxiques (épigénétiques) : stimule la prolifération, inhibe l’apoptose, inhibe communication entre les cellules
- Cancérogenèse : molécule mère et/ou métabolites
Bilan première partie :
- Cancérogenèse : plusieurs étapes, phénomènes irréversibles et réversibles
2 les tests à court terme
2-1 mise en évidence des cancérogènes génotoxiques2-2 mise en évidence des cancérogènes non génotoxique2-3 pertinence des tests à court terme
Marqueurs à court terme de génotoxicité
Mortapoptose (cassure de l’ADN)nécrose
Lésionsoxydationperte de basesdimèrefixationintercalantcassures
RéparationréversionREBRENmésappariement….
Mutationsgéniquechromosomique
Essai comète :
Faux positifs : apoptose
Micronoyaux:
fémur
1 000 cellules (bruit de fond : 0,5%)1 à 2 cycles pour réponse optimaleFaux positifs : apoptose
Réparation par excision de nucléotides
1 – culture de cellules / produit à tester2 – éventuellement lésions de l’ADN réparées par NER3 – étape resynthèse en présence de nucléotides radio-marqués
Synthèse non programmée ADN (UDS)
Autoradiographie sur cellules : taches / radioactivité
UDS :
RéparationADN
Réplication
Test de Ames (Mutatest)
Sans S9 Avec S9
négatif positif
Témoins:
Bactérie + produit+/- S9
Étude des composés non génotoxique : test de proliférationtest de phosphorylation
Facteur de croissanceex: EGF; TGF-
Récepteur
multiplication
Second messagerex: ras
Transductionex: raf
Promoteurex: myc, jun
prolifération
Prolifération de péroxysomes
Organites cytoplasmiquesH2O2 oxydase /H2O2 catalaseenzymes oxydation
Produit à tester
Marqueurs d ’une génotoxicité
Batterie: spécificité
Pertinence: modèle de la cancérogenèse chimique
relation marqueur / cancer ???
donc : facteur risque (probabilité)
in vitro automatisable
extrapolation in vivobiodisponibilitéélimination (t1/2)dosebioactivation (système biaisé)
3 cancérogenèse
3-1 choix de la dose, procédure3-2 pertinence et limite
Essai de cancérogenèse sur 2 ans
Principe : Produit à tester / animal / longue duréeMarqueur : tumeur
Problème : Bruit de fond important
Fréquence des tumeurs spontanées
organe : sourisB6C3F1
mâle
sourisB6C3F1femelle
ratF344mâle
ratF344
Femelle
foie 31 % 8% 3% 3%
Surrénales 4% 1% 20% 8%
Thyroïde 1% 2% 10% 9%
Glandesmammaires
0% 2% 2% 26%
Poumon 17% 7% 2% 1%
Rongeurs habituellement utilisés en toxicologieaprès 2 ans, protégés des cancérogènes:
Exemple : détermination de la DT01; chez des souris:24 000 animaux / groupe
Compromis: MTD50 animaux / groupe
Extrapolation des résultats des études de cancérogenèse
Cancérogènes non génotoxiques :
tumeurs
Boite noire
Glycidol : Bilan : 24 organes avec des tumeurs
Rats mâles Rats femelles souris femellesSouris mâles
Rats mâles Rats femelles souris femellesSouris mâles
Limonène : Bilan : 1 site (reins) dans 1 groupe
Cytotoxicité du composé et tumeurs (MTD, 2 ans !)
2µ-globuline : protéine synthétisé chez le rat mâle (hépatique)filtrée / glomurulepartiellement réabsorbée (endocytose)
La fraction réabsorbée se trouve dans les lysosomes où la protéine est hydrolyséed-limonène se fixe sur la globuline qui n’est plus hydrolysée, elle s’accumule et entraîne la libération des enzymes des lysosomes dans le cytoplasme nécrose des cellules, inflammation chronique et développement de tumeurs.
Saccharine : formation de microcristaux dans la vessie, lésions de l’épithélium, inflammation chronique, prolifération cellulaire, tumeur
Caractérisation du mécanisme de la toxicité
Pertinence de l’information
Cancérogenèse sur 2 ans +
Conclusion :
Estimation du risque cancérogène
Cancérogène génotoxique
irréversible
1 cellule 1 clone (1 tumeur)
Aléatoire - probabilité
bilan: pas de seuilpas de dose / effetdose / probabilité
Cancérogène non génotoxique
réversible
dépend de l ’environnement (ex: inflammation, alimentation riche en AG poly-insaturés…)
bilan: dose/réponse et seuil
Mutation transmise cellules filles
10-9 10-8 10-7 10-6
Activité du TPA (phorbol ester)
0
15
3
6
9
12
Nombre de papillomespar souris
ConcentrationM
Estimation du risque cancérogène Agent à tester (100 000 / an)
structure ?
mutation in vitro (Ames) ?
cytogénétique ?
micronoyau in vivo ?
mutation in vivo (animaux transgéniques) ?
Essais non génotoxique
prolifération (foie, estomac, peau, poumon…)
peroxysomes hépatiques
thyroïdes
induction de P450
inflammation
...
en fonction des résultats de toxicologie générale (sensibilité d ’organe)
Cancérogenèse à long terme (2 ans)
Abandon du composé
Caractérisation, DSE, …
Classification des substances (Europe)
Cancérogènes
- catégorie 1 : substances que l’on sait être cancérogènes pour l’homme. On dispose de suffisamment d’éléments pour établir l’existence d’une relation de cause à effet entre l’exposition de l’homme à de telles substances et l’apparition d’un cancer.
-- catégorie 2 : substances devant être assimilées à des substances cancérogènes pour l’homme. On dispose de suffisamment d’éléments pour justifier une forte présomption que l’exposition de l’homme à de telles substances peut provoquer un cancer. Cette présomption est généralement fondée sur des études appropriées à long terme sur l’animal ou d’autres informations appropriées.
-- catégorie 3 : substances préoccupantes pour l’homme en raison d’effet cancérogènes possibles mais pour lesquelles les informations disponibles ne permettent pas une évaluation satisfaisante (preuves insuffisantes). Il existe des informations issues d’études adéquates sur les animaux mais elles sont insuffisantes pour classer la substance dans la catégorie 2.
Classification des substances (Europe)
Mutagènes
- catégorie 1 : substances que l’on sait être mutagènes pour l’homme. On dispose de suffisamment d’éléments pour établir l’existence d’une relation de cause à effet entre l’exposition de l’homme à de telles substances et des défauts génétiques héréditaires.
-- catégorie 2 : substances devant être assimilées à des substances mutagènes pour l’homme. On dispose de suffisamment d’éléments pour justifier une forte présomption que l’exposition de l’homme à de telles substances peut provoquer des défauts génétiques héréditaires. Cette présomption est généralement fondée sur des études appropriées sur l’animal ou d’autres informations appropriées.
-- catégorie 3 : substances préoccupantes pour l’homme en raison d’effet mutagènes possibles. Des études appropriées de mutagénicité ont fournies des éléments, mais ils sont insuffisants pour classer la substance dans la catégorie 2.
Etiquetage - Europe
classement Symbole Phrases de risque
Seuil (1)
Seuil (2)
Cancérogène catégorie 1 T (toxique) R 45 ou R 49 0,1% 0,1%
Cancérogène catégorie 2 T (toxique) R 45 ou R 49 0,1% 0,1%
Cancérogène catégorie 3 Xn (nocif) R 40 1 % 1 %
Mutagène catégorie 1 T (toxique) R 46 0,1% 0,1%
Mutagène catégorie 1 T (toxique) R 46 0,1% 0,1%
Mutagène catégorie 1 Xn (nocif) R 68 1 % 1 %R 40 : effet cancérogène suspecté – preuves insuffisantesR 45 : peut causer le cancerR 49 : peut causer le cancer par inhalationR 46 : peut causer des altérations génétiques héréditairesR 68 : possibilité d’effets irréversibles(1) : préparations autres que gazeuses, (2) : préparations gazeuses
Classification du centre internationale de recherche sur le cancer (CIRC/IARC)
5 catégories:
- groupe 1 : l’agent (ou le mélange) est cancérogène pour l’homme
- groupe 2A : l’agent (ou le mélange) est probablement cancérogène pour l’homme
- groupe 2B : l’agent (ou le mélange) est un cancérogène possible pour l’homme
- groupe 3 : l’agent (ou le mélange) ne peut être classé du point de vue de sa cancérogénicité pour l’homme
- groupe 4 : l’agent (ou le mélange) est probablement non cancérogène pour l’homme