Pendant de nombreuses années, la cancérogenèse a été considérée comme découlant de modifications au niveau de la séquence de l’ADN, ces mutations augmentant la fonction de certains gènes, dits oncogènes, ou entraînant une perte de fonction d’autres gènes, dits suppresseurs de tumeur. Dans ce dernier cas, l’inactivation peut également être due à des délétions plus ou moins grandes dans l’ADN.

Depuis 1983, de nombreux travaux ont démontré que la tumorigenèse résulte également de changements épigénétiques, définis comme une modification transmissible du profil d’expression des gènes sans altération de la séquence nucléotidique primaire de l’ADN. Il existe trois principaux types de modifications épigénétiques : l’empreinte génomique, se traduisant par le silence d’un allèle transmis spécifiquement par les parents, les modifications post-traductionnelles (acétylation, méthylation, phosphorylation…) des histones du nucléosome, impliquées dans la régulation transcriptionnelle, et la méthylation de l’ADN, qui correspond au transfert d’un groupe méthyl sur la cytosine des îlots CpG présents au niveau des promoteurs des gènes, contribuant ainsi à l’extinction de l’expression des gènes ciblés. Ainsi, les modifications génétiques (mutations, délétions) comme les modifications épigénétiques sont deux mécanismes permettant d’expliquer la tumorigenèse ; cependant, ces deux processus, loin d’être contradictoires, se révèlent complémentaires lors du développement des cancers, depuis les stades précoces jusqu’aux stades tardifs [ 1].

La tumorigenèse implique l’activation d’oncogènes et l’inactivation de plusieurs gènes suppresseurs de tumeur distincts. Dans la région 17p13.3, deux gènes suppresseurs de tumeurs sont présents : HIC1, codant un répresseur transcriptionnel, et OVCA1, qui vient d’être identifié en tant que composant de la voie de biosynthèse de la diphtamide sur EF-2 (elongation factor 2). Néanmoins, il semble important de déterminer si des gènes inactivés de façon épigénétique, tel HIC1, ou d’autres gènes plutôt délétés, tel OVCA1, sont capables d’influencer le développement tumoral, et ce dans un contexte bien déterminé d’altération génétique de suppresseurs de tumeur. Dans ce cadre, des souris double hétérozygotes, p53^+/- Ovca1^+/- ou p53^+/- Hic1^+/- ont été obtenues.

In vivo, les souris Ovca1^+/ développent des tumeurs variées au bout de 92 semaines, à un taux comparable à celui des souris p53^+/-, mais avec un spectre différent ; ce temps d’apparition est raccourci à 52 semaines chez les souris p53^+/- Ovca1^+/- [22]. Les fibroblastes embryonnaires de souris invalidées pour Ovca1 proliférant faiblement, ce gène a été défini comme un régulateur positif de la croissance ; mais la perte d’OVCA1 pourrait aussi conduire à une activation d’un point de contrôle négatif du cycle, dont un excellent candidat est p53, justement situé à proximité sur le chromosome 17 : cela a été confirmé par le fait que les fibroblastes de souris Ovca1^−/− p53^−/− retrouvent une croissance normale. OVCA1 est donc bien, malgré son rôle positif sur le cycle cellulaire, un gène suppresseur de tumeur impliqué dans la prolifération, le développement embryonnaire et la tumorigenèse. La restauration d’un phénotype normal dans des cellules Ovca1^−/− après inactivation de p53, le fait que BRCA1 a été décrit comme pouvant induire l’expression de OVCA1 dans des cellules cancéreuses de sein, et le développement d’un large spectre de tumeurs (et non pas uniquement des tumeurs ovariennes) par les souris hétérozygotes Ovca1^+/- sont autant d’indices qui suggèrent que OVCA1 est un intermédiaire dans la réponse cellulaire aux dommages à l’ADN.

Le gène HIC1 est un gène suppresseur de tumeur jouant un rôle négatif dans la prolifération cellulaire. Chez la souris comme chez l’homme, les gènes Hic1 et p53 sont localisés de manière relativement proche sur le même chromosome (chromosome 11 chez la souris). Des souris double hétérozygotes ont été réalisées, chez lesquelles l’altération de ces deux gènes se trouve soit sur des chromosomes séparés (trans), soit sur le même chromosome (cis) [23] (Figure 3). Dans chacun de ces cas, l’altération de Hic1 conduit à des modifications de l’incidence, de la virulence et du spectre des tumeurs par rapport aux souris p53^+/- . Les souris double hétérozygotes en cis présentent une apparition plus précoce, ainsi qu’une prévalence et une agressivité accrues des cancers de l’ovaire et des ostéosarcomes, avec une délétion des deux allèles sauvages restants. En revanche, les souris double hétérozygotes en trans ne présentent pas les mêmes mécanismes d’inactivation génique des allèles sauvages restants : la copie sauvage de Hic1 y est souvent hyperméthylée, tandis que la copie sauvage de p53 se trouvant sur le chromosome opposé est préférentiellement délétée (Figure 3). Ainsi, HIC1 et p53 peuvent influencer la tumorigenèse de manière individuelle ou synergique, chacun utilisant pour leur inactivation des mécanismes distincts.

Figure 3. Inactivations épigénétique et génétique de gènes suppresseurs de tumeur lors de la tumorigenèse chez la souris. Les gènes Hic1 et p53 sont, chez la souris, tous les deux situés sur le chromosome 11. La création de souris double hétérozygotes Hic1+/- p53+/- a permis de prouver que, lors de la cancérisation, l’inactivation génique de Hic1 et de p53 se produit selon des mécanismes distincts : Hic1 est préférentiellement hyperméthylé, tandis que p53 est le plus souvent délété [23]. En effet, chez les souris trans, l’invalidation de Hic1 (cercle rouge) et de p53 (triangle rouge) se situe sur des chromosomes opposés, et les tumeurs formées comportent en plus de ces mutations de la lignée germinale des délétions de l’allèle sauvage de p53 (rectangle) et une hyperméthylation de l’allèle sauvage de Hic1 (astérisque). Chez les souris cis, l’invalidation de Hic1 et de p53 se situe sur le même chromosome. L’inactivation des deux allèles sauvages restants peut se faire soit par délétion de p53 et hyperméthylation de Hic1, soit par une délétion totale du chromosome opposé comportant ces deux allèles. C’est cette dernière hypothèse qui est validée par l’analyse des tumeurs ; il est évident que la sélection d’une tumorigenèse rapide est favorisée par l’inactivation simultanée des deux gènes (délétion entière du chromosome ne nécessitant qu’un seul et même événement), plutôt que par l’inactivation successive des deux allèles sauvages restants (délétion de p53 et hyperméthylation de Hic1, nécessitant deux événements distincts).

Figure 3. Inactivations épigénétique et génétique de gènes suppresseurs de tumeur lors de la tumorigenèse chez la souris. Les gènes Hic1 et p53 sont, chez la souris, tous les deux situés sur le chromosome 11. La création de souris double hétérozygotes Hic1+/- p53+/- a permis de prouver que, lors de la cancérisation, l’inactivation génique de Hic1 et de p53 se produit selon des mécanismes distincts : Hic1 est préférentiellement hyperméthylé, tandis que p53 est le plus souvent délété [23]. En effet, chez les souris trans, l’invalidation de Hic1 (cercle rouge) et de p53 (triangle rouge) se situe sur des chromosomes opposés, et les tumeurs formées comportent en plus de ces mutations de la lignée germinale des délétions de l’allèle sauvage de p53 (rectangle) et une hyperméthylation de l’allèle sauvage de Hic1 (astérisque). Chez les souris cis, l’invalidation de Hic1 et de p53 se situe sur le même chromosome. L’inactivation des deux allèles sauvages restants peut se faire soit par délétion de p53 et hyperméthylation de Hic1, soit par une délétion totale du chromosome opposé comportant ces deux allèles. C’est cette dernière hypothèse qui est validée par l’analyse des tumeurs ; il est évident que la sélection d’une tumorigenèse rapide est favorisée par l’inactivation simultanée des deux gènes (délétion entière du chromosome ne nécessitant qu’un seul et même événement), plutôt que par l’inactivation successive des deux allèles sauvages restants (délétion de p53 et hyperméthylation de Hic1, nécessitant deux événements distincts).

Cette coopération fonctionnelle entre HIC1 et p53 observée in vivo est d’autant plus intéressante que le promoteur de HIC1 contient des sites consensus de liaison de la protéine p53 [2, 24], et que la transfection de p53 in vitro active l’expression de HIC1 endogène dans des cellules cancéreuses [2, 25]. Enfin, il a été très récemment démontré que HIC1 est capable d’inhiber la transcription de SIRT1 (codant la protéine sirtuine 1) par l’intermédiaire d’un complexe SIRT1/HIC1 se fixant sur le promoteur de SIRT1 [ 26]. SIRT1 est une HDAC de classe III désacétylant également p53, ce qui diminue l’activité transcriptionelle de cette dernière [27]. Ainsi, dans les cellules où HIC1 est inactivé, l’expression de SIRT1 serait augmentée, contribuant à la désacétylation de p53 et permettant aux cellules de résister à l’apoptose induite par les dommages à l’ADN (Figure 2). Néanmoins, les relations exactes entre HIC1 et p53, permettant notamment d’expliquer la synergie d’action observée lors de la cancérisation dans les souris double hétérozygotes Hic1^+/- p53^+/- , doivent encore être déterminées. Il faut noter que SIRT1 est une HDAC de classe III dépendante du NAD et insensible à la trichostatine A ; de plus, en association avec le répresseur BCL11A (B cell leukemia 11 A protein), SIRT1 inhibe la transcription en désacétylant les histones H3 et H4 du promoteur d’un gène rapporteur [ 28]. Cela pourrait expliquer que la répression transcriptionnelle induite par le domaine BTB/POZ de HIC1 soit insensible à la trichostatine, qui inhibe les HDAC de classe I et II, mais pas de classe III (comme SIRT1).

Plusieurs gènes suppresseurs de tumeurs tels que p53, HIC1 et OVCA1, dont l’inactivation joue un rôle important lors de la tumorigenèse, sont localisés sur le chromosome 17. HIC1 et OVCA1, distants d’à peine 12 kb, se rapprochent notamment d’une nouvelle classe de gènes suppresseurs de tumeurs au comportement haplo-insuffisant (apparition d’un phénotype délétère dès la perte d’un allèle). Toutefois, dans le cas d’une haplo-insuffisance « stricte », l’allèle sauvage restant s’exprime dans les tumeurs [17] ; la situation est légèrement différente dans le cas de HIC1, puisque l’analyse de son statut dans les tumeurs des souris Hic1^+/- et Hic1^+/- p53^+/- indique que la copie sauvage restante de ce gène est également inactivée, le plus souvent par hyperméthylation des CpG [14, 23]. Les mécanismes sous-jacents guidant le choix de la cellule cancéreuse vers une inactivation épigénétique plutôt que génétique ne sont pour l’instant pas connus [ 29].

Dans le cas de HIC1, l’hyperméthylation et sa perte d’expression sont observées de manière fréquente dans les tumeurs primaires de cancer du sein. De plus, contrairement aux autres tissus normaux où HIC1 n’est pas ou peu méthylé, la moitié des allèles sont déjà méthylés dans le tissu épithélial mammaire normal. Si la perte de HIC1 contribue fortement à l’apparition de cancers, le sein serait donc un tissu à haut risque de développement tumoral, en raison de l’inactivation de ce gène. En accord avec cette hypothèse, l’expression de HIC1 a été associée à une évolution favorable dans le cancer du sein [ 30]. De même, HIC1 est hyperméthylé à 100 % dans les hyperplasies bénignes de la prostate (considérées comme des situations non cancéreuses), et à 95 % dans les cancers de la prostate [9]. Il est troublant de constater que, dans le cas du sein comme de la prostate, l’hyperméthylation de HIC1 est détectée dans des tissus normaux d’organes hautement sensibles à la régulation hormonale. Ces données, de même que le fait que les souris Hic1^+/- développent un spectre de tumeurs différent selon le sexe de l’animal, suggèrent l’existence d’une relation jusqu’ici inexpliquée entre le gène HIC1 et les hormones sexuelles.

De manière plus générale, les expériences réalisées in vivo dans le contexte de souris doublement hétérozygotes ont clairement permis de démontrer que les phénomènes d’extinction épigénétique spécifiques de certains gènes tels que HIC1 peuvent influencer l’initiation et la progression tumorale in vivo, seuls ou en combinaison avec la modification d’autres gènes suppresseurs de tumeur classiques tels que p53. Ainsi, les récents progrès concernant une meilleure compréhension des causes et des conséquences des phénomènes épigénétiques ouvrent un champ d’investigation nouveau dans le domaine de lutte contre le cancer, et ce même si de nombreux mécanismes et acteurs moléculaires restent à découvrir.

Valérie Chopin remercie la Ligue nationale contre le cancer pour son soutien financier. Nous remercions le Dr Brian Rood (Washington University) pour la traduction du titre en anglais et la relecture critique du manuscrit.