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Modulation par le monoxyde d'azote de la voie de signalisation de la b caténine lors de l'apoptose des cellules cancéreuses coliques humaines

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Description

Niveau: Supérieur
MINISTERE DE LA JEUNESSE, DE L'EDUCATION NATIONALE ET DE LA RECHERCHE ECOLE PRATIQUE DES HAUTES ETUDES Sciences de la Vie et de la Terre MEMOIRE présenté par LAURENT PREVOTAT Pour l'obtention du diplôme de l'Ecole Pratique des Hautes Etudes Modulation par le monoxyde d'azote de la voie de signalisation de la b caténine lors de l'apoptose des cellules cancéreuses coliques humaines Soutenu le octobre 2003 devant le jury suivant: M. Vayssière Jean-Luc - Président Mme Piard Françoise - Examinateur M. Wendehen David - Examinateur M. Bettaïeb Ali - Examinateur Laboratoire E.P.H.E d' Immunologie et immunothérapie des cancers EPHE / INSERM U 517 Université de Bourgogne Faculté de Médecine 7 Bd Jeanne d'Arc BP 87900 21079 Dijon Directeur : M. JEANNIN Jean-François () Diplôme dirigé par : M. BETTAIEB Ali (ali.bettaieb@u-bourgogne .fr) ECOLE PRATIQUE DES HAUTES ETUDES Sciences de la Vie et de la Terre MODULATION PAR LE MONOXYDE D'AZOTE DE LA VOIE DE …...SIGNALISATION DE LA B CATÉNINE LORS DE L'APOPTOSE DES CELLULES CANCÉREUSES COLIQUES HUMAINES EPHE Banque de Monographies SVT 1

  • adénome

  • mécanisme de régulations de la voie wnt

  • cancer colorectal familial

  • apoptosis protein

  • mutations du gène p53

  • polyposis

  • protéine pro

  • gène p53………………………………………

  • adenomatous polyposis

  • cancers colorectaux


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Publié le 01 octobre 2003
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Langue Français

Exrait

MINISTERE DE LA JEUNESSE, DE L’EDUCATION
NATIONALE ET DE LA RECHERCHE

ECOLE PRATIQUE DES HAUTES ETUDES
Sciences de la Vie et de la Terre


MEMOIRE

présenté
par

LAURENT PREVOTAT



Pour l’obtention du diplôme de l’Ecole Pratique des Hautes Etudes

Modulation par le monoxyde d’azote
de la voie de signalisation de la b caténine
lors de l’apoptose des cellules cancéreuses coliques humaines



Soutenu le octobre 2003 devant le jury suivant:


M. Vayssière Jean-Luc - Président

Mme Piard Françoise - Examinateur

M. Wendehen David -

M. Bettaïeb Ali - Examinateur


Laboratoire E.P.H.E d’ Immunologie et immunothérapie des cancers
EPHE / INSERM U 517 Université de Bourgogne Faculté de Médecine 7 Bd Jeanne d’Arc BP 87900 21079 Dijon


Directeur :
M. JEANNIN Jean-François (jean-francois.jeannin@u-bourgogne.fr)
Diplôme dirigé par :
M. BETTAIEB Ali (ali.bettaieb@u-bourgogne .fr)


ECOLE PRATIQUE DES HAUTES ETUDES
Sciences de la Vie et de la Terre

MODULATION PAR LE MONOXYDE D’AZOTE DE LA VOIE DE
…...SIGNALISATION DE LA B CATÉNINE LORS DE L’APOPTOSE
DES CELLULES CANCÉREUSES COLIQUES HUMAINES



EPHE Banque de Monographies SVT 1LAURENT PREVOTAT
Soutenu le octobre 2003
Résumé
La mutation du gène adenomatous polyposis coli (apc) est un événement critique dans le développement des cancers
colorectaux humains qui survient dans environ 80 % des cas sporadiques. La fonction de la protéine APC au sein de la
cellule est de contrôler le taux intracellulaire de la b caténine afin qu’elle ne puisse pas exercer son pouvoir oncogène. En
effet, cette dernière possède un rôle co-activateur de la transcription de gènes impliqués dans la survie et la prolifération
cellulaire. Ainsi, la b caténine se situe au centre d’une voie de signalisation importante dans la carcinogenèse colorectale
(voie Wnt/Wingless) et présente tout l’intérêt de rechercher des stratégies efficaces capables de l’inactiver.
Nous avons étudié, dans trois lignées cancéreuses coliques humaines (SW480, HCT116 et HT29) le rôle d’un donneur
de monoxyde d’azote, le glycéryltrinitrate (GTN), sur l’expression de la b caténine lors du processus apoptotique. Nous
montrons que, sous l’effet du GTN, la b caténine subit une dégradation par un mécanismes protéolytique mettant en jeu
des protéases impliquées dans la mort par apoptose : les caspases. L’étude de la régulation de l’expression de la b caténine
nous a permis de montrer que le GTN est capable d’induire sa déphosphorylation sur ses résidus sérines 33/37 et thréonine
41, notamment grâce à la glycogen synthase kinase-3b (GSK-3b). Cette dernière, bien qu’elle soit responsable de la
phosphorylation de la b caténine, subit sous l’effet du GTN une phosphorylation en sa sérine 9 (forme inactive) engendrant
d’une part sa dissociation de la b caténine et d’autre part, sa relocalisation cytoplasmique.
Quant au rôle que peut jouer la b caténine dans la régulation de l’apoptose, nous avons montré que des cellules
HCT116 surexprimant la forme sauvage ou la forme mutée de la b caténine sont significativement plus résistantes à
l’apoptose induite par le GTN (38 % d’apoptose) comparativement aux cellules non transfectées (59 %). De plus, la
diminution de l’expression de la b caténine par la méthode siRNA rend les cancéreuses coliques plus sensibles à
l’apoptose induite par le GTN. Nous montrons également que le GTN est capable d’effondrer le taux intracellulaire de
certaines cibles de la b caténine, comme la cycline D1 et c-myc. En revanche, il n’a aucun effet à l’échelle
transcriptionnelle. L’utilisation de gène rapporteur, nous a permis de montrer que le GTN inhibe l’activité
transcriptionnelle de la b caténine. Ceci a été confirmé du moins en partie par le fait que le GTN augmente la transcription
et le taux protéique du récepteur de mort Fas, un récepteur dont l’expression est sous contrôle de la b caténine.
Ces résultats indiquent que le NO peut mimer la fonction de la protéine APC normale par sa capacité à dégrader la b
caténine et à inhiber son activité transcriptionnelle dans un contexte où l’APC est inactive comme le cas des cancers
colorectaux. Cet effet peut être pris en compte dans la mise au point de stratégies de chimiosensibilisation.


Mots clés : Monoxyde d’azote, cancers colorectaux, b caténine, APC, Wnt, apoptose.



I. Les cancers colorectaux et altérations génétiques…………………………………..4
I.1. Généralités……………………………………………………………….…....4
I.2. Deux grands types de cancers colorectaux…………………...……….…….4
I.3. Séquence adénome-cancer………………………………………….……..….5
I.4. Les différentes classes de gènes intervenant dans la carcinogenèse
colorectale…………………………………………………………………………….6
I.4.1. Les oncogènes……..……………………..……………………….………..…6
I.4.1.1. K-ras……………………………………………...…………………..…….6
I.4.1.2. La protéine c-myc………………………………………..………..………6
I.4.2. Les gènes de réparation de l’ADN………………………...……..………….6
I.4.3. suppresseurs de tumeurs………………………...……..………...6
I.4.3.1. Le gène p53………………………………………...……………………....8
I.4.3.2. Le gène dcc………………………………………………...…………..….8
I.4.3.3. Le gène apc………………………………………………..……….……....8
II. Caractérisation d’une voie importante dans la signalisation de la carcinogenèse
colorectale…………………………………………………………………..……………..9
II.1. Signalisation Wnt/b caténine …………..………………………...….….……9
II.2. Mécanisme de régulations de la voie Wnt : La b caténine, l’élément clé..11
II.2.1. Historique………………………………………..…………………….……11
EPHE Banque de Monographies SVT 2II.2.2. La b caténine……………………………………………..…………………12
II.2.2.1. Structure………………………………………………...….………….12
II.2.2.2. Rôle…………………………………………………...……………….12
II.2.3. La régulation de la b caténine…………………………...…………….…...15
II.2.3.1. Les protéines GSK-3b et Axine…………..………….………………..15
II.2.3.2. La régulation de la GSK-3b......................................…...……………..16
II.2.3.3. Régulation de la b caténine par APC………...………………………..17
II.2.3.4. La fonction de Dishevelled au sein du complexe multiprotéique……..18
II.2.3.5. Régulation de la b caténine par Frat-1……………………...…………19
II.2.3.6. Implication de la Préséniline 1 dans la stabilisation de la b caténine…19




1



II.2.3.7. Autres voie de régulation……………………….……………...……...20
II.2.4. Mécanismes de dégradation de la b caténine………………………...…...20
II.2.4.1. Le Protéasome……………………………….…………………..……20
II.2.4.2. Les caspases………………………………………...…………………21
III. Voie Wnt et apoptose…………………………………..………………….………...22
III.1. Introduction à l’apoptose………………………….…...……………………22
III.2. Les caspases…………………………………………...……………….……..22
III.3. Mécanismes d’activation de l’apoptose……………………………...……..23
III.4. Mécanismes de régulation de l’apoptose…………………….……..………23
III.4.1. Les protéines inhibitrices (IAPs)…………………...………23
III.4.2. de la famille Bcl-2……………………….…...……...………24
III.4.3. Au niveau post-traductionnel………………………….………….....…….24
III.5. La voie Wnt dans l’apoptose……………………………………..…………25
IV. Le monoxyde d’azote ……………………………………………..………………...26
IV.1. Généralités ………………………………………………………...…………26
IV.2. Les mécanismes moléculaires du NO…………………………...…………..26
IV.3. Monoxyde d’azote et Cancer…………………………..……………………27
IV.4. NO et Apoptose……………..…………………………………….………….29
IV.4.1. Effet anti-apoptotique du NO………..……………………….……………30
IV.4.2. Effet pro- du NO……………...……………….………………31

BIBLIOGRAPHIE………………………….………………………………......32








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Liste des principales abréviations


APC : Adenomatous Polyposis Coli
ARD : Armadillo Repeat Domain
b TrCP : b Transducin Repeat Containing Protein
CK I : Casein Kinase I
DCC : Deleted in Colon Cancer
DISC : Death Inducing Signaling Complex
DNA-PK : DNA protein kinase
Dsh/Dvl : Disheveled
FAP : Familial Adenomatous Polyposis
Frat 1 : Frequently rearranged in advanced T cell lymphomas 1
5-FU : 5- Fluorouracile
GBP : GSK-3b Binding Protein
GTN : Glycéryltrinitrate
GSK3 b : Glycogen Synthase Kinase-3b
hMSH : human mut S (E.Coli) homolog
hMLH : mut L (E.Coli) homolog
HNPCC : Heriditary Non Polyposis Colorectal Cancer
HSP : Heat Shock Protein
IAP : Inhibitor of Apoptosis Protein
IL-1b : Interleukin-1b
ILK : Integrin Linked Kinase
INF g : Interféron g
LDL : Low density lipoprotein
LOH : Loss Of Heterozygosity
LPS : Lipo-Poly Saccharide
LRP : LDL Related Protein
MMR : Mismatch Repair
MSI : Microsatellite instability
NF-kB : Nuclear factor kB
NO : Nitric oxide
PARP : Poly (ADP-Ribose) Polymerase
PBS : Phosphate Buffer Saline
PI3K : Phosphatidyl inositol 3 kinase
PP2A : Protein phosphatase 2 A
PKA : Protein kinase A
PS1 : Presenilin 1
RNOS : Reactiv Nitric Oxide Species
Siah 1 : Seven In Absentia Human 1
SVF : Sérum de veau fœtal
Tcf/LEF : T Cell Factor/ lymphoid enhancer factor
TGF b : Transforming Growth Factor b
TRAF 1 : TNF Recepetor Associated Factor 1




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I. Les cancers colorectaux et altérations génétiques

I.1. Généralités

EPHE Banque de Monographies SVT 4La plupart des patients atteints de cancers colorectaux ne présentent aucune prédisposition génétique, ces cancers sont
dits sporadiques et représentent 70 % des cas. Ce type de cancer est le résultat de multiples mutations somatiques au sein
de la cellule (délétion homozygote, mutation ponctuelle, insertion d’ADN) (Fearon et Vogelstein 1990).
Plus de 10% des cancers colorectaux sont le fait d'une prédisposition génétique. C’est le cas de la polypose adénomateuse
familiale (Familal Adenomatous Polyposis : FAP) qui est un syndrome autosomique dominant affectant environ 1 individu
sur 10 000. Des centaines, voire des milliers de polypes également appelés adénomes sont observés tout le long du colon à
l'âge de 30-40 ans. Vers 40 ans, un ou plusieurs de ces polypes dégénèrent, entraînant un cancer colique évolutif. Seule une
colectomie totale préventive peut éviter cette évolution maligne. L’étude de familles atteintes de la FAP a conduit à
l’identification d’un gène responsable situé sur le chromosome en position 5q21 : Adenomatous Polyposis Coli (apc)
(Groden et al. 1991; Nishisho et al. 1991).
Une forme non polypomateuse de cancer colorectal familial (syndromes de Lynch ou HNPCC : Heriditary Non Polyposis
Colorectal Cancer) se distingue, quant à elle, par l'absence de polypose généralisée, mais l'existence d'un adénome initiant
la cancérisation est démontrée. A la différence du syndrome de Lynch de type I (cancers coliques isolés), dans le type II,
d'autres cancers peuvent survenir : cancers de l'endomètre, de l'estomac ou de la vessie.
I.2. Deux grands types de cancers colorectaux

La caractérisation des altérations génétiques des cancers colorectaux a permis la reconnaissance de 2 types de
cancers qui se distinguent par des mécanismes de carcinogenèse différents. Un premier groupe (80 % des cas), appelé
LOH (Loss Of Heterozygosity) est caractérisé par une hyperploïdie et une instabilité chromosomique se traduisant par des
pertes récurrentes de certains segments chromosomiques, en particulier les bras courts des chromosomes 17, 1 et 8, et les
bras longs des chromosomes 18, 5 et 22.
4



Le second groupe appelé MSI (MicroSatellite loci Instability), est caractérisé par une instabilité génétique au niveau des
microsatellites. Les microsatellites sont des séquences d’ADN répétées en tandem dont l’unité de répétition fait de 1 à 6
paires de bases (pour revue : Piard et al. 2002).
Dans le premier groupe, les mutations des gènes suppresseurs de tumeur p53 (Kressner et al. 1999) et apc (Miyoshi et al.
1992) sont fréquentes. D’autres mutations sont également présentes comme celles affectant smad 2 et smad 4, deux gènes
codant pour des protéines impliquées dans la signalisation du TGF b (Transforming Growth Factor b) (Eppert et al. 1996;
Thiagalingam et al. 1996). Dans le second groupe, on observe des mutations stabilisatrices de la b caténine (Fukushima et
al. 2001), des gènes codant pour le récepteur de type II du TGF b (impliqué dans l’inhibition de la croissance cellulaire)
(Parsons et al. 1995), Bax (protéine pro-apoptotique) (Rampino et al. 1997), la caspase-5 (Schwartz et al. 1999), et d’un
des gènes impliqués dans la réparation de l’ADN tels que hmsh2, hmlh1, hpms2, hmsh6 (pour revue : Hussein et Wood
2002).

I.3. Séquence adénome-cancer

La séquence adénome/cancer se distingue différemment en fonction du type de cancer colorectal LOH ou MSI. Les
anomalies génétiques les plus précocement détectées sont souvent une mutation du gène suppresseur de tumeur apc dans le
cas des LOH (60 à 80 % des cancers colorectaux sporadiques) ou une stabilisatrice de la b caténine pour les MSI,
suivie dans les deux cas, d’une mutation du gène k-ras (50 % des cancers sporadiques). Les pertes d’hétérozygotie,
concernant le chromosome 18 (comprenant notamment le gène dcc (Deleted in Colorectal Carcinoma)), surviennent plus
tardivement lors de la transformation de l’adénome en carcinome. Les mutations du gène p53 (50 % des cancers
colorectaux sporadiques), marquant la transition adénome-cancer, sont clairement impliquées dans les dernières étapes de
la carcinogenèse colorectale pour les LOH, de la même manière que celles touchant la protéine Bax pour les MSI.


EPHE Banque de Monographies SVT 5

5



I.4. Les différentes classes de gènes intervenant lors de la carcinogenèse colorectale

Les mutations de trois différentes classes de gènes ont été décrites lors de la carcinogenèse colorectale : les
oncogènes, les gènes de réparation des erreurs de l’ADN (MMR pour MisMatch Repair) et les gènes suppresseurs de
tumeur.

I.4.1. Les oncogènes

Les proto-oncogènes sont des gènes responsables de l’activation et du contrôle des mécanismes de prolifération
cellulaire. La mutation de ces gènes induit une prolifération incontrôlée conduisant finalement à l’apparition du cancer.

I.4.1.1. L’oncogène k-ras

Une mutation de l’oncogène k-ras, est observée dans 50 % des carcinomes colorectaux sporadiques. La protéine
p21 ras correspondante, ancrée dans le feuillet interne de la membrane cytoplasmique, est impliquée dans la transduction
de signaux mitotiques activés au niveau de récepteurs aux facteurs de croissance, des hormones ou des cytokines.
L’activation de K-ras par des mutations ponctuelles conduit à un stimulus continu qui peut être la base de la
carcinogenèse. Sa surexpression affecte l’adhésion et le cycle cellulaire (Yang et al. 1998).

I.4.1.2. L’oncogène c-myc

Bien que des études antérieures rapportaient que l’expression de c-myc était augmentée dans les cancers
colorectaux (Erisman et al. 1988), les données concernant l’altération de son expression sont restées inconnues pendant
longtemps. He et al (He et al. 1998), suggèrent fortement que l’augmentation de c-myc dans les cancers colorectaux soit
due à une conséquence directe des mutations affectant la voie APC/b caténine/Tcf 4 (T-cell factor 4). Le rôle de c-myc,
lors de la carcinogenèse colorectale, serait de stimuler la prolifération cellulaire par sa capacité à activer des gènes
impliqués dans ce processus comme cdc25, cycline A ou encore cycline E (Dang 1999).
6




I.4.2. Les gènes de réparation de l’ADN

Le processus de réparation de l’ADN est essentiel au maintien de l’intégrité du génome. Une mutation de l’un des
nombreux gènes de réparation conduit à une inefficacité des protéines impliquées dans la réparation des erreurs introduites
au sein de l’ADN. Ce système de réparation nécessite la coopération de plusieurs gènes de la famille mutS (hmsh2, hmsh3,
hmsh6) et de la famille mutL (hmlh1, hmlh3, hpms1 et hpms2). Brièvement, on peut décrire la protéine hMSH2 comme un
"éclaireur" qui reconnaît et se fixe directement à la séquence d’ADN erronée (Fishel et al. 1994). Un complexe
hétérodimérique se forme alors avec hMSH6 s’il s’agit d’une erreur sur une paire de base ou avec hMSH3 s’il s’agit de
l’insertion ou d’une délétion de 2 à 8 nucléotides. Un second complexe constitué de hMLH1 et hPMS2 est ensuite recruté
afin d’exciser les nucléotides endommagés.
Les mutations des gènes impliqués dans le complexe de réparation des erreurs de l’ADN sont les causes génétiques du
syndrome de Lynch (HNPCC) (Markowitz 2000). Les porteurs de ce type de mutations autosomales dominantes ont 80 %
EPHE Banque de Monographies SVT 6de risque d’avoir un cancer du colon. Dans 90 % des cas de cancers colorectaux héréditaires, on observe une mutation des
gènes de réparation hmsh2 et hmlh1 (Yan et al. 2000). Quand les mutations apparaissent au niveau des gènes clés de
réparation de l’ADN, hmsh2 ou hmlh1, le phénotype MSI est détecté.

I.4.3. Les gènes suppresseurs de tumeurs

Ce sont des gènes dont la fonction est perdue quand les 2 copies (allèles) du gène sont inactivées. Dans le cas où les
patients sont atteints de cancer d’origine familiale, qui ont donc hérité d’un gène suppresseur de tumeur muté, seule la
mutation de l’allèle normal restant est nécessaire pour la perte de fonction du gène. Quand les deux copies du gène sont
normales, dans le cas de patients sains, deux évènements de mutation sont alors nécessaires avant sa perte de fonction.
Ceci explique d’ailleurs pourquoi les cancers hérités se manifestent habituellement plus précocement que les cancers
sporadiques.




7




I.4.3.1. Le gène p53

Des gènes suppresseurs de tumeurs connus, p53 est le plus souvent muté, donc inactif, dans les cancers humains. La
protéine p53 sauvage, par sa capacité à activer la transcription du gène p21, agit en provoquant l’arrêt des cellules dans la
phase G1 du cycle cellulaire. Cette inhibition de la progression des cellules dans le cycle favorise, lorsqu’elle est
nécessaire, la réparation de l’ADN lors de la réplication ou peut induire la mort par apoptose. L’activation de l’apoptose
par p53 met en jeu des mécanismes indépendants de p21 qui semblent varier en fonction du type cellulaire. L’activation
transcriptionelle de Bax, une protéine pro-apoptotique de la famille Bcl-2, est l’un des mécanismes les mieux connus.
Plus de 75 % des cancers colorectaux sporadiques ont une protéine p53 inactive. D’ailleurs, l’identification du statut de
p53 dans les tumeurs a une valeur prédictive. Les patients porteurs d’une mutation de p53 auront une survie plus courte
(Kressner et al. 1999).

I.4.3.2. Le gène dcc

Soixante dix pour cent des carcinomes colorectaux LOH montrent une mutation de dcc sur le bras long du
chromosome 18 (Fearon et al. 1990). Le gène dcc code pour une protéine impliquée dans les interactions cellule/cellule ou
cellule/matrice. De part ces caractéristiques, la protéine DCC pourrait probablement participer à la régulation de la
prolifération et de la différenciation cellulaire (Cho et Fearon 1995). Cependant, le rôle de dcc en tant que gène
emesuppresseur de tumeur est sujet à controverse car on détecte que rarement des altérations inactivatrices du 2 allèle du
gène dcc dans les cancers du colon LOH. De plus, des souris invalidées ou “Knock-Out” pour dcc ne développent pas de
cancer (Fazeli et al. 1997).

I.4.3.3. Le gène apc

La protéine APC est exprimée dans de nombreux tissus : poumon, sein, pancréas, cerveau, tissu lymphoïde, intestin
grêle, colon. Elle est impliquée dans des processus d’adhésion et/ou de prolifération cellulaire ainsi que dans la stabilité
des chromosomes lors de la mitose.

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Les mutations d’un allèle du gène apc au sein de la lignée germinale sont responsables de la polypose adénomateuse
familiale (FAP). Les mutations somatiques d’apc sont présentes dans environ 70 à 80 % des adénomes et carcinomes
colorectaux. La littérature suggère que la protéine APC pourrait réguler la croissance cellulaire dans les cryptes coliques en
contrôlant l’apoptose des cellules situées dans le haut de ces cryptes (Kinzler et Vogelstein 1996). Elle est également
capable de se lier à diverses protéines, incluant la b caténine, la g caténine, la GSK-3b (Glycogene Synthase Kinase-3b)
(Kinzler et Vogelstein 1996). La fonction principale d’APC, dans les cellules coliques, serait la régulation du taux de b
caténine au sein de la cellule.

II. Caractérisation d’une voie importante dans la signalisation de la carcinogenèse colorectale : la voie Wnt

Le gène apc est au centre d’une grande voie de signalisation (la voie Wnt/Wingless) conduisant à la régulation du taux
de la b caténine (cf. paragraphe III.1.). En effet, la mutation d’apc conduit à l’accumulation cytosolique de la b caténine,
phénomène associé à la séquence adénome-cancer lors de la carcinogenèse colorectale (Hao et al. 1997). La b caténine
contribue, d’une part, à la prolifération tumorale et à la formation des métastases de part son rôle important au niveau des
interactions cellule/cellule (Behrens et Birchmeier 1994), et d’autre part lorsqu’elle est libre dans le cytoplasme, elle est
capable de se transloquer dans le noyau où elle stimule la transcription de gènes impliqués dans la carcinogenèse
colorectale (He et al. 1998; Mann et al. 1999).

II.1. Signalisation Wnt/b caténine

Les premiers rôles de la voie Wnt ont été découverts à la suite d’analyses génétiques concernant la signalisation
wingless au cours du développement embryonnaire de la drosophile, notamment pour son implication dans la mise en place
de la polarité des segments de l’embryon. La transduction du signal Wnt s’est également avérée être impliquée dans le
développement de l’axe dorsal chez le xénope.


9



Les voies de signalisation empreintées dans ces deux modèles montrent de grandes similitudes, menant à un mécanisme
général d’activation.
Les protéines Wnts (au moins 23 membres chez les mammifères), codées par le proto-oncogène Wnt, sont des
glycoprotéines qui lorsqu’elles sont secrétées exercent leurs effets sur les cellules environnantes en se fixant sur des
récepteurs transmembranaires à 7 domaines appartenant à une famille nommée Frizzled. Certains membres de la famille
des protéines associées au récepteur des LDL, les LRP (LDL Receptor associated Protein) sont
également impliqués dans la réception du signal Wnt (pour revue : Miller 2002).
La signalisation Wnt peut être vue comme un système à deux états : un état stimulé, par le facteur de croissance Wnt et un
état non stimulé. En absence de stimulation par Wnt, le pool de β caténine cytoplasmique est épuisé par l'action d'un
complexe protéique associant l’APC et la b caténine à au moins deux autres protéines, l’axine (une protéine adaptatrice) et
la sérine-thréonine glycogène synthase kinase 3b (GSK-3b). Cette dernière phosphoryle, en sérines 33 et 37, la b caténine
permettant le recrutement de b-TrCP (b

Transducin Repeat Containing Protein) (Winston et al. 1999), une protéine (composant de l’ubiquitine ligase E3)
initiatrice du processus d’ubiquitination et de dégradation de la b-caténine par le protéasome 26 S (Aberle et al. 1997). La
β caténine est ainsi maintenue à une faible concentration dans le cytoplasme l'empêchant de rejoindre le noyau (pour
EPHE Banque de Monographies SVT 8revue : Miller 2002).
Lorsqu’un signal mitotique est délivré par l’activation de Wnt, via son récepteur Frizzled, la GSK-3b est inhibée et la b
caténine n’étant plus phosphorylée n’est plus dégradée. La concentration cytoplasmique de la b caténine augmente, puis
elle va pouvoir se transloquer dans le noyau. Elle joue alors le rôle de protéine co-activatrice en se liant à des facteurs de
transcription comme les facteurs d’activation des lymphocytes (LEF, Lymphocyte Enhancer Factor ou Tcf-4) (Novak et al.
1998; Sparks et al. 1998). Ceci conduit à l’expression constitutive de plusieurs gènes cibles impliqués dans la prolifération
cellulaire comme l’oncogène c-myc et la cycline D1 (He et al. 1998; Shtutman et al. 1999).




10



L’activation de la voie Wnt mène également à l’inhibition de l’expression de la E-cadhérine et à la dislocation du
complexe de l’a caténine de la b caténine, dissociant alors l’ensemble du cytosquelette d’actine (l’adhésion intercellulaire
et le contact à la matrice extra-cellulaire sont ainsi diminués). Ces conditions favorisent le processus invasif. Les mutations
qui affectent les gènes APC et/ou b caténine entraînent le même type d’effets que l’activation de la voie Wnt, décrite
comme étant augmentée dans les cancers (Polakis 2000).
GBP/
Frat
II.2. Mécanismes de régulations de la voie Wnt : La b caténine, l’élément clé

II.2.1. Historique

La b caténine fut originellement décrite, chez l’homme, comme un composant des complexes d’adhésion cellulaire,
connectant les cadhérines au cytosquelette d’actine via l’a caténine (Ozawa et al. 1989). Des études comparatives des voies
de signalisation chez le xénope et la drosophile ont mené secondairement à la découverte du rôle de la b caténine dans la Wnt (Peifer et al. 1993). Puis, plus tardivement, fût découvert un nouveau rôle dans les cellules humaines,
notamment dans la signalisation cellulaire puisqu’elle a été décrite comme pouvant être transloquée du cytoplasme vers le
noyau (Sparks et al. 1998; Morin 1999).
Les mutations du gène de la b caténine (ctnnb1) affectent la région amino-terminale de la protéine la rendant réfractaire à
sa régulation par APC. Ces mutations abrogent l’interaction, dépendante de sa phosphorylation, de la b caténine avec la b-
TrCP. La b caténine n’est pas essentiellement mutée dans les cancers colorectaux, mais aussi dans de nombreux autres
cancers comme ceux de l’endomètre, de l’estomac, les hépatocarcinomes, hépatoblastomes, mélanomes, cancers de
l’ovaire, du pancréas, de la prostate, de l’utérus et de la thyroïde (Polakis 2000).






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Ax
ine

EPHE Banque de Monographies SVT 9NB : Pour information, il faut savoir que la plupart des protéines impliquées dans la voie Wnt possèdent un homologue
chez le xénope ou la drosophile.

Homologue chez le
Désignation (Homme) Homologue chez la Drosophile
Xénope
b caténine Armadillo
Disheveled (Dvl) XDsh Dsh
Frat 1 GBP
GSK 3b Zeste-white3 (zw-3)
Wnt Wingless (Wg)

II.2.2. La b caténine

II.2.2.1. Structure

Structurellement, la β caténine est composée de trois domaines :
- un domaine amino-terminal de 149 acides aminés possédant de multiples sites de phosphorylation par la
GSK-3β, par la caséine kinase Ia (CKIa) et un site de fixation (sérines 33/37) à la protéine b-TrCP
initiatrice du processus de dégradation par le protéasome.
- un domaine central comprenant 12 ARD (Armadillo Repeat Domain) de 42 acides aminés chacun. Dans ce
domaine, il existe des sites de liaison à la protéine APC (ARD 4 et 5), à l’axine (ARD 9-10), à la E-
cadhérine (ARD 9 et 10) et au facteur de transcription Tcf (ARD 6 et 7).
- un domaine C-terminal de 108 acides aminés ayant une fonction de signalisation par sa capacité à activer la
transcription (Bienz 1999).

II.2.2.2. Rôle

L'élément régulateur crucial de la voie Wnt est l'état et l'activité de la β caténine. Il existe en fait trois pools de β
caténine dans la cellule : un associé aux membranes avec les cadhérines (dont l’interaction se fait en fonction de l’état de
phosphorylation des tyrosines de la b caténine), qui ne participe pas à la signalisation Wnt (Orsulic et Peifer 1996).

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Un autre, sous forme soluble dans le cytoplasme associé à APC dont l'état et la concentration sont primordiaux pour la
transduction du signal Wnt. Le dernier correspond au pool nucléaire de la b caténine impliqué dans la transcription de ses
gènes cibles.

La b caténine possède deux rôles importants. Elle peut être liée à la E-cadhérine, au niveau des jonctions adhérentes. Le
complexe E-cadhérine/b caténine joue un rôle crucial dans l’adhésion des cellules normales, contribuant à leur
différenciation, leur polarité et leur motilité. La perte de l’intégrité de ce complexe intervient souvent dans les carcinomes
épithéliaux de hauts grades et de mauvais pronostiques, suggérant que des tumeurs présentant des expressions anormales
de E-cadhérine et de b caténine acquerront un potentiel invasif et métastatique. De plus, il faut savoir que des souris
invalidées ou "Knock out" pour le gène de la E-cadhérine ou de la b caténine sont non viables (pour revue : Harrington et
al. 2000).
Le complexe Tcf/b caténine peut être impliqué dans la différenciation des cellules intestinales. En effet, dans le bas des
cryptes coliques, les cellules progénitrices en prolifération accumulent de la b caténine nucléaire, qui est alors capable de
stimuler ses gènes cibles. Dès que les cellules atteignent le milieu de la crypte, l’activité Tcf/b caténine est dérégulée. Les
cellules s’arrêtent alors dans le cycle cellulaire et se différencient. Les cellules possédant des mutations d’apc ou de la b
caténine deviennent indépendantes des signaux physiologiques contrôlant l’activité Tcf/b caténine. En conséquence, ces
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