Progrès récents dans la recherche p53 et le traitement du cancer
Résumé
TP53, codant pour p53, est l’un des gènes suppresseurs de tumeur les plus connus. La majorité des cancers humains démontrent l’inactivation de la voie p53. Le mutant p53 non seulement ne fonctionne plus comme un suppresseur de tumeur mais peut également exercer des effets de promotion de tumeur. La fonction de base de p53 est de répondre au stress cellulaire. Nous passons ici en revue les progrès récents de la recherche sur p53 et nous nous concentrons sur l’apoptose, l’arrêt du cycle cellulaire et la sénescence en réponse au stress. Nous passons également en revue les applications cliniques de la thérapie à base de p53 pour le cancer humain.
1. Introduction
Le gène TP53, qui code pour p53, est l’un des gènes les plus fréquemment mutés dans les cancers humains. Il est rapporté qu’environ la moitié de tous les cancers ont inactivé la p53. La protéine p53 a une large gamme de fonctions biologiques, y compris la régulation du cycle cellulaire, l’apoptose, la sénescence, le métabolisme de l’ADN, l’angiogenèse, la différenciation cellulaire et la réponse immunitaire. De nombreuses publications ont rapporté diverses fonctions de p53, y compris les rôles transcriptionnel, post-transcriptionnel et post-traductionnel.
Dans cet article, nous nous concentrerons sur les problèmes concernant p53 et l’application des thérapies anticancéreuses à base de p53. Comme examiné par Vousden et Prives, les principales fonctions de p53 sont la régulation de l’arrêt de la croissance et de l’apoptose.
2. Fonctions normales de p53
De nombreuses études ont montré que p53 était un facteur de transcription qui cible de nombreux gènes et microARN en réponse au stress de la cave. Le rôle clé de p53 en tant que suppresseur de tumeur est de bloquer la progression du cycle cellulaire et / ou d’induire l’apoptose, en réponse à des stress cellulaires tels que des dommages à l’ADN. Une activité p53 altérée favorise l’accumulation de dommages à l’ADN dans les cellules, ce qui conduit à un phénotype cancéreux. En tant que facteur de transcription, p53 forme un réseau de régulation génique divers et complexe. Il y a eu une recherche approfondie pour clarifier les séquences cibles que p53 reconnaît, l’élément de réponse p53 (RE), comme récemment examiné par Riley et al. p53 a un très large éventail d’activités biologiques, donc cette revue se concentrera sur le rôle de p53 en tant que suppresseur de tumeur et ses implications pour le traitement du cancer.
2.1. Cancers humains et mutations p53
La fréquence de la mutation TP53 varie de ~ 10% (tumeurs malignes hématopoïétiques) à 50–70% (tumeurs malignes des ovaires, colorectaux et de la tête et du cou). La mutation germinale de TP53 provoque le syndrome de Li-Fraumeni, qui est un syndrome de cancer familial comprenant le cancer du sein, le sarcome des tissus mous et divers autres types de cancer. La plupart des mutations de TP53 dans les cancers humains entraînent des mutations dans le domaine de liaison à l’ADN, empêchant ainsi p53 de transcrire ses gènes cibles. Cependant, le mutant p53 a non seulement conduit à une perte de la fonction normale de la protéine de type sauvage, mais également conduit à de nouvelles capacités à promouvoir le cancer. Le premier rapport de ce gain de fonction par le mutant p53 était l’observation que la transfection du mutant p53 dans des cellules p53 nulles augmentait la formation de tumeurs chez la souris. De nombreuses études ultérieures ont confirmé cette constatation.
2.2. p53 comme suppresseur de tumeur
2.2.1. p53 comme capteur de dommages à l’ADN
L’instabilité génétique est l’une des caractéristiques les plus importantes des tumeurs malignes. Il existe des systèmes très sophistiqués pour détecter les dommages à l’ADN et réparer le génome. p53 joue un rôle important dans ces systèmes «gardiens». Lorsque p53 répond aux dommages de l’ADN, il provoque soit l’arrêt du cycle cellulaire, soit l’apoptose.
Il a été montré en 1991 que l’induction de p53 de type sauvage peut induire l’apoptose dans les cellules leucémiques. Les souris qui ont un mutant p53 spécifique n’ont pas la capacité d’induire l’arrêt du cycle cellulaire, mais conservent la capacité d’induire l’apoptose, ce qui leur permet de supprimer efficacement les tumeurs induites par l’oncogène, suggérant ainsi que la fonction proapoptotique de p53 peut jouer un plus rôle important dans ses effets antitumoraux que dans son induction de l’arrêt du cycle cellulaire.
2.2.2. p53 et apoptose
De nombreux rapports ont décrit le mécanisme par lequel p53 induit l’apoptose. Comme p53 fonctionne principalement comme un facteur de transcription, il est important d’explorer les gènes régulés par p53 qui contribuent à la régulation de l’apoptose. Les premières études ont montré que p53 de type sauvage peut se lier à la région du promoteur du gène bax et réguler la transcription du gène bax. bax est membre de la Bc Famille l-2, qui forme des hétérodimères avec Bcl-2, inhibant son activité. La famille des protéines Bcl-2 joue un rôle important dans l’apoptose et le cancer. Par exemple, Bcl-2 contrôle la libération du cytochrome c des mitochondries, qui active la voie apoptotique en activant la caspase 9. La caspase 9 active alors la caspase 3 du bourreau 3. Les deux caspases jouent un rôle clé dans la voie apoptotique.
Plusieurs cancers humains, dont le cancer du côlon et de l’estomac, ont altéré l’expression de Bcl-2. Cependant, l’importance du niveau d’expression de Bcl-2 sur le pronostic des patients cancéreux est toujours à l’étude.La contribution de l’expression de bax au pronostic des patients cancéreux et la réponse au traitement n’est pas non plus claire. Dans le cancer du sein, une étude a montré qu’un faible niveau d’expression de bax est associé à un mauvais pronostic, alors que d’autres rapports n’ont montré aucune corrélation entre le niveau d’expression de bax et le pronostic. Des recherches supplémentaires seront donc nécessaires.
Le CD95 (également appelé Fas et Apo-1) est un « récepteur de la mort » indiquant son rôle majeur dans l’apoptose. Le premier rapport de CD95 a montré qu’un anticorps anti-CD95 réduit la croissance de tumeurs de xénogreffe humaine à cellules B. Depuis lors, de nombreux rapports ont été publiés sur la voie de signalisation induite par CD95 dans l’apoptose. Les agents cytotoxiques, tels que les médicaments chimiothérapeutiques, peuvent induire l’apoptose dans les cellules sensibles aux médicaments. Il est donc important de clarifier la ou les voies de signalisation qui contribuent le plus à l’apoptose. L’élucidation de ces informations serait utile pour la découverte de médicaments.
Plusieurs rapports ont indiqué que la voie CD95 joue un rôle important dans l’apoptose induite par les agents cytotoxiques, et que ce système implique l’activation de p53 de type sauvage. Par conséquent, le statut de p53 peut influencer la chimiosensibilité via la signalisation CD95. Cependant, un rapport récent a indiqué que CD95 pourrait favoriser la croissance tumorale. La mort cellulaire programmée est très compliquée d et dépend de divers facteurs.
Il existe une sous-famille Bcl-2 qui ne contient que le domaine BH3. Plusieurs protéines uniquement BH3 ont été identifiées, et p53 agit comme un facteur de transcription pour PUMA et NOXA, qui appartiennent tous deux à cette classe. PUMA est également un médiateur clé de la voie apoptotique induite par p53.
Lorsque PUMA est perturbé dans les cellules cancéreuses du côlon, l’apoptose induite par p53 est empêchée. PUMA peut jouer un rôle central dans la détermination du destin cellulaire (mort cellulaire programmée contre arrêt du cycle cellulaire) en réponse à l’activation de p53. Un rapport sur les souris knock-out PUMA a montré que le knock-out de PUMA récapitule le déficit apoptotique observé chez les souris knock-out p53. PUMA est un médiateur essentiel de l’apoptose dépendante et indépendante de p53 in vivo. Parce qu’éviter l’apoptose est l’une des caractéristiques du cancer, PUMA peut également jouer un rôle important au cours de la carcinogenèse.
Des rapports récents ont cependant montré que dans certaines situations, l’apoptose peut favoriser la carcinogenèse. Michalak et coll. et Labi et al. ont montré que la perte de lymphomagenèse thymique induite par un rayonnement gamma ablaté par PUMA. Les cellules souches hématopoïétiques déficientes en PUMA sont protégées de la mort cellulaire induite par l’irradiation gamma, ce qui réduit la prolifération et la réplication compensatoires. D’autre part, les souris de type sauvage subissent une mort cellulaire massive lorsqu’elles ont reçu une irradiation gamma, ce qui a ensuite conduit au repeuplement de la région par des cellules souches / progénitrices. Ces rapports indiquent que la structure de la tige / progéniteur homéostasique du tissu peut supprimer la formation de tumeurs. Ce phénomène devra être confirmé, mais doit être gardé à l’esprit lors du traitement de patients avec des stratégies telles que la chimiothérapie et / ou la radiothérapie.
2.2.3. p53 et arrêt du cycle cellulaire
La protéine p53 supprime la formation de tumeurs non seulement en induisant l’apoptose, mais aussi en provoquant l’arrêt du cycle cellulaire. Selon le type de stress cellulaire, p53 peut induire un arrêt G1 par l’activation de la transcription de l’inhibiteur de kinase dépendant de la cycline p21. Ce processus est bien connu et a été largement étudié. p53 régule également la transition G2 / M. Par exemple, p53 peut bloquer l’entrée des cellules en mitose par inhibition de Cdc2. Cdc2 doit se lier à la cycline B1 pour fonctionner. La répression de la cycline B1 par p53 arrête également les cellules en G2. Cependant, le cycle cellulaire transitoire peut ne pas conduire à l’éradication de la tumeur, car une cellule avec un potentiel oncogène qui ne peut pas être réparé peut reprendre la prolifération.
Par conséquent, l’autre mécanisme, la sénescence cellulaire, peut jouer un rôle important dans p53- suppression tumorale médiée. La sénescence cellulaire est un arrêt permanent du cycle cellulaire. Il existe de nombreux rapports concernant la corrélation entre le développement de la tumeur, la p53 et la sénescence. Nous discuterons de quelques-uns de ces facteurs du point de vue de la thérapie anticancéreuse. Le ras oncogène exprimé dans les cellules primaires humaines et de rongeurs entraîne une sénescence cellulaire. Ce processus est dû à l’accumulation de p53 et p16. L’inactivation de p53 ou p16 empêche la sénescence induite par ras. Ce rapport implique que la sénescence de la cave a un rôle important dans la suppression du développement tumoral. L’inactivation de p53, comme cela est présent dans la plupart des cancers humains, permet aux cellules d’échapper à la sénescence cellulaire, entraînant ainsi le développement de tumeurs au niveau macro.
p53 semble également empêcher les lésions prémalignes de se développer en tumeurs malignes en activant les programmes de sénescence . La sénescence cellulaire induite par p53 est importante non seulement pour la prévention du cancer, mais également pour l’effet anticancéreux induit par tout p53 de type sauvage introduit dans des tumeurs établies.
Xue et al. construit un modèle murin de cancer du foie avec p53 endogène conditionnellement régulé.La réactivation de p53 endogène dans les tumeurs déficientes en p53 entraîne des régressions tumorales complètes. Fait intéressant, la réponse primaire à p53 n’était pas l’apoptose, mais l’induction d’un programme de sénescence de cave. Ce programme a déclenché une réponse immunitaire innée qui a éliminé la tumeur de l’hôte.
Nous avons passé en revue deux rôles importants de p53 en tant que suppresseur de tumeur. Parmi les différentes fonctions de p53, l’apoptose et la sénescence sont les principaux mécanismes responsables de sa suppression tumorale. Cependant, il reste à élucider précisément comment p53 détermine si l’activation du programme de sénescence ou du programme d’apoptose se produit ou non. Cette question est particulièrement importante pour le développement de la thérapie anticancéreuse à base de p53, y compris les approches en combinaison avec la chimiothérapie conventionnelle. La plupart des agents chimiothérapeutiques conventionnels parviennent à éliminer les cellules cancéreuses en les tuant. Par conséquent, si p53 induit la sénescence plutôt que l’apoptose, un conflit émergera. En effet, il a été rapporté que certains types de cancer du sein sont protégés des agents chimiothérapeutiques cytotoxiques par p53 endogène.
Par conséquent, de multiples facteurs, tels que la qualité et la quantité de stress cellulaire, le type de tissu et le micro-environnement de la cave, déterminez le sort de la cellule. Vousden et Prives ont proposé un modèle dans lequel la décision entre la vie et la mort peut être déterminée par l’étendue des dommages ou la durée du stress. Dans leur modèle, un faible niveau de stress qui peut être réparé induit une réponse de réparation / survie de l’ADN, tandis qu’un niveau élevé de stress qui ne peut pas être réparé induit une réponse apoptotique ou de sénescence. Cette double nature de p53, tueur et protecteur, indique la possibilité que p53 puisse également jouer le rôle de promoteur tumoral. La fonction anti-apoptotique de p53 peut conduire à la survie des cellules endommagées, ce qui peut augmenter la possibilité de transformation maligne (Figure 1).
2.3. Applications de la thérapie du cancer à base de p53
Parce que la plupart des cancers humains, sinon tous, hébergent une p53 altérée, le concept de restauration de p53 pour la thérapie du cancer est très attrayant. Un modèle animal a montré que la réactivation de p53 de type sauvage aboutissait à une régression tumorale efficace, y compris une régression du lymphome et du carcinome hépatique.
2.3.1. Réactivation du mutant p53
Il existe une classe de petites molécules qui réactivent les fonctions de type sauvage du mutant p53. PhiKan083 est un dérivé de carbazole trouvé à partir du criblage in silico de la structure cristalline de p53. En se liant à p53 muté, PhiKan083 élève la température de fusion de p53 muté, ce qui entraîne la réactivation de sa fonction. PRIMA-1 est une autre petite molécule identifiée par criblage à base de cellules qui a restauré la liaison à l’ADN spécifique à la séquence et la conformation active de p53. Le CP-31398 est également une petite molécule qui peut restaurer le repliement protéique de p53 muté à une conformation plus naturelle qui permet une fonction de type sauvage.
2.3.2. Stabilisation de p53
MDM2 est une ubiquitine ligase E3 qui contrôle la dégradation de p53. De nombreuses tumeurs surexpriment MDM2, même les tumeurs sans mutations p53. Cibler MDM2 pour la stabilisation de p53 semble prometteur, tant de rapports sur le ciblage de MDM2 ou du MDM2-p53 ont été publiés.
Par exemple, les nutlins sont des composés cis-imidazoline qui agissent comme des antagonistes du MDM2- interaction p53. L’analyse de la structure cristalline a montré que nutlin se lie dans la poche de MDM2 pour empêcher l’interaction p53-MDM2. Nutlin peut activer la voie p53, induisant ainsi les cellules cancéreuses et les tumeurs de xénogreffe chez la souris à subir un arrêt du cycle cellulaire, une apoptose et une inhibition de la croissance.
MI-219 est une autre petite molécule qui inhibe l’interaction MDM2-p53. MI-219 active également la voie p53 dans les cellules avec p53 de type sauvage. L’apoptose et l’arrêt du cycle cellulaire ont été observés dans les tumeurs de xénogreffe, ce qui a entraîné une régression tumorale.
Cependant, l’inhibition de MDM2 et l’activation de p53 dans les tissus normaux peuvent être nocives. Ringshausen et coll. ont montré que p53 est activé spontanément dans de nombreux tissus chez des souris déficientes en MDM2.De plus, la p53 a déclenché des pathologies mortelles incluant l’ablation de tissus classiquement radiosensibles.
2.3.3. Autres classes de médicaments pour la stabilisation de p53
La ténovine a été trouvée par un criblage de médicaments à base de cellules pour activer p53. La ténovine agit comme un inhibiteur des activités de désacétylation des protéines de SirT1 et SirT2. Il a été démontré que l’administration intrapéritonéale de ténovine-6 induit une régression des tumeurs de xénogreffe en mode souris.
Issaeva et al. a criblé une bibliothèque chimique et trouvé la petite molécule RITA (réactivation de p53 et induction de l’apoptose des cellules tumorales), qui se lie à p53 et inhibe l’interaction p53-MDM2 à la fois in vitro et in vivo. RITA a induit l’apoptose dans diverses cellules cancéreuses qui ont conservé le p53 de type sauvage. Ils ont également découvert que le p53 libéré à partir de MDM2 par RITA favorise p21 et hnRNP K (un cofacteur p53), ce qui implique que p21 joue un rôle majeur dans la régulation du devenir des cellules cancéreuses après la réactivation de p53 (Figure 2).
2.4. Inhibition de p53 pour la thérapie du cancer
L’inhibition de p53 peut protéger les cellules normales pendant la chimiothérapie génotoxique ou la radiothérapie. Les effets secondaires de la thérapie génotoxique pour le cancer sont en grande partie causés par l’apoptose médiée par p53. La petite molécule de pifithrine-alpha peut bloquer l’activité transcriptionnelle dépendante de p53 et protéger les souris des effets secondaires mortels associés au traitement anticancéreux. Si nous pouvons éviter un stress génotoxique dose-limitant aux cellules normales lors d’une chimiothérapie ou d’une radiothérapie pour un cancer, cela permettra ainsi d’utiliser une dose plus élevée pour les patients qui ne répondent pas suffisamment à la chimiothérapie conventionnelle.
2.5. Thérapie génique p53
La première thérapie génique basée sur p53 a été signalée en 1996. Un vecteur rétroviral contenant le gène p53 de type sauvage sous le contrôle d’un promoteur d’actine a été injecté directement dans les tumeurs de patients atteints d’un cancer du poumon non à petites cellules . Après le développement d’un virus p53 recombinant défectif pour la réplication (Ad5CMV-p53), de nombreux essais cliniques ont été réalisés, dont un chez des patients atteints d’un cancer de l’œsophage. Quelques essais ont atteint la phase III, mais l’approbation finale de la FDA n’a pas encore été accordée. Récemment, la thérapie génique à base de p53 s’est développée en Chine.
2.6. Immunothérapie à base de p53
Le lymphocyte T cytotoxique spécifique de l’antigène associé à la tumeur peut médier la réponse immunitaire de l’hôte contre le cancer in vivo. La protéine P53, ciblant en particulier la mutation faux-sens de p53, peut être candidate à l’antigène tumoral. Certains patients cancéreux ont des anticorps contre p53, la fréquence et la signification clinique sont toujours en débat.
Speetjens et al. ont rapporté des essais cliniques sur un vaccin à long peptide synthétique spécifique de p53 (p53-SLP) pour des patients atteints d’un cancer colorectal métastatique. Dix patients ont été vaccinés avec p53-SLP dans un essai de phase I et de phase II. La toxicité était tolérable et une réponse immunitaire spécifique de p53 a été détectée chez 9 patients sur 10. La réactivité des lymphocytes T spécifiques de P53 a persisté plus de 6 mois chez 6 des 9 patients. Bien que l’essai était de phase I / II, le bénéfice clinique peut être difficile à obtenir car la plupart des patients avaient des cellules T auxiliaires dépourvues de cytokines clés. Un essai préclinique de phase I / II sur INGN-225 (Introgen), un vaccin contre les cellules dendritiques induit par adénovirus modifié par p53 pour les patients atteints de cancer du poumon à petites cellules (CPPC), a été rapporté. L’INGN-225 a été bien toléré et a induit une réponse immunitaire spécifique de p53 chez 18/43 (41,8%) patients et sensibilisé le SCLC à une chimiothérapie ultérieure.
3. Conclusion
Dans cet article, nous nous sommes concentrés sur les fonctions de p53 et les applications cliniques ciblant p53 pour le traitement du cancer. Cependant, malgré les progrès récents dans la recherche sur la fonction cytoplasmique de p53, il semble que divers rôles restent à élucider autres que sa fonction en tant que facteur nucléaire. Il a été rapporté que p53 induisait une apoptose indépendante de sa transcription de gènes dès 1994. De manière surprenante, p53 activé peut induire l’apoptose dans le cytoplasme par un mécanisme dépendant de bax.
Ces rapports indiquent que p53 cytoplasmique peut activer un programme apoptotique indépendant de la transcription. La prochaine génération d’approches thérapeutiques contre le cancer à base de p53 devrait donc être développée pour tirer parti de cette fonction cytosolique. Cela peut être plus sûr que de réguler la modulation de transcription de p53 de type sauvage, qui peut induire à la fois des effets prosurvivaux et proapoptotiques dans les cellules tumorales, comme indiqué ci-dessus. renouvellement des cellules souches neurales et des cellules souches hématopoïétiques. Le modèle de la tige du cancer insiste sur le fait que les tumeurs sont maintenues par une petite population de cellules souches cancéreuses qui peuvent se diviser à la fois symétriquement et asymétriquement. La perte de p53 favorise la leucémie myéloïde aiguë par auto-renouvellement aberrant.
Les cellules souches mammaires avec la mutation ciblée de p53 ont montré les mêmes propriétés que les cellules souches cancéreuses. La réactivation de p53 a restauré la division cellulaire asymétrique des cellules souches cancéreuses et induit une inhibition de la croissance tumorale. En conséquence, une étude plus approfondie du lien entre la fonction p53 et les cellules souches cancéreuses pourrait donc être l’un des domaines de recherche les plus importants pour découvrir de nouveaux paradigmes dans le traitement du cancer.