1. La Réparation par Excision de Nucléotides
1.4. Maladies associées à un défaut du NER
Sur les 40 gènes dont les produits sont impliqués dans le NER, douze sont responsables de maladies génétiques (pour revue : Kraemer et al, 2007 ; Cleaver, 2005 ; Lehmann, 2003 ; de Boer et Hoeijmakers, 2000). Xeroderma pigmentosum (XP), le syndrome de Cockayne (CS) et la trichothiodystrophie (TTD) sont trois maladies génétiques rares,
Détection du dommage « Accès » « Réparation » « Restauration» remodelage de la chromatine (STAGA, TFTC, p300 ?) réassemblage de la chromatine (CAF-1 ?) linker inter-nucléosomal nucléosome enroulé avec
147 pb d’ADN Histones: H2A H2B H3 H4 Détection du dommage « Accès » « Réparation » « Restauration» remodelage de la chromatine (STAGA, TFTC, p300 ?) réassemblage de la chromatine (CAF-1 ?) linker inter-nucléosomal nucléosome enroulé avec
147 pb d’ADN Histones: H2A H2B H3 H4
autosomales récessives, aux caractéristiques cliniques différentes mais qui sont toutes associées à un défaut de gènes du NER.
1.4.1.
Xeroderma Pigmentosum (XP)
1.4.1.1. Signes cliniques
Des expériences de fusion cellulaire ont permis l’identification de sept groupes de complémentation chez les patients XP (XP-A à XP-G). Il existe également un groupe XP- variant du à des mutations du gène XP-V rendant la polymérase translésionnelle η inactive. Ces patients ont un défaut de réparation post-réplicative mais leur taux de GG-NER et de TC- NER sont normaux.
Le terme xeroderma signifie « peau parcheminée », et pigmentosum rappelle les perturbations pigmentaires de ces patients. Leurs traits caractéristiques sont la photosensibilité accrue des zones exposées au soleil, la peau et les yeux . Suite à une exposition au soleil, les patients XP développent une pigmentation ressemblant à des tâches de rousseur. L’apparition de cette pigmentation anormale chez les enfants en dessous de l’âge de deux ans est un marqueur clinique de la maladie. La peau des enfants atteints du syndrome XP peut développer des lésions précancéreuses comme des kératoses actiniques. Les yeux présentent également de graves atteintes comme des kératites et des conjonctivites chroniques induites par les UV. L’incidence de cette maladie varie de 1/250 000 dans les pays occidentaux à 1/40 000 au Japon et en Afrique du Nord. Les variants pathogènes des gènes XP-A, XP-C, XP-D et XP-V représentent 91% des cas XP dans le monde.
Les patients XP ont un risque de développement de cancers de la peau et des yeux qui est multiplié par mille. L’apparition de cancer de la peau intervient en moyenne à l’âge de dix ans, soit cinquante ans avant la population normale. Ils développent principalement des carcinomes à cellules basales ou squameuses, et moins fréquemment des mélanomes. Un diagnostic précoce et une protection du soleil rigoureuse pourra prévenir des plus sérieux cancers de la peau des patients XP. Ces patients présentent également un risque dix à vingt fois supérieur de développer des cancers internes avant vingt ans et la plupart meurent par néoplasie.
Environ 30% des patients XP développent des anormalités neurologiques. Les premiers signes cliniques sont une absence ou une diminution des reflexes tendineux et une
surdité progressive. Les enfants ont ensuite des difficultés à marcher et leur développement intellectuel décroît. La cause sous-jacente de ces affections semble être la dégénérescence neuronale primaire, certainement causée par l’accumulation de lésions endogènes (oxydatives) non réparées qui entraînent la mort des neurones.
1.4.1.2. Hétérogénéité génétique
Le syndrome XP est caractérisé par une hétérogénéité génétique. Par conséquence, en fonction du gène affecté et en fonction de la mutation au sein d’un même gène, il existe une hétérogénéité dans la sévérité du défaut de réparation, la fréquence d’apparition de cancer et la présence d’affections neurologiques.
La protéine XPC jouant un rôle uniquement pendant le GG-NER, les cellules de patients XP-C ont un niveau résiduel de réparation compris entre 15 et 30% dérivé du TC- NER. Les patients XP-C ne présentent pas d’anormalité neurologique. Le TC-NER est sans doute suffisant pour réparer les lésions induites dans les cellules neuronales.
Les patients XP-E présentent des mutations au niveau du gène DDB2 (Rapic-Otrin et al, 2003). La protéine XPE est impliquée exclusivement dans la réparation des CPD lors du GG-NER, les cellules de ces patients réparent donc normalement les 6,4-PP lors du GG-NER et ont une activité de TC-NER normale. Les patients XP-E n’ont aucune atteinte neurologique et présentent une photosensibilité modérée.
La protéine XPA intervient dans les deux sous-voies du NER. Le défaut de cette protéine chez les patients XP-A abolit complètement le NER, et induit un risque de cancer de la peau élevé ainsi que d’importants désordres neurologiques. Il existe des cas de mutations au niveau d’un site d’épissage permettant la production d’un faible taux de protéine normale, où les patients ont un phénotype moins sévère (States et al, 1998).
Les hélicases XPB et XPD sont des composantes du facteur de transcription TFIIH, impliqué dans le NER et dans la transcription. L’activité hélicase de XPB est essentielle pour l’initiation de la transcription ; seulement trois patients XP-B sont connus. En fonction de la mutation présente dans les gènes XP-B et XP-D, les activités hélicase ou transcriptionnelle sont différentiellement affectées et les conséquences phénotypiques sont variables.
Il existe peu de patients XP-F, qui sont modérément atteints. Une activité résiduelle de l’endonucléase ERCC1-XPF est détectable, la perte totale de cette fonction ne serait pas viable. Les mutations du gène XP-G sont rares mais leurs conséquences sont sévères, avec généralement une combinaison de symptômes XP et CS.
1.4.1.3. Polymorphismes et risque de cancer : l’exemple de XPC
Le syndrome XP-C est le plus fréquent parmi tous ceux associés à un défaut du NER. 45 patients XP-C ont été étudiés et 34 variations génétiques ont été associées à la maladie (Rivera-Begeman, 2007). Le gène XP-C est situé sur le chromosome 3. Les variations pathogènes sont réparties entre les exons 2 à 14, et 31 résultent en une protéine tronquée. Il n’y a pas assez de cas étudiés pour déterminer quelle variation est la plus fréquente. En effet, seulement deux à trois patients ont la même variation. Des patients peuvent présenter deux variations pathogènes comme c’est le cas pour le patient XP1UTSW. L’utilisation anormale d’un site cryptique d’épissage créé un décalage du cadre de lecture et entraîne la production d’une protéine tronquée. La deuxième variation est une délétion dans l’exon 14, résultant également en une protéine tronquée.
En raison du rôle de XPC dans la réparation de l’ADN et des conséquences biologiques des variations de ce gène, un intérêt significatif s’est porté sur la recherche de polymorphismes afin d’identifier des rôles potentiels dans la prédisposition au cancer de la peau mais également à d’autres types de cancer comme la vessie et le poumon. Des polymorphismes distincts des variants pathogènes, appelés exceptions, ont ainsi été associés à une réduction de l’activité de réparation et une augmentation du risque du cancer de la peau (Khan et al, 2002). Dans le cas de la variation K939Q (Khan et al, 2000), un plasmide contenant un ADNc de XPC portant cette variation répare correctement l’ADN. C’est un polymorphisme commun (38%) du gène XP-C qui a été associé à une augmentation du risque de cancer de la vessie (Sanyal et al, 2004). Ceci suggère que cette variation pourrait altérer d’autres fonctions de la protéine XPC. Il existe également une corrélation entre une réduction de l’expression de XPC, la réparation de l’ADN, et la progression du cancer de la vessie en relation avec le statut de p53 (Chen et al, 2007). De plus, il a été observé que XPC pouvait être hyperméthylé et ainsi inactivé dans le cancer du poumon (Wu et al, 2007). Cette inactivation est liée à l’occurrence de mutation de p53 lors de la tumorigenèse.
1.4.2.
Le syndrome de Cockayne (CS)
Les patients CS sont généralement normaux à la naissance, mais le développement postnatal du cerveau est affecté, à cause d’une dégénérescence neuronale progressive et de la
démyélinisation. Ils sont photosensibles mais ne présentent pas de pigmentation caractéristique et développent peu de cancers. Les affections neurologiques sont associées à un vieillissement accéléré, provoquant une mort précoce, en moyenne à 12,5 ans.
Des mutations dans les gènes CS-A et CS-B sont responsable du syndrome CS. Ces deux protéines interviennent dans le TC-NER mais également dans la transcription. Les cellules de ces patients présentent un niveau d’apoptose induite par les UV ou le cisplatine très élevé (McKey et al, 2001), et la réponse transcriptionnelle est défectueuse suite à un stress oxydatif (Kyng et al, 2003). L’absence de cancer peut s’expliquer par le fait que l’apoptose induite par l’accumulation de dommages pourra compenser la mutagénèse liée à un défaut du TC-NER mais pourra être responsable de la dégénérescence neuronale (Hanawalt, 2002).
Certaines mutations retrouvées chez les patients XP-B, XP-D et XP-G peuvent être responsable d’un syndrome combiné XP/CS. Ces patients ont des atteintes caractéristiques du syndrome XP au niveau de la peau et des yeux, et des atteintes neurologiques typiques du syndrome CS.
1.4.3.
La Trichothiodystrophie (TTD)
Les patients TTD ont une caractéristique commune : une déficience en acides aminés soufrés qui rend leurs cheveux fragiles. La sévérité des autres symptômes est variable, allant de cette simple fragilité des cheveux à de graves anormalités neurologiques et de développement. Une démyélinisation a été observée chez les patients TTD, qui peuvent présenter des défauts de développement du squelette, et des défauts du système nerveux. Comme les patients CS, ces patients sont sensibles à la lumière solaire mais ne développent ni de défauts pigmentaires, ni de cancer de la peau.
Les patients TTD présentent des défauts au niveau des gènes XP-D, XP-B ou TTD- A. Les trois protéines font partie du facteur de transcription TFIIH. Par exemple, des mutations du gène XP-D retrouvées chez des patients TTD présentent un défaut dans l’activité hélicase du facteur TFIIH, ainsi qu’un défaut au niveau de son activité transcriptionnelle. Des mutations du gène XP-D de patients TTD ont pour conséquence la réduction de l’expression et de la synthèse de β–globine, conduisant à la β –thalassémie chez ces patients (Viprakasit et al, 2001).