Mutations génétiques provoquant des maladies

Types de mutations génétiques et leurs conséquences fonctionnelles

Les mutations peuvent être classées à plusieurs niveaux. Au niveau des nucléotides : substitutions (faux-sens, non-sens ou synonymes), insertions et délétions, ces deux dernières provoquant des décalages de cadre lorsqu'elles ne sont pas des multiples de trois. Au niveau chromosomique : amplifications (augmentation du nombre de copies de gènes), délétions (perte de segments chromosomiques) et translocations (réarrangements entre chromosomes).

La conséquence fonctionnelle dépend de l'emplacement, pas seulement du type. Une mutation faux-sens au niveau du codon 12 de KRAS crée une oncoprotéine constitutivement active qui verrouille KRAS dans l'état lié au GTP et pilote la signalisation constitutive BRAF/MEK/ERK et PI3K/AKT. Une mutation faux-sens au niveau de TP53 R175H produit une protéine stable mais non fonctionnelle avec des effets dominants négatifs. Le contexte – conservation évolutive, structure du domaine protéique et position du réseau de signalisation – détermine la pathogénicité.

• ·Mutations faux-sens : substitution d'acides aminés - peuvent activer des oncogènes (KRAS G12D) ou inactiver les suppresseurs de tumeurs (TP53 R175H)
• ·Mutations non-sens : codon d'arrêt prématuré - protéine tronquée, généralement perte de fonction (fréquente dans APC, BRCA1)
• ·Insertions/suppressions de frameshift : modification du cadre de lecture en aval - généralement perte de fonction (frameshift BRCA2)
• ·Mutations du site d'épissage : épissage aberrant, saut d'exon ou rétention d'intron - courants dans TP53, BRCA1
• ·Amplifications du nombre de copies : surexpression de gènes - amplification HER2, amplification EGFR dans GBM
• ·Fusions de gènes : oncoprotéines chimériques — BCR-ABL dans la LMC, EML4-ALK dans le CPNPC

Mutations conducteur/passager

Le génome d'une cellule cancéreuse héberge des milliers de mutations, mais seule une petite fraction – les mutations motrices – offre un avantage de croissance sélectif et est impliquée de manière causale dans l'oncogenèse. Le reste sont des mutations passagères, acquises au cours de l’évolution tumorale sans conséquence fonctionnelle. Distinguer les conducteurs des passagers nécessite une analyse statistique sur de grandes cohortes de cancers, à la recherche de modèles de mutation dépassant les taux de base.

Le Cancer Genome Atlas (TCGA) et l'International Cancer Genome Consortium (ICGC) ont catalogué les mutations motrices dans des milliers de tumeurs. Les mutations TP53 se produisent beaucoup plus souvent que prévu par hasard dans environ 50 % de tous les cancers, ce qui en fait un moteur pan-cancer. Les mutations des codons KRAS 12 et 13 se regroupent à des positions spécifiques – une caractéristique de la sélection positive indiquant que ce sont des changements spécifiques d’acides aminés, et non une mutation aléatoire, qui conduisent au cancer.

Mutations germinales vs somatiques

Les mutations germinales sont héritées de la lignée germinale, présente dans chaque cellule de l'organisme dès la fécondation. Ils sont à l'origine des syndromes de cancer héréditaire – BRCA1/2 dans le cancer héréditaire du sein et de l'ovaire, le syndrome de Lynch (MLH1, MSH2) dans le cancer colorectal héréditaire et TP53 dans le syndrome de Li-Fraumeni. Les porteurs de la lignée germinale sont détectés grâce à des tests génétiques et gérés grâce à des stratégies de surveillance et de réduction des risques.

Des mutations somatiques apparaissent dans des cellules individuelles après la fécondation, s'accumulant tout au long de la vie à travers des erreurs de réplication, une exposition à des mutagènes environnementaux et des défauts de réparation. Ils ne sont présents que dans la cellule mutée et ses descendants : la tumeur. Le taux de mutation somatique est d'environ 1 mutation par division cellulaire pour les substitutions de bases, mais varie énormément selon les types de cancer : les mélanomes endommagés par les UV peuvent porter plus de 100 000 mutations, tandis que les leucémies aiguës de l'enfant n'en portent que des dizaines.

Comment les mutations activent les oncogènes

L'activation de l'oncogène nécessite une mutation à gain de fonction : le gène acquiert une activité nouvelle ou améliorée qui favorise la prolifération. Les trois mécanismes majeurs sont les mutations ponctuelles (KRAS G12C, BRAF V600E), l'amplification (amplification MYC dans le neuroblastome, amplification HER2 dans le cancer du sein) et la translocation chromosomique créant des oncoprotéines de fusion (BCR-ABL dans la LMC, EML4-ALK dans le CPNPC).

BRAF V600E est un exemple classique de mutation ponctuelle à gain de fonction : la substitution du glutamate imite la phosphorylation dans la boucle d'activation, activant de manière constitutive la kinase sans entrée RAS en amont. Ce changement d'un seul nucléotide est suffisant pour transformer les mélanocytes normaux en cellules de mélanome dans des modèles expérimentaux.

Les amplifications géniques provoquent une surexpression proportionnelle au nombre de copies. L'amplification HER2 produit 10 à 30 fois plus de protéines réceptrices à la surface cellulaire, créant un regroupement constitutif des récepteurs et une signalisation en aval, même à de faibles concentrations de ligand. La fenêtre thérapeutique que cela crée – cellules normales avec 2 copies de HER2 vs cellules tumorales avec plus de 30 copies – est exploitée par le trastuzumab et le trastuzumab deruxtecan.

Comment les mutations inactivent les suppresseurs de tumeurs

L'inactivation du suppresseur de tumeur nécessite généralement une perte de fonction des deux allèles. Les mécanismes les plus courants sont les mutations ponctuelles générant des protéines tronquées ou non fonctionnelles, les délétions supprimant entièrement le gène et l’inactivation épigénétique via la méthylation du promoteur – fonctionnellement équivalente à la mutation mais sans changement de séquence d’ADN.

Les mutations faux-sens TP53 sont particulièrement complexes : environ 75 % des mutations TP53 associées au cancer produisent une protéine complète mais dont la conformation est modifiée. Beaucoup de ces mutants sont non seulement dépourvus d'activité p53 de type sauvage, mais exercent des effets dominants négatifs sur l'allèle de type sauvage restant et acquièrent de nouvelles fonctions oncogènes, favorisant l'invasion, la résistance à la chimiothérapie et l'altération du métabolisme.

Les mutations BRCA1 illustrent le spectre des mécanismes de perte de fonction. Les variantes délétères de BRCA1 comprennent les mutations de décalage de cadre (les plus courantes), les mutations non-sens, les mutations du site d'épissage et les mutations faux-sens affectant les domaines BRCT ou RING conservés. Les variantes de signification incertaine (VUS) dans BRCA1 représentent un défi clinique, nécessitant des tests fonctionnels et des données de co-ségrégation pour être classées.

Implications cliniques : de la mutation au traitement

L'identification des mutations motrices a transformé le traitement du cancer de la chimiothérapie empirique à la thérapie de précision dirigée par des biomarqueurs. Les mutations de l'EGFR prédisent la sensibilité aux inhibiteurs de l'EGFR ; KRAS G12C est ciblé par le sotorasib ; BRAF V600E par vémurafénib/dabrafenib ; BCR-ABL par l'imatinib. L’appariement de mutations spécifiques à des médicaments spécifiques – plutôt qu’à l’histologie – définit l’oncologie moderne.

Au-delà du ciblage direct, les mutations éclairent les mécanismes de résistance et les stratégies de combinaison. Les co-mutations KRAS prédisent la résistance aux inhibiteurs de l'EGFR. La perte de RB1 prédit la résistance aux inhibiteurs de CDK4/6. Le profilage génomique complet des tumeurs – via le séquençage de nouvelle génération – guide désormais les décisions de traitement pour pratiquement tous les types de cancer.

Les tests germinaux ont la même importance. Les tests BRCA1/2 guident l’utilisation des inhibiteurs de PARP, la chirurgie de réduction des risques et les tests en cascade des membres de la famille. Le test du syndrome de Lynch dans le cancer colorectal identifie les patients pour une immunothérapie par point de contrôle immunitaire (une forte instabilité des microsatellites prédit la réponse au blocage de PD-1) et des conseils familiaux.