Les protéines MSI 1 et MSI 2 dans le cancer du côlon.

Colon cancer is one of the leading causes of cancer-related deaths worldwide, and researchers are hard at work to understand the disease's complex molecular underpinnings. In a new study out this month in the journal Cell Reports, researchers from the University of Pennsylvania describe two related genes in the Musashi family that are required for colon cancer to develop, and that may be useful targets for effective treatment.

The work, led by Christopher Lengner, an assistant professor in the Department of Biomedical Sciences in Penn's School of Veterinary Medicine, challenges a paradigm in the field whereby activation of a molecular signaling cascade known as the Wnt pathway is held responsible for the majority of colon cancer cases in humans. The new findings suggest that the Musashi genes, MSI1 and MSI2, act in a path parallel to the Wnt pathway and may be equally important for driving colon cancer.

The work also indicates that the two genes, which encode RNA-binding proteins, are functionally redundant.

"The data suggest that either MSI protein is sufficient to support cancer," Lengner said. "If you want to use these proteins as a drug target, you'd have to design a drug that will inhibit both of them."

While researchers have known for some time that MSI1 was expressed in colon cancer, the mechanism by which it acted and its functional requirement for the disease were not well understood. The related protein MSI2 had not been rigorously examined in the context of colon cancer until earlier this year, when a paper in Nature Communications by Lengner and colleagues found that it could trigger activation of cellular metabolic processes that fuel cancerous cells in the intestines.

"Considering the expression patterns of these two proteins during homeostasis, or normal conditions, you would expect their function when they were hijacked by cancer could be similar in supporting tumor growth," said Ning Li, first author on the study and a postdoctoral fellow in Lengner's lab.

The current work took both proteins into account. Whereas the prior paper found that MSI2 was consistently overexpressed in intestinal cancer tissue, Lengner and colleagues found that MSI1 was more variable, overexpressed in some samples and underexpressed in others, compared to normal tissue. When they bred mice in which they could induce overexpression of MSI1 in the intestine, the cells of the intestine began to divide rapidly and lost their ability to differentiate, just as mice with inducible overexpression of MSI2 had.

They found that inducing MSI1 turned on a similar set of genes as MSI2 overexpression did, including genes related to RNA processing and translation, necessary processes for manufacturing the required components for cancer's rapid cell growth. The analysis also revealed that activating MSI1 caused a set of genes to be expressed that match the effect of losing the function of APC, a tumor suppressor gene that is inactivated in more than 80 percent of cases of human colon cancer.

As they had done with MSI2, the researchers also conducted an experiment that reveals the RNA transcripts to which MSI1 binds, and they found high levels of similarity to the set of transcripts bound by MSI2. Notably, both proteins bind tumor suppressors, such as Pten, which activates cellular metabolism through a protein complex called mTORC1. Further experiments confirmed MSI1 promoted mTORC1 activity.

"We concluded that these proteins are functioning in the same pathways and acting redundantly not only because they are binding similar proteins but also because when you overexpress them, the phenotype is identical," Lengner said. "They appear to have identical oncogenic properties."

To confirm whether both MSI1 and MSI2 are necessary for tumor formation, the researchers inhibited one or the other or both in several human colorectal cancer cell lines. Whereas inhibiting only MSI1 blocked growth of some cell lines but not others, inhibiting both MSI1 and MSI2 together effectively blocked cell growth in all of them.

Adding an inhibitor of Beta-catenin, the downstream mediator of the Wnt pathway, synergized with MSI inhibition to completely block tumor cell growth.

The research team performed a similar experiment in vivo, developing mice that had only one copy of APC, and were thus at a heightened risk of developing colorectal tumors, and could be induced to either lack MSI1, MSI2 or both in their intestinal tissue. While knocking out one or the other MSI proteins didn't affect tumor formation, knocking out both genes markedly reduced the tumors in these mice.

Performing the same experiments in mice that develop an inflammation-induced form of colorectal cancer that more closely resembles the human disease, the team again found Msi loss was completely protective against tumor formation.

"By deleting both MSIs we find that it completely blocks the tumors from forming, but other than that the tissue seems to be perfectly normal," Lengner said. "This is interesting because it's what one would look for in an ideal cancer target, something that, when you inhibit it, it can block cancer progression without adversely effecting the normal tissue."

Lengner also noted that blocking the mTORC1 pathway might be another viable strategy for targeting the downstream activity of the MSI proteins, perhaps in combination with an inhibition of Wnt/Beta-catenin, a pathway the researchers believe may act distinctly but parallel to MSI activity.

"There are already mTORC1 inhibitors in existence, so one could imagine a combined approach could be an effective strategy," Lengner said.

Moving forward with this work, Lengner and colleagues plan to investigate which specific cell types the MSI proteins act upon and to delve deeper to understand how APC inactivation triggers colon cancer through Beta-catenin and other avenues.


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Le cancer du côlon est l'une des principales causes de décès liés au cancer à travers le monde, et les chercheurs sont à pied d'œuvre pour comprendre les fondements moléculaires complexes de la maladie. Dans une nouvelle étude ce mois-ci dans les rapports Journal Cell, des chercheurs de l'Université de Pennsylvanie décrivent deux gènes apparentés à la famille Musashi qui sont nécessaires pour le cancer du côlon se développe, et que peuvent être des cibles utiles pour un traitement efficace.

Le travail, dirigé par Christopher Lengner, professeur adjoint au Département de sciences biomédicales à l'école de médecine vétérinaire, défie un paradigme dans le domaine dans lequel l'activation d'une cascade de signalisation moléculaire connue comme la voie Wnt est tenue pour responsable de la majorité des cas de cancer chez les humains. Les nouveaux résultats suggèrent que les gènes Musashi, MSI1 et MSI2, agissent dans un chemin parallèle à la voie Wnt et peuvent être tout aussi important pour la conduite du cancer du .

Le travail indique également que les deux gènes, qui codent pour des protéines liant l'ARN, sont fonctionnellement redondante.

"Les données suggèrent que la protéine MSI est suffisante pour supporter le cancer", a déclaré Lengner. "Si vous voulez utiliser ces protéines comme cible de la drogue, vous auriez à concevoir un médicament qui les inhibera toutes les deux."

Bien que les chercheurs savent depuis quelque temps que MSI1 est exprimée dans le cancer du côlon, le mécanisme par lequel elle a agi et son exigence fonctionnelle de la maladie n'a pas été bien comprise. La protéine apparentée MSI2 n'a pas été examiné rigoureusement dans le cadre du cancer du côlon jusqu'au début de cette année, quand un papier dans Nature Communications par Lengner et ses collègues ont constaté que cela pourrait déclencher l'activation des processus métaboliques cellulaires qui nourrissent les cellules cancéreuses dans les intestins.

"Compte tenu des profils d'expression de ces deux protéines au cours de l'homéostasie, ou des conditions normales, vous pouvez vous attendre à ce que leurs fonctions quand elles sont détournés par le cancer pourraient être similaire pour soutenir la croissance de la tumeur", a déclaré Li Ning, le premier auteur de l'étude et un stagiaire postdoctoral dans le laboratoire de Lengner.

Le travail actuel a pris les deux protéines en compte. Alors que le document antérieur a révélé que MSI2 a été constamment surexprimé dans le tissu de cancer de l'intestin, Lengner et ses collaborateurs ont constaté que MSI1 était plus variable, surexprimé dans certains échantillons et sous-exprimés dans d'autres, par rapport au tissu normal. Quand ils sont élevés des souris dans lesquelles ils peuvent induire la surexpression de MSI1 dans l'intestin, les cellules de l'intestin ont commencé à se diviser rapidement et perdent leur capacité à se différencier, la même chose que les souris avec surexpression inductible de MSI2 faisaient.

Ils ont constaté que l'induction MSI1 allume un ensemble similaire de gènes que la surexpression de MSI2 fait, y compris les gènes liés à la transformation de l'ARN et la traduction, les processus nécessaires à la fabrication des composants nécessaires à la croissance rapide des cellules de cancer. L'analyse a également révélé que l'activation MSI1 a causé un ensemble de gènes à s'exprimer qui correspondent à l'effet de la perte de la fonction des APC, un gène suppresseur de tumeur qui est inactivé à plus de 80 pour cent des cas de cancer du côlon humain.

Comme ils l'avaient fait avec MSI2, les chercheurs ont également mené une expérience qui révèle les transcrits d'ARN à laquelle MSI1 lie, et ils ont trouvé des niveaux élevés de similitude avec l'ensemble des transcriptions liés par MSI2. Notamment, les deux protéines se lient aux suppresseurs de tumeurs, tels que PTEN, ce qui active le métabolisme cellulaire par l'intermédiaire d'un complexe de protéine appelée mTORC1. D'autres expériences ont confirmé l'activité de promotion de MSI1 sur mTORC1.

"Nous avons conclu que ces protéines fonctionnent dans les mêmes voies et agissent de manière redondante, non seulement parce qu'elles sont des protéines de liaison similaires, mais aussi parce que quand vous les surexprimer, le phénotype est identique", a déclaré Lengner. "Ils semblent avoir des propriétés oncogéniques identiques."

Pour confirmer si les deux MSI1 et MSI2 sont nécessaires pour la formation de tumeurs, les chercheurs ont inhibé l'une ou l'autre ou les deux dans plusieurs lignées cellulaires du cancer colorectal humain. Considérant que l'inhibition de seulement MSI1 bloque la croissance de certaines lignées cellulaires mais pas d'autres, inhibant à la fois MSI1 et MSI2 ensemble bloque efficacement la croissance cellulaire dans chacun des deux.

Ajouter un inhibiteur de bêta-caténine, le médiateur en aval de la voie Wnt, en synergie avec l'inhibition MSI bloque complètement la croissance des cellules tumorales.

L'équipe de recherche a réalisé une expérience similaire in vivo, le développement de souris qui avaient une seule copie de l'APC, et qui étaient donc à un risque accru de développer des tumeurs colorectales, qui pourrait être induite soit le manque MSI1, MSI2 ou les deux dans leur tissu intestinal. Bien bloquer une ou l'autre des protéines MSI n'a pas affecter la formation de tumeurs, les deux gènes bloqués ont nettement réduites les tumeurs chez ces souris.

En effectuant les mêmes expériences chez la souris qui développent une forme de cancer colorectal qui ressemble davantage à la maladie humaine induite par une inflammation, l'équipe a trouvé de nouveau la perte Msi était complètement protecteur contre la formation de tumeurs.

"En supprimant la fois MSI nous constatons qu'il bloque complètement la formation des tumeurs, le autres tissus semblent être tout à fait normales», a déclaré Lengner. "Ce qui est intéressant, car c'est ce que l'on recherche dans une cible de cancer idéal, c'est quelque chose qui, lorsque vous l'inhibez, peut bloquer la progression du cancer sans effectuer négativement le tissu normal."

Lengner a également noté que le blocage de la voie mTORC1 pourrait être une autre stratégie viable pour le ciblage de l'activité en aval des protéines MSI, peut-être en combinaison avec une inhibition de la signalisation Wnt / beta-caténine, une voie les chercheurs croient peut agir distinctement, mais parallèlement à l'activité MSI.

"Il ya déjà des inhibiteurs mTORC1 qui existent, donc on pourrait imaginer une approche combinée qui pourrait être une stratégie efficace", a déclaré Lengner.

En allant de l'avant avec ce travail, Lengner et collègues projettent d'enquêter sur quels types de cellules spécifiques agissent sur les protéines MSI et d'approfondir pour comprendre comment l'inactivation déclenche le cancer du côlon par la bêta-caténine et d'autres avenues.

Depuis le début des années 90, la chimiothérapie adjuvante a démontré son intérêt en terme de mortalité et de survie sans récidive dans le cancer colique au stade III (avec envahissement ganglionnaire). Le protocole classique associe fluorouracil et acide folinique. L’intérêt d’une telle chimiothérapie adjuvante dans les néoplasies coliques moins évoluées (stade II, donc sans envahissement ganglionnaire) ou dans les cancers du rectum est encore controversé faute d’études d’envergure suffisante.

L’étude QUASAR (pour QUick And Simple And Reliable) est l’essai le plus large publié jusqu’ici dans ce domaine. Il était destiné à évaluer l’efficacité de divers protocole de chimiothérapie adjuvante chez des patients ne présentant pas une indication déjà démontrée à ce traitement.

Il faut souligner d’emblée que les pathologies des patients inclus dans cette étude internationale (mais essentiellement britannique) n’étaient pas tout à fait homogènes (environ 92 % de cancer au stade II et 8 % au stade III ; 71 % de cancers coliques et 29 % de tumeurs rectales). De même, le protocole de chimiothérapie évalué contre la simple observation après résection chirurgicale n’était pas univoque (le fluorouracil pouvait être administré par 6 cures de 5 jours toutes les 4 semaines ou de façon hebdomadaire, associé ou non au lévamisole avant 1997, en combinaison avec des posologies élevées d’acide folinique ou de faibles doses avant 1997).

Au total, 3 239 patients (âge médian de 63 ans) ont été randomisés après une intervention apparemment curative entre une simple surveillance et une chimiothérapie adjuvante à base de fluorouracil (compte tenu de l’évolution du protocole de l’étude au fil du temps, 63 % des sujets traités ont effectivement reçu une association de fluorouracil et de faibles doses d’acide folinique). Seuls 111 sujets ont été perdus de vue.

Une diminution du risque de décès de 18 % à 5 ans

Après un suivi médian de 5,5 ans, 311 décès ont été dénombrés dans le groupe chimiothérapie et 370 dans le groupe observation soit une diminution significative du risque de 18 % (intervalle de confiance à 95 % [IC95] entre - 5 et - 30 % ; p=0,008). La diminution du taux de récidive a été encore plus importante (- 22 % ; IC95 entre - 9 et -33 % ; p=0,001). L’effet de la chimiothérapie adjuvante sur le pronostic semble se concentrer sur les deux premières années post opératoires avec une diminution du taux de récidive de 36 % (p<0,0001) durant cette période (le nombre de récidives survenant après la deuxième année étant équivalent dans les deux groupes).

Une analyse des résultats par sous groupe (avec les réserves habituelles pour ce type de traitement des données) laisse penser que la chimiothérapie adjuvante a été efficace quel que soit le protocole administré, le stade tumoral (II ou III), le siège de la lésion (colique ou rectal) ou le délai entre l’intervention et la randomisation. Seuls les patients de plus de 70 ans ont paru avoir un plus mauvais pronostic sous chimiothérapie (différence toutefois non significative).

La tolérance du traitement a été tout à fait satisfaisante avec un seul décès imputable à la chimiothérapie.

Une chimiothérapie adjuvante par fluorouracil et acide folinique peut donc être proposée à tous les patients ayant un cancer colorectal au stade II (sauf peut-être aux sujets de plus de 70 ans). Les progrès à venir sont à attendre dans deux directions :
- une sélection des patients ayant le plus haut risque de récidive en particulier sur des critères anatomopathologiques ;
- la recherche de protocoles de chimiothérapie adjuvantes plus efficaces (association à l’oxaliplatine, fluoropyrimidines orales, nouveaux agents biologiques comme le cetuximab et le bevacizumab…).




Dr Céline Dupin