La biologie de la forme des cellules cancéreuses et pourquoi c’est important

L’apparence est importante lorsqu’il s’agit de cellules cancéreuses.

Bien avant la médecine moderne, les médecins et les philosophes ont découvert le cancer en examinant simplement les tumeurs prélevées sur des personnes décédées. Cela a été inventé la pathologie, qui se traduit vaguement par l’étude de la maladie.

Avance rapide dans les années 1800 et les médecins ont commencé à inspecter de plus près les tumeurs retirées pendant la chirurgie, grâce à l’invention des microscopes. Ils se sont vite rendu compte que les cellules des tumeurs étaient très différentes des tissus sains et qu’ils pouvaient même distinguer différents types de cancer.

L’étude d’échantillons de tumeurs (biopsies) de cette manière joue encore aujourd’hui un rôle essentiel dans le diagnostic des patients atteints de cancer. Il révèle des informations sur le type de cancer et son degré d’agressivité, ce qui aide les médecins à offrir aux patients les meilleurs traitements.

Mais jusqu’à présent, la raison pour laquelle la forme des cellules cancéreuses est si efficace pour prédire le comportement de la maladie est restée un mystère.

Dans une étude publiée aujourd’hui dans la revue Recherche sur le génome, des chercheurs dirigés par le Dr Chris Bakal de l’Institute of Cancer Research de Londres et financés par Cancer Research UK, révèlent des informations clés sur ce lien étroit entre la forme des cellules cancéreuses et les perspectives des patients.

Ce compte rendu détaillé des gènes à l’origine de la forme des cellules cancéreuses et de leur lien avec la probabilité de propagation d’une tumeur pourrait aider à développer de nouveaux traitements qui rendent le cancer moins agressif et plus facile à détruire avec d’autres thérapies.

Et l’équipe de Bakal a produit une carte pour aider à naviguer dans ces prochaines étapes.

Construire la carte

L’équipe a commencé à créer une carte en utilisant d’énormes quantités de données provenant de cellules cancéreuses du sein cultivées en laboratoire. Certaines de ces cellules cancéreuses du sein se développent de manière agressive, d’autres plus lentement.

Ils avaient des images de plus de 300 000 cellules individuelles qui étaient associées à des données génétiques montrant à quel point différents gènes étaient actifs.

« Nous avons examiné les caractéristiques, notamment la taille des cellules, la proximité des cellules, le degré de contact qu’elles ont avec leurs voisins et si l’extérieur de la cellule est lisse, ébouriffé ou hérissé », explique Bakal. « Et puis nous l’avons fait correspondre à leurs données génétiques. »

L’équipe a combiné les informations dans une carte, un peu comme la carte du métro de Londres, avec l’apparence des cellules formant les stations et les informations génétiques révélant les lignes de tube reliant ces formes.

« Nous avions déjà des listes de gènes pour lesquels il existe des différences significatives entre les cancers du sein agressifs et ceux à croissance plus lente », explique Bakal. « Mais nous avons été surpris de constater que tant de ces gènes jouent un rôle important dans la détermination de la forme des cellules cancéreuses. »

En y regardant de plus près, l’activité de bon nombre de ces gènes était déjà connue pour affecter la forme des cellules, par exemple les gènes nécessaires à la fabrication du «squelette» interne des cellules. Mais il y a aussi eu des surprises.

« Nous avons trouvé des résultats inattendus, par exemple certains gènes qui correspondent à des cellules très arrondies sont impliqués dans des processus qui se produisent dans les mitochondries – la machinerie productrice d’énergie dans les cellules », explique Bakal.

Qu’est-ce qui est venu en premier – les gènes ou la forme ?

La prochaine chose que les chercheurs voulaient savoir était si la forme des cellules affectait les niveaux de gènes, ou si ces gènes activés ou désactivés contrôlaient la forme des cellules.

« Nous avons eu une situation classique de poulet et d’œuf », dit Bakal. « Un énorme ensemble de données du Broad Institute aux États-Unis nous a aidés à répondre à cette question. »

Nous avons découvert que la forme avait le plus d’effet sur les gènes, plutôt que l’inverse

– Dr Chris Bakal

En analysant les données accessibles au public, les chercheurs ont pu déterminer dans quelle direction les informations circulaient sur leur carte.

« Nous avons découvert que la forme avait le plus grand effet sur les gènes, plutôt que l’inverse », explique Bakal. « Et cela pourrait être pertinent lorsqu’il s’agit de réfléchir à de nouveaux traitements potentiels. »

Les cellules peuvent sentir leur environnement et les forces qui les entourent qui les poussent, les tirent, les étirent et les écrasent.

« Nous savons que cet environnement est important car les tumeurs aiment que leur environnement soit rigide. Cette rigidité aide les cancers à se développer, à se propager et à résister aux traitements. Et il s’avère que la rigidité de leur environnement affecte également la forme des cellules cancéreuses et modifie à son tour leur profil génétique.

L’un des gènes centraux de la carte est appelé NF-kB. « L’association étroite entre le NF-kB hautement actif et la forme cellulaire agressive est vraiment intéressante », explique Bakal, « car il y a rarement des erreurs dans ce gène dans le cancer. Le gène lui-même n’est souvent pas défectueux dans les tumeurs solides, mais les changements de forme peuvent altérer son activité et favoriser la propagation du cancer.

En route pour de nouveaux traitements potentiels

Les médecins utilisent des données pathologiques et la forme des cellules cancéreuses pour diagnostiquer le cancer, car cela leur donne des informations fiables sur l’agressivité probable du cancer. L’équipe de Bakal voulait savoir si la carte génétique qu’ils avaient créée pouvait prédire les mêmes résultats.

«Nous avons comparé notre carte génétique basée sur la forme, établie à partir de cellules cultivées en laboratoire, avec des informations génétiques et médicales provenant de femmes qui ont eu un cancer du sein», explique Bakal.

Les chercheurs ont utilisé les données de notre étude METABRIC, qui comprend des informations génétiques et des dossiers cliniques de près de 2000 femmes atteintes d’un cancer du sein.

«Nous avons découvert que nos profils génétiques pouvaient être utilisés pour prédire l’agressivité des cancers du sein, nous indiquant que la carte génétique que nous avions créée était également pertinente pour le cancer en clinique», explique Bakal.

C’est le premier aperçu de pourquoi – au niveau génétique – l’ancienne pratique consistant à étudier la forme des cellules est un signe révélateur du comportement d’un cancer. Et Bakal espère que leur carte de données génétiques sera exploitée pour obtenir des informations menant à de nouveaux traitements.

Par exemple, les chercheurs étudient si les médicaments qui empêchent les cellules cancéreuses de produire une molécule appelée LOX peuvent être efficaces pour traiter certains types de cancer. La molécule LOX agit en rendant l’environnement de la tumeur plus rigide, « et cela modifiera probablement la forme et le profil génétique des cellules cancéreuses, comme nous l’avons vu dans nos études sur le cancer du sein », explique Bakal.

En plus des médicaments ciblant l’environnement de la tumeur, cette recherche pourrait conduire à de nouveaux médicaments qui modifient la forme des cellules cancéreuses, en réorientant l’activité de leurs gènes et en entravant leur capacité à se propager.

« Beaucoup des agents chimiothérapeutiques que nous utilisons aujourd’hui, comme le paclitaxel, modifient la forme des cellules », explique Bakal. « Maintenant que nous allons au fond de ce qui se passe au niveau génétique, il est possible de rendre les médicaments modifiant la forme plus puissants.

« Changer la forme du cancer pour le rendre moins agressif pourrait être efficace en association avec d’autres thérapies, ce qui leur donnerait une meilleure chance de fonctionner. »

Ce n’est qu’un début, mais cette recherche est un grand pas en avant dans la compréhension d’un mystère fondamental et séculaire : pourquoi la forme des cellules cancéreuses est si importante pour prédire le comportement de la maladie.

Emma

• Toutes les images présentées dans cet article ont été fournies par le Dr Chris Bakal