Organisation fonctionnelle du côlon et du rectum

Organisation fonctionnelle du côlon et du rectum

Rappels anatomiques

Le système digestif est constitué du tube digestif et de l’ensemble des glandes qui y déversent leurs sécrétions par des canaux. Le tube digestif est constitué de structures anatomiques disctinctes que sont la bouche, le système oropharyngé, l’œsophage, l’estomac, l’instestin grêle (duodénum, jéjunum, et iléon), du gros intestin (autrement appelé côlon) du rectum, et de l’anus. À ce tube digestif sont connectés des organes glandulaires : les glandes salivaires, le foie, la vésicule biliaire, et le pancréas.

Le côlon est un tube d’environ 1,2 m de long et d’environ 6 cm de diamètre. Sa première partie est formée par une poche appelée cæcum à laquelle est appendu l’appendice. Suivent ensuite trois segments que sont le côlon droit (ou ascendant), le côlon transverse, et le côlon gauche ou descendant. Ce dernier se prolonge par une partie terminale ayant une forme de S et constituant le côlon sigmoïde, lui-même se poursuivant par le rectum. Les fonctions principales du côlon et du rectum sont de stocker, et de concentrer les matières fécales avant la défécation. Ils participent également à la digestion terminale de la cellulose par la flore bactérienne intestinale et à l’évacuation des déchets alimentaires (substances n’ayant pû être digérées). Ils permettent la progression et l’évacuation du bol alimentaire grâce à la présence de cellules caliciformes qui produisent une quantité importante de mucus. Par ailleurs, sous l’effet de l’aldostérone, le côlon absorbe activement le sodium du bol alimentaire entraînant sa déshydratation.

D’après un rapport publié en 2009 par la ligue nationale contre le cancer  , 73% des cancers concernent le côlon et la région recto-sigmoïdienne, et 27% touchent le rectum.

Histologie

La paroi instestinale est constituée de plusieurs « couches » histologiques dont la composition ne varie que très peu. En effet, comme dans le reste du tube digestif, le côlon présente une muqueuse, une sous-muqueuse, une musculeuse et une séreuse. Cette paroi se distingue cependant de celle de l’intestin grêle par l’absence de certains dispositifs d’amplification de surface, notamment les valvules conniventes ou les villosités.

La muqueuse La muqueuse est constituée de deux couches disctinctes. Un épithélium unistratifié, « posé » sur une lame basale, et constitué de nombreuses cellules caliciformes qui sont d’autant plus nombreuses que l’on se rapproche du rectum. Cet épithélium est porté par un chorion – tissu conjonctif de soutien – riche en tissu lymphoïde diffus pouvant former, à certains endroits des follicules lymphoïdes  . L’épithélium présente des invaginations en forme de doigts constituant les glandes de Lieberkühn.

La sous-muqueuse La muqueuse repose sur une sous-muqueuse constituée de tissu conjonctif et qui contient le plexus nerveux de Meissner, ainsi que des vaisseaux sanguins et lymphatiques. Ce plexus nerveux a pour fonction de contrôler les sécrétions gastrointestinales et le débit sanguin local.

La musculeuse La sous-muqueuse repose sur la musculeuse constituée de deux couches de cellules musculaires lisses, l’une externe dont les fibres sont disposées longitudinalement par rapport au tube digestif et dont la contraction raccourcit le tube. L’autre, est dite circulaire interne et est beaucoup plus épaisse. Sa contraction diminue le diamètre du tube digestif. Entre ces deux couches de cellules musculaires se trouvent les éléments histologiques formant le plexus myentérique d’Auerbach, principalement responsable du contrôle moteur de l’intestin.

La séreuse La dernière couche est un tissu conjonctif tapissé par un mésothélium sur son versant externe et constituant le feuillet viscéral de la séreuse péritonéale.

L’unité fonctionnelle : les glandes de Lieberkühn

Les glandes de Lieberkühn, que nous avons présentées dans le paragraphe précédent , constituent l’unité fonctionnelle du côlon. Elles sont organisées de telle sorte que des cellules souches, capables d’autorenouvellement, soient situées dans le fond des cryptes. En se divisant de façon assymétrique, celles-ci vont permettre d’en produire de nouvelles qui vont remonter le long de la crypte en se différenciant jusqu’à donner des cellules totalement différenciées de type épithéliale au niveau de la lumière intestinale [Gregorieff and Clevers, 2005]. Ces glandes présentent principalement trois types de cellules différenciées. Les plus abondantes dans cette partie de l’épithélium intestinal sont celles dites caliciformes qui ont pour fonction de sécréter du mucus permettant de faciliter le transit du bol alimentaire. Il y a également des entérocytes dont le rôle est d’absorber les minéraux et l’eau contenus dans les fécès, et des cellules entéroendocrines.

Au niveau moléculaire, le phénotype « souche » des cellules du fond des cryptes est permis grâce à l’activation de la voie Wnt. Cette protéine est produite par les myofibroblastes qui se situent sous la membrane basale, et elle va se fixer sur son récepteur Frizzled associé à la protéine LRP . L’activation de ce récepteur induit la stabilisation de la β-caténine par l’intermédiaire de l’axine et à sa translocation nucléaire qui va pouvoir réguler de nombreux gènes cibles en se fixant aux facteurs de transcription Tcf/Lef [Gregorieff and Clevers, 2005]. Parmi ces gènes notons la régulation de c-Myc, la survivine, ou encore la cycline D [He et al., 1998] [Zhang et al., 2001] [Tetsu and McCormick, 1999]. Des gènes impliqués dans la migration ou l’adhésion cellulaire sont également activés, comme Oct4, Snail, la fibronectine ou encore l’E-cadhérine [Cole et al., 2008] [ten Berge et al., 2008]. Il est également montré que la protéine Leucin-rich repeat-containing G-protein coupled receptor 5 (Lgr5) est une cible de la voie Wnt [Barker and Clevers, 2010]. Cette dernière est donc un marqueur de cellules souches intestinales, potentiellement régulée par la voie Wnt. De plus, il a été montré que les cellules souches étaient très probablement à l’origine du développement des cancers intestinaux chez la souris [Barker et al., 2009]. L’équipe de Clevers a également mis en évidence en 2009 que l’Olfactomédine 4 (OLFM4) était un marqueur robuste des cellules souches intestinales, et a confirmé ces observations en 2010 en démontrant un lien étroit entre cette protéine et la protéine Lgr5 [van der Flier et al., 2009] [Barker and Clevers, 2010]. Il s’agit d’une protéine dont le niveau d’expression est important au niveau de la prostate, de l’intestin grêle et du colon, et dans une moindre mesure au niveau de l’œsophage, de la moelle osseuse et de l’estomac [Zhang et al., 2002a] [Zhang et al., 2004] [Liu et al., 2007].

Histoire naturelle du cancer colorectal

Le modèle de développement séquentiel

D’un point de vue moléculaire, le modèle décrit par Vogelstein et Fearon en 1990 [Vogelstein et al., 1988] propose une évolution du cancer du côlon selon une succession de mutations. Ils proposent que le phénotype cancéreux apparaît suite à une dérive génétique de cellules dysplasiques, aboutissant à la mutation du gène Adenomatous Polyposis Coli (APC). Les cellules mutées sur ce gène présentent une instabilité génétique qui les conduit à accumuler des mutations aléatoires au sein de leur ADN et notamment sur les gènes K-Ras et p53. Depuis, de nombreux travaux ont montré que ce modèle était imparfait, notamment car ces gènes ne sont pas mutés dans tous les cancers. Pourtant, la cellule tumorale se caractérise par certaines propriétés : une prolifération incontrôlée, la capacité d’envahir les tissus adjacents, et de coloniser des organes, en passant par la circulation. Selon Hanahan et Weinberg [Hanahan and Weinberg, 2011], pour que la cellule évolue vers un phénotype tumoral, elle doit présenter les caractéristiques suivantes :

– une dérégulation de la stabilité du génome ;
– un échappement à la mort cellulaire programmée : l’apoptose ;
– une autosuffisance vis-à-vis des signaux de prolifération conduisant à une croissance indépendante des cellules voisines ;
– une insensibilité aux signaux d’arrêt de croissance ;
– une capacité de division illimitée ;
– une capacité d’induire la production de néovaisseaux ;
– une capacité d’échapper au système immunitaire ;
– une capacité de promouvoir l’inflammation tissulaire ;
– une capacité de produire des métastases, d’envahir les tissus et elle présente des dérèglements d’ordre métabolique.

Ce sont les altérations génétiques successives qui aboutissent à la tumorigenèse et au developpement de cancers.

STAT3 et NFκB dans le cancer colorectal

La plupart des oncogènes sont activés par mutation dans les cancers à cause de l’instabilité génomique décrite précédemment. d’autres facteurs de transcription tels que STAT3 et NFκB ne sont généralement pas activés de cette façon. Pourtant, ils sont impliqués dans un très grand nombre de pathologies, et notamment dans les processus de cancérisation [Bromberg et al., 1999] [Karin, 2006b].

En effet, ces deux facteurs de transcription sont impliqués dans les étapes initiales du développement tumoral du cancer colorectal. Ils sont généralemement constitutivement activés dès les premières étapes de la tumorigenèse. Cette activation est généralement due à la stimulation des cellules par les facteurs autocrines et paracrines libérés dans le microenvironnement tumoral [Karin, 2006a]. Ce sont également de puissants activateurs de la prolifération cellulaire, de la survie, de l’angiogenèse et de la réparation tissulaire [Yu et al., 2007] [Karin et al., 2002] [Haura et al., 2005].

Les protéines STATs (Signal Transducer and Activator of Transcription) appartiennent à une famille de facteurs de transcription composée de sept membres pour le moment : STAT1, 2, 3, 4, 5A, 5B et 6. En se fixant sur le promoteur de ses gènes cibles, STAT3 régule la prolifération cellulaire et l’entrée en phase S du cycle en activant la transcription de la cycline D1, c-myc et de c-fos [Bromberg, 2002]. Il régule également la survie cellulaire en permettant la transcription de Bcl-xl et Bcl2 ; et il intervient dans l’angiogénèse, la mobilité cellulaire et l’embryogenèse. STAT3 est aussi impliqué dans le développement tumoral. Il est activé de manière constitutive dans de nombreuses tumeurs et constitue une cible privilégiée d’oncogènes comme Src [Bromberg et al., 1998], un oncogène également fortement activé dans le cancer colorectal [Yeatman, 2004]. Le facteur de transcription STAT3 est présent dans le cytoplasme des cellules dans lequel il est inactif. Son activation est initiée par la liaison de facteurs de croissance sur leurs récepteurs membranaires comme l’EGF, le PDGF ou encore l’HGF [Boccaccio et al., 1998]. Il peut également être activé par la fixation de cytokines comme l’IL-6, premier activateur de STAT3 décrit dans la littérature [Wegenka et al., 1993]. Ces récepteurs le phosphorylent directement grâce à leur propre activité tyrosine kinase ou de manière indirecte par l’intermédiaire de kinases cytoplasmiques comme Src ou JAK. En effet, la liaison de l’IL-6 sur son récepteur membranaire gp130 entraîne la dimérisation du récepteur, l’activation des kinases JAK et la phosphorylation de STAT3 sur le résidu tyrosine 705 [Yu et al., 2009]. En 1999, l’équipe de Bromberg le décrit comme étant un oncogène [Bromberg et al., 1999]. Ils utilisent une forme dimérique de STAT3, qui est alors capable de se fixer à l’ADN et d’activer des gènes cibles. En transfectant des cellules avec cette forme de STAT3, ils observent que les cellules sont capables de pousser en agar, et de donner des tumeurs lorsqu’elles sont implantées chez des souris « nude »  . D’autre part, des études ont montré que la phosphorylation et la translocation du facteur de transcription STAT3 sont corrélées à l’accumulation nucléaire de la β-caténine, un oncogène majeur dans les cancers colorectaux [Kawada et al., 2006]. D’autres publications suggèrent que l’activation de la β-caténine entraîne une augmentation de l’expression de STAT3 dans des cellules souches embryonnaires murines. Cette induction de STAT3 est nécessaire pour le renouvellement des cellules souches et donc pour la prolifération. Dans ces cellules, bien que la voie de wnt ait été activée auparavant, l’absence de STAT3 ou un très faible taux de la protéine, entraîne leur différentiation et elles perdent leur potentiel de cellule souche [Hao et al., 2006]. De plus, des sites consensus TBE sont présents sur le promoteur du gène codant pour STAT3. Ces sites sont les lieux de fixation privilégiés du complexe β-caténine/TCF.

La famille des facteurs de transcription NFκB est constituée de 5 membres : p65 (RelA), RelB, c-Rel, p50/p105 (NFκB1) et p52/p100 (NFκB2). Tous les membres de cette famille sont caractérisés par la présence d’un domaine Rel homology domain (RHD), de 300 résidus d’acides aminés, localisé en N-terminal [Hayden and Ghosh, 2004]. Ce domaine est responsable de la dimérisation, de la fixation à l’ADN, et du lien avec les régulateurs IκBs. NFκB est activé de façon constitutive dans beaucoup de tumeurs. Par exemple, la production de cytokines proinflammatoires par le microenvironnement tumoral peut stimuler l’activité d’IKK, conduisant à l’activation constitutive de NFκB. L’expression constitutive est quant à elle à mettre en lien avec une prolifération tumorale excessive, une inhibition de l’apoptose, et une augmentation de l’angiogénèse ainsi que du potentiel métastatique des tumeurs. Enfin, la plupart des cancers présentant une augmentation de l’activité de NFκB sont des cancers également capable d’une résistance importante aux chimiothérapies et à la radiothérapie [Lee et al., 2007].

Enfin, des travaux récents suggèrent qu’il existe un lien entre les deux facteurs de transcription STAT3 et NFκB. Par exemple, l’activation de STAT3 par le complexe CBP/p300 peut induire le clivage de p100 en p52 pour le rendre actif, en activant IKKα. Cette activation conduit à une augmentation de la survie cellulaire et participe à la résistance aux traitements [Nadiminty et al., 2006]. D’autres travaux, menés par l’équipe de K. Struhl montrent que lors de l’activation de Src, il y a une activation de la réponse inflammatoire médiée par NFκB aboutissant à la transcription de Lin28 et à une rapide diminution du micro-ARN Let-7. Ce dernier étant un inhibiteur de l’expression d’Il-6, sa diminution entraîne une augmentation du niveau d’Il-6, qui peut alors activer STAT3 [Iliopoulos et al., 2009].

Table des matières

INTRODUCTION
1 Le cancer colorectal
1.1 Données générales
1.1.1 Données épidémiologiques
1.1.2 Organisation fonctionnelle du côlon et du rectum
1.1.2.1 Rappels anatomiques
1.1.2.2 Histologie
1.1.2.3 L’unité fonctionnelle : les glandes de Lieberkühn
1.1.3 Histoire naturelle du cancer colorectal
1.1.3.1 Le modèle de développement séquentiel
1.1.3.2 STAT3 et NFκB dans le cancer colorectal
1.2 Les classifications du cancer colorectal
1.2.1 Classification histologique
1.2.2 Classification clinique
1.2.3 Classification moléculaire
1.2.3.1 L’instabilité génomique dans le cancer colorectal
1.2.3.2 L’instabilité épigénétique du cancer colorectal
1.2.3.3 Les mutations fréquentes
1.3 Les traitements
1.3.1 Un traitement principal : la chirurgie
1.3.2 Présentation des traitements médicamenteux
1.4 L’apoptose
1.5 La sénescence
1.5.1 Définition
1.5.2 Le SASP
1.6 SASP et sécrétomes tumoraux
2 Les sources de biomarqueurs
2.1 Définition
2.2 Les caractéristiques des biomarqueurs
2.2.1 Rappels sur les vrais/faux négatifs et les vrais/faux positifs
2.2.2 La sensibilité
2.2.3 La spécificité
2.2.4 L’exactitude
2.3 De l’intérêt des biomarqueurs dans le cancer colorectal
2.4 Classification
2.4.1 Les différents types de biomarqueurs
2.4.1.1 Les biomarqueurs pronostiques
2.4.1.2 Les biomarqueurs prédictifs
2.4.1.3 Les biomarqueurs pharmacodynamiques
2.4.1.4 Les biomarqueurs diagnostiques
2.4.1.5 Les biomarqueurs de type ADN
2.4.1.6 Les biomarqueurs de type ARN : les miRNA
2.4.1.7 Les biomarqueurs de type protéique
2.4.1.8 Les biomarqueurs de type glucidique
2.4.1.9 Les biomarqueurs associés à l’imagerie médicale
2.5 Les sources de biomarqueurs protéiques potentiels
2.6 Le sécrétome
2.6.1 Définition
2.6.2 Les différentes voies de sécrétion
2.6.2.1 La voie de sécrétion classique
2.6.2.2 La voie de sécrétion non classique
2.6.2.3 Le relargage par des exosomes
2.6.3 Intérêts
2.7 Biomarqueurs protéiques potentiels et protéomiques
2.7.1 À partir de modèles in vitro
2.7.2 À partir de modèles in vivo
2.7.3 À partir de tissus biologiques
3 Identification de biomarqueurs par protéomique
3.1 Définition de la protéomique
3.2 Le fractionnement protéique
3.2.1 L’électrophorèse à une dimension
3.2.2 L’électrophorèse bidimensionnelle
3.2.3 La chromatographie
3.2.4 L’approche MudPIT
3.2.5 La méthode OFFGEL
3.3 La spectrométrie de masse en protéomique
3.3.1 Principe général
3.3.1.1 L’ionisation MALDI
3.3.1.2 Les analyseurs de masse
3.3.1.3 Spectrométrie de masse en tandem
3.3.1.4 Le détecteur
3.3.2 Deux grands types d’approche
3.4 Protéomique quantitative
3.4.1 La quantification basée sur gels
3.4.1.1 Comparaison de gels 2D
3.4.1.2 2D-DIGE
3.4.2 La quantification basée sur marquage isotopique
3.4.2.1 Principe général
3.4.2.2 Le marquage SILAC
3.4.2.3 Le marquage à l’18O
3.4.2.4 Le marquage ICAT
3.4.2.5 Le marquage iTRAQ
3.4.3 La quantification sans marquage
3.4.4 Quantification par SRM/MRM
3.4.5 La quantification absolue
3.4.5.1 Quantitification absolue avec marquage isotopique
3.5 Glycoprotéomique et biomarqueurs
3.5.1 La glycosylation
3.5.2 Pourquoi étudier le glycoprotéome
3.5.3 Glycoprotéomique
3.5.4 Les modes d’enrichissement
3.5.4.1 Les lectines
3.5.4.2 Les résines hydrazines
3.5.4.3 Une information importante : les sites de glycosylation
3.5.5 La technique FASP et ses avantages
CONCLUSION

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