Claudine 1 dans la Tumorigenèse Mammaire: Révélation d’un Nouveau Sous-ensemble Possible de cancers du sein « Claudine Élevée »

Résumé

Les claudines sont la composante majeure des jonctions serrées dans les cellules épithéliales et jouent donc un rôle clé dans la localisation polarisée des canaux ioniques, des récepteurs et des enzymes vers les différents domaines membranaires. À cet égard, les claudines sont nécessaires au développement harmonieux d’un épithélium fonctionnel. De plus, des jonctions serrées défectueuses ont été associées au développement d’un phénotype néoplasique dans les cellules épithéliales. La dégradation des interactions cellule-cellule et la dérégulation de l’expression des protéines jonctionnelles sont donc considérées comme des étapes clés de l’invasion et des métastases. Plusieurs études suggèrent que les claudines sont des participants majeurs à la tumorigenèse mammaire. Dans cet article, nous discutons des progrès récents dans notre compréhension du rôle potentiel de la claudine 1 dans le cancer du sein. Nous discutons également de la signification d’un sous-ensemble de cancers du sein négatifs aux récepteurs d’œstrogènes qui expriment des niveaux « élevés » de la protéine claudine 1. Nous proposons que la claudine 1 fonctionne à la fois comme suppresseur de tumeur et comme activateur / facilitateur de tumeur dans le cancer du sein.

1. Cancer du sein

Le cancer du sein demeure l’un des cancers les plus fréquemment diagnostiqués chez les femmes en Amérique du Nord. Sur la base d’observations moléculaires, épidémiologiques et histologiques, un modèle de progression morphologique du cancer du sein a été assemblé au cours de la dernière décennie. Ce modèle proposé (figure 1) décrit un continuum de lésions décrivant une progression progressive du cancer du sein, de l’hyperplasie épithéliale, en passant par l’hyperplasie atypique et le carcinome canalaire in situ, au carcinome invasif et éventuellement à la maladie métastatique. Malgré de nombreuses avancées dans le diagnostic et le traitement du cancer du sein, les métastases restent un défi insurmontable. Environ 40% des femmes échouent actuellement aux stratégies primaires de prise en charge du cancer du sein précoce et succombent finalement à la maladie.

Figure 1

Modèle hypothétique de tumorigenèse et de progression du sein. La progression progressive du cancer du sein est décrite comme un continuum de lésions allant de l’hyperplasie épithéliale au carcinome invasif et éventuellement à la métastase.

La nature complexe de la présentation de la maladie et les limites de l’identification de sous-ensembles de patients cliniquement pertinents créent des difficultés majeures pour les stratégies diagnostiques et thérapeutiques actuelles du cancer du sein. Une compréhension croissante de la nature hétérogène de cette maladie provient principalement des études sur les puces à adn et les immunohistochimiques, qui ont conduit à une redéfinition des sous-ensembles du cancer du sein. À ce jour, 5 catégories distinctes de cancer du sein ont été identifiées (tableau 1,) en fonction du statut ER / PR, de l’expression Her2, CK5 / 6 et de l’expression EGFR. Sur le plan thérapeutique, il a été démontré que ces sous-types présentent une grande variété de réponses à différents traitements. Le sous-type luminal A (tableau 1), plus sensible aux hormones, a le résultat le plus favorable alors que les sous-types Her2 et basaux, qui ne sont pas sensibles aux hormones, sont plus agressifs, présentent le pire pronostic et ont moins d’options thérapeutiques. De toute évidence, l’identification ultérieure de différents sous-types de cancer du sein offrira plus d’opportunités thérapeutiques pour correspondre aux caractéristiques de chaque patiente atteinte d’un cancer du sein, améliorant ainsi notre capacité à commencer à offrir un traitement individualisé aux patientes.

Deux modèles hypothétiques ont été proposés pour expliquer l’évolution des sous-types de cancer du sein. Dans le premier modèle, le modèle linéaire, la cellule d’origine est la même pour différents sous-types de tumeurs (et donc, le sous-type de tumeur est déterminé par des événements génétiques et épigénétiques acquis). Dans le deuxième modèle, le modèle non linéaire, la cellule d’origine est différente (vraisemblablement une cellule souche ou une cellule progénitrice) pour les différents sous-types. Travaux récents de Jeselsohn et al. a fourni des preuves suggérant qu’il existe deux populations de cellules progénitrices, l’une donnant lieu aux cancers du sein de type luminal et l’autre aux cancers du sein de type basal.

2. Transition mésenchymateuse épithéliale (EMT)

On pense que l’acquisition du phénotype invasif marque le changement le plus significatif dans la biologie du cancer du sein car il représente la première étape vers le développement d’une maladie métastatique. À mesure que les cellules passent du phénotype non invasif au phénotype invasif, elles deviennent indépendantes de l’ancrage et présentent une motilité accrue ainsi qu’une agressivité accrue, un processus appelé transition épithéliale-mésenchymateuse (EMT).

Au cours de cette transition, les cellules épithéliales acquièrent un phénotype de type mésenchymateux par perturbation de l’adhésion intercellulaire et amélioration de la motilité (pour examen, voir). On pense que les cellules passent d’un réseau riche en kératine (épithéliale) à un réseau riche en vimentine (mésenchymateuse) pour faciliter leur motilité. Quant aux cellules mésenchymateuses, contrairement aux cellules épithéliales, elles peuvent migrer individuellement, pénétrer dans les tissus environnants et se propager à des sites éloignés. La dégradation des interactions cellule-cellule et l’expression dérégulée des protéines jonctionnelles sont donc considérées comme des étapes clés de l’invasion et des métastases.

3. Jonctions serrées

Les jonctions serrées sont les jonctions intercellulaires les plus apicales et apparaissent comme un réseau de filaments continus et anastomosants sur la face protoplasmique de la membrane plasmique (Figure 2). Ils contribuent à la barrière transépithéliale qui contrôle le transport des ions et des petites molécules à travers la voie paracellulaire, une propriété appelée fonction « barrière ». Les jonctions serrées sont également cruciales pour l’organisation de la polarité des cellules épithéliales, séparant la membrane plasmique en domaines apical et basolatéral. De plus, ils sont également critiques pour la localisation polarisée des canaux ioniques, des récepteurs et des enzymes dans les domaines membranaires nécessaires au développement structurel et fonctionnel des épithéliums, une fonction appelée fonction de « clôture ». Les jonctions serrées sont donc essentielles pour l’étanchéité des feuilles cellulaires et le maintien de l’homéostasie. Outre le maintien de la polarité cellulaire et des fonctions paracellulaires, les protéines à jonction serrée sont impliquées dans le recrutement des protéines de signalisation. Principalement, trois types de protéines membranaires intégrales constituent les jonctions serrées (Figure 2); les claudines, l’occludine et la ou les molécules d’adhésion jonctionnelle, les claudines et l’occludine étant les deux principaux composants moléculaires de la formation du brin de jonction étanche. On pense que la molécule d’adhésion jonctionnelle fonctionne comme le repère spatial initial pour la formation de jonctions serrées. En conjonction avec les protéines de jonction adheren, responsables de l’adhérence mécanique entre les cellules adjacentes et de la stabilisation de l’ensemble de l’architecture multicellulaire, elles constituent le complexe jonctionnel apical du tissu épithélial.

Figure 2

Jonctions serrées. Les jonctions serrées sont les jonctions intercellulaires les plus apicales des cellules épithéliales. Les principaux composants moléculaires des jonctions serrées sont les claudines, l’occludine et la molécule d’adhésion jonctionnelle (JAM). Les protéines de jonction serrées en conjonction avec les protéines de jonction adhérentes (cadhérines, caténines) forment des complexes jonctionnels de cellules épithéliales. La jonction gap est située basale à la jonction adheren.

4. Protéines de jonction serrée et Tumorigenèse

Une forte association entre les protéines de jonction serrée et le développement du cancer a été établie. Des altérations de la structure et de la fonction des jonctions serrées ont en effet été rapportées dans les adénocarcinomes de divers organes. Une absence de jonctions serrées ou de jonctions serrées défectueuses a également été associée au développement du phénotype néoplasique dans les cellules épithéliales. De telles observations sont cohérentes avec l’idée acceptée que la perturbation des jonctions serrées entraîne une perte de cohésion, une invasivité et un manque de différenciation, favorisant ainsi la tumorigenèse. Actuellement, la plupart des connaissances concernant le rôle des protéines jonctionnelles dans le cancer, et plus particulièrement le cancer du sein, proviennent d’études sur la principale protéine de jonction adhérente, la cadhérine E (pour examen, voir). On pense que la régulation négative de la cadhérine E est un événement moléculaire important lors de la transition épithéliale-mésenchymateuse. Contrairement à la cadhérine E, le rôle des protéines de jonction serrée n’est pas bien compris dans le cancer du sein.

4.1. Les Claudines

Les claudines sont le composant majeur de la jonction étroite, et 24 membres de cette famille de protéines ont été identifiés à ce jour. Ce sont de petites protéines dont la taille varie de 22 à 27 kD et sont codées par au moins 17 gènes humains (tableau 2), situés sur 12 chromosomes différents. La distribution des loci des gènes de claudine parmi autant de chromosomes différents est intéressante car généralement de nombreuses familles de gènes ont la plupart, sinon la totalité de leurs membres situés sur un chromosome. La large distribution peut refléter les caractéristiques multifonctionnelles de ces protéines. Trois groupes de gènes de claudine sont facilement apparents sur les chromosomes 3 (3q28), 4 (4q35.1) et 7 (7q11.23) et il est très probable que les membres de ces groupes puissent avoir une fonction et une spécificité tissulaires similaires. Mis à part ces trois groupes de gènes de claudine, il ne semble pas y avoir d’autre modèle évident (tableau 2). Il est possible que l’expansion de la famille de gènes de la claudine chez l’homme ait permis l’acquisition de nouvelles fonctions au cours de l’évolution, comme cela a été postulé pour cette famille de gènes chez les poissons téléostéens. Les claudines partagent une topologie transmembranaire commune; chaque membre de la famille devrait posséder quatre domaines transmembranaires avec des terminaisons amino et carboxyl intracellulaires dans le cytoplasme et deux boucles extracellulaires. Le modèle d’expression des protéines de claudine est spécifique au tissu ; cependant, la plupart des tissus expriment plusieurs claudines qui peuvent interagir de manière homotypique ou hétérotypique pour former le brin de jonction serré. La combinaison exacte des protéines de claudine dans un tissu donné détermine la sélectivité, la force et l’étanchéité de la jonction serrée.

À ce jour, seules quelques études ont abordé le rôle des claudines dans le cancer du sein et les résultats sur leur fonction restent controversés. Dans plusieurs cancers, y compris le cancer du sein, une altération de l’expression protéique de certains membres de la famille de la claudine a été démontrée (pour examen, voir). Par exemple, il a été démontré que l’expression protéique de la claudine 3 et 4 était régulée à la hausse dans le cancer du sein invasif alors que, également dans le cancer du sein invasif, l’expression des protéines de la claudine 1 et 7 était régulée à la baisse.

4.2. Claudine 1

Des expériences sur des souris Knockout ont établi que la protéine de jonction serrée claudine 1, et non l’occludine, constitue l’épine dorsale du brin de jonction serrée et est cruciale pour la fonction de barrière épidermique. L’expression de la claudine 1 a été examinée dans un certain nombre de cancers (pour examen, voir). Il a été démontré qu’une augmentation et une diminution de l’expression de la protéine claudine 1 étaient associées à la tumorigenèse. Dans certains cancers, y compris la prostate, le sein et la néoplasie mélanocytaire, la perte de claudine 1 a été associée à la progression et à l’invasion du cancer et à l’acquisition du phénotype métastatique. Dans le carcinome épidermoïde de l’œsophage, la diminution de l’expression de la claudine 1 est corrélée à une récidive et à une survie sans maladie plus courte, alors que dans le cancer du poumon, la claudine 1 supprime l’expression des amplificateurs d’invasion / métastases et augmente l’expression des suppresseurs d’invasion / métastases du cancer, fournissant ainsi des preuves à l’appui suggérant qu’elle fonctionne comme un suppresseur d’invasion / métastases du cancer. Inversement, dans d’autres cancers, tels que le carcinome épidermoïde buccal de la thyroïde papillaire, l’ovaire, le côlon, le mélanome et l’estomac, la surexpression de la claudine 1 a été associée à une agressivité et à une augmentation du phénotype malin. De plus, des études fonctionnelles ont montré que la claudine 1 pouvait recruter et favoriser l’activation de la métalloprotéinase MMP-2 et conduire à un phénotype plus agressif dans le cancer de la bouche et de l’ovaire.

5. Claudine 1 dans le cancer du sein normal et le cancer du sein

Dans la glande mammaire normale, les protéines de jonction serrée ont principalement été étudiées en relation avec la lactogenèse. Des travaux antérieurs de notre laboratoire ont identifié la claudine 1 comme un gène hautement régulé lors de l’involution précoce de la glande mammaire, et son expression s’est avérée étroitement régulée à différents stades du développement normal de la glande de souris. Récemment, il y a eu un intérêt accru pour le rôle potentiel de la claudine 1 dans le cancer du sein. Bien que les études soient encore relativement limitées, quelques rapports critiques démontrent une association claire entre l’expression de la claudine 1 et la progression du cancer du sein. La majorité des études indiquent une régulation négative ou une perte complète de l’expression de la claudine 1 dans les cancers du sein humains invasifs malins et dans certaines lignées cellulaires de cancer du sein humain. Une corrélation entre la régulation de la claudine 1 vers le bas et la récurrence de la maladie a également été récemment rapportée. De plus, des études fonctionnelles suggèrent également que la claudine 1 pourrait être un acteur clé de la tumorigenèse mammaire. Il a été démontré qu’une régulation vers le bas de l’expression du gène de la claudine 1 conduisait à une transformation néoplasique des cellules épithéliales mammaires. De plus, la ré-expression de la claudine 1 seule s’est avérée suffisante pour induire une apoptose dans une lignée cellulaire de cancer du sein humain. Il a également été suggéré que la claudine 1 seule pourrait suffire à exercer une fonction de porte médiée par une jonction serrée dans les cellules tumorales métastatiques, même en l’absence d’autres protéines associées à une jonction serrée. De plus, il a été démontré que la localisation subcellulaire de la claudine 1 (par nous et d’autres) était perturbée dans le cancer du sein invasif conduisant à une détection de cette protéine dans le cytoplasme. Fait intéressant, une association entre la claudine 1 et la transition mésenchymateuse épithéliale a récemment été établie. Comme pour la cadhérine E, les facteurs de transcription, limace et escargot, marqueurs clés de la transition mésenchymateuse épithéliale, se lient au promoteur de la claudine 1, entraînant la répression de son activation.

Des travaux supplémentaires de notre laboratoire ont également fourni des preuves montrant que l’expression de la claudine 1 dans le cancer du sein est encore plus complexe qu’on ne le pensait à l’origine. En utilisant des stratégies de microréseaux tissulaires, nous avons montré que dans une cohorte de cancers du sein invasifs humains présentant des lésions pathologiques mixtes (340 biopsies, la plus importante examinée à ce jour), seul un faible pourcentage de tumeurs exprime la protéine claudine 1. La fréquence des tumeurs positives à la claudine 1 était significativement plus faible que la fréquence des tumeurs observées comme positives pour les claudine 3 et 4, deux membres de la famille précédemment surexprimés dans le cancer du sein humain invasif.

Étant donné que le statut ER est souvent considéré comme un classificateur important des cancers du sein (tableau 1), nous avons voulu déterminer s’il existait une association entre les récepteurs œstrogènes / œstrogènes et la claudine 1. Nous avons montré que dans les cancers du sein ERve (189 biopsies), un nombre significativement faible de tumeurs (5%) étaient positives pour l’expression de la claudine 1, tandis que dans les tumeurs ERve (151 biopsies), la fréquence de coloration positive de la tumeur pour la claudine 1 était significativement plus élevée (39%). Une association positive a également été trouvée avec l’EGFR, un marqueur de mauvais pronostic. Étonnamment, une corrélation significative a également été trouvée avec la claudine 1 et les marqueurs du sous-type basal des cancers du sein, un sous-type agressif de cancer du sein associé au pire pronostic et à une survie réduite des patientes. Nous avons également démontré pour la première fois que dans la lignée cellulaire humaine MCF7 de récepteurs aux œstrogènes positifs (ERve), l’expression de la claudine 1 était régulée par les œstrogènes in vitro (données non publiées).

6. Claudine 1 est-elle Bien plus qu’un Suppresseur de Tumeur dans la Tumorigenèse Mammaire?

Une surexpression et une sous-expression de la claudine 1 ont été observées dans différents types de cancers, soulignant la complexité de son rôle potentiel dans la cancérogenèse. Dans le cancer du sein, la majorité des études publiées à ce jour, bien que limitées en nombre, montrent que la perte partielle ou totale de l’expression de la claudine 1 est corrélée à une augmentation du potentiel malin et du caractère invasif et à une récurrence de la maladie. De plus, il a été démontré que la ré-expression de la claudine 1 dans les cellules cancéreuses du sein induisait l’apoptose. De plus, nos études de microréseaux tissulaires ont montré qu’une fréquence significativement faible de cancers du sein invasifs chez l’homme était positive pour l’expression de la claudine 1. Au total, ces études fournissent des preuves à l’appui suggérant que la claudine 1 fonctionne comme un suppresseur de tumeur dans la tumorigenèse mammaire.

Paradoxalement, notre laboratoire a également fourni des preuves suggérant que le rôle de la claudine 1 dans le cancer du sein pourrait être bien plus qu’un suppresseur de tumeur. Nous avons montré dans nos études TMA que la fréquence des tumeurs positives à la claudine 1 était significativement plus élevée dans les cancers du sein ERve que dans les cancers du sein ERve. À notre connaissance, ces études sont le premier rapport à traiter l’expression de claudine 1 dans le cancer du sein dans le contexte de l’état des urgences. Nous avons également montré que la positivité à la claudine 1 (ainsi que la claudine 4) était significativement associée au sous-type de type basal des cancers du sein, l’un des sous-types les plus agressifs. À noter, dans une étude récente de Kulka et al., 2008, il a été démontré que l’expression de la claudine 4 était significativement plus élevée dans le sous-type de type basal des cancers du sein. Comme la claudine 1 est généralement considérée comme un « suppresseur de tumeur » dans le cancer du sein, nos observations étaient inattendues. Comment de telles observations peuvent-elles être rationalisées ? Il y a quelques scénarios possibles qui peuvent expliquer ces résultats. Premièrement, il est plausible que lors de la tumorigenèse, toutes les cellules tumorales ne perdent pas l’expression de claudine 1. Conformément au modèle non linéaire proposé de sous-types de cancer du sein, il est possible que les cellules qui conservent l’expression de la claudine 1 soient les cellules déjà prédéterminées pour devenir des cancers du sein de type basal ERve. Ensuite, dans ces cellules, le rôle de la claudine 1 peut être celui d’un promoteur tumoral plutôt que d’un suppresseur de tumeur. D’autre part, si l’on considère le modèle linéaire des sous-types de cancer du sein, on pense que les cellules tumorales progressent d’ERve en ERve à mesure que le cancer progresse. Ensuite, l’augmentation de la fréquence des tumeurs positives de claudine 1 dans la cohorte ERve est-elle attribuée à une ré-expression de claudine 1 dans ces tumeurs? Un tel concept est soutenu par l’expression significativement plus élevée de la coloration à la claudine 1 (un indicateur de l’expression des protéines) observée dans les tumeurs ERve. Ici, la fonction suppressive tumorale de la claudine 1 ré-exprimée est ainsi éliminée et maintenant remplacée par une fonction d’amélioration tumorale, facilitant ainsi la tumorigenèse mammaire. Cette ré-expression de la claudine 1 pourrait être attribuée à un certain nombre de facteurs atténuants, notamment une mutation génétique du gène de la claudine 1 ou une modification épigénétique de la protéine. Cependant, les études d’analyse de séquence de la région codante de la claudine 1 chez des patientes mammaires sporadiques et héréditaires n’ont pas permis d’identifier de mutation significative pouvant être responsable de la modification de l’expression du gène de la claudine 1 dans les tumeurs mammaires. Une possibilité intéressante est que le taux plus élevé de la protéine claudine 1 pourrait être dû à un partenaire interagissant défectueux entraînant l’incapacité de la claudine 1 à être transportée vers la membrane où elle pourrait échapper à une régulation plus descendante par d’autres facteurs, et donc conduisant à une accumulation de claudine 1 dans le cytoplasme. Ce dernier a récemment été démontré pour la cadhérine. De plus, on pense que la combinaison exacte de protéines de claudine dans un tissu donné détermine la force de la jonction serrée. Ainsi, l’une des conséquences de cette accumulation aberrante de claudine 1 dans les cancers du sein invasifs ERve peut être une redéfinition de la composition de la jonction serrée, minant davantage l’intégrité de la jonction et facilitant ainsi davantage la progression tumorale. Pris ensemble, il apparaît que le rôle de la claudine 1 s’étend au-delà de celui d’un suppresseur de tumeur. Nous voudrions proposer que la claudine 1 fonctionne à la fois comme suppresseur de tumeur et comme activateur / facilitateur de tumeur dans le cancer du sein. Nous proposons en outre que son rôle de facilitateur tumoral soit particulièrement associé aux sous-types de cancer du sein ERve (Figure 3).

Figure 3

Un modèle hypothétique de l’expression de claudine 1 dans différents sous-types de cancer du sein. Ce modèle propose que la claudine 1 est un suppresseur de tumeur dans les sous-types ER+ ve du cancer du sein (luminal A et B) et un activateur/facilitateur de tumeur dans les sous-types Er (basal-like, Her2 over expressing, normal-like). Alors qu’une association significative entre claudine 1 et le sous-type de type basal a été démontrée, cela reste à déterminer pour les sous-types de type surexpression Her2 et de type normal.

Récemment, un sous-type de cancer du sein « faible claudine » a été identifié qui était principalement ERve et présentait une faible expression de claudine 3, 4 et 7. Nous aimerions en outre proposer un sous-type « claudine haute » qui est ER-ve et qui présente une expression élevée de la protéine claudine 1 (et de la claudine 4). Ce sous-type inclurait les cancers du sein de type basal et excluait les sous-types luminaux ERve. La signification clinique d’une expression élevée de la protéine claudine 1 dans les cancers du sein ERve et son association avec le sous-type de type basal peuvent identifier son utilisation potentielle comme indicateur diagnostique et pronostique pour un sous-ensemble particulier du cancer du sein.

7. Perspectives d’avenir

Des données de plus en plus nombreuses suggèrent que la claudine 1 joue un rôle unique dans le cancer du sein et la progression du cancer du sein. Puisque la claudine 1 est une protéine transmembranaire avec deux grandes boucles extracellulaires, c’est un candidat potentiellement attrayant pour une utilisation dans des stratégies thérapeutiques. Alors que nous commençons à aborder le rôle de claudine 1 dans la progression du cancer du sein, nous nous retrouvons avec de nombreuses questions sans réponse. Quel est le niveau d’expression de la protéine claudine 1 dans différents sous-types histologiques du cancer du sein? Qu’est-ce qui déclenche sa régulation et fait que claudine 1 change de rôle à différents stades de la progression du cancer du sein? Pourquoi la claudine 1 s’accumule-t-elle dans le cytoplasme? Existe-t-il une mutation du gène ou de la protéine claudine dans le sous-type de type basal du cancer du sein? La claudine 1 fonctionne-t-elle de concert avec d’autres claudines ou protéines jonctionnelles telles que la cadhérine E? Y a-t-il un dialogue croisé avec la voie des récepteurs aux œstrogènes? De toute évidence, des études d’analyse fonctionnelle plus détaillées sont justifiées à la fois in vitro et in vivo.

On ne peut que prédire qu’un plus grand nombre de sous-types de cancer du sein seront identifiés dans un avenir proche et qu’une compréhension plus claire des changements cellulaires et moléculaires survenant au cours de la tumorigenèse mammaire sera essentielle pour faciliter une prise en charge plus efficace des patients et avoir un impact direct sur la réduction des taux de mortalité. Ce n’est que grâce à une telle compréhension que de nouveaux biomarqueurs seront identifiés qui rendront compte des changements métastatiques, de la progression du cancer du sein et serviront de cibles thérapeutiques menant finalement à une prise en charge spécifique et individualisée des patients.

Remerciements

Les auteurs remercient vivement le financement de ce travail qui a été fourni par la Fondation des services médicaux du Manitoba, la Fondation Paul Thorlakson et la Fondation canadienne du cancer du sein.