Coloration immunohistochimique des néoplasmes urothéliaux CK20 et CK5/6: Une perspective

Résumé

Les cytokératines appartiennent à la famille des filaments intermédiaires. Ils sont exprimés de manière très spécifique dans les cellules épithéliales où ils jouent un rôle crucial dans l’intégrité et la stabilité mécanique des cellules. Plusieurs types de cytokératines ont été décrits dans l’urothélium normal ainsi que néoplasique. Dans le cas des néoplasmes urothéliaux, l’expression de CK20 et CK5 / 6 a été démontrée dans plusieurs études pour avoir des implications diagnostiques et pronostiques. Ainsi, le carcinome urothélial de bas grade manifeste une expression de CK limitée aux cellules parapluie, tandis que les tumeurs de haut grade ont généralement une expression dans toute l’épaisseur de l’urothélium à l’exception de la couche basale. L’expression de CK5 / 6 en revanche est exprimée dans les cellules basales de tous les carcinomes urothéliaux de bas grade et de certains carcinomes urothéliaux de haut grade. La coloration diffuse de CK20 accompagnée d’une perte de couche basale CK5 / 6 positive est généralement associée à un comportement clinique agressif. Une double coloration des lames pour ces cytokératines peut faciliter une interprétation et une corrélation appropriées.

1. Introduction

Les cytokératines appartiennent à la famille des cytosquelettes à filaments intermédiaires de 10 nm présents dans toutes les cellules. Les protéines de filaments intermédiaires sont exprimées de manière hautement spécifique au type cellulaire, et les kératines représentent ici la catégorie typique de filaments intermédiaires présents dans les cellules épithéliales. Ces filaments constituent un groupe complexe de polypeptides insolubles dans l’eau, dont la taille varie de 40 000 à 68 000 Mr. Dans les épithéliums, les filaments de kératine peuvent être regroupés sous forme de tonofilaments, tresser le noyau, traverser le cytoplasme et se fixer aux plaques cytoplasmiques des jonctions épithéliales typiques des cellules, les desmosomes. Ainsi, les kératines jouent un rôle fonctionnel majeur dans l’intégrité et la stabilité mécanique des cellules épithéliales uniques et de celles des tissus épithéliaux et font partie intégrante du continuum de stabilité de la cellule unique à la formation tissulaire.

Les protéines de kératine peuvent être divisées en petites kératines acides de type I et grandes kératines basiques à neutres de type II. Une propriété unique des kératines est que, contrairement aux autres protéines filamenteuses intermédiaires, elles ne peuvent constituer leur stade filamenteux que par formation de paires de molécules de type I et de type II (1:1). Parmi les kératines humaines, la nomenclature de consensus récente comprend les kératines de type I K9–K10, K12-K28 et K31-K40 et les kératines de type II K1-K8 et K71–K86. Dans le génome humain, les gènes de la kératine sont regroupés sur deux sites chromosomiques différents: le chromosome 17q21.2 (kératines de type I, sauf K18) et le chromosome 12q13.13 (kératines de type II et K18). On pense que les deux sous-familles de cytokératine sont nées de la duplication des gènes et de la divergence subséquente des CK8 et CK18.

Chaque type de cellule épithéliale exprime une combinaison caractéristique de deux à dix isotypes de cytokératine. Ainsi, des cellules épithéliales normales in vivo ou in vitro peuvent être identifiées par rapport à leur profil d’isotype de cytokératine. Les profils de cytokératine caractéristiques des différents types de cellules épithéliales normales ont tendance à être conservés après la transformation néoplasique et cette caractéristique peut être exploitée dans le diagnostic tumoral. Cependant, les profils de cytokératine des cellules épithéliales peuvent également refléter une différenciation fonctionnelle, plutôt que le tissu d’origine. Ainsi, les cellules métaplasiques expriment des caractéristiques de profil de cytokératine de leur morphologie plutôt que de celle de leur homologue normale.

2. Expression de la cytokératine dans l’Urothélium au cours du développement embryologique

Les cytokératines sont le premier type de filament intermédiaire à apparaître au cours de l’embryogenèse, et toutes les cellules à un certain stade du développement fœtal sont positives à la cytokératine. Les premiers isotypes de cytokératine à être exprimés sont la paire CK8 + CK18. Au cours de la transformation épithélio-mésenchymateuse embryologique, l’expression de la cytokératine est perdue par certaines lignées de cellules, qui restent soit des cytokératines négatives et se développent en tissu conjonctif, soit ré-expriment plus tard des cytokératines d’épithéliums secondaires. Le développement embryologique de la vessie urinaire provient du cloaque, une structure postérieure, qui est une chambre commune pour les déchets gastro-intestinaux et urinaires. Dans les 4ème-7ème semaines de développement, le cloaque est divisé par le septum urorectal en deux parties: canal anorectal postérieur et sinus urogénital antérieur. La partie supérieure du sinus urogénital forme la vessie.

Au cours du développement précoce de la vessie, l’épithélium de la muqueuse se transforme progressivement d’un simple épithélium endodermique à une muqueuse urothéliale multicouche. Comme le modèle de la muqueuse endodermique dans le tractus gastro-intestinal, la muqueuse urothéliale en développement est initialement diffuse positive pour CK20 dans toutes les couches. Au cours de la maturation ultérieure de l’urothélium, une couche basale se développe, ce qui peut être démontré par la positivité CK5 et CK13. La maturation ultérieure de l’urothélium entraîne une perte de CK20 dans pratiquement toutes les couches, à l’exception des cellules parapluie. Ainsi, il semble y avoir trois phases distinctes de développement urothélial. La première étape est caractérisée par un manque de cellules basales et d’expression de CK20 dans toutes les couches. La deuxième phase est déterminée par l’apparition de la couche basale, mais le motif d’expression CK20 est toujours diffus. Dans la troisième et dernière étape, il y a maturation du motif d’expression CK20 qui est caractérisé par CK20 uniquement dans la couche parapluie. La couche basale est bien développée et peut être démontrée par immunocoloration CK5/6 ou CK13.

3. Expression de la cytokératine dans l’Urothélium normal

La vessie est tapissée d’urothélium qui est spécialisé pour fonctionner comme une barrière à l’urine et pour s’adapter aux modifications du volume intraluminal. L’urothélium se présente sous la forme d’un épithélium multicouche, avec trois zones cellulaires: (1) une couche cellulaire basale composée de cellules en contact et orientées perpendiculairement au plan de la membrane basale; (2) la zone cellulaire intermédiaire composée de 2 à 5 couches cellulaires; (3) une couche cellulaire luminale ou superficielle composée de cellules intermédiaires tardives et de grandes cellules « parapluie », souvent binucléées, dont la surface apicale est tournée vers la lumière. Les cellules parapluie sont caractérisées par des jonctions cellulaires de type zonula occludens et par la présence de plaques spécialisées de la membrane unitaire asymétrique dans la membrane cellulaire apicale et dans les vésicules fusiformes intracellulaires. Cette apparence est due à la présence d’uroplakine abondante dans la membrane cellulaire.

Dans l’urothélium adulte normal, CK7, CK8, CK18 et CK19 sont exprimées dans toutes les couches de cellules urothéliales, CK5 est exprimée basalement et CK20 est associée à des cellules parapluie (figure 1).

(a)

(b)

(a)
(b)

Figure 1

(a) Urothélium normal révélant plusieurs couches de cellules, y compris les cellules basales, les cellules intermédiaires et les cellules parapluie. (b) Coloration immunohistochimique révélant un schéma de coloration normal de l’urothélium. Les cellules du parapluie sont décorées par CK20 (magenta). Les cellules intermédiaires ne sont pas colorées. Les cellules basales sont décorées par coloration CK5 / 6 (marron).

Il peut également y avoir quelques cellules CK20 positives dans la couche cellulaire intermédiaire de certains échantillons normaux.

4. L’expression de la cytokératine dans la néoplasie urothéliale papillaire

La transformation néoplasique des cellules urothéliales donne lieu à un carcinome urothélial, la forme la plus courante de cancer de la vessie dans la plupart des pays. De nombreux patients présentent des tumeurs superficielles non invasives (pTa) ou envahissent uniquement la lamina propria (pT1). Bien que la récidive soit fréquente (50 à 70%), la maladie peut généralement être contrôlée par un traitement local. Néanmoins, 10 à 15% des patients atteints d’une maladie superficielle finissent par évoluer vers une maladie invasive et métastatique musculaire. Une augmentation du grade, caractérisée par une perte de différenciation, et la présence de changements dysplasiques sont les deux déterminants d’un mauvais pronostic. De plus, certains carcinomes urothéliaux présentent une différenciation basale / squameuse, qui a été associée à un pronostic plus défavorable.

Le schéma de coloration immunohistochimique des cytokératines20 et CK5/6 varie selon le type et la nature du néoplasme urothélial. Par exemple, les néoplasmes urothéliaux papillaires à potentiel malin limité (PUNLMP) ainsi que les carcinomes papillaires de bas grade révèlent une coloration CK20 limitée aux cellules parapluie et une coloration CK5/6 confinée à la couche basale, identique à la distribution de ces kératines dans l’urothélium normal (Figure 2).

(a)

(d)

(c)

(a)
(b)
(c)

Figure 2

(a) Carcinome urothélial papillaire de bas grade. (b) Coloration immunohistochimique représentant l’expression CK20 (magenta) limitée aux cellules parapluie et à une couche basale bien formée représentée par une coloration CK5 / 6 (brune). c) Carcinome urothélial de bas grade avec coloration des cellules basales mais absence de cellules ombrelles.

Les carcinomes urothéliaux de haut grade, en revanche, ont tendance à avoir une immunoréactivité diffuse pour CK20 impliquant les cellules parapluie ainsi que la couche intermédiaire. De plus, la couche basale peut être démontrée par la positivité CK5/6 (Figure 3).

(a)

(d)

(c)

(a)
(b)
(c)

Figure 3

(a) carcinome urothélial papillaire de haut grade. (b) carcinome urothélial papillaire de haut grade avec coloration diffuse sur toute l’épaisseur du CK20 et présence d’une couche basale comme le montre la coloration CK5/6. (c) carcinome urothélial de haut grade révélant la présence diffuse de cellules basales et une coloration sur toute l’épaisseur du CK20.

Le carcinome urothélial papillaire de grade supérieur, en revanche, révèle l’expression de CK20 dans toute l’épaisseur de l’urothélium avec l’absence de couche basale et une coloration négative pour CK5 / 6 (Figure 4).

(a)

(d)

(c)

(a)
(b)
(c)

Figure 4

(a) Carcinome urothélial de haut grade avec perte partielle des cellules basales mais coloration diffuse pour CK20. (b) carcinome urothélial de haut grade avec perte presque complète des cellules basales. (c) carcinome urothélial papillaire de haut grade révélant une coloration immunohistochimique diffuse pour CK20 et une absence totale de couche basale sans coloration pour CK5 / 6.

Ce motif avec coloration diffuse CK20 de pleine épaisseur en l’absence de coloration de la couche basale est également une caractéristique rencontrée dans les carcinomes urothéliaux de haut grade avec lamina propria ou invasion musculaire (figure 5).

(a)

(d)

(a)
(b)

Figure 5

(a) Carcinome urothélial de haut grade avec invasion précoce présentant une forte coloration cytoplasmique CK20 et une absence de cellules basales. (b) carcinome urothélial de haut grade avec invasion étendue. Les cellules du carcinome sont diffusement positives pour CK20, mais la couche basale est absente.

Il a été suggéré que le schéma de coloration CK20 est un complément utile à la morphologie dans le diagnostic du carcinome urothélial. Il a également été suggéré que l’expression de CK20 peut prédire le potentiel malin dans les tumeurs urothéliales de bas grade et, par conséquent, CK20 peut être utile pour définir des stratégies de traitement pour les patients atteints de ces tumeurs. L’expression de CK20 a été retenue par la plupart des carcinomes urothéliaux purs, conservant le schéma de localisation superficiel normal dans certaines tumeurs papillaires bien différenciées ou montrant une réaction hétérogène ou uniformément positive dans toutes les couches cellulaires. Des parties du carcinome avec différenciation squameuse révèlent une réduction de l’expression de CK20. Cependant, ces zones réagissent positivement pour CK5/6 (Figures 6(a) et 6(b)) selon un motif différent de la distribution basale de la couche basale.

(a)

(d)

(c)

(d)

(a)
(b)
(c)
(d)

Figure 6

(a) carcinome urothélial de haut grade avec différenciation squameuse focale. (b) Coloration immunohistochimique démontrant une forte coloration CK5 / 6 dans la zone de différenciation squameuse. La partie restante des taches de carcinome pour CK20. c) carcinome urothélial de haut grade présentant des caractéristiques morphologiques basosquames. (d) Coloration immunohistochimique dans le carcinome basosquame avec une forte immunocoloration pour CK5 / 6 et une absence totale de positivité CK20.

Dans certains cas, le carcinome entier peut présenter des caractéristiques basosquames. Ces cas montrent une forte réactivité pour CK5/6 avec peu ou pas de positivité pour CK20 (Figures 6(c) et 6(d)).

Deux études récemment publiées ont fourni des preuves supplémentaires concernant la signification clinique de divers modèles d’immunocoloration pour CK20 et CK5/6. Dans l’une de ces études, des échantillons tumoraux de 222 patients atteints de carcinomes urothéliaux du tractus supérieur traités par une néphrourétérectomie radicale ont été analysés pour l’expression de sept marqueurs immunohistochimiques basaux / luminaux (CK5, EGFR, CD44, CK20, p63, GATA3 et FOXA). En utilisant CK5 et CK20, ils ont défini quatre sous-types de carcinomes urothéliaux des voies supérieures:(i) Exclusivement CK20 positif et CK5 négatif (CK20+/ CK5−) (ii) Exclusivement CK5 positif et CK20 négatif (CK20−/CK5+) (iii) Les deux marqueurs positifs (CK20+/CK5+) (iv) Les deux marqueurs négatifs (CK20−/CK5−)

Dans l’analyse de régression multivariée de Cox, le sous−type CK20+/CK5- était un négatif indépendant marqueur pronostique avec un risque de décès spécifique au cancer multiplié par 3,83 par rapport aux trois autres sous-types.

Dans une deuxième étude, la coloration immunohistochimique des CK5/6 et CK20 était corrélée au pronostic du carcinome urothélial précoce. De plus, les profils d’expression génique des sous-groupes de carcinomes urothéliaux papillaires de haut grade non invasifs des voies supérieures (UTUC) classés par les niveaux d’expression CK5/6 et CK20 ont été étudiés et corrélés avec les résultats cliniques. Ces sous-groupes comprenaient CK5/ 6- haut / CK20-bas, CK5/ 6-haut / CK20-haut et CK5/ 6-bas / CK20-haut. Ce dernier groupe caractérisé par une faible expression de CK5 / 6 et une forte expression de CK20 était prédictif d’un pronostic pire des carcinomes urothéliaux papillaires de haut grade non invasifs des muscles. L’analyse transcriptionnelle a révélé 308 gènes exprimés différentiellement dans les sous-groupes. Les analyses fonctionnelles des gènes ont identifié l’adhésion cellulaire comme un processus commun enrichi de manière différentielle dans ce sous-groupe par rapport aux autres, ce qui pourrait expliquer son phénotype à haut risque. Les signatures de fin de cycle cellulaire/prolifération ont également été enrichies dans ce sous-groupe. Ainsi, il semble que les tumeurs urothéliales caractérisées par une coloration diffuse pour CK20 en l’absence de couche basale démontrable représentent le sous-type le plus agressif du carcinome urothélial papillaire.

La cytokératine 5/6 est présente dans l’épiderme kératinisant normal et l’épithélium muqueux squameux, ainsi que dans les cellules basales ou les cellules myoépithéliales du sein, des glandes salivaires et de la prostate. Dans les biopsies de la prostate et du sein, CK5/6 décore la couche basocellulaire et est donc utile dans le diagnostic du carcinome invasif, ce dernier étant dépourvu de cellules basales. L’architecture de l’urothélium est différente de celle de l’épithélium canalaire prostatique ou mammaire, de sorte que la présence ou l’absence de cellules basales ne peut pas être utilisée pour stratifier les néoplasmes urothéliaux en types bénins ou malins. Cependant, l’absence de cellules basales dans les néoplasmes urothéliaux peut indiquer un mauvais pronostic. Ainsi, un carcinome urothélial de haut grade avec une couche basale préservée peut se comporter de manière moins agressive par rapport à une autre tumeur de haut grade dans laquelle la couche basale a été perdue. Dans notre laboratoire, nous utilisons une double coloration pour ces cytokératines, ce qui est extrêmement utile pour l’interprétation correcte de ces taches.

Un schéma de coloration similaire peut également être observé dans le carcinome urothélial in situ. Ces lésions sont généralement fortement réactives pour la CK20 et peuvent retenir ou non la couche basocellulaire CK5/6 positive. Le type de carcinome urothélial in situ et l’extension pagétoïde des cellules de carcinome peuvent également être reconnus par une coloration positive au CK20 (figure 7).

(a)

(d)

(c)

(a)
(b)
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Figure 7

(a) carcinome urothélial in situ avec forte immunomarquage pleine épaisseur pour CK20 avec une couche basocellulaire distincte positive pour CK5/6. (b) Un autre carcinome urothélial in situ présentant une forte coloration pour CK20 et l’absence de couche basale. (c) Extension pagétoïde du carcinome urothélial démontrée par une forte coloration cytoplasmique pour CK20 dans un fond de plusieurs couches de cellules basales réactives pour CK5 / 6.

Dans une minorité de cas, le carcinome in situ peut être réactif pour CK5/6 indiquant une différenciation basaloïde.

5. Différenciation urothéliale embryologique versus Dédifférenciation dans la néoplasie urothéliale

La corrélation étroite entre les modèles d’expression de l’isotype de cytokératine et la différenciation épithéliale suggère que les cytokératines sont cruciales pour la structure et / ou la fonction du tissu épithélial. Cependant, il a été difficile d’établir quelles sont les contributions précises d’individus ou de combinaisons d’isotypes de cytokératine au phénotype et au comportement des cellules épithéliales normales et néoplasiques. Ainsi, les changements dans l’immunolocalisation du CK20 qui indiquent un risque plus élevé de récidive du carcinome urothélial reflètent probablement un changement secondaire lié à la dérégulation du programme de différenciation urothéliale pendant la carcinogenèse plutôt que d’indiquer que le CK20 est directement impliqué. On peut supposer que les schémas d’expression de CK20 et CK5 / 6 dans divers carcinomes urothéliaux ont tendance à imiter les stades de développement embryologique et de différenciation de l’urothélium. Ainsi, les carcinomes urothéliaux de haut grade (avec ou sans invasion) caractérisés par une expression diffuse de CK20 sans couche basale peuvent représenter le stade précoce de la différenciation urothéliale après la séparation du sinus urogénital du cloaque. Au cours de ce stade de développement, l’urothélium présente une coloration diffuse en CK20 mais manque de couche basale. Dans certains des carcinomes urothéliaux de haut grade, il existe une coloration uniforme de toutes les couches par CK20, mais il existe également une couche basale bien formée démontrable par l’expression de CK5 / 6. Cela peut être équivalent au stade intermédiaire de la différenciation urothéliale embryonnaire. Les carcinomes urothéliaux bien différenciés sont caractérisés par la présence d’un motif mature d’expression de CK20 où son expression est principalement limitée aux cellules parapluie, tandis qu’une couche basocellulaire bien définie immunoréactive pour CK5/6 est également présente (Figures 8 et 9).

Figure 8

(a) Dessin animé représentant les étapes de différenciation au cours du développement embryologique de l’urothélium. Au cours des premiers stades, l’urothélium en développement conserve l’expression de CK20 normalement observée dans le cloaque. Pendant cette étape, aucune couche basale n’est présente. (b) Lors du développement de l’urothélium, la couche basale ne peut pas être mise en évidence par coloration pour CK5/6. (c) Stade final de différenciation urothéliale avec expression normale de CK20 limitée aux cellules parapluie et présence d’une couche basale normale manifestant l’expression de CK5/6.

Figure 9

(a) Dessin animé représentant un schéma de coloration immunohistochimique dans un carcinome urothélial papillaire de bas grade avec expression de CK20 limitée aux cellules parapluie et présence d’une couche basale bien définie qui exprime CK5/6. (b) Le carcinome urothélial de haut grade révèle une expression de CK20 dans toutes les couches d’urothélium, à l’exception de la couche basale qui contient CK5/6. Cela peut représenter une étape intermédiaire de dédifférenciation de la tumeur. (c) Dans le carcinome urothélial de haut grade, la couche basale peut être absente, mais le schéma diffus de coloration CK20 est maintenu. Ces caractéristiques peuvent indiquer une nouvelle dédifférenciation du carcinome.

Ce schéma peut être équivalent au stade final du développement urothélial et de la maturation pendant la période intra-utérine.

En résumé, la coloration immunohistochimique du carcinome urothélial pour CK20 et CK5 / 6 peut fournir des informations utiles concernant la nature du carcinome urothélial et son comportement clinique.

Disponibilité des données

Aucune donnée n’a été utilisée pour appuyer cette étude.

Conflits d’intérêts

Les auteurs déclarent n’avoir aucun financement ou conflit d’intérêts à divulguer.

Remerciements

Les auteurs tiennent à souligner l’aide précieuse et l’expertise technique du personnel de supervision et technique suivant de notre laboratoire immunohistochimique dans l’exécution de la coloration immunohistochimique bicolore: MME Rajaa Al Abdulla, superviseure; MME Huda Ahmed Al Hijji, superviseure; et MME Zuhoor Ali, technologue principale.