Je remercie le Professeur Jean-Claude Ehrhart pour sa lecture attentive du manuscrit et ses riches conseils éditoriaux.

1Au cours de ces cinquante dernières années, la génétique a identifié les évènements biologiques majeurs à l’origine des tumeurs. Ces connaissances ont donné naissance au paradigme oncogène décrivant les cancers comme conséquences d’avatars de fonctions cellulaires normales.

Introduction

2Peyton Rous, qui a identifié le premier virus (cf. glossaire) capable d’induire des tumeurs par injection chez le poulet (virus oncogène), a ouvert sa conférence Nobel de 1966 par les mots suivants :

« Les tumeurs détruisent l'homme d'une manière unique et effroyable, comme la chair de sa propre chair qui a été en quelque sorte rendue proliférante, endémique, prédatrice et incontrôlable. Le cancer est la plus tangible et la plus redoutable des maladies humaines, et cependant, malgré plus de soixante-dix ans de recherches, elle reste la moins comprise... Quelle peut être la raison de cette ignorance ? ».

3Au cours de ces cinquante dernières années, en identifiant les évènements génétiques majeurs à l’origine des tumeurs, la génétique (cf. glossaire) et la biologie cellulaire ont apporté des réponses à cette question, grâce à une progression des connaissances pas à pas et souvent en dents de scie. Les connaissances qui s’accumulent au cours de cette période donnent naissance au paradigme oncogène (1,2) dont Fujimura explique le développement par l'articulation entre les intérêts des biologistes et les exigences de la médecine (3). La genèse du paradigme oncogène s’étend sur trois quarts de siècle entre 1911 et le début des années 1980. Cette genèse est initiée par la découverte par Peyton Rous en 1911 du premier virus capable d’induire des tumeurs expérimentales par inoculation chez le poulet, virus ultérieurement appelé virus du sarcome de Rous (RSV). Les découvertes dans les années 1950 de virus tumorigènes chez la souris par Gross, Eddy et Stewart en particulier, représentent des contributions charnières entre les travaux de Rous sur le virus du poulet (1911) ou de Shope sur le papillomavirus du lapin (1933), et les travaux modernes post-1960 fondés sur la génétique moléculaire et la biologie cellulaire in vitro. Les historiens de la biologie se concentrent à juste titre sur la caractérisation des oncogènes et l'élucidation de leurs modes d'action en tant qu’accomplissements de la biologie moléculaire (cf. glossaire) des années 1970 et 1980. Moins discutés, mais non moins importants, sont les développements antérieurs de la virologie des années 1950 qui ont permis de promouvoir les virus tumorigènes comme outils privilégiés des recherches sur le cancer pour aboutir à la découverte des premiers oncogènes (4). Il faut en effet attendre les premières années de la décennie 1980 pour qu’un événement génétique simple tel que l’activation d’un gène (cf. glossaire) cellulaire soit établi comme déterminant dans la transformation maligne d’un tissu chez l’homme (5). Ce chapitre relate sommairement l’histoire de ces contributions, riche en leçons sur la genèse de la connaissance scientifique (Figure 1 et Tableau 1).

Tableau 1 : Historique de la découverte de l’univers oncogène

HISTORIQUE DE LA DÉCOUVERTE DE L’UNIVERS ONCOGÈNE
1911	Découverte de RSV, premier virus oncogène, par Rous
1958	Découverte du polyomavirus murin par Stewart et Eddy
1958	Focus assay par Temin et Rubin
1961	Modèle de régulation génétique : Jacob et Monod
1969	Le modèle des oncogènes : Huebner et Todaro
1970	Découverte Transcriptase reverse : Temin et Baltimore
1970	Un gène viral nécessaire pour la transformation cellulaire mais inutile pour la réplication : Martin, Duesberg, Vogt
1974	L’hypothèse des mutations : un des modèles de Temin
1976	Découverte du premier oncogène cellulaire, Src : Stehelin, Varmus, Bishop
1979–1980	Transfert du phénotype transformé par transfection d’ADN : Weinberg, Cooper, Barbacid, Wigler
1980	Src est une tyrosine kinase : Erikson, Hunter
1982	L’oncogène identifié par transfection d’ADN tumoral est le gène RAS activé par une mutation ponctuelle (Weinberg, Cooper, Barbacid, Wigler)
1983–1984	Les oncogènes codent aussi pour des facteurs de croissance ou leurs récepteurs

Les premiers pas de la recherche sur les virus oncogènes

4L’absence d’outils biologiques explique que les observations pionnières de Rous soient restées en veille pendant presque cinquante ans. Le réveil qui intervient à la fin des années 1950 est stimulé comme souvent par la simultanéité de la maturation des concepts et des développements d’outils d’ailleurs pas très sophistiqués. Les modèles de régulation génique et plus spécifiquement les interactions virus-hôte chez les bactéries, promus par Jacob, Monod et Lwoff (6), inspirent les réflexions des virologistes. Au début des années 1950, le California Institute of Technology (Caltech) est un foyer scientifique effervescent où se côtoient des biologistes de haut niveau autour de Delbrück, l'un des fondateurs de la biologie moléculaire et des physiciens influents, tel Feynman. Dulbecco, récemment arrivé dans ce cercle, convaincu par Delbrück de s’intéresser aux virus animaux, attire rapidement dans son laboratoire un groupe de jeunes chercheurs qui se sont avérés être les pionniers de la biologie des virus tumorigènes : Temin, Rubin, Baltimore, Benjamin, Fried… Deux modèles de virus tumorigènes sont étudiés dans le laboratoire de Dulbecco, le virus polyome murin (génome ADN) et le virus aviaire du sarcome de Rous (génome ARN). Le virus polyome, identifié en 1958 par Stewart et Eddy, induit des tumeurs multiples par injection chez le souriceau nouveau-né. L’infection in vitro de cellules de rongeurs conduit soit à la réplication virale avec lyse cellulaire dans les cellules de souris, soit à la transformation maligne sans réplication virale dans les cellules de hamster ou de rat (cf. glossaire « Cycles de reproduction des virus »). Le terme transformation est utilisé pour décrire un changement stable et héréditaire de la morphologie et des propriétés de croissance des cellules infectées. On parle de transformation maligne car les cellules transformées sont en général capables de produire des tumeurs par injection chez l’animal. Le modèle du polyome est attrayant car la simplicité de son génome ADN (5 000 paires de bases) laisse présager l’identification aisée de l’information génétique responsable du pouvoir tumorigène. Benjamin montre par des mesures de tailles de cibles d’agents génotoxiques tels que les rayons X ou UV, que la fraction du génome viral qui porte l’information pour la transformation est physiquement la moitié de celle nécessaire à la réplication virale (7). Il en conclut que la(es) fonction(s) de transformation portée(s) par la moitié du génome sont également impliquées dans la réplication virale. Fried conclut de même en caractérisant un mutant thermosensible du polyome, déficient à haute température à la fois pour la réplication virale et la transformation (8). Les connaissances sur le modèle du virus aviaire du sarcome de Rous sont sensiblement plus avancées. C’est un virus « modéré » qui contient un génome ARN. in vitro, il se reproduit (sans lyse) et transforme les cellules embryonnaires de son hôte naturel le poulet et in vivo il induit des tumeurs chez cet hôte. 1958 est une date majeure qui marque réellement la naissance de la « tumor virology ». Dès 1953, Dulbecco et Vogt avaient développé, sur la base d’un modèle couramment utilisé dans l’étude des bactériophages, une technique permettant le titrage de virus animaux cytolytiques en particulier le polyome (9). Cette technique ne pouvant pas s’appliquer directement au RSV, qui n’est pas cytolytique, Temin et Rubin (10) la modifient en tirant parti de la capacité du RSV à induire des modifications morphologiques des cellules infectées observables sous la forme de foyers de transformation sur une monocouche cellulaire. Cette méthodologie leur permet de démontrer que l’infection d’un seul fibroblaste primaire d'embryon de poulet par une particule virale unique, d’une part modifie sa morphologie de manière stable (transformation) et, d’autre part, produit une descendance de virions. En outre, différentes souches de virus déterminent différentes morphologies des cellules infectées, observation permettant à Temin de suggérer que le virus se comporte comme un gène cellulaire contrôlant la morphologie des cellules infectées (11). Cette propriété, intrinsèque à la cellule infectée est transmise aux cellules filles sur de nombreuses générations. Ces résultats ouvrent les possibilités d’expérimentation in vitro permettant la mise au point de tests quantitatifs de transformation cellulaire par des virus tumorigènes in vitro. Les années suivantes voient le développement d’outils génétiques et de biologie cellulaire qui démontrent que i) le cycle de reproduction des virus implique l’intégration du génome viral dans le génome cellulaire, ii) le cycle de reproduction et le pouvoir transformant du RSV sont des fonctions distinctes et iii) le phénotype (cf. glossaire) des cellules transformées est bien déterminé par une information contenue dans le génome viral. Ces avancées importantes dans la connaissance du RSV se sont avérées déterminantes dans la découverte ultérieure du premier oncogène. Il faut cependant attendre la fin des années 1960 pour que les outils moléculaires permettent d’établir la carte génétique du RSV et d’identifier les gènes impliqués respectivement dans le cycle de reproduction des virus et dans leur pouvoir transformant (12).

La découverte de la transcriptase reverse viole le dogme central de la biologie moléculaire

5Parmi les découvertes de cette fin de décennie, celle de la transcriptase reverse en 1970, simultanément par Temin et Mizutani à Madison et par Baltimore à Cambridge, s’est avérée d’une importance fondamentale tant du point de vue théorique que comme outil moléculaire pour la recherche sur le cancer. La présentation rigoureuse de cet événement doit insister sur la contribution pionnière de Temin qui dès 1964 émet l'hypothèse de l'ADN proviral comme mécanisme par lequel un virus contenant un génome ARN infecte et transforme les cellules. Le modèle de Temin propose que, dès son entrée dans une cellule, une copie ADN du génome viral ARN est produite. Cet ADN (provirus) est ensuite utilisé comme matrice pour la production de molécules d’ARN viral qui seront encapsidées dans des nouveaux virus (13). La production d’une copie ADN d’un génome ARN implique l’intervention d’une activité enzymatique alors inédite. Ce modèle hérétique, qui viole le dogme central de la biologie moléculaire selon lequel le flux d'information génétique est unidirectionnel : transcription de l’ADN→ ARN ; traduction de l’ARN→ protéine, a été accueilli avec dérision par la communauté scientifique et pendant presque une dizaine d’années Temin n’a pas réussi à convaincre ses pairs, même après la découverte de la transcriptase reverse en 1970. Cette année-là, Temin et Mizutani, d’une part (14), et Baltimore, d’autre hpart (15), réalisent simultanément une expérience très simple et rapidement reproduite, montrant que les virions de virus aviaire (RSV) ou murin (Rauscher mouse leukaemia virus) contiennent l’activité enzymatique ADN polymérase ARN dépendante prédite par Temin en 1964. Cette découverte, qui attire immédiatement l'attention de la presse scientifique et populaire, intervient à un moment clé de la recherche sur le cancer, au début de la « guerre contre le cancer » proclamée par Nixon. Elle ouvre la voie à une décennie de recherches, essentiellement infructueuses, de rétrovirus dans les tumeurs humaines. Par contre, en rendant obsolète le dogme central de la biologie moléculaire, elle justifie l’exploration de champs de recherche inédits qui conduiront, entre autres, à l’identification du VIH treize ans plus tard (16).

La découverte du premier oncogène

6Temin avait montré à l’aide de différentes souches virales que le phénotype de la cellule transformée par RSV est contrôlé par l'information génétique introduite par le génome viral (11). Des séries d’expériences reposant sur la génétique classique vont contribuer au processus d'identification du premier oncogène. Tout d’abord, l'isolement de mutants du RSV qui transforment les cellules mais ne produisent pas de descendance infectieuse, ou vice versa, peuvent se répliquer mais ont perdu la capacité de transformation, démontre que la réplication virale et l'oncogénicité sont des fonctions du RSV génétiquement indépendantes (17,18). En 1970, deux expériences décisives vont préciser ces observations. Martin, à l’université de Californie à Berkeley, décrit un mutant thermosensible de la souche Schmidt–Ruppin de RSV compétent pour la réplication virale, quelle que soit la température, qui transforme les cellules à basse température (permissive) mais pas à température élevée (non-permissive) (19). Ces résultats apportent la preuve génétique de l'existence d'un gène viral requis pour la transformation mais pas pour la réplication virale. La même année, Duesberg and Vogt (20) en apportent la preuve biochimique en comparant les génomes ARN de virus compétents pour la réplication virale mais soit capables, soit incapables de transformer des fibroblastes d'embryons de poulet. Ils identifient par différence l’information responsable du pouvoir transformant de RSV constituée vraisemblablement d’un seul gène, le gène src, localisé à l’une des extrémités du génome viral (Figure 2).

7Il faut six ans de maturation intellectuelle et d’accumulation de données biologiques pour qu’en 1976 des expériences réalisées par Stehelin dans le laboratoire de Varmus et Bishop, en collaboration avec Vogt, changent radicalement le domaine de la virologie tumorale et de la génétique du cancer. Ces auteurs, observant que, contrairement à ce qui est établi chez les virus oncogènes à ADN, le gène src responsable du pouvoir transformant de RSV n’est pas requis pour la réplication du virus, postulent qu'il pourrait être d'origine cellulaire et capturé lors d’une infection virale. Stehelin et coll. purifient une copie ADN spécifique du gène v-src par soustraction moléculaire des séquences obtenues par transcription reverse d’ARNs de RSV compétent (v-src+) par des séquences de RSV défectif (v-src-) pour la transformation (21). Ils démontrent qu’une telle séquence d’ADN s'hybride à divers ADN aviaires normaux, y compris des ADN d'oiseaux primitifs (22), identifiant ainsi le gène cellulaire c-src. À vrai dire, cette observation n'est pas totalement inédite. En effet, deux ans plus tôt, Tsuchida et coll. avaient démontré, par la même technique d’hybridation, que des séquences présentes dans le génome du virus du sarcome de Kirsten (KSV) sont détectables dans le génome de cellules normales de rat (23). On rappellera aussi que Harel et coll. (24) avaient démontré dès 1966 l’existence dans le génome aviaire normal d’une séquence homologue au génome du virus de la myéloblastose aviaire (AMV). La présence de c-src est démontrée ultérieurement dans les génomes de l’ensemble des vertébrés (25). La conservation dans l’évolution du gène c-src est une preuve qu’il s’agit bien d’un gène cellulaire normal et non d’un intrus rétroviral, les rétrovirus endogènes étant généralement spécifiques de l'espèce. Enfin, la nature cellulaire est définitivement confirmée par le clonage moléculaire (cf. glossaire) du c-src aviaire dont on montre qu’il est physiquement non lié aux séquences virales endogènes, d’une part, et qu’il possède la structure exon/intron typique de gène cellulaire normal, d’autre part. « Le virus est donc un pirate par inadvertance, le butin est un gène cellulaire ayant le potentiel de devenir un gène de cancer lorsqu'il est muté de certaines manières » (1). Ce type de gène est baptisé proto-oncogène pour souligner que, bien que précurseur du gène viral transformant, il n’a lui-même d’activité transformante que lorsqu’il est muté ou que son expression (cf. glossaire) est dérégulée. Ces résultats confondent la théorie oncogène émise en 1969 par Huebner et Todaro (26) qui proposait que des gènes transformants sont présents dans le génome de cellules normales au sein de rétrovirus endogènes, transmis verticalement des parents à la progéniture, et que la survenue des cancers est déterminée par la dérépression spontanée et/ou induite de ces oncogènes viraux via des mécanismes épigénétiques. Par contre, ils confortent l’hypothèse des mutations avancée en 1974 par Temin en réponse à la question “How is the genome of a normal cell changed into the genome of a cancer cell” (27). Selon Temin, le génome des cellules normales contient des « gènes du cancer » (non pas viraux comme le suggéraient Huebner et Todaro) sous une forme inactive qui sont activés par mutation au cours de la carcinogenèse, de sorte que leur expression induit la transformation maligne. L'hypothèse de Temin propose, de plus, que les « gènes du cancer » sont ceux-là mêmes qui sont retrouvés dans les rétrovirus hautement transformants de type RSV. Ainsi, Temin avait conçu, plusieurs années avant leur découverte, le concept de proto-oncogène, gène normal capable de devenir oncogène par activation. Tout aussi prémonitoire, Scolnick avait montré en 1973 que le Kirsten sarcoma virus (KSV) est né d'un processus de recombinaison (cf. glossaire) entre le virus de la leucémie murine de Kirsten et des séquences d'acide nucléique trouvées dans les cellules de rat (28).

8L’impact de ces découvertes sur la « science du cancer » est considérable. Elles élèvent la dimension jusque-là purement virologique des oncogènes en une dimension cellulaire universelle, pertinente pour l’ensemble des vertébrés y compris l'homme. Ainsi, les rétrovirus ne sont plus l'origine des informations oncogènes, ils sont rétrogradés à de simples capteurs de séquences génomiques de leurs hôtes.

L’expansion de l’univers des oncogènes

9La découverte du c-src ouvre la voie à une expansion du concept d'oncogène. La conversion, ou l'activation, d'un proto-oncogène en un oncogène (cf. glossaire) implique généralement un gain de fonction. Dès lors, tout gène cellulaire dont on peut démontrer l’activation par gain de fonction dans des tumeurs se qualifie comme un oncogène. Cinq mécanismes distincts sont décrits et participent à l’activation proto-oncogène-oncogène (Tableau 2). Les deux premiers reposent sur les propriétés des rétrovirus oncogènes, à savoir la transduction (cf. glossaire) et la mutagenèse insertionnelle ; les trois autres impliquent des altérations somatiques du génome de cellules tumorales, à savoir des mutations ponctuelles dans un proto-oncogène, des endo-duplications localisées (amplification génique) et des translocations chromosomiques. L’observation de ces évènements en particulier dans des tumeurs humaines a permis d’élargir le répertoire des oncogènes et de les impliquer dans la physiologie des cellules eucaryotes et dans la tumorigenèse.

Tableau 2: Modes d’activation des proto-oncogènes

MODES D’ACTIVATION DES PROTO-ONCOGÈNES
Mécanismes	Conséquences génétiques et biochimiques	Exemples
Transduction	Insertion d’exons de proto-oncogène dans le génome rétroviral souvent accompagnée de tronquages ou de mutations de séquence codante entraînant une surexpression d’une protéine anormale	v-SRC
Mutation ponctuelle	Modification de séquence et de fonction de la protéine	Ha-RAS
Insertion mutationnelle	Augmentation du niveau d’ARN messager et de protéine via le promoteur du rétrovirus, quelquefois accompagnée de tronquage, fusion ou mutation ponctuelle dans la séquence codante	c-MYC
Amplification	Augmentation du niveau d’ARN messager et de la protéine via le dosage génique	n-MYC
Translocation chromosomique	Régulation altérée de l’expression avec parfois création d’une protéine hybride	c-MYC BCR-ABL
Interaction protéine-protéine	Stabilisation ou Activation d’une fonction biochimique	c-SRC et Polyome MT

D’après Vogt (12)

Les rétrovirus, outils d’identification d’oncogènes

10Les rétrovirus oncogènes se divisent en deux classes selon la cinétique avec laquelle ils induisent des tumeurs chez un hôte infecté: les rétrovirus à transformation aiguë et ceux à transformation lente. Les rétrovirus transformants aigus induisent des tumeurs polyclonales dans les 2 à 3 semaines suivant l'infection de l'hôte grâce à l’expression d’un oncogène v-onc qu’ils ont transduit et qui peut donc être identifié dans le génome viral. En revanche, les rétrovirus à transformation lente ne possèdent pas de v-onc, ils sont incapables de transformer les cellules in vitro mais induisent des tumeurs monoclonales ou oligoclonales (cf. glossaire « clonalité des tumeurs ») avec une latence plus longue de 3 à 12 mois. Leur pouvoir tumorigène résulte de l'insertion de leur génome dans le génome de l'hôte, avec pour conséquence l’activation en cis de gènes (cf. glossaire) à proximité du site d’insertion sous l’action du puissant activateur de transcription porté par le rétrovirus. L’analyse du site d’insertion permet en principe d’identifier le gène activé.

Les oncogènes transduits par les rétrovirus

11À la suite de la découverte de v-src dans le RSV et de l’identification de son origine cellulaire c-src, les études de nouveaux isolats rétroviraux causant des tumeurs chez les aviaires et les rongeurs et capables de transformation aiguë in vitro identifient plusieurs dizaines d’oncogènes transduits par ces virus (v-onc). On sait peu de choses sur la façon dont se produit la transduction : elle exploite les particularités du cycle de vie des rétrovirus et met certainement en œuvre des mécanismes de recombinaison (cf. glossaire) non homologue et de réarrangement génomique (Figure 3). Chaque oncogène est nommé par référence au virus chez lequel il a été découvert, myc pour Avian myelocytomatosis virus, ras pour Rat sarcoma virus, erbb1 pour avian erythroblastosis virus, abl pour Abelson murine leukemia virus… Leurs produits regroupés en plusieurs classes fonctionnelles partagent la propriété d’être impliqués dans le contrôle de la prolifération cellulaire (12). Les séquences c-onc correspondant à chaque oncogène viral v-onc sont identifiées. Les séquences v-onc et c-onc sont remarquablement proches mais présentent néanmoins des différences significatives résultant du processus de la transduction. Celle-ci exclut plusieurs caractéristiques cardinales du gène, dont les régions régulatrices de sa transcription (cf. glossaire) et les séquences introniques (la séquence v-onc provient du produit de transcription du gène c-onc). Par ailleurs, les v-onc portent des mutations dues aux erreurs de copie par la transcriptase reverse dont certaines, sélectionnées comme gains de fonction, sont éventuellement associées à l’acquisition du pouvoir transformant. Les oncogènes cellulaires c-onc ne sont en général pas tumorigènes dans leur état d'origine ; l’acquisition de cette propriété est due soit à des niveaux d'expression anormaux, soit à des mutations susceptibles de modifier leur fonction.

Tableau 3 : Exemples d’oncogénèses détectés dans des tumeurs humaines

EXEMPLES D’ONCOGÈNES DÉTECTÉS DANS DES TUMEURS HUMAINES
Noms	Tumeurs	Mécanismes d’activation	Propriétés de la protéine
ERBB2	Carcinomes : sein, ovaire, estomac	Amplification	Récepteur de facteur de croissance
ERBB	Carcinomes du sein, glioblastomes	Amplification	Récepteur de facteur de croissance
RAF	Carcinomes de l’estomac	Réarrangement	Sérine/thréonine kinase cytoplasmique
Ha-RAS	Carcinomes de la vessie	Mutation ponctuelle	GTPase
Ki-RAS	Carcinomes du poumon et du côlon	Mutation ponctuelle	GTPase
N-RAS	Leucémies	Mutation ponctuelle	GTPase
MYC	Lymphome, carcinomes	Amplification,translocation chromosomique	Facteur de transcription
N-MYC	Neuroblastome	Amplification	Facteur de transcription
L-MYC	Carcinome du poumon non-à petites cellules	Amplification	Facteur de transcription
BCL2	Lymphome folliculaires et indifférenciés	Translocation chromosomique	Cytoplasmique ou mitochondriale
GSP	Tumeurs de l’hypophyse	Mutation ponctuelle	Echange GDP/GTP cytoplasmique
HST	Carcinomes de l’estomac	Réarrangement	Facteur de croissance
RET	Carcinomes de la thyroide	Réarrangement	Récepteur de facteur de croissance
TRK	Carcinomes de la thyroïde	Réarrangement	Récepteur de facteur de croissance

D’après Weinberg (54)

Les cibles de la mutagenèse par insertion de provirus

12Les génomes de rétrovirus transformants lents comme le virus de la leucose aviaire (ALV) ne portent pas d'oncogène mais néanmoins sont capables d’induire des tumeurs via l’effet potentiellement mutagène de leur intégration dans le génome des cellules hôtes (mutagenèse insertionnelle). L'intégration de l'ADN viral dans le génome de l'hôte sous la forme d’un provirus est en effet une étape essentielle de l'infection par les rétrovirus. Cette intégration est potentiellement mutagène à deux titres : elle peut soit perturber l’organisation du génome de l’hôte, soit modifier l'expression de gènes au niveau d’un locus cible via les puissantes fonctions de régulation du virus. Dans ce processus, un provirus s'intégrant au voisinage d'un gène cellulaire opère comme un activateur transcriptionnel qui, en modifiant le dosage du produit génique, active son potentiel tumorigène. La mutagenèse insertionnelle induite par un rétrovirus est un processus lent qui se produit chez l'hôte infecté, nécessitant une succession d’épisodes de réplication et d’intégration virale prolongés. C’est en 1981 que Hayward et coll. illustrent ce processus en démontrant dans des lymphomes du poulet induits par infection par l’ALV, que l’insertion du provirus à proximité du gène myc, induit la surexpression de ce gène et révèle son potentiel oncogénique.

13La mutagenèse par insertion de provirus a été développée comme une stratégie pour révéler le potentiel oncogène de gènes cellulaires qui ne sont jamais transduits par des virus. Uren et coll. ont dressé une liste exhaustive des oncogènes localisés aux sites d’insertion les plus fréquemment observés dans des criblages de mutagenèse d'insertion rétrovirale (30). La découverte a validé l'idée que les virus pourraient conduire au cancer en modifiant directement la structure des génomes cellulaires.

Les altérations somatiques du génome de cellules tumorales, pistes d’oncogènes

14Les génomes de cellules tumorales présentent de multiples altérations somatiques qui se rangent en deux types, soit structurales (mutation, insertion, délétion, translocation), soit quantitatives (aneuploïdie, amplification génique). Dans les années 1980, différentes approches d’exploration de ces altérations identifient de nombreux nouveaux oncogènes. Les puissantes approches de séquençage (cf. glossaire) à haut débit mises en œuvre ces dernières années n’ont d’ailleurs pas significativement élargi le répertoire des oncogènes connus.

Les transfections d'ADN de cellules tumorales humaines : définitions fonctionnelles des oncogènes

15Le phénotype tumoral d’une cellule est-il transmissible à une cellule normale par transfert d'ADN génomique (cf. glossaire « transfection ») ? L’état des connaissances acquises sur les mécanismes de tumorigenèse par les virus oncogènes à ADN ou ARN à la fin des années 1970 légitime cette question. Celle-ci soulève des doutes dans la communauté scientifique car le succès de l’expérience repose sur au moins deux hypothèses assez incertaines : d’une part, le phénotype tumoral doit être dominant et, d’autre part, le support ADN de l’information ne doit pas être de taille trop importante pour être transfecté sous sa forme active. Néanmoins, des précédents historiques autorisent un certain optimisme. En 1953, Vogt et Dulbecco ont réussi la transformation de cellules de rongeurs par l’ADN du virus polyome (9) et vingt années plus tard, Hill et Hillova ont montré que l'ADN extrait de cellules de rat transformées par la souche RSV Prague (cellules non productrices de virus), transfecté dans des cellules d'embryon de poulet permissives, donne lieu à un cycle viral productif (cf. glossaire) et à la transformation (31).

16Des expériences ayant pour objectif de répondre à la question posée ci-dessus sont mises en œuvre à la fin des années 1970, dans une atmosphère de compétition entre les laboratoires de Weinberg, Cooper, Barbacid et Wigler. La journaliste Natalie Angier a relaté cette période dans son livre “Natural Obsessions. The Search for the Oncogene” (32) à travers le prisme de son immersion dans le laboratoire de Weinberg. Les prémices commencent en 1979 avec une publication du laboratoire de Weinberg montrant que la copie ADN du génome du rétrovirus murin Moloney sarcoma virus, synthétisée in vitro et transfectée dans des fibroblastes de souris NIH-3T3, induit des foyers de transformation (33). Le même protocole expérimental, utilisant cette fois l'ADN de lignées cellulaires de souris et de rat transformées par le cancérogène chimique méthylcholanthrène, donne le même résultat (34‑35). Cependant, alors que Cooper et coll. observent des foyers en transfectant l’ADN des cellules non transformées, Shih et coll. n’en observent pas, divergence inexpliquée qui donne lieu à polémique. Malgré tout, la communauté admet la conclusion que les cellules transformées par des cancérogènes contiennent des séquences d'ADN portant une « information transformante » que l’on soupçonne résulter de l’altération de l'ADN cellulaire par le méthylcholanthrène. Ces observations préliminaires encouragent les chercheurs à étendre leurs investigations aux cellules tumorales humaines et animales. Ils transfectent l’ADN de plusieurs lignées cellulaires dérivées de ces tumeurs dans les cellules NIH3T3 et observent la formation de foyers de transformation (36‑39). Les cellules NIH3T3 sont des fibroblastes murins normaux qui ont été choisies parce que i) elles sont immortelles (on peut les multiplier à volonté), ii) elles occupent la surface de culture en une monocouche (inhibition de contact) sur laquelle les cellules transformées ayant perdu l’inhibition de contact peuvent proliférer en foyers, iii) elles sont facilement transfectables. Parmi les cellules tumorales testées figurent des lignées d’origines tissulaires diverses : carcinomes de la vessie humaine, de lapin et de souris, carcinome pulmonaire, neuroblastome de rat et gliome de souris... montrant que les gènes transformants peuvent agir à travers les barrières tissulaires et d'espèces pour transformer les fibroblastes murins NIH3T3. Ces résultats ne suscitent pas d'intérêt immédiat dans la communauté scientifique. L’intérêt s’emballe lorsque, de manière inattendue, les informations oncogènes transfectées sont identifiées comme identiques aux oncogènes portés par les rétrovirus transformants. Le gène transformant du carcinome de la vessie EJ est la version mutée de c-HA-RAS, le gène cellulaire homologue au gène transformant du virus du sarcome de Harvey ; le gène transformant du carcinome pulmonaire est la version mutée de c-Ki-RAS, gène cellulaire homologue du gène transformant du virus du sarcome de Kirsten rétrovirus étroitement apparenté au virus du sarcome de Harvey… (40‑42). L’intérêt s’exacerbe lorsque, pour l’un des gènes (Ha-RAS), la modification oncogénique s'avère être un évènement simple en l’occurrence une mutation d’une seule paire de base, provoquant la substitution dans la séquence de la protéine de la glycine en position 12 par une valine (43‑44). Il faut noter que ces premières publications identifiant les oncogènes RAS comme les gènes transformants des carcinomes humains se limitent à la description de leur organisation génomique et de leur niveau d’expression. Il faut attendre quelque mois pour que soient décrites les mutations ponctuelles dans la région codante ayant de potentielles conséquences fonctionnelles. L’explication tient probablement au fait que les chercheurs sont initialement persuadés que, à l’instar des rétrovirus, l’activation oncogénique des proto-oncogènes est une affaire de régulation de niveau d’expression (cité par Angier (32). Ces premiers résultats ont encouragé un grand nombre de travaux cherchant à identifier des oncogènes dans des séries de tumeurs avec le protocole classique de transfection des NIH3T3 ou certaines variations. Deux observations caractérisent cette expérience collective : i) 80 à 90 % des ADNs de tumeurs spontanées humaines donnent un résultat négatif, ii) les oncogènes révélés par cet essai fonctionnel s’avèrent être en majorité des membres de la famille des gènes RAS, avec trois allèles mutants (45). Cette observation, qui tient peut-être à la nature du criblage sur les NIH3T3, suggère à Weinberg la réflexion que le nombre de types distincts d’oncogènes est peut-être très restreint et que « la jungle oncogène actuelle n'est après tout pas si impénétrable » (46). En ce qui concerne la récurrence des trois allèles mutants, l'hypothèse dominante est que des mutations peuvent bien survenir à divers sites dans les gènes RAS mais que de fortes pressions sélectives favorisent la croissance de cellules dans lesquelles s’expriment ces allèles récurrents.

Les translocations chromosomiques à l’origine d’activations oncogéniques

17La démonstration que les rétrovirus peuvent affecter le comportement de c-onc par insertion mutationnelle a stimulé l’analyse de réarrangements génomiques fréquemment observés dans le caryotype des tumeurs humaines. La perspective était qu’une translocation chromosomique qui sépare un gène régulateur (cf. glossaire) de croissance de son promoteur, en le plaçant sous le contrôle d'un autre promoteur, entraîne une expression inappropriée de ce gène lui conférant un statut d’oncogène.

18Deux exemples de translocation ont ouvert ce paradigme : i) Les translocations qui juxtaposent l’un des trois loci des immunoglobulines au chromosome porteur du gène myc, dans les lymphomes B murins et dans les lymphomes de Burkitt chez l’homme. L’abolition de la régulation physiologique de l’expression de myc suite à la translocation, est oncogénique pour les cellules B, ii) La présence du chromosome Philadelphie (22q-) est caractéristique de la leucémie myéloïde chronique. L’analyse structurale de ce chromosome montre qu’il est le produit d’une translocation qui juxtapose le gène c-abl situé à l’extrémité du chromosome 9q au gène bcr situé sur le chromosome 22. Cet événement crée un cadre de lecture codant une protéine hybride bcr-abl qui fait perdre à abl la régulation de son activité tyrosine kinase. Ces deux exemples ont inspiré des travaux à la recherche qui ont décrit plusieurs autres translocations oncogéniques (45).

L’amplification génique, mécanisme d’activation oncogénique

19L’idée de rechercher des proto-oncogènes dans des régions amplifiées dans le génome repose sur l’hypothèse que des copies géniques en surnombre se manifestent par une surexpression des gènes correspondants. On retrouve ici un autre mécanisme de dérégulation de l’expression. L’amplification génique est révélée lors de l’analyse des chromosomes d’une cellule ou d’une tumeur (caryotype). Elle est soit : i) intra-chromosomique, révélée par la coloration dense et homogène de certaines régions chromosomiques (homologous staining region ou HSR) qui reflète la présence de plusieurs dizaines de copies d’un gène, soit ii) extra-chromosomique, révélée par l’existence de petits chromosomes excédentaires (chromosomes double minute). Plusieurs gènes activés par amplification ont été décrits (45) dont des membres des familles RAS, MYC et ERBB. Le gène N-MYC est amplifié dans les formes les plus sévères du neuroblastome de l’enfant. La recherche de cette amplification fait partie du bilan diagnostique et oriente la prise en charge thérapeutique. Le gène C-ERBB-2 codant pour un membre de la famille des récepteurs de l’EGF (Epithelium Growth Factor Receptor) est amplifié dans plusieurs lignées cellulaires dont la lignée tumorale humaine A431. Cette amplification est corrélée avec le niveau d’expression élevé de la protéine EGFR.

20On vient de décrire cinq mécanismes distincts réalisant un gain de fonction à l’origine d'activation proto-oncogène-oncogène. On a cité plusieurs gènes impliqués dans différents types d’évènements, indiquant qu’il n’existe pas de mécanisme exclusif d’activation d’un proto-oncogène donné. Le gène MYC illustre bien cette ubiquité. Sur une période d'une année, le gène myc s'est avéré être activé par quatre de ces mécanismes : transduction dans le virus aviaire AMV (Avian Myelocytomatosis Virus) ; insertion du virus aviaire ALV (Avian Leukosis Virus) ; translocation aux loci des immunoglobulines dans les plasmocytomes murins ou les lymphomes B humains ; enfin amplification dans les neuroblastomes pédiatriques (47). Par contre myc n’a pas été détecté par transfection dans les NIH3T3.

21Une liste non exhaustive des oncogènes identifiés dans les tumeurs humaines est présentée dans le Tableau 3.

Des virus à ADN contiennent aussi des oncogènes

22Comme mentionné plus haut, dans les années 1950, le virus polyome murin a constitué un modèle d’étude de l’oncogenèse virale, parallèle avec le RSV dans le laboratoire de Dulbecco. En apparence génétiquement moins complexe que le RSV, le polyome murin s’est cependant révélé plus difficile à explorer du fait de la superposition des fonctions de transformation et de réplication virale. Néanmoins, à partir du milieu des années 1970, le polyome murin et les autres membres de la famille des papovavirus comprenant les virus de primate (SV40, BK, JC), les papillomavirus humains (HPVs) ainsi que les adénovirus humains ont fait l’objet de recherches avancées. On rappelle que le premier génome viral dont la séquence complète a été établie en 1978 est celui du virus SV40 (5,2kb). Tous ces virus produisent un cycle viral lytique (cf. glossaire) chez les cellules de leur hôte naturel mais transforment celles d’un hôte hétérologue en s’intégrant dans le génome cellulaire et en exprimant leurs « oncogènes ». Contrairement aux oncogènes rétroviraux, ces oncogènes ne sont pas dérivés de gènes cellulaires normaux et sont intrinsèquement viraux. Leur potentiel oncogénique met en œuvre des stratégies à la fois de stimulation du cycle cellulaire et d’inactivation des mécanismes de régulation susceptibles de l'entraver. Parmi ces derniers, les gènes P53 et RB suppresseurs de tumeur jouent un rôle central dans le maintien de l’homéostasie cellulaire en contrôlant la prolifération cellulaire, l’apoptose, le métabolisme... L’inactivation fonctionnelle de ces deux gènes, fréquemment observée dans les tumeurs et qui abroge les freins à la prolifération, fait intervenir divers mécanismes mutagènes classiques : mutation, délétion… Les oncogènes des virus à ADN phénocopient cette inactivation par un mécanisme inédit de séquestration. Les antigènes LT (Large T) de SV40 ou du polyome, la protéine E7 des papillomavirus ou la protéine E1A des adénovirus séquestrent la protéine RB alors que l’antigène LT de SV40 (pas celui du polyome), la protéine E6 des papillomavirus ou la protéine E1B des adénovirus séquestrent la protéine P53. Le polyome murin exprime une protéine supplémentaire, l’antigène Moyen T (MT) dont le rôle est unique dans la transformation. La phosphorylation de MT par la tyrosine kinase Src déclenche l'assemblage d'un complexe de signalisation sur les membranes cellulaires, impliquant des molécules clés, notamment Shc, Grb2, PI3K et PLC gamma, qui conduit à une transformation par des voies similaires à celles mises en jeu par des oncogènes rétroviraux de la famille ERBB (48). La compréhension des stratégies mises en œuvre par ces virus à ADN a produit des informations originales sur les signalisations impliquées dans la transformation cellulaire et la tumorigenèse.

Remarques fonctionnelles sur les proto-oncogènes et les oncogènes

23Le Tableau 4 rassemble les informations relatives aux activités biologiques des principaux oncogènes activés dans les tumeurs par l’un des mécanismes décrits ci-dessus. On voit que les grandes fonctions cellulaires sont représentées : transcription, chromatine, apoptose (cf. glossaire), facteurs de croissance et leurs récepteurs, transduction du signal, ceci soulignant la diversité des voies impliquées dans la tumorigénèse. On notera cependant l’absence dans cette liste, de la régulation de la réplication de l’ADN (cf. glossaire) voie majeure du cycle cellulaire et donc de la prolifération. Aucun des mécanismes connus d’activation proto-oncogène en oncogène ne cible ces fonctions alors que les oncogènes de certains virus à ADN (Antigène LT de polyome murin et de SV40) ont des fonctions activatrices de la phase S des cellules infectées. Quels rôles jouent les proto-oncogènes dans la physiologie des cellules normales ? Leur conservation dans l’évolution des eucaryotes est un indicateur de leur importance dans l’homéostasie cellulaire. Leur expression tissulaire est en général ubiquitaire mais peut parfois être spécifique d’un tissu suggérant un rôle dans la différenciation (cf. glossaire) et/ou le développement(cf. glossaire), processus particulièrement altérés au cours de la tumorigénèse (49‑50). Ainsi, au-delà de son rôle dans les tumeurs, la dérégulation fonctionnelle de RAS peut provoquer des troubles du développement, appelés collectivement maladies cardio-facio-cutanées (51). Enfin, on connaît les effets délétères des virus oncogènes sur la différenciation qui sont des avatars de fonctions normalement assurées par les proto-oncogènes correspondants (52,53).

Tableau 4 : Fonctions des oncogènes activés

FONCTIONS	EXEMPLES
Facteurs de transcription	Famille MYC, v-MYB, v-FOS, v-JUNE, v-ETS…
Inhibiteurs d’apoptose	BCL2, MDM2
Modificateurs de chromatine	ALL
Facteurs de croissance	v-SIS, INT2
Récepteurs de facteurs de croissance
● Tyrosine kinases membranaires	EGFR, v-KIT, MET, TRK, RET, NEU
● Récepteurs sans activité protéine kinase	MAS
Médiateurs de transduction du signal
● Tyrosine kinases cytoplasmiques	v-SRC, v-YES, ABL
● Protéines G membranaires	Famille RAS, BRAF, GSP
● Facteurs d’échange GTPase (GEF)	DBL, VAV
● Sérine/thréonine kinases cytoplasmiques	v-MOS, v-RAF, PIM
●Régulateur cytoplasmique	v-CRK

D’après Croce (55)

Conclusion

24L’échec formel du programme Virus et Cancer du NIH américain à la fin des années 1970 aurait pu stériliser la réflexion des scientifiques impliqués dans la thématique cancer. En fait, depuis la fin des années 1950, parmi ceux-là mêmes qui résistent à la pression des institutions pour démontrer à tout prix l’étiologie virale des cancers humains, émerge une génération de brillants chercheurs, principalement dans l’environnement de Caltech et du Salk Institute. Ils exploitent la simplicité expérimentale offerte par les virus oncogènes à ARN et à ADN pour développer des modèles de transformation maligne présentant les caractéristiques phénotypiques proches de celles des tumeurs humaines. Il faut 20 ans à cette génération et leurs élèves pour construire un paradigme du cancer dans lequel l’expression augmentée ou la modification structurelle d'un nombre limité de gènes appelés oncogènes est un facteur causal majeur. On notera que cette maturation a été essentiellement conceptuelle. La seule innovation technologique de rupture qui marque cette période dont il ne faut certes pas ignorer l’importance, a été la manipulation de l’ADN par génie génétique. Ainsi, la découverte, indiscutablement cardinale, de la transcriptase reverse par Temin et Baltimore, n’est qu’une démonstration expérimentale, techniquement simplissime, d’une hypothèse émise par Temin six ans plus tôt.