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17/01/2023
hPG80, la progastrine circulante,
une nouvelle cible pour lutter contre le cancer
Note aux lecteurs :
De nombreux travaux menés conjointement par les communautés scientifiques et médicales à travers le monde ont démontré ou visent à démontrer actuellement les multiples possibilités qu’offre hPG80 (progastrine circulante) dans l’aide à la détection du cancer et à son diagnostic, dans l’accompagnement du suivi thérapeutique, dans la surveillance des récidives ou encore dans le traitement du cancer lui même, seule ou en association avec d’autres moyens thérapeutiques.
Aujourd'hui, la connaissance scientifique rassemblée sur la progastrine et les mécanismes de son interaction avec le cancer sont suffisamment solides pour être mis à la disposition des praticiens, en ce qui concerne l'aide au dépistage et le suivi de
l'efficacité des thérapies, afin que ceux-ci puissent à leur tour définir les meilleurs méthodes cliniques d'utilisation et d'intégration de ces nouveaux moyens dans leur combat au service de la santé des patients.
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Nous avons demandé à Dominique Joubert, PhD en biologie, et à Alexandre Prieur, PhD en oncologie, de réaliser une revue scientifique objective et complète du lien entre hPG80, la progastrine circulante, et le cancer.
Cette revue synthétise et met en perspective l'ensemble des travaux réalisés, des découvertes opérées et des preuves rassemblées par de nombreux laboratoires depuis 1990.
hPG80, LA PROGASTRINE CIRCULANTE,
ET SES LIENS AVEC LE CANCER
DE LA DÉCOUVERTE DE LA PROGASTRINE À LA RÉVERSION TUMORALE.
Cette revue aborde un sujet dont l'enjeu est majeur : le rôle de la progastrine dans le cancer.
[Note du rédacteur : Cette revue qui couvre 30 ans de publications scientifiques sur le sujet, utilise le terme “progastrine” qui a été remplacé par le terme “hPG80” en 2019, en raison de nombreuses confusions avec entre, d'une part, la “progastrine intracellulaire” qui est le précurseur de la gastrine, la “progastrine circulante ou extra-cellulaire” qui est un biomarqueur du cancer.]
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Cependant, afin d'entrer dans ce sujet avec une compréhension globale, nous allons d'abord fournir quelques informations générales, en commençant par une question :
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Qu'est-ce qu'une tumeur ?
Une tumeur est un ensemble hétérogène de cellules dont 1 à 5% ont un phénotype de cellules souches cancéreuses. Ces cellules assurent la survie de la tumeur et doivent donc faire l'objet de thérapies spécifiques (Kaur et al., 2018). Elles sont capables de migrer et d'envahir les tissus environnants et de former des métastases distantes ; elles sont capables de générer les cellules qui forment la masse de la tumeur : les cellules progénitrices qui elles-mêmes pourront entrer dans un programme de différenciation, souvent incomplet (figure 1).
TABLE DES MATIÈRES :
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Introduction
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Qu'est-ce qu'une tumeur ?
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Qu'est-ce que la progastrine ?
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Où est exprimée la progastrine dans des conditions physiologiques ?
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Le lien entre progastrine et cancer : comment est-il démontré ?
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La progastrine est présente dans le plasma des patients atteints d'un cancer colorectal
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La progastrine et ses fonctions sur les cellules cancéreuses
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Prolifération de la progastrine et des cellules tumorales
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La progastrine est un promoteur de la tumorigenèse intestinale
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La progastrine est essentielle à la survie des cellules souches tumorales
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Par quel mécanisme la progastrine contrôle-t-elle la formation des tumeurs ?
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La progastrine diminue l'apoptose
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La progastrine régule les adhérences et les jonctions serrées.
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La progastrine est un facteur pro-angiogénique.
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Progastrine et hypoxie
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Quel est le récepteur de la progastrine ?
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La progastrine et les voies de signalisation oncogènes
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La progastrine et la voie WNT
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Il a été démontré que la destruction de la progastrine pouvait inactiver la voie WNT et inverser la tumorigénèse
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La progastrine comme cible pour lutter contre le cancer
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Références
Figure 1 : Complexité et hétérogénéité d'une tumeur adaptée de (Hanahan et Weinberg, 2011)
Les cellules tumorales, comme les cellules normales, n'ont pas de phénotype stable (da Silva-Diz et al., 2018). Cela signifie qu'une cellule progénitrice, par exemple, pourrait redevenir une cellule souche si la tumeur a un besoin accru de cellules souches (figure 2).
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Il est donc crucial pour l'éradication des tumeurs de cibler à la fois les cellules souches cancéreuses et les autres cellules. Aujourd'hui, la grande majorité des thérapies ciblent les cellules en prolifération, c'est-à-dire les cellules progénitrices. C'est le cas de la chimiothérapie ou des thérapies qui ciblent les mécanismes qui assurent la prolifération cellulaire (figure 3).
De plus, la croissance d'une tumeur nécessite la formation de nouveaux vaisseaux (néo-angiogenèse), afin de fournir aux cellules tumorales les facteurs de croissance et l'oxygène nécessaires à leur survie et leur prolifération. Les cellules souches cancéreuses peuvent survivre dans un environnement défavorable à d'autres types de cellules comme l'hypoxie ou l'absence de facteurs de croissance. Elles peuvent également survivre aux traitements de chimiothérapie en utilisant des mécanismes intracellulaires capables d'exclure les molécules de chimiothérapie de la cellule, ce qui les rend résistantes à ces traitements (Batlle et Clevers, 2017).
Figure 2 : plasticité des cellules cancéreuses adaptée de (da Silva-Diz et al., 2018)
Figure 3 : cible moléculaire pour des thérapies ciblées adaptées de (Li et Li, 2014).
Le lien entre la progastrine et le cancer est connu depuis plus de 30 ans. La progastrine est impliquée dans la plupart des propriétés des cellules cancéreuses qui assurent l'existence de la tumeur : prolifération, survie des cellules souches cancéreuses en normoxie et hypoxie, migration et invasion cellulaire, angiogenèse, mécanismes intracellulaires responsables des différentes propriétés des cellules tumorales (figure 4).
Figure 4 : La progastrine, pierre angulaire des voies oncogènes
Ce document est un examen objectif et complet du lien établi par de nombreux laboratoires entre la progastrine et le cancer. Nous analyserons ces liens au fur et à mesure, en commençant par la question suivante : qu'est-ce que la progastrine ?
QU'EST-CE QUE LA PROGASTRINE ?
En 1905, John Sydney Edkins a montré l'existence d'une hormone responsable de la sécrétion d'acide gastrique. Cette hormone était appelée sécrétine gastrique, ou gastrine.
Mais ce n'est qu'en 1979 [séquence partielle d'ARNm : (Noyes et al., 1979)], puis en 1987 et 1988 [précurseur de la gastrine humaine : (Desmond et al., 1987 ; Dockray, 1988)] que la progastrine fut identifiée comme étant le précurseur de la gastrine. Sa séquence a été élucidée ainsi que la séquence de son ARNm.
La progastrine est un peptide de 80 acides aminés, traité dans le réticulum endoplasmique, la gastrine étant le produit actif final de la maturation de la progastrine.
La figure 5 montre comment les clivages successifs de la progastrine aboutissent au produit final, la gastrine (Copps et al., 2009). La sulfatation et la phosphorylation jouent toutes deux un rôle dans le processus de maturation : elles augmentent toutes deux le traitement de la progastrine, tandis que la phosphorylation peut également affecter la conversion des intermédiaires de la gastrine à glycine étendue (G34-Gly et G17-Gly) en gastrines matures (Bishop et al., 1998).
Figure 5 : Transformation de la progastrine humaine adaptée de (Copps et al., 2009).
OÙ LA PROGASTRINE EST-ELLE EXPRIMÉE DANS LES CONDITIONS PHYSIOLOGIQUES ?
La progastrine est principalement exprimée dans l'estomac, où la gastrine est sécrétée par les cellules G de l'antrum. La principale fonction de la gastrine est de réguler la sécrétion acide.
Les autres produits de maturation, en particulier G34-Gly, G17-Gly et CTFP, se sont vu attribuer différentes fonctions, notamment le CTFP (C Terminus Flanking Peptide) décrit pour pouvoir induire ou inhiber l'apoptose selon le tissu ou le type cellulaire concerné (Marshall et al, 2013 ; Patel et al, 2010 ; Smith et al, 2006)
Il a été démontré que la progastrine s'exprime également dans d'autres extraits tissulaires (cervelet, hypophyse, pancréas, testicules), mais dans une moindre mesure que dans l'estomac, et le rôle que la progastrine/la gastrine peut jouer dans ces organes n'est souvent pas clairement compris (Bardram, 1990 ; Rehfeld, 1986 ; Rehfeld, 1991 ; Schalling et al., 1990). Dans le testicule par exemple, ce sont les formes carboxyamidées des gastrines qui sont présentes dans le sperme. Le pancréas normal exprime également l'ARNm de la gastrine, et on suppose que les gastrinomes exprimant la progastrine proviennent des cellules pancréatiques sécrétant la progastrine.
LE LIEN ENTRE LA PROGASTRINE ET LE CANCER : COMMENT A-T-IL ÉTÉ DÉMONTRÉ ?
Bardram a été le premier à émettre l'hypothèse selon laquelle « un faible degré de transformation de la progastrine pourrait servir de prédicteur d'une évolution clinique maligne à un stade précoce de la maladie » (Bardram, 1990). Il a tiré cette conclusion après l'évaluation de la présence de la progastrine et de ses produits dans le sérum de patients atteints de Zollinger-Ellison (un trouble endocrinien caractérisé par une hyperproduction de gastrine due à une tumeur (plus souvent maligne que bénigne) ou une hyperplasie endocrine, située le plus souvent dans le pancréas). Il a noté que le produit de la progastrine totale reflète mieux la synthèse tumorale de la gastrine que les mesures classiques de la gastrine alpha-amidée.
Après cette observation, de nombreuses publications ont décrit la présence de l'expression de la progastrine dans les cancers, en commençant par les premières preuves de l'utilisation d'un gastrinome humain où les pétides dérivés de la progastrine étaient purifiés et caractérisés (Huebner et al., 1991).
Cependant, il a été démontré que la progastrine est mal traitée dans les cellules cancéreuses, en raison de l'absence ou de l'inutilité des enzymes de transformation. Et cela a été clairement démontré dans le cancer colorectal (Ciccotosto, 1995 ; Finley et al., 1993 ; Imdahl et al., 1995 ; Kochman et al., 1992 ; Nemeth et al., 1993 ; Singh, 1994 ; Van Solinge et al., 1993b). En effet, Kochman a montré que dans le tissu du côlon, la progastrine est plus de 700 fois plus abondante que la gastrine amidée. En revanche, la gastrine amidée dans l'antrum humain est la forme prédominante de gastrine par un facteur 10. Cela a été confirmé par Nemeth et al en utilisant une approche différente. La séparation sur Sephadex G50 a révélé que la plupart des carcinomes colorectaux contiennent des peptides dérivés du précurseur de la gastrine, la progastrine, mais la plupart de ces tumeurs ne transforment pas la progastrine en produits biologiquement actifs. L'immunocoloration a également montré que dans une série de 23 adénocarcinomes, plus de 50% des cellules tumorales ont été colorées pour la gastrine et la progastrine. Singh et coll. ont ensuite démontré que la progastrine n'avait pas été entièrement traitée dans des lignées cellulaires humaines de cancer du côlon et, surtout, qu'elle avait été sécrétée à partir de ces cellules cultivées in vitro, ouvrant la voie à l'analyse d'une fonction fonctionnelle autocrine/paracrine de la progastrine dans les cellules tumorales (Singh, 1994 ; Van Solinge et coll., 1993b) et figure 6). Les cancers colorectaux ne sont pas le seul type de cancer à exprimer la progastrine. Les cancers de l'ovaire le font aussi, bien que les concentrations de progastrine soient beaucoup plus faibles que celles de la gastrine amidée (van Solinge et al., 1993a) ainsi que les tumeurs du foie qui expriment des formes précurseurs de la gastrine, en particulier la progastrine contrairement au foie normal (Caplin et al., 1999).
Les tumeurs pancréatiques expriment également le gène de la gastrine, avec 91% des tumeurs avec le produit de la progastrine non traité (caplin, 2002).
Figure 6 : La progastrine est exprimée dans le cancer colorectal humain. L'expression de la progastrine a été analysée dans les tumeurs primaires de 12 patients et dans les métastases présentes chez ces mêmes patients. Les résultats sont présentés sous forme de multiplication par deux de l'expression dans la métastase par rapport à la tumeur primaire appariée.
Ainsi, la progastrine est exprimée dans différents types de tumeurs et est sécrétée in vitro à partir de cellules cancéreuses. Par conséquent, la question suivante est : Pouvons-nous détecter la progastrine dans le sang des patients atteints d'un cancer ?
LA PROGASTRINE EST PRÉSENTE DANS LE PLASMA DES PATIENTS ATTEINTS DE CANCER COLORECTAL
La preuve que la progastrine pouvait être détectée et quantifiée dans le sang des patients atteints de cancer colorectal a été démontrée par Siddheshwar et al dès 2000 ((Siddheshwar et al., 2000) et figure 7).
Ces auteurs ont fourni des données tranchées sur l'augmentation des taux plasmatiques de progastrine et de gastrine non amidée chez les patients atteints de cancer colorectal comparativement à une série témoin. Ils ont également étudié une série de patients présentant des polypes adénomateux et ont également observé une augmentation de la progastrine, même si cette augmentation n'était pas statistiquement significative, contrairement à celle observée par Prieur et al en 2017 (Prieur et al., 2017). Dans ce travail ultérieur, la progastrine a été testée avec un test Elisa sandwich très sensible. Cette approche technique a permis de mettre en évidence l'augmentation du taux de progastrine sanguine chez 67 % des patients présentant des polypes adénomateux.
Il est intéressant de noter que Siddheshwar et coll. ont également montré que les taux plasmatiques totaux de gastrine à jeun dans le sang des patients atteints de cancer colorectal étaient également plus élevés, quel que soit le statut de Helicobacter pylori, positif ou négatif. Ceci est dû aux gastrines non traitées puisque les niveaux de gastrines amidées sont demeurés inchangés.
Ainsi, la progastrine est présente dans la tumeur et dans le sang des patients atteints de cancer colorectal. Mais la progastrine tumorale représente-t-elle toute la progastrine sanguine ?
Ceci a été démontré par Konturek et al en 2002 (Konturek, 2002). Ces auteurs ont mesuré la progastrine dans le sang de patients atteints de cancer colorectal avant et après la chirurgie. Les taux ont augmenté comme prévu chez les patients atteints de cancer colorectal par rapport aux témoins avant l'intervention chirurgicale et sont revenus à des valeurs normales après celle-ci.
Tous les arguments étaient donc réunis pour que la communauté scientifique commence à analyser la ou les fonctions de la progastrine sur les cellules tumorales. Le raisonnement était là et, comme vous le verrez ci-dessous, les résultats ont en effet démontré le rôle majeur que la progastrine exerce sur la tumeur, fournissant le terrain pour considérer aujourd'hui la progastrine comme une nouvelle cible pour la lutte contre le cancer.
Figure 7 : La progastrine est présente dans le plasma des patients atteints de cancer colorectal.
La progastrine a été dosée dans le plasma de patients atteints de cancer colorectal et dans une série de témoins à l'aide d'un essai radioimmunologique. Les patients atteints du cancer colorectal présentaient une concentration de progastrine significativement plus élevée que les témoins (adapté de (Siddheshwar et al., 2000)).
LA PROGASTRINE ET SES FONCTIONS SUR LES CELLULES CANCÉREUSES
Afin de comprendre l'importance du rôle de la progastrine dans la régulation des cellules cancéreuses, il est crucial de comprendre comment une tumeur est initiée et son évolution. Et le meilleur modèle pour y parvenir est le modèle du cancer colorectal.
La tumorigenèse du côlon débute environ 30 ans avant que le cancer du côlon ne devienne symptomatique. Le premier événement menant au cancer du côlon est l'activation constitutive de la voie oncogène wnt/ß-caténine induite par la mutation du gène APC (le plus fréquent) ou ß-caténine. Il a été démontré que l'introduction de ces mutations dans les cellules souches normales de l'intestin est en effet suffisante pour initier la tumorigenèse (Huels et Sansom, 2015). Ces mutations induisent la formation d'un adénome aux caractéristiques prénéoplasiques, puis l'évolution vers un adénocarcinome. Ensuite, d'autres mutations se produisent, entraînant l'activation d'autres voies de signalisation oncogènes (Figure 8). Pour atteindre ce stade de développement tumoral, les cellules devaient proliférer, pour devenir indépendantes des cellules voisines (ce qu'on appelle l'inhibition par contact). Ensuite, les cellules tumorales doivent acquérir un phénotype EMT (Epithelial-Mesenchymal Transition) afin d'envahir les tissus normaux adjacents et éventuellement former des métastases à distance. De plus, pour que la tumeur se développe, de nouveaux vaisseaux sanguins doivent être générés, ce qu'on appelle la néo-angiogénèse, et les cellules doivent échapper à la surveillance immunitaire afin d'échapper à la reconnaissance des cellules T.
Toutes ces caractéristiques sont contrôlées par des mécanismes intracellulaires, parmi lesquels certaines voies de signalisation sont d'une importance capitale.
Figure 8 : Représentation schématique de la tumorigenèse intestinale, montrant l'accumulation de mutations et l'activation des voies de signalisation (adapté du projet Syscol).
Nous allons maintenant fournir les preuves de la littérature qui démontrent que la progastrine est impliquée dans la majorité des mécanismes que les cellules tumorales utilisent pour survivre et croître.
Progastrine et prolifération des cellules tumorales
Dès 1996, il a été démontré que l'expression du gène de la gastrine était nécessaire à la tumorigénicité des cellules cancéreuses du côlon humain (Singh et al., 1996). Singh et ses coauteurs ont étudié le rôle fonctionnel du gène de la gastrine en examinant l'effet de l'expression de l'ARN antisens de la gastrine (AS) sur la croissance et la tumorigénicité des cellules cancéreuses du côlon (entraînant l'inhibition de la production de progastrine). Le potentiel prolifératif et tumorigène des clones AS des lignées cellulaires exprimant la gastrine a été significativement réduit par rapport à celui des clones témoins. À partir de ces observations, les auteurs prévoient que la croissance d'un pourcentage important de cancers colorectaux pourrait dépendre de façon critique de l'expression des produits génétiques de la gastrine.
Parmi les produits de maturation de la progastrine, la gastrine étendue à la glycine peut également jouer un rôle trophique sur la tumorigenèse. En effet, Hollande et al. en 1997 (Hollande et al., 1997) ont montré que la gastrine étendue à la glycine agit comme facteur trophique dans les cellules non transformées puis Stephan et al. en 1999 (Stepan et al., 1999) ont montré que la gastrine étendue à la glycine stimule la croissance des cellules HEK et des cellules humaines du cancer du colon in vitro.
La progastrine est un promoteur de la tumorigenèse intestinale.
Pour démontrer le rôle de la progastrine dans la tumorigenèse intestinale in vivo, des modèles de souris ont été générés, soit des souris déficientes en gène gastrine, soit des souris surexprimant le gène gastrine.
En 1997, Koh et al. ont généré des souris déficientes en gastrine (Koh et al., 1997). Ils ont observé que le côlon était histologiquement normal, ce qui indique que la progastrine ne joue pas un rôle majeur dans la physiologie du côlon.
Ensuite, des souris transgéniques surexprimant la progastrine humaine sans ciblage tissulaire spécifique (hGAS) ou sous forme d'insuline gastrine transgénique (INS-GAS) ont été produites (Wang et al., 1996). Les îlots pancréatiques des souris INS-GAS ont été capables de produire du G-17 carboxyamidé, ce qui a entraîné une double élévation de la gastrine amidée sérique, un épaississement marqué de la muqueuse oxyntique et un indice de prolifération accru du corps gastrique. Par contre, les foies de souris adultes hGAS ont exprimé une abondance d'ARNm de gastrine humaine et de progastrine humaine, mais ont été incapables de traiter ce peptide jusqu'à sa forme amidée mature, ce qui a entraîné des taux de progastrine sérique nettement élevés et des taux de gastrine normale amidée. Ces souris avaient un indice de prolifération accru dans le côlon, ce qui donne à penser que des précurseurs de la gastrine traités de façon incomplète peuvent contribuer à la prolifération de la muqueuse du côlon in vivo. La surexpression de la gastrine étendue à la glycine chez les souris transgéniques s'est également traduite par une augmentation de la prolifération colique (Koh et al., 1997).
Chez ces souris génétiquement modifiées, la prolifération colique a augmenté mais n'a pas entraîné la formation d'une tumeur. De toute évidence, la progastrine n'était pas un initiateur de tumeur. La preuve que la progastrine pourrait être un promoteur tumoral a ensuite été obtenue chez des souris prédisposées au développement tumoral.
Deux montages expérimentaux ont été utilisés :
1/ les souris surexprimant la progastrine sont traitées avec l'azoxyméthane (AOM), un cancérogène chimique (Cobb et al., 2004 ; singh, 2000 ; Singh et al., 2000) entraînant une augmentation significative de la formation tumorale.
2/ des souris porteuses d'une mutation du gène APC (APCmin/+) sont croisées avec des souris déficientes en gastrine (Koh et al., 2000). Chez la souris APCmin/+, un allèle du gène APC subit une mutation conduisant à son inactivation. Ainsi, chaque fois qu'une cellule perd le deuxième allèle d'APC, la voie Wnt/ß-caténine est activée de manière constitutive, initiant une tumorigenèse intestinale, avec d'abord des adénomes spontanés puis des adénocarcinomes. Chez les souris APCmin/+ déficientes en gastrine, on a observé une diminution marquée du nombre de polypes et un taux de prolifération des polypes considérablement réduit.
Pannequin et al. en 2007 (Pannequin et al., 2007) et Prieur et al. en 2017 (Prieur et al., 2017) ont utilisé un autre modèle murin portant une mutation différente du gène APC appelée APC∆/+. Ces souris, comme l'APCmin/+, développent spontanément des adénomes et des adénocarcinomes, mais avec un plus grand nombre de ces tumeurs dans le côlon. Dans les deux études, la progastrine a été altérée en traitant les souris avec un siRNA (Pannequin et al., 2007) ou avec un anticorps anti-progatsrine neutralisant (Prieur et al., 2017). Il est intéressant de noter que, comme pour les souris APCmin/+, dans tous les cas, l'inhibition ou la neutralisation de la progastrine entraîne une diminution du nombre de tumeurs (figure 9).
La progastrine est essentielle à la survie des cellules souches cancéreuses.
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Ces cellules souches cancéreuses représentent une petite proportion de la tumeur, elles sont censées représenter entre 1 et 5% de la tumeur. Mais elles sont surtout importantes pour la survie de la tumeur car elles jouent le rôle de " réacteur ". Sans elles, la tumeur ne survit pas. elles ont la capacité de s'auto-renouveler et de générer tous les autres types de cellules présentes dans la tumeur par division asymétrique, à commencer par les progéniteurs qui ont une forte propension à proliférer (figure 10).
Les cellules souches cancéreuses ne prolifèrent pas à un rythme élevé. Elles échappent donc aux traitements qui ciblent les cellules proliférantes, comme la chimiothérapie. Elles peuvent migrer et envahir les tissus environnants et sont donc à l'origine de métastases distantes (Batlle et Clevers, 2017).
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Alors qu'il est crucial de cibler les cellules souches cancéreuses, cela ne peut se faire sans cibler également les autres cellules.
En effet, les phénotypes sont " plastiques " et une cellule progénitrice peut revenir à un phénotype de cellules souches cancéreuses s'il y a un besoin accru de cellules souches cancéreuses (figure 2).
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Il était donc important de comprendre si l'effet in vivo de la progastrine dans la tumorigenèse intestinale pouvait impliquer une régulation des cellules souches du cancer.
Un tel rôle a été suggéré par l'observation que la progastrine était exprimée dans les cellules cancéreuses colorectales CD133-positives, qui expriment certaines des caractéristiques phénotypiques des cellules souches cancéreuses (Ferrand et al., 2009).
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Ce sont cependant Giraud et ses co-auteurs qui ont réellement démontré le rôle majeur que joue la progastrine dans les cellules souches cancéreuses (Giraud et al., 2016).
Ils ont d'abord montré que l'expression de la progastrine, tant au niveau de l'ARNm qu'au niveau de la protéine, était fortement augmentée dans les cellules cancéreuses colorectales cultivées dans des conditions où les cellules souches cancéreuses sont enrichies (conditions non conformes, test sphérique).
La progastrine s'est ensuite révélée obligatoire pour la formation de sphères qui ont besoin d'une cellule souche cancéreuse pour commencer à croître.
Cela indiquait que la progastrine pouvait réguler la fréquence des cellules souches cancéreuses, ce qui a été démontré in vitro et in vivo par la suite (figure 11).
Figure 9 : Nombre de tumeurs dans le tractus intestinal des souris APC∆/+ traitées avec un anticorps témoin ou anti-progastrine (adapté de (Prieur et al., 2017))
Ces résultats mettent en évidence le rôle de la progastrine comme promoteur tumoral. Comme c'est essentiellement la progastrine qui est sécrétée par les cellules tumorales et non les produits maturés, la progastrine peut donc représenter un événement précoce dans la tumorogenèse colorectale et peut contribuer significativement à la progression tumorale.
Figure 10 :Caractéristiques des hiérarchies de cellules souches cancéreuses (en rouge sur le schéma) adaptées de (Batlle et Clevers, 2017).
Figure 11 : L'appauvrissement en progastrine nuit à la survie et à l'auto-renouvellement in vitro des CSC adaptés de (Giraud et al., 2016).
Plus tard, Prieur et coll. ont également démontré que la migration et l'invasion, deux caractéristiques des cellules souches cancéreuses, sont toutes deux grandement affectées in vitro et in vivo (figure 12).
Figure 12: anti-progastrin antibody inhibits migration (A) and invasion (B) of colorectal cancer cells adapted from (Prieur et al., 2017).
De plus, c'est la progastrine sécrétée qui joue le rôle d'un facteur de survie des cellules souches cancéreuses. En effet, lorsqu'un anticorps neutralisant est ajouté à la culture ou lorsque des souris greffées avec des cellules cancéreuses colorectales humaines sont traitées in vivo avec un tel anticorps, la fréquence des cellules souches cancéreuses est également réduite ((Prieur et al., 2017) et figure 13).
Ces deux articles démontrent que la progastrine est un facteur de survie des cellules souches du cancer colorectal. La progastrine pourrait ainsi permettre de cibler le cœur de la tumeur, et par conséquent la tumeur elle-même.
Figure 13 : l'anticorps anti-progastrine diminue la fréquence du SCC des cellules cancéreuses colorectales (adapté de (Prieur et al., 2017)).
PAR QUELS MÉCANISMES LA PROGASTRINE CONTRÔLE-T-ELLE LA FORMATION DES TUMEURS ?
La progastrine diminue l'apoptose
Comme nous l'avons déjà mentionné, la progastrine est capable de stimuler la prolifération des cellules tumorales. Wu et al ont montré qu'elle est également capable de réduire l'apoptose (Wu et al., 2003). Ceci a été démontré dans des cellules épithéliales intestinales sensibles à la gastrine cultivées en présence de progatsrine. Une perte significative dans l'activation des caspases 9 et 3, entraînant une perte significative dans la fragmentation de l'ADN lors du traitement PG des cellules, a été observée.
Ainsi, l'effet de la progastrine sur la survie cellulaire résulte à la fois d'une augmentation de la prolifération et d'une diminution de l'apoptose.
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La progastrine régule les adhérences et les jonctions serrées.
Pour qu'une cellule prolifère et migre, elle doit devenir indépendante des cellules voisines. L'intégrité des contacts cellule-cellule est donc essentielle pour la prévention de la formation de métastases, qui a d'abord nécessité la migration cellulaire. Hollande et al. en 2003 (Hollande et al., 2003) ont démontré le rôle majeur que joue la progastrine sur les jonctions cellules-cellules, qu'elles soient adhérentes ou serrées. Dans les cellules de carcinome colorectal humain DLD-1 sécrétant de la progastrine, l'expression d'une gastrine antisens construit la localisation membranaire restaurée de la protéine constitutive de ces jonctions (zonula occludens-1 (ZO-1), occludin, β-catenin et E-cadherin). Cet effet s'est traduit à la fois par une augmentation de l'activité de la tyrosine kinase Src et par l'induction d'une délocalisation spatiale de la protéine kinase Cα (Hollande et al., 2003).
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La progastrine est un facteur pro-angiogénique.
Lorsqu'une tumeur se développe, elle a besoin d'oxygène et de nutriments supplémentaires fournis par de nouveaux vaisseaux sanguins. La production de nouveaux vaisseaux sanguins est appelée néo-angiogenèse. Récemment, en 2015, la progastrine s'est révélée être un facteur pro-angiogénique, ce qui signifie qu'elle induit la formation de vaisseaux sanguins (Najib et al., 2014). La progastrine a stimulé la prolifération et la migration des cellules endothéliales et augmenté la capacité des cellules endothéliales à former des structures de type capillaire in vitro. In vivo, lorsque la production de progastrine a été bloquée par le shRNA dans des cellules xénogreffées chez des souris nues, la néovascularisation de la tumeur a diminué. Ces observations, associées à une compréhension mécaniste au niveau de l'endothélium-cadhérine vasculaire, de la p125-FAK et de la paxilline, ont fourni les preuves nécessaires pour démontrer le rôle de la progastrine comme facteur pro angiogénique.
Progastrine et hypoxie
Une tumeur n'est pas un ensemble homogène de cellules, en particulier parce qu'il y a des zones, surtout au milieu de la tumeur, qui sont moins vascularisées que le reste de la tumeur. Dans ces zones particulières, les conditions hypoxiques sont donc une contrainte pour les cellules présentes.
Les cellules souches cancéreuses ont appris à résister aux conditions hypoxiques. Elles peuvent survivre dans cet environnement rigoureux lorsque d'autres types de cellules se teignent.
La première preuve d'un lien entre la progastrine et l'hypoxie a été fournie par les travaux de Laval et al. qui ont montré qu'in vivo, la surexpression de la progastrine procure un avantage physiologique aux souris en conditions hypoxiques (Najib et al., 2014). Plus tard, en 2017, Prieur et al ont montré qu'in vitro, l'expression de la progastrine est stimulée dans des conditions hypoxiques, ce qui correspond au fait que les cellules souches cancéreuses expriment des niveaux plus élevés de progastrine que les autres cellules tumorales (Prieur et al, 2017). La progastrine pourrait donc aider les cellules souches cancéreuses à survivre dans des conditions hypoxiques.
Ainsi, la progastrine, par le biais d'une variété de mécanismes qui sont tous cruciaux pour la croissance et la survie des tumeurs, peut être considérée comme un promoteur tumoral majeur. Sa fonction principale est d'aider les cellules souches cancéreuses à survivre et à se propager pour former des métastases, ce qui explique probablement pourquoi la progastrine peut également être considérée comme un marqueur prédictif potentiel des métastases hépatiques dans le cancer colorectal (Westwood et al., 2017).
Les questions sont maintenant :
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Comment la progastrine peut-elle exercer ces fonctions ?
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Quel est le récepteur de la progastrine capable de transduire son signal ?
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Quels sont les mécanismes intracellulaires impliqués ?
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La progastrine a-t-elle un lien direct avec les oncogènes ?
Figure 14 : Chronologie des principales dates qui décrivent le lien entre la progastrine et le cancer, de la découverte de la gastrine à la démonstration que la progastrine est une nouvelle cible dans la lutte contre le cancer.
QUEL EST LE RÉCEPTEUR DE LA PROGASTRINE ?
Malgré les efforts continus déployés par la communauté scientifique pour identifier et caractériser le récepteur de la progastrine, le récepteur de la progastrine n'est pas encore clairement identifié. Nous allons maintenant passer en revue tous les candidats et essayer de comprendre pourquoi il est peu probable qu'ils soient le véritable récepteur de la progastrine.
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Ce qui est sûr, c'est que le récepteur existe.
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Des sites de liaison à forte affinité ont d'abord été décrits dans des cellules IEC à l'aide de progastrine humaine recombinante iodée. L'affinité était de l'ordre de 0,5-1 nM, ce qui était compatible avec un récepteur. Lorsque la liaison de la progastrine biotinylée aux cellules a été évaluée par cytométrie de flux, une liaison forte et spécifique de la progastrine à certaines lignées cellulaires (IEC-6, IEC-18, HT-29, COLO320) a également été détectée (Dubeykovskiy et al., 2008). La spécificité de la liaison a été confirmée par la concurrence avec le PG froid non marqué, mais pas avec la gastrine prolongée à la glycine ou la gastrine amidée-17. La liaison n'a pas été influencée par la présence du récepteur CCK-2 classique.
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Il ressort clairement de ces deux études qu'il existe un site ou un récepteur de liaison à la progastrine distinct de la liaison de la gastrine amidée 17 et de la gastrine prolongée à la glycine 17. La séquence de progastrine en interaction avec ce récepteur se trouve probablement dans les résidus d'acides aminés 26 de la progastrine à l'extrémité COOH-terminale de la progastrine qui se sont révélés suffisants pour la fonction progastrine (Ottewell et al., 2005), mais l'identité de ce récepteur putatif demeure une question ouverte.
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L'un des candidats est l'Annexine A2, identifiée comme capable de lier la progastrine et les peptides dérivés en 2006 par Singh et al (Singh et al., 2006). L'annexine A2 est un médiateur partiel de l'effet de la progastrine/gaztrine. En particulier, l'annexe A2 sert de médiateur dans la régulation à la hausse de la NF-κB, de la β-caténine et des cellules souches en réponse à la progastrine chez la souris et aux cellules HEK-293 (Sakar et al, 2011). De plus, l'Annexine A2 pourrait être impliquée dans l'endocytose de la progastrine médiée par les clathrines (Sarkar et al., 2011). Cependant, l'affinité de la progastrine pour l'annexine A2 n'est pas celle attendue pour un récepteur spécifique. Et, bien que l'Annexine A2 joue un rôle dans les fonctions de la progastrine, ce n'est pas celui d'un récepteur.
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Un autre candidat récemment suggéré est le récepteur 56 couplé à la protéine G (GPCR56), exprimé à la fois sur les cellules souches du côlon et les cellules cancéreuses (Jin et al., 2017). En effet, alors que la progastrine humaine recombinante favorisait la croissance et la survie des organoïdes coliques de type sauvage in vitro, les organoïdes coliques cultivés sur des souris GPR56-/- étaient résistants à la progastrine. Toutefois, bien qu'il ait été démontré que la progastrine se lie aux cellules exprimant le GPCR56, les auteurs n'ont pas fourni la preuve d'une liaison directe au GPCR56 lui-même. Le GPCR56 est un bon candidat, mais la preuve qu'il est LE récepteur de la progastrine fait toujours défaut.
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Le récepteur de la progastrine est capable d'activer un certain nombre de voies de signalisation, directement ou indirectement, ce qui est plutôt inhabituel pour un récepteur. Cela pourrait indiquer une particularité de ce récepteur, raison pour laquelle il est difficile à identifier.
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Le récepteur non identifié de la progastrine transduit le signal de la progastrine via divers intermédiaires intracellulaires connus pour leur implication dans la tumorigenèse.
LA PROGASTRINE ET LES VOIES DE SIGNALISATION ONCOGÈNES
La première démonstration du lien entre la progastrine et la voie oncogène a été décrite pour les K-ras. En effet, les lignées cellulaires du cancer du côlon et les tissus présentant des mutations K-ras présentaient tous des taux d'ARNm de la gastrine significativement plus élevés que ceux du type sauvage K-ras (Nakata et al., 1998). Les effets des K-ras sur l'expression de la gastrine se sont produits par activation de la voie de transduction du signal Raf-MEK-ERK, l'étape finale étant une activation au niveau du promoteur de la gastrine.
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Le ras oncogène oncogène p60-Src, le premier oncogène identifié, est activé dans les cellules cancéreuses du côlon en augmentant les quantités de progastrine (Brown, 2003), ce qui signifie que la production de progastrine qui survient également tôt pendant la tumorigenèse (Pannequin et al., 2007) pourrait jouer un rôle dans cette activation, également connue comme un événement précoce dans la tumorigenèse colique (Cartwright et al., 1990 ; Iravani et al., 1998). PI3K/Akt, impliqué dans la prolifération en particulier, est également activé par la progastrine (Ferrand et al., 2005 ; Pannequin et al., 2007).
Un autre grand messager de signalisation régulé par la progastrine est le NF-kappaB. Son implication dans les mécanismes responsables de l'effet anti-apoptotique de la progastrine a été démontrée dans des cellules cancéreuses pancréatiques in vitro (Rengifo-Cam et al., 2007) et in vivo chez des souris surexprimant la progastrine (Umar et al., 2008).
On a également observé une régulation ascendante des kinases activées par Janus2, STAT3 et des kinases régulées par le signal extracellulaire dans la muqueuse colique du hGAS (Ferrand et al., 2005).
Cependant, parmi toutes ces régulations, la plus importante est le lien entre la progastrine et la voie Wnt, qui fournit la compréhension essentielle pour que la progastrine soit considérée aujourd'hui comme une cible pour combattre le cancer.
LA PROGASTRINE ET LA VOIE WNT
La voie Wnt est connue pour son implication dans la tumorigenèse depuis de nombreuses années, en particulier pour la survie des cellules souches cancéreuses (Bhavanasi et Klein, 2016 ; Nusse et Clevers, 2017).
Dans le cancer colorectal, la voie Wnt est activée de manière constitutive dans 80 à 90% des tumeurs, avec une mutation somatique du gène APC dans la majorité des cas.
Il existe de nombreux gènes dont les expressions sont activées par la voie oncogène Wnt. Le gène codant pour la progastrine est l'un d'eux. En effet, Koh et ses collègues ont montré que le gène de la gastrine est une cible en aval de la voie de signalisation de la ß-caténine/TCF-4 et que la co-transfection d'une construction d'expression de la ß-caténine à activité constitutive provoque une augmentation triple de l'activité du promoteur de la gastrine (Koh et al., 2000).
Il s'agit d'un travail fondateur pour la compréhension du lien entre la progastrine et le cancer en raison des nombreuses fonctions cellulaires impliquant la voie Wnt dans une cellule cancéreuse, à commencer par son importance pour la survie des cellules souches du cancer.
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Puisque les voies K-Ras et Wnt induisent toutes deux l'expression du gène de la progastrine, on a alors émis l'hypothèse qu'il pourrait y avoir une coopération entre les deux voies dans la régulation de l'expression de la progastrine.
C'est en effet ce que Chakladar et ses co-auteurs ont observé (Chakladar et al., 2005). Ils ont trouvé une forte stimulation synergique (25 à 40 fois) du promoteur de la gastrine par la combinaison de la ß-caténine oncogène et de la surexpression de K-ras.
L'activation du promoteur de la gastrine pourrait être encore améliorée ou supprimée par la co-expression de SMAD4 de type sauvage ou d'un mutant négatif dominant de SMAD4, respectivement, et abrogée par l'inhibiton PI3K. Ainsi, l'activation constitutive de la voie Wnt, considérée comme étant à l'origine de la tumorigénèse du côlon, et les K-ras oncogènes, présents dans 50 % des tumeurs colorectales humaines, stimulent de façon synergique la production de progastrine, un promoteur de la tumorigénèse.
CEPENDANT, ET D'UNE IMPORTANCE CAPITALE, IL A ENSUITE ÉTÉ DÉMONTRÉ QUE LA DESTRUCTION DE LA PROGASTRINE POUVAIT INACTIVER LA VOIE WNT ET INVERSER LA TUMORIGENÈSE.
Comment ces conlusions ont-elles été établies ?
Comme décrit ci-dessus, la progastrine est un gène cible des facteurs de transcription de la ß-caténine-Tcf4. Mais la progastrine exerce-t-elle un mécanisme de rétroaction sur cette voie et, si oui, s'agit-il d'une rétroaction positive ou négative ?
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La stratégie pour répondre à cette question était simple : diminuer la production de progastrine par l'intermédiaire du siRNA, puis mesurer l'activité transcriptionnelle de la ß-caténine-Tcf4 à l'aide d'un test de la luciférase. Des cellules cancéreuses colorectales DLD-1 ont été transfectées, et les résultats ont montré qu'en effet, lorsque la production de progastrine est altérée, l'activité transcriptionnelle de la ß-caténine-Tcf4 est profondément inhibée (Pannequin et al., 2007).
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Ainsi, la progastrine exerce une rétroaction positive sur l'activité de la ß-caténine-Tcf4. Le mécanisme de cette rétroaction a été élucidé. Il implique PI3K, ILK et ICAT. ICAT est un inhibiteur endogène de l'interaction ß-caténine-Tcf4. Lorsqu'il est exprimé, le TCAI se lie à la ß-caténine, l'empêchant ainsi d'être associée à Tcf4. Les deux facteurs de transcription se délocalisent dans le cytoplasme, entraînant de facto une inactivation de la voie (Pannequin et al., 2007).
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La voie Wnt, activée de façon constitutive dans les cellules cancéreuses colorectales en raison d'une mutation somatique, peut être inactivée, ce qui ne devait pas être possible au moment où ces travaux ont été effectués. Les conséquences de cette inactivation ont été analysées à différents niveaux, dont celui de la différenciation cellulaire. Pannequin et coll. ont démontré que les cellules tumorales qui n'expriment pas la progastrine retournent à un état normal.
Ceci est dû au fait que lorsque la voie Wnt est inactivée, un gène appelé dentelé-1 est régulé à la baisse, ce qui induit l'inactivation de la voie notch qui joue un rôle majeur dans l'acquisition d'un phénotype différencié (Pannequin et al., 2009).
Les cellules cancéreuses commencent à exprimer le gène Muc2, preuve de leur différenciation fonctionnelle réacquise.
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La conséquence de l'inactivation des voies Wnt et Notch par inhibition de la production de progastrine a également été observée dans un modèle murin qui récapitule la tumorigenèse intestinale, le modèle souris APC∆/+. Ces souris ont été traitées soit avec du siRNA (Pannequin et al., 2007) soit avec des anticorps anti-progastrine (Prieur et al., 2017). Dans les deux cas, le nombre de tumeurs qui se développent spontanément dans l'intestin a diminué, ce qui indique que la tumorigenèse due à l'APC dépend effectivement de la progastrine.
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Le fait que l'inhibition de la voie Wnt induit un " renversement " de la tumorigenèse a été démontré par Dow et al en 2015 (Dow et al., 2015). Les auteurs de ce travail ont croisé des souris portant des K-Ras mutés (KRASG12D) et des P53 fl/fl avec des souris ayant un APC inductible d'ARN shRNA. Quand l'APC n'était pas exprimé, l'activité Wnt était élevée, des tumeurs se sont développées. Lorsque l'APC a été exprimé, l'activité Wnt était faible, les tumeurs ont disparu, malgré la présence de KRASG12D et de P53 fl/fl.
C'était la démonstration que le ciblage de la voie Wnt est suffisant pour inverser la tumorigenèse.
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P53 est un gène suppresseur de tumeur, considéré comme essentiel pour la progression tumorale.
En 2012, il a été démontré que la mutation du gène P53 augmente la prolifération colique dépendante de la progastrine et la formation du cancer du colon chez la souris (Ramanathan et al., 2012).
La progastrine est donc un facteur utilisé par la cellule cancéreuse pour survivre et évoluer avec le temps. Plus la tumeur progresse, plus sa dépendance à la progastrine est élevée. Le ciblage de la progastrine pourrait donc représenter un outil efficace de lutte contre le cancer.
LA PROGASTRINE COMME CIBLE DANS LA LUTTE CONTRE LE CANCER
Jusqu'à présent, la progastrine n'était pas considérée comme une cible pour le cancer.
Nous avons maintenant fourni ici les données qui démontrent que ceci devrait changer pour deux raisons principales : la progastrine se trouve dans le plasma des patients atteints d'un cancer et la neutralisation de la progastrine induit le réversion tumorale.
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La progastrine se trouve en effet dans le plasma des patients atteints d'un cancer. La progastrine est détectée à partir des stades prénéoplasiques, comme les polypes adénomateux. Mais comme la progastrine est produite par les cellules tumorales dans la tumeur primaire et dans les métastases, il est raisonnable de proposer que la progastrine puisse être utilisée pour le suivi des patients. On a observé que les concentrations de gastrine en circulation augmentent chez les patients à risque de développer un carcinome colorectal (Paterson et al., 2014). On a également observé que l'expression de la progastrine dans les polypes hyperplasiques est observée dans les très rares cas qui ont évolué vers un cancer (Do et al., 2012 ; Do et Seva, 2013). De plus, la progastrine pourrait également être un biomarqueur des métastases hépatiques dans le cancer colorectal (Westwood et al., 2017).
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En ce qui concerne la progastrine comme outil thérapeutique, le fait que les cellules souches cancéreuses ont besoin de la progastrine pour survivre est fondamental puisqu'il n'existe actuellement aucun médicament capable de cibler les cellules souches cancéreuses (Prieur et al., 2017).
Le ciblage de la progastrine sensibilise également les cellules tumorales à la radiothérapie, ce qui pourrait aider la radiothérapie à être plus efficace (Kowalski-Chauvel et al., 2017).
De plus, la chimiothérapie induit une augmentation spectaculaire de la progastrine dans les cellules cancéreuses colorectales, in vitro et in vivo (Prieur et al., 2017). Cela correspond au fait que les cellules souches cancéreuses échappent à la chimiothérapie, probablement en partie grâce à la production de progastrine qui les aide à survivre.
Ces observations indiquent qu'une combinaison de chimiothérapie (ou de tout autre médicament antiprolifératif) avec des anticorps anti-progastrine pourrait être très efficace pour cibler à la fois les cellules en prolifération et les cellules souches cancéreuses.
Toutes les données nécessaires ont été générées et publiées pour soutenir le rationnel de la progastrine comme nouvelle cible dans la lutte contre le cancer.
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La communauté scientifique a reconnu le rôle de la progastrine dans le développement du cancer. Il est maintenant temps que les oncologues se penchent de plus près sur ces données et travaillent avec les scientifiques pour développer les outils qui seront efficaces pour les patients dans la lutte contre le cancer.
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