Des cancers

Avertissements:
* cette page a pour but de poser les questions BIOLOGIQUES et d'y répondre à l'aide de données BIBLIOGRAPHIQUES.
* j'y ai ajouté quelques données récentes sur la TOFT(théorie du champ d'organisation tissulaire) en 2006.
* si initialement, cette page, écrite en 2002, était prétexte à réhabiliter le travail de Beljanski, je m'étais bien gardé de donner des informations sur les thérapies. J'ai fini, en 2007, par y ajouter une petite remarque sur les traitements anti-cancéreux , même si ces informations n'ont pas de caractère MÉDICAL.

La piste métabolique du cancer, Pierre Kaldy, La Recherche, 407, avril 2007, 24

1. Qu'est-ce que le cancer ?
   • 1.1 L'hypothèse génétique : la SMT (théorie des mutations somatiques)
     • 1.1.1 De l'hypothèse nucléaire à l'hypothèse des mutations somatiques en passant par l'hypothèse virale
     • 1.1.2 Le cancer comme déstabilisation de l'ADN
     • 1.1.3 des cellules cancéreuses en culture in vitro aux tumeurs in vitro et in vivo
   • 1.2 L'hypothèse tissulaire: la TOFT (théorie du champ d'organisation tissulaire)

   Remarque 2007: traiter le cancer

2. "Cancers" végétaux
   • 2.1 Les cultures in vitro, point de départ des études sur les tumeurs végétales
   • 2.2 Les tumeurs végétales: crown-gall, tumeurs à virus et tumeurs spontanées des hybrides
3. Cancers animaux
   • 3.1 Des cultures de cellules aux cultures de tissus animaux
   • 3.2 Les cultures de cellules cancéreuses
4. Ouverture de la chaîne de l'ADN, hypo et hyperchromicité
5. Du test d'Ames à l'Oncotest
   • 5.1 Le test d'Ames mesure le taux de réversion de souches bactériennes mutagènes
   • 5.2 L'Oncotest mesure l'intensité de la réplication de l'ADN de cellules cancéreuses et saines

1. Qu'est-ce que le cancer ?

Petit à petit, du fait de l'omniprésence du paradigme molécularo-génétique, tout cancer s'est vu interprété comme un dérèglementgénétique. Mais on voit poindre une autre théorie qui va de pair avec l'accumulation des écarts au paradigme dominant.

Le cancer (du latin cancer=crabe par allusion à une maladie qui ronge l'organisme ou à la forme de certaines tumeurs: une masse spongieuse d'où partent des ramifications telles les pattes d'un crustacé comme le décrit Galien: «Une tumeur qui s'étend des deux côtés par des prolongements anormaux qui envahissent les tissus adjacents. Cela ressemble aux pattes d'un crabe qui sont elles aussi présentes tout le long de la tête et du corps de l'animal») est une prolifération anormale de cellules chez un pluricellulaire formant ainsi des amas ou tumeurs (c'est la tumorisation ou tumorigénèse ou encore l'oncogénèse) qui se développent localement (on ne connaît donc que des tumeurs végétales et animales). La migration pour l'invasion souvent fatale d'autres tissus par des cellules issues de ces tumeurs (cancérisation proprement dite) n'existe que chez les animaux et l'homme. L'oncologie (du grec ontos=tumeur) qui est l'étude des tumeurs, reste cependant pratiquement l'équivalent du terme cancérologie. Cependant, si l'on s'intéresse à la partie biologique comme dans cette page, c'est l'oncogénèse et la phase d'invasion par les métastases (malignité) qui font notre sujet et non les différents aspects des maladies cancéreuses (épidémiologie, dépistage, clinique, thérapeutique...).

1.1 L'hypothèse génétique : la SMT (théorie des mutations somatiques)

On pense depuis fort longtemps que l'origine du cancer est un défaut de communication d'une cellule avec les autres cellules qui l'entourent. Une cellule devient cancéreuse lorsqu'elle ne répond plus ou répond mal aux signaux qui contrôlent la prolifération cellulaire dans un organisme pluricellulaire. L'oncogénèse désigne le processus de précancérisation, c'est-à-dire de formation d'une tumeur. Du fait de la proximité des termes et du développement quasi exclusif de la recherche génétique en cancérologie, il est aisé de confondre ce mécanisme biologique avec les seules causes génétiques à cette tumorisation. De ce point de vue, strictement génétique, la tumorisation est rapportée à des gènes nommés oncogènes, mais ce gènes ne sont pas bien sûr la seule cause de l'oncogénèse. De la même manière ont été découvert des gènes viraux dits oncogènes, intervenant dans le processus de cancérisation. Ces gènes viraux ne sont pas non plus les seuls oncogènes.

Tous ces éléments sont basés sur une compréhension au niveau cellulaire, avec une hypothèse implicite qui est que si le cancer est une prolifération cellulaire anormale, l'état normal d'une cellule est la quiescence (ou l'absence de division).

De très nombreux éléments qui mettent tous en avant des interactions tissulaires, sont venus contredire la théorie classique - nommé SMT (somatic mutation theory) -. Une version améliorée de la SMT a vu le jour avec la considération des interactions tissulaires considérées comme des phénomènesépigénétiques. Mais il existe un fort courant qui propose une approche théorique radicalement différente (voir paragraphe suivant).

1.1.1 De l'hypothèse nucléaire à l'hypothèse des mutations somatiques en passant par l'hypothèse virale

Boveri, en 1914 avait noté que les structures nucléaires des cellules tumorales malignes diffèrent très fréquemment de celles des cellules normales et supposé qu'elles étaient la marque de modifications du patrimoine héréditaires survenues dans une cellule au sein d'un tissu et qu'elles étaient la cause des aberrations de comportement des cellules malignes.
Les biologistes danois Ellerman et Bang (1908) ont montré que la leucémie du poulet était transmissible par des extraits cellulaires filtrés et peu après les travaux de Peyton Rous conduisirent à l'identification du virus sarcomatogène de Rous, premier virus à l'origine de tumeurs cancéreuses. Depuis son ARN a été séquencé et la transcriptase inverse dont il possède le gène (pol) a été identifiée. Cette enzyme lui permet d'être intrégré au génome de la cellule transformée sous forme d'une molécule d'ADN (provirus). Un gène dit sarcomatogène (src), indispensable au pouvoir tumorigène, a été identifié. L'expression du gène src aboutit à la production d'une protéine phosphorylée d'une masse de 60 kDa, la protéine pp60src, qui possède une activité tyrosine protéine kinase. Ce gène s'est finalement révelé être d'origine cellulaire et non virale car, en 1976, Stéhelin, Varmus et Bishop démontrèrent, grâce à des techniques d'hybridation moléculaire entre ARN viral et ADN de cellules de poulet non infecté, que le gène sarcomatogène viral, appelé maintenant v-src, provient d'un gène cellulaire, c-src, dont l'ARN a été ajouté à l'ARN viral au cours de précédents cycles de réplication. Ce gène cellulaire, indispensable à la tumorisation due au virus, a été qualifié d'oncogène. On pense habituellement que la conversion du proto-oncogène c-src en oncogène viral v-src est le résultat d'une dérégulation de l'expression du gène. En outre, au cours de la formation du virus sarcomatogène de Rous, on observe des réarrangements et mutations de la région codante de c-src.
Fort de cette expérience on a recherché, pour les virus à l'origine de tumeurs, soit des oncogènes dans le génome viral, soit des proto-oncogènes à proximité du point d'insertion du provirus dans la cellule transformée (par exemple le proto-oncogène c-myc pour le virus de leucose aviaire). La chasse aux proto-oncogènes a été fructueuse, on en connaît une centaine, mais décevante: on y trouve des molécules aussi variées que des facteurs de croissance, des protéines possédant une activité enzymatique tyrosine protéine kinase, des protéines à activité GTPasique, ou des protéines nucléaires à plus ou moins forte affinité pour l'ADN. L'incompréhension a culminé avec ce qu'on appelé les gènes suppresseurs de tumeurs ou anti-oncogènes dont l'existence a été postulée à la suite des expériences d'hybridation cellulaire, car, dans le cas de fusion d'une cellule non tumorigène avec une cellule tumorigène, la cellule résultante est quasiment toujours non tumorigène.
Le rôle tumorigène des virus à ADN, comme certains virus de papillomes humains (HPV), a été beaucoup plus difficile à établir.
Finalement l'hypothèse de l'origine nucléaire des cancers de Boveri a été reformulée dans les années 1980 pour devenir l'hypothèse des mutations somatiques comme origine des cancer (SMT somatic mutation theory), plus ou moins dépendante des virus puisque ceux-ci sont interprétés comme des agents mutagènes. Plus de 150 mutations ont été repérées dans les cellules cancéreuses. Ces mutations, parfois héréditaires, sont donc considérées comme la cause directe de l'apparition de tumeur. Pour certains gènes, le cancer va jusqu'à être considéré comme une maladie génétique et l'on applique sans hésiter les "lois" de Mendel à la transmission de cancers dits héréditaires ou familiaux comme le rétinoblastome.

1.1.2 Le cancer comme déstabilisation de l'ADN

Ces explications ne sont pas convaincantes. On est emmené dans une quête sans fin de gènes de prédisposition dont on ne connaît même pas la fonction, chez des organismes extrêmement différents les uns des autres, quand ce n'est pas la recherche de ces gènes dans des cultures de cellules non plus hybrides mais chimères (mélanges de plusieurs espèces).

La cancérisation touche le travail de relation entre cellules d'un tissu différencié, elle touche aussi le travail de reproduction dans l'aspect du renouvellement cellulaire et de son contrôle. Il est évident à tous qu'il existe plus qu'une simple comparaison entre les mécanismes de contrôle de la prolifération/renouvellement cellulaire et les mécanismes de l'ontogénèse. On aurait donc pu s'attendre à une théorie générale de la cancérisation, au minimum organique (définie au niveau des organes).
Mais, on a uniquement une théorie cyochimique et cytogénétique. En effet, tout comme dans le cas de l'embryogénèse, la piste génétique a été aussi celle de prédilection dans les études sur le cancer.
On en a peut-être aussi oublié que l'on travaillait sur des cultures de cellules isolées, que les seules paramètres de la tumorisation qui pouvaient être dès lors étudiés étaient des paramètres moléculaires car ils étaient les seuls à être conservés. On s'est focalisé encore une fois sur les gènes et l'on a peut-être un peu perdu de vue l'ADN, molécule manipulée par une cellule, devenue cancéreuse. Tout comme R. Chandebois le propose, avec la progression autonome et le comportement individuel des cellules (voir page sur le développement), il existe au moins une piste exogène sérieuse et documentée pour le cancer: celle des travaux de M. Beljanski.
En reprenant les termes de Laurent Schwartz (dans Le cancer résiste à la science, Laurent Schwartz, La Recherche, 284, février 1996, p 54-60): «La guerre contre le cancer n'est pas forcément perdue, mais les espoirs nourris dans les années 1970 se sont révélés en grande partie vains. [...] Des progrès considérables ont certes été effectués dans la compréhension des processus cancéreux. mais ils ne permettent d'identifier aucun gène qui soit propre à ce processus. Toute protéine synthétisée dans une tumeur peut l'être dans une cellule normale. Cette absence de spécificité de la cellule cancéreuse est un obstacle majeur tant à la chimiothérapie qu'à l'immunothérapie et à la thérapie génique. Un signe de l'échec parmi d'autres: les compagnies pharmaceutiques ne tirent des anticancéreux que 2% de leur chiffre d'affaire.» (personnellement je trouve que cela fait déjà un beau pactole, ce qui justifiera certaines prises de position dans la politique de recherche contre le cancer). En tout cas ces phrases sont claires et cela fait de nombreuses années que M. Beljanski répond de façon statisfaisante, pour ce que je peux en juger, à ces objections.
Ces approches n'ayant pas accès à la une des médias, je ne les connais sans aucun doute pas toutes. Je pense que je peux sans hésiter leur faire une place dans un cours de biologie qui cherche à éveiller de jeunes esprits en incitant fortement des futurs chercheurs à travailler sur une bibliographie originale complète à laquelle je n'ai pas accès. Les travaux de M. Beljanski consistent en une approche du cancer qui prend en compte une faculté commune à toutes les cellules cancéreuses: celle de répliquer de façon importante l'ADN. Elle a donné lieu à un test qui mesure le degré de toxicité d'une substance chimique en regard avec la stimulation par cette substance de la synthèse de molécules d'ADN extraites de cellules cancéreuses et non cancéreuses (voir oncotest ci-dessous).

L'idée fondamentale peut être résumée par le schéma suivant:

Représentation schématique de la déstabilisation de la molécule d'ADN par des substances chimiques cancérogènes (en violet) . L'ouverture de l'hélice d'ADN, rend plus accessible ou au contraire moins accessible certains gènes aux complexes enzymatiques de réplication (ADN polymérase) et de transcription (ARN polymérase). Ce schéma est une illustration théorique (d'après Beljanski, un novateur en biomédecine, p 42).

Une illustration du principe de l'Oncotest basé sur la déstabilisation de l'ADN des cellules cancéreuses par rapport à celui des cellules saines.
D'après "La santé confisquée", Monique et Mirko Beljanski, EVI Liberty Corp., 1999, 4ème édition augmentée, p 25

1.1.3 des cellules cancéreuses en culture in vitro aux tumeurs in vitro et in vivo

Dès 1970 l'utilisation de cultures cellulaires de cellules tumorales a permis des progrès rapides (voir plus bas dans cette page). Des lignées référencées de cellules tumorales animales et humaines sont ainsi à la disposition de certains groupes de recherche (publics ou privés) qui les conservent soigneusement.

In vitro les cellules tumorales peuvent se distinguer des cellules normales par - une moindre adhérence au substrat pouvant s'accompagner de la capacité à proliférer en suspension et former des colonies sphériques dans un milieu partiellement gélifié (par de l'agar), - une morphologie moins aplatie - la perte de l'inhibition de contact, ce qui permet aux cellules tumorales de former de multiples couches de cellules, même sur support solide - une prolifération en présence de faibles quantité des facteurs de croissance présents dans le milieu (ce qui se met facilement en évidence lors du repiquage des souches tumorales car des souches normales ne se développent pas dans les conditions de culture suffisantes pour des souches tumorales) - et une aptitude à former des tumeurs, lorsqu'on les greffe à un organisme (des hyperplasies ou excroissances comme les galles chez les végétaux peuvent rapeller les tumeurs mais ne peuvent se développer à le suite d'une greffe, ce qui permet de les différencier des vraies tumeurs qui peuvent toujours se greffer et proliférer chez l'hôte). Pour éviter les rejets immunitaires de greffes, on utilise dans l'étude des cancers chez la souris, des souris nude, dépourvues de thymus, qui acceptent mêmes les greffes de cellules humaines. Un élément important mais qui demande à être vérifié est la polarisation inverse de la membrane cellulaire, négative extérieurement et positive intérieurement, ce qui est l'inverse de la polarisation des cellules normales de l'organisme. Cette polarisation inverse pourrait expliquer la pénétration de certaines molécules chargées positivement qui normalement ne passent pas la membrane chargée négativement.

Le premier stade de la maladie ou précancérisation correspond à des cellules qui se divisent et forment des tumeurs bénignes car ne migrant pas dans d'autres parties de l'organisme. Ces tumeurs peuvent être supprimées par chirurgie ou par radiothérapie, une fois qu'elles sont en phase clinique, c'est-à-dire suffisamment grosses pour être détectables. Entre le début, silencieux, du premier stade et le début du second peuvent s'écouler des dizaines d'années.
Le deuxième stade est celui des métastases, colonies de cellules cancéreuses invasives migrant par le sang ou la lymphe vers d'autres organes et y formant des tumeurs malignes. Le processus de transformation de cellule bégnine en maligne est franchement inconnu même si des pistes sont exploitées dans le domaine de l'adhérence des cellules aux matrices extra-cellulaires et dans le domaine de la résistance à l'apoptose qui, normalement, toute toute cellule de tissu qui n'est plus ancrée à sa matrice-support. On ignore aussi pourquoi certains tissus comme le cartilage sont exempts de métastases. Seuls les vaisseaux cérébraux sont touchés, le tissu nerveux cérébral est aussi indemne. (voir La dissémination des cellules cancéreuses, Erkki Ruoslahti, Pour la Science, Dossier Hors-Série, avril 1998, p 106-109)
Les cancers sont responsables en France du quart des décès (32% chez les hommes et 23% chez les femmes).

1.2 L'hypothèse tissulaire: la TOFT (théorie du champ d'organisation tissulaire)

La prolifération tissulaire serait vue comme l'état par défaut des cellules; cette théorie a pris le nom de tissue organization field theory of carcinogenesis and metastasis (TOFT). Site de diffusion des savoirs de l'ENS: conférence A. Soto (université Tufts de Buenos Aires) en anglais: http://www.diffusion.ens.fr/index.php?res=conf&idconf=1088) Le champ d'organisation tissulaire [27 février 2006 à 10h30]
Dans cette théorie, le niveau de compréhension du cancer est celui du tissu et non plus des cellules. Le cancer devient un problème d'organisation tissulaire proche de celui de l'organogénèse.

Des expériences récentes réalisées à partir d'hybridations tissulaires notamment de tissus prostatiques, permettent de contrôler in vitro l'apparition de phénotypes cancéreux et de les transmettre à d'autres tissus (http://endo.endojournals.org/cgi/reprint/146/1/13).
Voir par exemple Endocrinology Vol. 146, No. 1 11-12, 2005, Are Times a' Changin' in Carcinogenesis? Carlos Sonnenschein and Ana M. Soto (accessible gratuitement http://endo.endojournals.org/cgi/content/full/146/1/11 - voir bibliographie de cet auteur).

Un autre argument a été fourni récemment par une gigantesque étude américaine (5 millions de dollars) sur les cancers du sein et du colon. L'article original est technique (The consensus coding sequences of human breast and colorectal cancers, T. Sjoblom et al., Science. 2006 Oct 13;314(5797):268-74) et l'on peut lire plus facilement la brève de La Recherche: Les tumeurs du sein et du côlon séquencées, Marie-Laure Moinet, La Recherche, nov 2006, 402, 22.
Le travail consistait à comparer la séquence de 13.023 gènes bien connus chez 11 malades atteints de cancers du sein et 11 atteints de cancers du colon, à celle de ces mêmes gènes chez des individus sains de référence à partir duquel la base de séquence est construite.
En moyenne chaque malade présentait environ 90 gènes "mutés" c'est-à-dire dont la séquence différait de la séquence de référence de façon importante. Mais ces gènes n'étaient pas du tout identiques chez tous les malades. En éliminant les gènes qui ne semblaient pas intervenir dans la genèse des tissus cancéreux (!!!) les chercheurs ont identifiés environ 11 gènes par patient qui présentaient de nombreuses "mutations", soit 189 au total qu'ils ont comparé par des méthodes informatiques. La plus grande partie de ces gènes n'étaient pas considérés comme génétiquement altérés dans les tumeurs et sont supposés intervenir dans une large gamme de fonctions cellulaires parmi lesquelles la transcription, l'adhésion ou l'invasion (The vast majority of these genes were not known to be genetically altered in tumors and are predicted to affect a wide range of cellular functions, including transcription, adhesion, and invasion). L'idée de "gènes du cancer" a pris un nouveau coup dans l'aile.
Une fois de plus, plutôt que de changer de théorie, les chercheurs américains ont obtenu une rallonge de 100 millions de dollars pour continuer le séquençage de ces mêmes gènes pour les cancers du poumon, du cerveau et de l'ovaire (in brève de La Recherche).

Remarque 2007: traiter le cancer
La compréhension du phénomène biologique conditionne bien évidemment le traitement.
* La plupart des anticancéreux sont des antimitotiques qui empêchent les divisions et donc la croissance des tumeurs et la prolifération des métastases.
* Beljanski, qui s'est heurté à l'industrie pharmaceutique, a developpé ses propres anticancéreux (ARN courts et extraits naturels...) (voir le site du CIRIS: http://www.beljanski.com/fran/accueil.html); ils sont toujours commercalisés aux USA: http://www.natural-source.com/fran/
* Une équipe canadienne en 2006 et 2007 (Université d'Alberta, équipe de E. Michelakis) s'est attaqué au métabolisme des cellules cancéreuses. En effet un bon marqueur métabolique semble être la consommation augmentée de glucose par les cellules cancéreuses qui développent la voie glycolytique. L'accumulation d'acide lactique, produit de la phase terminale de la fermentation lactique qui peut suivre la glycolyse (voir cours de TS spécialité), en augmentant l'acidité de la cellule, pourrait favoriser la dégradation de la matrice extracellulaire et faciliter ainsi la mobilité des cellules cancéreuses. Pour l'instant on ne sait pas si l'augmentation de la voie glycolytique va de pair avec une baisse de la respiration mitochondriale dans les tumeurs. Les auteurs ont fait des essais thérapeutiques concluants chez le rat avec le DCA (dichloroacétate), qui est un modulateur métabolique qui a été utilisé chez l'homme depuis des dizaines d'années dans le traitement de l'acidose lactique et dans les maladies métaboliques mitochondriales héréditaires. Le DCA pourrait devenir un anticancéreux bon marché mais de peu d'intérêt financier. L'équipe de E. Michelankis s'est donc lancée seule contre l'industrie pharmaceutique : http://www.depmed.ualberta.ca/dca/ et cherche 1,5 millions de dollars.

(brève en français: La piste métabolique du cancer, Pierre Kaldy, La Recherche, 407, avril 2007, 24
article principal en anglais (autres articles dans Nature...) Bonnet S. et al, A Mitochondria-K+ Channel Axis Is Suppressed in Cancer and Its Normalization Promotes Apoptosis and Inhibits Cancer Growth, 2007, Cancer Cell, 11, 1, 37-51)

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2. "Cancers" végétaux

2.1 Les cultures in vitro, point de départ des études sur les tumeurs végétales

Les cultures in vitro de cellules végétales n'ont pas été aussi rapides que l'on pourrait le croire. Haberland, dès 1902, s'efforça d'obtenir la survie et la multiplication in vitro de cellules et tissus (cellules de poils staminaux de Tradescantia , poils glanduleux d'Ortie, épiderme de Fuchsia ...). La première culture réussie a été celle d'un organe et non celle d'un tissu, à l'inverse des cultures de cellules animales. En effet la première culture racinaire réussie (qui englobait le méristème) ne fut de d'une durée de quelques vingt semaines vers 1922 (par W. Kotte, en Allemagne, et par W. J. Robbins, aux États-Unis). Ce n'est que dix ans plus tard que P. White réussit à obtenir la première culture indéfinie en cultivant des extrémités de racines de tomates sur un milieu contenant des sels minéraux, un sucre et de l'extrait de levure. Cette souche isolée par White, et entretenue par repiquages, vit toujours actuellement.
C'est R. Gautheret qui réalisa les premières cultures monocellulaires in vitro. «En 1934, d'abord, il utilisa le tissu cambial de divers arbres tels que saule, hêtre, peuplier, orme, etc. (Le cambium est le méristème latéral qui assure la croissance en épaisseur des tiges et des racines. Tout comme celles des méristèmes apicaux, les cellules du cambium conservent indéfiniment leur pouvoir de multiplication.) Explantés à la surface de tampons de coton imprégnés de solutions nutritives ou dans des milieux gélosés, les fragments de cambium multiplient leurs cellules d'une façon intense et anarchique, produisant des mamelons parenchymateux indifférenciés qui peuvent se développer ainsi pendant six à huit mois; au-delà de cette période, les cultures périclitent et meurent car elles ne supportent pas les repiquages. Puis, en 1939, abandonnant le tissu cambial des arbres pour les tissus de carotte, Gautheret réalisa des cultures sur milieu additionné d'une solution oligo-dynamique (solution contenant des traces de sels minéraux divers tels que cuivre, manganèse, nickel, zinc); il réussit ainsi à isoler une couche cellulaire qui se développe de façon indéfinie, par repiquages périodiques, tout comme les cellules animales» (in E.U. article "culture d'explants"). Cette même année, en 1939, P. Nobécourt, en France, réalisait aussi la culture histiotypique de tissus de carotte, et P. White, aux États-Unis, parvenait à cultiver les tissus d'une tumeur produite spontanément par un hybride de tabac. À l'heure actuelle, on parvient à cultiver les tissus de presque toutes les espèces végétales. Ces succès sont dus en grande partie à l'emploi de l'auxine.
Les tissus tumoraux sont aussi qualifiés d'anergiés (l'anergie est le nom donné par R. Gautheret aux tissus de tabac, qui sous l'action de l'auxine, subissent une transformation tumorale).

2.2 Les tumeurs végétales: crown-gall, tumeurs à virus et tumeurs spontanées des hybrides

Le crown-gall (du nom de la protubérance cancéreuse qui apparaissant au collet (crown) de la betterave à la suite d'une blessure de la plante souillée par de la terre) est une véritable cancérisation ou tumorisation végétale. Elle représente un modèle végétal pour le cancer animal même si la cellule végétale est tout de même assez différente de la cellule animale (la paroi notamment qui à la fois limite certains échanges et en induit d'autres par voie apoplasmique...) et les tissus végétaux n'ont pas réellement la même définition que les tissus animaux (du fait des communications cytoplasmiques entre les cellules d'un même tissu, voir de deux tissus adjacents par les plasmodesmes: c'est la voie symplasmique...). On connaît plus de 140 espèces de plantes, Dicotylédones ou Gymnospermes, sensibles au crown-gall. La cancérisation nécessite un traumatisme, puis la pénétration d'une bactérie, obligatoirement vivante, inductrice de tumeurs: Agrobacterium tumefaciens. Les tumeurs induites peuvent se repiquer ou se greffer sur d'autres plantes, même entièrement stériles, ce qui permet de qualifier ces tumeurs comme véritablement cancéreuses.
L'origine de l'induction repose sur plusieurs hypothèses, ne s'excluant pas forcément:
* l'hypothèse virale: un bactériophage, associé à la bactérie serait un virus "oncogène", hypothèse très souvent avancée pour les cancers animaux;
* l'hypothèse génétique: le génome de la bactérie contiendrait un oncogène qui serait libéré. Cette hypothèse a été longement travaillée par M. Beljanski et ses collaborateurs. Le pouvoir tumorigène de la bactérie est lié à un ARN court tumorigène est expulsé et actif en présence d'auxine qui déstabilise l'ADN de la cellule végétale et le rend ainsi réceptif à l'ARN tumorigène.
* l'hypothèse des facteurs de croissance tumorigènes qui a été approfondie par Beljanski et son équipe. On trouve dans les cultures de tissus aseptiques des acides aminés (opines ou guanidines), l'octopine, la nopaline et la lysopine qui n'existent pas en quantité décelable dans les tissus sains. La nature de ces produits dépend de la bactérie qui a été à l'origine de la cancérisation. Telle souche engendre des tumeurs à nopaline, telle autre des tumeurs à octopine, et ces caractères se maintiennent indéfiniment. Ces substances déstabilisent l'ADN de la bactérie en présence d'auxine, tout comme ells déstabilisent l'ADN des propres cellules végétales tumorales par un effet de en retour. Plus une cellule présente un ADN déstabilisé, plus elle sécrète des substances déstabilisatrices qui ont été nommées des marqueurs cancéreux par Beljanski. Ces marqueurs tumoraux induisent la séparation des chaînes de l'ADN des cellules tumorales et des bactéries tumorigènes sans avoir d'effet important sur les cellules normales. Les marqueurs cancéreux trouvés dans les cellules animales (AFP, ACE, calcitonine et ferritine) stimulent la croissance des tumeurs de pois (Pisum sativum), de chrysanthème (Datura stramonium), de tabac (Nicotiana tabacum) et de vgne vierge (Parthenocissus tricuspidata) in vivo, mais les opines n'agissent pas sur les tissus cancéreux de mammifères ni sur les tumeurs in vivo.
La kinétine, autre hormone végétale, dont on avait noté le pouvoir antitumoral, possède la propriété inverse de resserrer la chaîne d'ADN.

Il existe deux autres types de cancérisation végétale: les tumeurs à virus et les tumeurs spontanées des hybrides.

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3. Cancers animaux

3.1 Des cultures de cellules aux cultures de tissus animaux

La culture in vitro de cellules animales a été un succès dès 1903. En suivant les protocoles d'Haberland -qui étaient des échecs pour la culture in vitro de cellules végétales- le Français Justin Jolly réussit la culture des globules rouges de triton (qui sont nucléés) pendant 15 jours (ensuite, le rythme des divisions décroît pour s'annuler au bout de quelques mois). En 1907, R. G. Harrison, en Amérique, réalisa la différenciation, in vitro , des ébauches des racines des nerfs rachidiens d'embryons de Batraciens. Il démontra que les nerfs ont un accroissement propre et s'allongent au fur et à mesure des besoins. En 1912, Carrel obtient une culture stable par repiquage périodique de fibroblastes de cœur de poulet, grâce à l'utilisation d'un milieu constitué de plasma auquel il ajoute, sous forme d'extrait d'embryons, les substances de croissance.
Il faut bien noter ici que ce sont des cellules qui se mutliplient et recouvrent le milieu de culture d'un voile cellulaire. Mais elles ne reforment un tissu (l'explant initial se désorganise et meurt) avec la structure que ces cellules établieraient dans un organe animal. Contrairement à l'appellation courante ce sont des cultures de cellules (histiotypiques) et non des cultures de tissus. Cette distinction est fondée sur le pouvoir histologique d'une cellules qui repose sur son appartenance à une lignée de cellules embryonnaires engagée dans une progression autonome: cette histoire n'est pas reproductible par un environnement artificiel (voir page sur le développement).
Cependant la cultture de tissus et d'organes animaux (Étienne Wolff et Katy Haffen, 1952) est possible pour de petits fragments d'organes ou des organes embryonnaires (quelques millimètres) si l'on limite l'apport des substances de croissance (pour éviter la multiplication anarchique des cellules), si l'on aère convenablement la culture (permettre une bonne respiration cellulaire malgré l'absence d'irriguation fonctionnelle), si l'on empêche les fuites de cellules en dehors de l'organe en fournissant à la culture un substrat inhibant le déplacement cellulaire comme le gel d'agar (insuffisamment solide).
La culture la plus utilisée est celle de fibroblastes embryonnaires (très belles prises de vue en microcinématographie dans le nouveau document APBG: la peau).« La mise en culture de cellules dérivées d'embryons d'oiseaux ou de rongeurs se fait dans des milieux de culture comportant 10% de sérum de veau fœtal comme source de facteurs de croissance, d'hormones et de protéines qui permettent l'attachement des cellules à la surface du récipient de culture. Les fibroblastes embryonnaires considérés comme normaux adhèrent fortement au récipient de culture et prolifèrent jusqu'à ce qu'ils forment une seule couche de cellules recouvrant toute la surface qui leur est offerte. Leur prolifération s'arrête alors dans un état qu'on appelle inhibition de contact. Pour obtenir une nouvelle population de fibroblastes proliférants, il faut détacher les cellules du récipient grâce à un traitement ménagé par une enzyme protéolytique appropriée (trypsine) et les réensemencer dans de nouveaux récipients en nombre tel que les cellules qui vont à nouveau s'attacher ne recouvrent pas la totalité du flacon. Cette opération pourra être répétée avec succès plusieurs fois. Cependant, après un certain nombre de ces passages en culture, on assiste à un phénomène appelé crise, au cours duquel les fibroblastes perdent leur aptitude à se multiplier et finalement meurent.» L'exposition à certains agents (cancérogènes et viraux) permet de continuer à repiquer une culture de façon indéfinie mais cette transformation se fait avec des modifications morphologiques de la souche (voir les caractéristiques ci-dessus).

3.2 Les cultures de cellules cancéreuses

Les cultures indéfinies de cellules cancéreuses sont utilisés dans le monde entier mais tout patrticulièrement deux souches: la souche KB, isolée par H. Eagle à partir d'un épithélioma humain du plancher buccal, et la souche Hela, isolée par G. O. Gey à partir d'un cancer épidermoïde du col utérin. Leur malignité demeure inchangée au cours des repiquages successifs. Les conditions de culture organotypiques (pour organes) ont été appliquées avec succès lorsque l'on veut garder la structure des tissus cultivés: on peut citer le cas des cultures de tumeurs cancéreuses par Étienne et Émilienne Wolff : une métastase hépatique d'une tumeur d'origine digestive (Z 200) et un épithélioma muqueux du côlon descendant (Z 516), qui prolifèrent d'une façon très intense depuis 1962 et 1963.
Depuis Okada, en1962, on réalise des fusions cellulaires entre cellules cancéreuses et cellules normales (technique d'hybridation cellulaire ou technique des hybridomes) qui produisent notamment des anticorps monoclonaux très utilisés en recherche.

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4. Ouverture de la chaîne de l'ADN, hypo et hyperchromicité

Les purines (A,G)et pyrimidines (T,C, U) de l'ADN et de l'ARN sont des composés faiblement basiques (bases) mais fortement conjugées (la ou les doubles liaisons sont partagées par les différents atomes du cycle de la molécule aromatique). Cette conjugaison a pour conséquence que toutes ces bases absorbent la lumière dans l'U.V.. Les acides nucléiques sont caractérisés par une absorption maximale pour une longueur d'onde proche de 260 nm.

Chaque ribonucléotide (ou ribonucléoside) ou désoxyribonucléotide (ou désoxyribonucléoside) présente une spectre d'absorption de la lumière qui lui est propre. Dans les acides nucléiques ADN et ARN, les liaisons hydrogène entre bases entassées dans la structure du polymère ont pour effet de diminuer l'absorption de la lumière ultraviolette par rapport à une solution ayant la même concentration de nucléotides libres. C'est l'hypochromicité des acides nucléiques. Elle est supérieure pour l'ADN que pour l'ARN. La double chaîne de désoxyribonucléotides de l'ADN est associée par des liaisons hydrogène entre A et T (deux liaisons hydrogène) et C et G (trois liaisons hydrogène),

Hypochromicité et hyperchromicité des acides nucléiques, une mesure du degré d'appariemment des chaînes de nucléotides...

On peut aussi mesurer des différences d'absorption en fonction de l'ouverture de la chaîne d'ADN. Une destruction complète des liaisons hydrogène peut être réalisée avec de la potasse (KOH à 0,1N) et les deux chaînes de nucléotides se séparent au maximum. On observe alors une hyperchromicité (maximale) de 45 à 55% par rapport à la valeur normale de la chromicité de l'ADN sous sa forme ressérée. D'autres molécules sont capables de déstabiliser l'ADN et d'ouvrir la chaîne. On peut mesurer leur efficacité en chiffrant l'hyperchromicité de l'ADN en présence de ces molécules.
De la même façon, certaine molécules stabilisatrices ressèrent l'ADN est produisent une hypochromicité.

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5.Du test d'Ames à l'Oncotest

Jusqu'au début des années 70, le pouvoir cancérogène des substances est évalué à partir d'essais sur l'animal. Mais les extrapolations à l'homme sont très peu fiables.

5.1 Le test d'Ames mesure le taux de réversion de souches bactériennes mutagènes

Décrit par Bruce Ames en 1973, le test d'Ames reste très employé pour évaluer le pouvoir cancérigène d'une substance. Il est basé sur le taux de réversion (mutation permettant un retour à une capacité présente dans la souche sauvage) de souches de Salmonella typhimurinum , chacune ayant une mutation différente mais touchant toute la biosynthèse de l'histidine (souches auxotrophes vis-à-vis de l'histidine), un acide aminé habituellemnt non indispensable. Les bactéries ont aussi des modifications de leur paroi qui les rendent plus ou moins perméables aux substances analysées. Enfin, les bactéries sont défiscientes dans leur système de réparation de l'ADN par excision et possèdent des gènes plasmidiques favorisant un fort taux de mutation lors de la réparation de l'ADN. On cherche l'apparition de souches mutantes . Pour s'assurer que la réplication de l'ADN puisse se faire en présence du mutagène potentiel, les bactéries et la substance analysée sont mélangées dans de l'agar mou auquel on ajoute de faibles quantité d'histidine. Cet agar mou est ensuite étalé à la surface de boîtes d'agar réalisées avec un milieu minimum. Les boîtes sont incubées 2 à 3 jours à 37°C. Les cellules auxotrophes pour l'histidine pousseront quelques heures jusqu'à épuisement de l'histidine du milieu d'agar mou. Seules les révertants, ayant retrouvé la capacité à synthétiser de l'histidine, seront ensuite capables de se développer sur milieu minimum. Les colonies sont ensuite dénombrées et la valeur obtenue sera comparés à un témoin afin d'estimer le pouvoir mutagène relatif de la substance vis-à-vis de ces souches auxotrophes pour l'histidine. En plus de la substance à tester un extrait de foie de mammifère (fraction microsomale) est souvent ajouté à l'agar mou avant étalement. Cet extrait enzymatique convertirait les substances cancérogènes en dérivés électrophiles, plus susceptibles de réagir directement avec l'ADN, système absent chez les bactéries mais présent chez les mammifères. Ainsi de nombreux agents cancérogènes comme les aflatoxines ne deviennent actifs dans ce test qu'en présence de cet extrait de foie. On considère alors que la comparaison du test avec et sans extrait permet de distinguer les substances nécessitant une indiction.

Les critiques majeures concernant ce test concernent:
- son inefficacité pour environ 20% des substances cancérogènes, d'après ce que l'on évalue par d'autres tests (ce chiffre a été avancé par Ames lui-même), qui n'ont pas d'effet mutagène sur ces souches bactériennes auxotrophes à l'histidine,
- sa limitation à de l'ADN bactérien, in vivo, ce qui impose des facteurs non contrôlables de pénétration des mutagènes à travers la paroi et leur non inactivation par le métabolisme bactérien,
- enfin le postulat sur lequel repose la méthode qui est que la cancérisation est une mutation de l'ADN, ce qui n'est pas prouvé. La mutation reverse des auxotrophes de l'histidine, n'étant par ailleurs qu'une mutation, fréquente, mais pas non plus aussi universelle qu'elle puisse servir de marqueur absolu du pouvoir mutagène.

5.2 L'Oncotest mesure l'intensité de la réplication de l'ADN de cellules cancéreuses et saines

M. Beljanski a mis au point vers 1976 (publié en 1978: M. Beljanski, Oncotest : A DNA assay system for the screening of carcinogenic substances, IRCS Medical Science, 1979, 7, p 476) un test qui n'a pas ces inconvénients et qu'il a apellé l'Oncotest. En voici les caractéristiques(Beljanski, un novateur en biomédecine; concepts, théories, applications; C.-G. NORDAU et M.S. BELJANSKI, éd. EVI Liberty Corp, 2001, p 36-39):
- il est basé sur le postulat radicalement différent de celui sur lequel repose le test d'Ames: les substances cancérigènes cancérigènes stimulent fortement la réplication de l'ADN cancéreux alors qu'elle stimulent très faiblement la réplication de l'ADN des cellules non cancéreuses;
- il opère in vitro sur des ADN purifiés d'origine humaine (biopsies et prélèvements peropératoires) d'organes sains (poumon, sein, ovaire, cerveau) et d'organes cancéreux correspondants sont incubés dans des conditions identiques. Le test fonctionne aussi avec les ADN des souches bactériennes auxotrophes du test de Ames. Le milieu contient un désoxyribonucléotide-5'-triphosphate marqué à la thymidine tritiée (dont l'incorporation à l'ADN nouvellement synthétisé permet de suivre l'intensité de la réplication), et une ADN polymérase ADN dépendante extraite d'E. coli qui utilise l'ADN humain fourni comme matrice.
- il teste non les potentialités de mutagénèse d'un ADN bactérien instable (test d'Ames) mais l'action d'une substance sur la replication de l'ADN de cellules humaines, saines et cancéreuses: les produits cancérigènes ayant toujours une action stimulante sur la replication de l'ADN des cellules cancéreuses et non sur celui des cellules saines. La sensibilité de l'oncotest est excellente et détecte un centième de microgramme d'aflatoxine B1, dangereux cancérogène pouvant provoquer des cancers du foie. Presque toutes les molécules anticancéreuses utilisées en chimiothérapie sont à forte dose de puissants cancérogènes, ce que le test d'Ames indiquait déjà pour de nombreux produits. Les hormones stéroïdes, qui ne donnent pas de réponse au test d'Ames, peuvent, à des doses supérieures aux doses physiologiques, se comporter comme des cancérogènes, spécifiques de leurs tissus cibles (seins et ovaires). Mais l'oncotest peut aussi chiffrer la toxicité de substances, non cancéreuses, sur la replication de l'ADN. Dans ce cas la toxicité est pratiquement la même aussi bien pour l'ADN issu des cellules cancéreuses que celui issu des cellules saines: l'action de l'ADN polymérase est inhibée et la réplication est stoppée. certaines substances, comme la saccharine pure et le cholestérol sont neutres vis-à-vis de l'oncotest.
- l'oncotest peut être utilisé en recherche pour la mise au point d'anticancéreux spécifiques.
- dans certains cas, l'oncotest a donné des réponses positives pour des substances considérées comme dépourvues de potentialités cancérogènes, ce qui a conduit à détecter des impuretés, en quantité infimes mais dangereuses, dans les extraits.

Une illustration de l'oncotest à partir d'une description sommaire dans Beljanski, un novateur en biomédecine; concepts, théories, applications; C.-G. NORDAU et M.S. BELJANSKI, éd. EVI Liberty Corp, 2001 sans avoir eu accès à la publication originale (M. Beljanski, Oncotest : A DNA assay system for the screening of carcinogenic substances, IRCS Medical Science, 1979, 7, p 476)

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