Pourquoi le dépistage ?
La coloscopie est l’examen qui permet de faire le diagnostic formel du cancer co- lique ainsi que celui des lésions précancéreuses que sont les polypes adénomateux.
Toutefois, il est impossible de faire pratiquer cet examen régulièrement à tout sujet à risque moyen (âgé de plus de 45 ans dans la population générale). En effet, mal- gré sa sensibilité supérieure à 95 % pour la détection des tumeurs malignes et des adénomes de plus d’un centimètre de diamètre, et une spécificité supérieure à 99 %, la coloscopie nécessite une préparation, la plupart du temps une anesthésie géné- rale, un coût économique exorbitant, et de rares complications. À l’échelle d’une population, ces dernières représenteraient un volume non négligeable, difficilement acceptable au plan éthique et économique pour un examen de dépistage (1-6). Pour cette raison, une action de dépistage se déroule en deux étapes : un examen de sé- lection (ou de dépistage) et un examen diagnostique. Un test de dépistage doit être simple, non coûteux et non invasif. Il est conçu comme marqueur biologique iden- tifiable dans les effluents biologiques : selles, sang, urines. À l’heure actuelle les tests sont basés sur la détection du sang dans les selles.
Limites du dépistage par la recherche de sang dans les selles
La recherche d’un saignement occulte dans les selles à titre de dépistage est à ce jour la seule approche validée dans le dépistage de masse organisé du cancer du côlon.
Une stratégie, combinant la recherche de sang occulte dans les selles suivie de co- loscopie en cas de recherche positive, est proposée aux sujets à risque moyen et a démontré son impact sur la mortalité par cancer colique (voir le premier et le deuxième chapitre).
Toutefois, la faible sensibilité de ces tests estimée entre 25 et 50 % en constitue la limite : moins de 50 % des cancers en moyenne, et seulement 20 % des adénomes
les tests moléculaires
I. Sobhani et M. Abolhassani
de plus d’un centimètre sont dépistés (7-10). La valeur prédictive positive d’un gros polype ou d’un cancer invasif ne dépasse pas 18,5 % dans l’étude française (11-12).
La recherche et le développement de nouvelles méthodes de dépistage du cancer co- lorectal, plus sensibles que le test d’Hemoccult, sont donc indispensables.
Tests alternatifs à la recherche fécale de sang
Chaque jour, 10
10cellules coliques sont exfoliées. Bien que la (ou les) tumeur(s) colique(s) n’occupe(nt) pas plus de 1 % de la surface de la muqueuse (exception faite de la polypose familiale), il semble que 14 à 24 % (2, 13) des cellules libérées dans la lumière intestinale soient d’origine tumorale. Il est donc possible de cibler, parmi ces cellules exfoliées, celles provenant d’une tumeur. Ce type d’approche est déjà adopté pour la mise en évidence de cellule dysplasique par technique immu- nologique ou moléculaire (tableau I). Les tests immunologiques encore trop préli- minaires basés sur la détection de mucines anormalement glycosylées, ou de cytokératines particulièrement exprimées par les cellules néoplasiques, ou de pep- tides (vimentine, ACE, etc.) surexprimées par ces cellules n’ont pas été validés et leur spécificité et stabilité posent encore des problèmes techniques (14-16). À l’in- verse, la mise en évidence d’ARN ou d’ADN anormaux est davantage étudiée dans différents effluents biologiques et en particulier dans les selles.
Tableau I - Dépistage de tumeurs colorectales par marqueurs fécaux.
Détection de colonocytes et/ou de constituants spécifiques de tumeur (Technique immunologique)
Mucines, peptides, antigènes tumoraux M2-pyruvate kinase, ACE (37, 38)
Surexpression d’oncogènes
ARNm des gènes de cyclooxygénase, cycline D1 (29)
Détection d’ADN humain
DNA total (14 % d’origine tumorale) DNA long (non apoptotique) Perte d’hétérozygotie
Altération de séquence (instabilité microsatellitaire ; mutation spécifique) Modification épigéniques (hyperméthylation des gènes)
Test fécal de détection d’ADN altéré
Différentes techniques d’extraction d’ADN à partir des selles ont été mises au point.
L’ADN humain dans les selles représente 100 ng/g, ce qui correspond à environ 0,01 % d’ADN fécal total, le reste étant représenté par l’ADN d’origine bactérienne et alimentaire. Il est donc important de prévoir une première phase d’enrichisse- ment d’ADN d’origine humaine avant de procéder à une amplification d’une ano- malie de séquence par la technique de PCR. De plus, il existe d’importants inhibiteurs d’amplification dans les selles. Ces deux problèmes techniques sont maintenant résolus.
La quantité d’ADN isolée à partir des selles est quatre à cinq fois supérieure chez les patients avec cancer invasif que chez les patients sans tumeur colique (5). Le schéma classique allant de « muqueuse normale », à « cancer invasif », en passant par la constitution de « crypte aberrante » et polype « adénomateux » reste le schéma physiopathogénique de référence (fig. 1). Cette filiation vers le cancer dépend du temps et s’étale en général sur dix à vingt ans. Cette durée est raccourcie en fonc- tion de l’importance des risques héréditaires ou environnementaux. Différentes ano- malies d’ADN surviennent à des stades successifs : des mutations du gène APC et
Fig. 1 - Schéma physiopathologique de la carcinogenèse colique. À l’expression phénotypique tissulaire qui comporte des étapes allant de la muqueuse normale au cancer invasif, en pas- sant par le crypte aberrant, le polype adénomateux de petite et de grande taille (>1 cm de dia- mètre), on peut faire correspondre des expressions phénotypiques endoscopiques. Il est important de noter que les tests actuels de recherche de sang occulte dans les selles ne détec- tent au mieux que les lésions les plus avancées alors que le test moléculaire fécal basé sur la mise en évidence d’ADN altéré dans les selles couvre un spectre plus large de lésions en recherchant des anomalies géniques au niveaux des gènes d’APC, K-ras, p53 et ceux impli- qués dans la réparation des mésappariements d’ADN.
K-ras au stade de crypte aberrante et polypes adénomateux, des anomalies d’appa- riement d’ADN sont identifiées par analyse de microsatellites instables au stade d’in- vasion tumorale, etc. L’ADN est relativement stable dans les selles et des mutations ponctuelles ont déjà été rapportées dans les selles des patients atteints de cancer ou porteurs d’adénomes coliques (2, 17-18). Par opposition aux tests basés sur la pré- sence de sang dans les selles, l’ADN altéré est toujours d’origine tumorale, et est li- béré dans la lumière colique de façon régulière du fait du renouvellement cellulaire.
Les limites de cette technique sont d’une part, les conditions d’optimisation du ren- dement de récupération d’ADN tumoral et d’autre part, l’absence d’un marqueur moléculaire unique du fait de l’hétérogénéité des tumeurs. Par exemple, la muta- tion K-ras, n’est présente que dans moins de 50 % des tumeurs. Ce sont donc des tests de mise en évidence d’altérations multiples qui offriraient une alternative rai- sonnable à l’Hémocult II. Parmi ces anomalies, la plus fréquente et la plus simple à identifier est l’ADN hautement amplifiable (appelé long ADN, L-ADN). Il faudra sans doute associer à ce marqueur un panel d’anomalies moléculaires incluant celles bien connues des gènes K-ras, p53, APC ou Bat 26 (marqueur d’instabilité de microsatellite) ou encore la recherche d’anomalies moins connues de l’ADN méthylé de plusieurs gènes pour pouvoir détecter un plus grand nombre de tumeurs.
Extraction de l’ADN tumoral
La mise en évidence de l’ADN tumoral à partir d’un effluent biologique nécessite l’extraction et la purification de l’ADN total et des procédés d’enrichissement de la sous-fraction d’origine tumorale. Les selles constituent le premier réservoir d’ADN d’origine tumorale colique ou rectale. Elles contiennent en plus des quantités im- portantes d’ADN d’origine animale et végétale, issu de l’alimentation et de l’ADN bactérien. Les méthodes d’extraction d’ADN tumoral nécessitent le recueil d’un vo- lume important de selles avec une purification d’ADN basée sur la capture d’ADN par hybridation et souvent une amplification des segments d’ADN (19).
Généralement, les selles sont émises à température ambiante et rapidement mises dans une solution tampon qui doit favoriser l’extraction d’ADN d’origine humaine.
Selon le test commercialisé (EXACT), le rapport de dilution est de 1 g de selles pour 10 ml de solution de tampon, une quantité minimale de 5 g de selles semble indis- pensable. Après une centrifugation à 37°C, le surnageant est recueilli dans du tam- pon Tris saturé en phénol et chloroforme. Les acides nucléiques sont ensuite précipités (1/10 volume) dans l’isopropanol et l’acétate de sodium. Après centrifu- gation, les acides nucléiques sont suspendus dans un tampon Tris enrichi en EDTA et ARNase.
La qualité des ADNs purifiés doit être vérifiée par spectrophotométrie et élec- trophorèse sur gel d’agarose avant et après traitement par de l’ARNase (fig. 2).
Taille de l’ADN
Les cellules qui échappent à l’apoptose (c’est souvent le cas des cellules tumorales
ou des colonocytes normaux dans le contexte de colite inflammatoire) possèdent
des fragment d’ADN plus longs que ceux habituellement retrouvés dans une cellule normale. L-ADN ou l’ADN long (fragment d’ADN fécal supérieur à 200 kb) de- vrait donc être un premier marqueur approximatif de tumeur colorectale. Toutefois, sa faible sensibilité dans les conditions habituelles de recueil et d’acheminement des selles (à température ambiante) en a réduit l’intérêt (20). Il est probable qu’une col- lection des selles sur glace et un acheminement à température inférieure à 10°C ré- duisent la dégradation du L-ADN. Toutefois, le temps d’acheminement des selles, variable d’un sujet à l’autre, et le caractère parfois déshydraté des selles au moment même de la défécation seront sans doute des limites à la généralisation de ce mar- queur dans le contexte du dépistage.
Deux techniques sont actuellement disponibles pour la purification de l’ADN d’origine tumorale, l’une passant par le procédé de capture d’ADN, l’autre ne né- cessitant pas ce procédé. Le procédé de capture suppose une hybridation sur des oligonucléotides dont la construction est basée sur des séquences prédéfinies, elles- mêmes établies à partir de mutations spécifiques rapportées aux niveaux des gènes impliqués dans la carcinogenèse colique (fig. 1). Ces séquences sont difficiles à stan- dardiser compte-tenu des mutations hétérogènes rapportées d’une série à l’autre.
Notre expérience personnelle révèle que dans les conditions de recueil à tempéra- ture ambiante et de conservation (4°C) et le délai court (24-48 h) de réception du prélèvement, le rendement d’extraction d’ADN tumoral est bon sans la nécessité de
Fig. 2 - Électrophorèse des ADNs extraits à partir des selles et du sang du même patient avant (1) et après (2) traitement des prélèvements par de l’ARnase.Ce protocole est disponible sur le site du fournisseur du kit utilisé (QIAamp DNA blood kit de Qiagen).
*http://www1.qiagen.com/literature/handbooks/PDF/GenomicDNAStabilizationAndPurific ation/FromClinicalSamples/QA_DNA_Stool_Mini/1018546_HBQAStoolmin_082001.pdf
**http://www1.qiagen.com/literature/handbooks/PDF/GenomicDNAStabilizationAndPurifi cation/FromAnimalAndPlantIssues/GENO/1018833_HB_GENO_082001.pdf
{ {
recours aux procédés de capture d’ADN. Au demeurant, le taux de L-ADN est su- périeur à celui rapporté dans la littérature.
Mutations de l’ADN fécal
Les mutations ponctuelles ou anomalies de séquences ont été étudiées au niveau des gènes comme Ki-ras, APC, p53, Bat 26 (marqueur d’instabilité des microsatellites).
Les mutations les plus habituellement intégrées dans les tests sont celles situées au niveau des codons K12p1, K12p2, et K13p2 du gène K-ras, les codons 1309 delta 5, 1367p1, 1378p1, et 1450p1 du gène APC et les codons 175p2, 245p1, 245p2, 248p1, 248p2, 273p1, 273p2 et 282p1 du gène p53 (2, 20). Ces tests sont maintenant vali- dés sur des échantillons de selles recueillis et conservés à température ambiante avec une sensibilité acceptable de 57 % par exemple, pour un test incluant au moins une mutation d’un seul gène (APC, codons 1250 à 1500) et une spécificité de près de 100 % (tableau II).
La première publication, ayant démontré la faisabilité de mise en évidence de mutation du gène K-ras dans les selles des patients atteints du cancer colique, date de 1992 (21). L’équipe de Vogelstein (18-19) mettait en évidence, à un stade pré- coce du processus tumoral, des mutations du gène APC dans les selles de 74 sujets : 28 patients avec cancer colique Dukes B2, 28 témoins sans tumeur et 18 patients avec un adénome d’au moins un centimètre de diamètre. Après extraction de l’ADN à partir des selles fraîchement recueillies et conservées immédiatement à – 20°C et à – 80°C, on procédait à la détection des mutations par PCR. La sensibilité du test pouvait être améliorée lorsque plusieurs marqueurs géniques étaient recherchés : la présence d’au moins une anomalie génétique au niveau de l’ADN fécal sur un pa- nel de plusieurs mutations, a été estimée à 91 % pour les cancers (82 % pour les adénomes) avec une spécificité à 93 % (2). Depuis, plusieurs travaux venant de dif- férentes équipes dans le monde ont confirmé leur faisabilité et leur reproductibilité (tableau II).
Toutefois, les tests basés sur une détection unique ne pourraient être générali- sés tant la séquence, le type et le nombre des mutations varient selon le stade tu- moral, le site d’implantation (côlon gauche vs droit) et vraisemblablement selon les individus. Le principe a été de concevoir ensuite un panel moléculaire suffisamment large pour détecter un maximum de tumeurs sporadiques sans pour autant rendre la pratique du test onéreuse ou difficile en pratique courante.
Malgré l’optimisme des premières publications ayant rapporté une sensibilité al- lant de 62 à 91 % pour les adénocarcinomes et de 27 à 82 % pour les adénomes et une spécificité supérieure à 93 % pour l’ensemble des lésions (19), les résultats d’un panel moléculaire assez large incluant 21 marqueurs et adapté à la pratique des conditions du dépistage, a conduit récemment à la révision de ces chiffres à la baisse.
En effet, un travail américain (20), mené sur une large cohorte (4 404 sujets éva-
lués), permet de noter une sensibilité seulement de 51,6 % (95 % CI = 34,8 % à
68 %) pour la détection d’un adénocarcinome et de 15,1 % (95 % CI = 12 - 19 %)
pour les adénomes de diamètres supérieurs à un centimètre. Bien que dans ce tra-
vail la sensibilité globale du test moléculaire ait été démontrée supérieure à celle de
Tableau II - Détection des tumeurs colorectales par test moléculaire fécal (simple ou combiné).
Sensibilité, % (n)
Références Marqueurs Cancer Adénomes Spécificité, % (n)
Sidransky et al. (1992) K-ras 33 (8/24) Hasegawaa et al. (1995) K-ras 18 (10/55) Smith-Raven et al. (1995) K-ras 50 (4/8) Villa et al. (1996) K-ras 29 (30/103) Nollau et al. (1996) K-ras 28 (14/50) Eguchi et al. (1996) p53 28 (7/25)
Kohata (1996) K-ras 25 (10/40) 30 (3/10) Laurent-Puig et al. (2000) K-ras 55 (6/11)
Nishikawa et al. (2002) K-ras 42 (13/31) 100 (5/5) Traverso et al. (2002) APC 61 (7/28) 50 (9/18) 100 (28/28) Traverso et al. (2002) MSI 37 (17/46) 0 (0/19) 100 (69/69) Boynton et al. (2003) Long DNA 57 (14/25) 97 (75/77) Müller et al. (2004) SFRP2-meth 77 (10/13) 77 (10/13) Ahlquist et al. (2000) APC, K-ras, p53;
MSI; Long DNA 91 (20/22) 82 (9/11) 93 (26/28) Tagore et al. (2000) APC, K-ras, p53,
MSI; L-DNA 63 (33/52) 57 (16/28) 98,2 (111/113) Syngal et al. (2002)
et (2003) APC, K-ras, p53;
MSI; Long DNA 62 (40/65) 27 (6/22) Brand et al. (2002) APC, K-ras, p53;
MSI; L-DNA 69 (11/16) Calistri et al. (2003)
APC, K-ras, p53;
MSI; L-DNA 62 (33/53) 97 (37/38)
Dong et al. (2001) p53, K-ras, MSI 71 (36/51)
Rengucci et al. (2001) p53, K-ras; MSI 67 (31/46) 100 (18/18) Imperial et al. (2004) APC, Kras, L-DNA
p53, K-ras; MSI 52 (16/31) 18,2 (76/412) 95 (72/76) Koshiji et al. (2002) LOH; MSI 97 (29/30) 100 (30/30) Chen et al. (2005) meth.Vimentine 46 (43/94) 90 (178/198)
Inspiré de la revue générale (19) et mis à jour (13; 22; 23; 25; 26).
Abréviations : LOH : perte d’homozygotie ; MSI : microsatellite instable ; meth. = troubles de méthylation ; L-ADN = ADN de longue taille (> 200 kb) provenant des cellules non apoptotiques.