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La néoplasie endocrinienne multiple de type 1 (NEM1, OMIM131100, syndrome de Wermer) est une forme majeure de prédisposition héréditaire aux tumeurs neuroendocrines du pancréas, à transmission autosomique dominante. Le gène de prédisposition à la NEM1 code la ménine, une protéine dont les principales interactions fonctionnelles sont liées à la voie de signalisation du TGFb par l'intermédiaire de Smad3 et du complexe de régulation transcriptionnelle AP1. Les mutations observées chez les patients NEM1 sont très dispersées et il n'existe pas de corrélations génotype-phénotype. Le diagnostic génétique de la NEM1 est maintenant possible devant toute association tumorale endocrine, évocatrice du syndrome.
La génétique des tumeurs neuroendocrines (TNE) digestives à localisation duodénale et/ou pancréatique s'intègre principalement dans le contexte de syndromes héréditaires de prédisposition aux tumeurs des glandes endocrines que l'on dénomme néoplasie endocrinienne multiple (NEM). Le principal contexte clinique impliquant ces tumeurs est la NEM de type 1 ou syndrome de Wermer (OMIM131100). L'identification en 1997 du gène majeur de prédisposition à la NEM1 a ouvert une nouvelle voie pour la compréhension des mécanismes pathogéniques de ces lésions prolifératives souvent insidieuses et notamment de l'étape d'initiation tumorale. L'étude des mutations germinales et somatiques du gène NEM1 chez des patients atteints de ce syndrome et/ou présentant des tumeurs endocrines a priori sporadiques ne permet pas d'identifier de corrélations génotype-phénotype. A ce jour, l'analyse génétique dans la NEM1 a donc un intérêt diagnostique et de recherche mais ne permet pas de prévoir le type de lésion susceptible d'être développé par un patient donné. Le gène NEM1 code une protéine nommée ménine,dont les fonctions en cours d'étude sont probablement impliquées dans la régulation directe et indirecte de la transcription et du cycle cellulaire. En pratique, l'analyse du gène de la ménine permet donc de confirmer un diagnostic syndromique chez les patients et familles présentant une association tumorale évocatrice, et de contribuer ainsi à une meilleure prise en charge clinique et thérapeutique.
Le gène NEM1, localisé en 1988 sur le bras long du chromosome 11, a été identifié en 1997 après neuf années de recherche intensive par cartographie physique, études de liaison génétique et de cytogénétique moléculaire.1,2 Etendu sur environ 10 kilobases (10 000 paires de bases) d'ADN génomique, il est constitué de dix exons, l'exon 1 et la partie distale de l'exon 10 étant non exprimés (non codants) au niveau protéique. L'ARN messager (ARNm) majeur a une taille de 2,8 kilobases et code une protéine de 610 acides aminés dénommée ménine. L'expression de l'ARN et de la protéine a été retrouvée dans la plupart des tissus de l'organisme testés avec des variations de taille suggérant des isoformes dont la fonctionnalité est à ce jour inconnue. La région située en amont du gène est en cours de caractérisation notamment par la recherche des séquences promotrices du gène. Il existe une très forte homologie (> 97%) entre la séquence du gène de la ménine humaine et celle des rongeurs.3 La région C-terminale de la protéine contient dans l'exon 10 deux séquences dénommées NLS (Nuclear Localization Signals) dont la délétion expérimentale entraîne une délocalisation de la ménine du noyau vers le cytoplasme.4 Cette propriété, associée à des observations de biologie cellulaire sur le trafic intracellulaire de la protéine NEM1 pendant le cycle cellulaire, suggère que la ménine est une protéine à localisation nucléaire prédominante, fortement exprimée dans les cellules quiescentes, mais capable d'un transfert cytoplasmique au cours de la phase de réplication de l'ADN et de la mitose.5
L'existence de pertes d'hétérozygotie du locus NEM1 dans l'ADN génomique des tumeurs associées à la NEM1 a depuis longtemps permis de classifier NEM1 et son produit protéique dans la catégorie des gènes à fonction suppressive de la prolifération cellulaire, frein physiologique dont l'altération peut aisément expliquer une prolifération adénomateuse ou maligne.6 La surexpression expérimentale de la ménine dans une lignée cellulaire tumorigène contenant l'oncogène RAS activé conduit à une perte des propriétés transformantes, observation in vitro confirmant le caractère suppresseur des fonctions physiologiques de la protéine NEM1.7 Les fonctions de la ménine restent imprécises et les données les plus récentes mettent en évidence une interaction avec plusieurs facteurs de régulation de la transcription telles les protéines JunD,8 Smad-39 et nm23.10 L'identification d'autres partenaires est en cours et permettra une meilleure compréhension du ciblage plus spécifiquement endocrine des atteintes tumorales du syndrome. La protéine JunD est un régulateur de la transcription appartenant au complexe transcriptionnel AP-1, intervenant dans toutes les étapes de la vie cellulaire, régulation de la mitose, de la réponse aux stress exogènes, de l'apoptose, de l'expression de très nombreux gènes dont nombre de facteurs de croissance.8 La ménine, liant JunD, serait susceptible de freiner son action au sein d'AP-1 mais le rôle précis de JunD étant lui-même imprécis, la signification fonctionnelle de cette liaison reste à ce jour inconnue. L'interaction avec Smad3 fait intervenir la voie de régulation du TGFß (transforming growth factor ß), un facteur de croissance inhibant le cycle cellulaire. Fait intéressant, ce facteur interviendrait dans le maintien de nombreux types cellulaires dont les lignages hypophysaires dans un état différencié et à un faible niveau de prolifération. Smad3 est induite par TGFß et représente la voie de signalisation intracellulaire et nucléaire de ce facteur de croissance par une liaison spécifique au niveau de séquences consensus de gènes. La ménine est induite par TGFß et joue un rôle important dans la liaison de Smad3 à l'ADN et ses conséquences fonctionnelles en termes de régulation négative de la transcription et de la croissance cellulaire. L'inactivation expérimentale de la ménine par injection in vitro d'antisens NEM1 inhibe cette cascade de régulation négative. L'interaction de la protéine NEM1 avec Smad3 ferait essentiellement intervenir les domaines de localisation nucléaire de la ménine, et en ce sens, la localisation nucléaire de la ménine semble le facteur essentiel de l'interaction physiologique entre ces deux protéines. Ces données sont importantes pour comprendre l'effet pathogène des mutations qui conduisent à une protéine tronquée de ces séquences NLS. Il est intéressant de noter que Smad3 est capable d'interagir avec JunD,11 laissant imaginer que l'intervention de la ménine dans la voie de signalisation du TGFß pourrait faire intervenir plus ou moins directement JunD et d'autres composants du complexe AP-1. Enfin, l'interaction de la ménine avec la protéine nm23 (nucléoside diphosphate (NDP) kinase) est démontrée par des expériences de double hybride mais n'a pas d'explication fonctionnelle à ce jour. Nm23 est un facteur essentiel de la production des nucléosides triphosphates tels le GTP (guanosine tri phosphate) et ses interactions multiples avec des protéines nucléaires ont été associées à sa capacité de gène suppresseur de la prolifération métastatique.10 Ces résultats récents et basés sur des interactions protéine-protéine ne doivent pas faire oublier que des études anciennes indiquent que l'altération génomique du gène NEM1 chez les patients prédisposés au syndrome de Wermer conduit à un certain degré d'instabilité chromosomique qui a été corrélée avec des anomalies de division des centromères lors de la mitose dans des lignées fibroblastiques ou lymphoblastoïdes.12 D'autre part, les patients NEM1 ont un taux circulant élevé d'anticorps dirigés contre des facteurs de croissance de la famille du FGF (fibroblast growth factor).13 Le lien entre toutes ces données objectives et hypothèses n'est pas encore réalisé mais nous montre à quel point, étape après étape, la construction d'hypothèses physio-pathogéniques permet d'élaborer un schéma fonctionnel primitif permettant d'imaginer l'origine physio-pathogénique du syndrome NEM1 (fig. 1).
Les mutations germinales du gène NEM1 sont retrouvées chez plus de 90% des patients et cas index de familles prédisposées au syndrome et présentant au moins deux des atteintes cardinales de la maladie.14,15,16 Ces mutations surviennent à l'état hétérozygote et confèrent à la NEM1 un statut de prédisposition héréditaire à transmission autosomique dominante. Elles entraînent dans 70% des cas une inactivation d'un allèle du gène par mutation non-sens ponctuelle ou induite par un décalage du cadre de lecture, le plus souvent par délétion de quelques bases. Près de 30% des mutations sont de type faux-sens et conduisent à une substitution d'un acide aminé. Les effets fonctionnels de certaines mutations ont été démontrés par inhibition de l'interaction ménine-JunD.8 Les mutations non-sens entraînent la production d'une protéine de taille anormalement réduite, qui semble systématiquement dégradée par les systèmes de régulation du catabolisme protéique intracellulaire.17 Certaines mutations surviennent à la jonction entre exons et introns, au niveau des séquences dites d'épissage qui régulent la maturation de l'ARN messager primaire. Au total, les mutations de la ménine observées chez les patients NEM1 sont dispersées sur l'ensemble de la séquence codante et il n'existe pas de corrélations génotype-phénotype (fig. 2). De ce fait, l'identification d'une mutation précise ne permet en aucun cas de prédire la nature et la chronologie des lésions observées chez un patient et ses apparenté(e)s. En simple terme de tendance, certains auteurs ont suggéré que les mutations NEM1 induisant une protéine tronquée, qu'elles soient de type non-sens ou frameshift, conduisent à des formes cliniques complètes et potentiellement plus agressives, alors qu'un petit nombre de mutations faux-sens situées entre les exons 3 à 7 pourrait être associé à un variant allélique de la NEM1, l'hyperparathyroïdie familiale isolée (FiHPT familial isolated hyperparathyroidism ou HRPT1).18 Ces corrélations doivent cependant être considérées avec beaucoup de précaution. Le variant FiHPT doit évoquer la NEM1 en première intention, mais pose le problème du diagnostic différentiel avec d'autres syndromes génétiques tels que l'hypercalcémie familiale hypocalciurique, liée à des mutations du Calcium Sensing Receptor19 et le syndrome HRPT2 (OMIM 145001 hyperparathyroidism 2) associant l'hyperparathyroïdie primaire à des tumeurs mandibulaires osseuses et des proliférations rénales et/ou ovariennes.20 Le gène majeur de prédisposition au syndrome HRPT2 n'est pas cloné à ce jour et se situe en position chromosomique 1q21-32.
Récemment, un modèle animal de NEM1 a été développé chez la souris par inactivation hétérozygote du gène NEM1 en utilisant les techniques de recombinaison homologue (knock-out).21 Les souris hétérozygotes Nem1+/- développent des lésions endocrines analogues à celles observées chez l'homme à partir du 14e mois de vie, ce qui correspond approximativement à la quatrième décennie de la vie humaine. Le modèle développé semble donc parfait avec l'observation d'hyperplasies et adénomes des glandes parathyroïdes, de tumeurs non fonctionnelles du pancréas endocrine et des proliférations anté-hypophysaires et surrénaliennes. Les souris homozygotes Nem1-/- ne sont jamais observées en post-natal et l'inactivation homozygote du gène NEM1 a été démontrée comme létale in utero de manière précoce.21 Cette observation est fondamentale car elle démontre le rôle-clé de la ménine dans le développement de l'embryon notamment au niveau du système nerveux central et probablement de la morphogenèse de la plupart des organes endocrines et non endocrines.
L'extrême dispersion des mutations germinales du gène NEM1 chez les patients atteints ou prédisposés ne permet pas d'entrevoir de corrélations entre les domaines d'interaction de la ménine avec JunD et/ou Smad3 et une quelconque signification fonctionnelle de tel ou tel type de mutation, et notamment du caractère prédictible de son agressivité. Nombre de mutations faux-sens surviennent dans les domaines d'interaction de JunD, dans la région N-terminale et surtout centrale dans les exons 3 à 8. Toutes les mutations induisant une ménine tronquée ainsi que certaines mutations d'épissage ou introniques devraient conduire à une déstabilisation de l'ARN messager et/ou de la protéine et de ce fait à une haplo-insuffisance pathogène. Pour les mutations faux-sens, la distinction entre mutation et polymorphisme est réalisée sur la base de cette approche structurale et fonctionnelle, du type physico-chimique de conversion d'acide aminé et surtout par le fait qu'une mutation ne doit pas être retrouvée dans une population de sujets contrôles, au minimum d'une centaine. La référence à une base de données des mutations est de ce fait intéressante, telle celle constituée par le réseau d'études GENEM en France et accessible sur son site internet à l'adresse http://rockefeller.univ-lyon1.fr/GENEM/new/index.html
Les tumeurs endocrines associées à la NEM1 résultent de la mutation germinale de l'allèle NEM1 transmis de génération en génération et le plus souvent de la perte d'hétérozygotie affectant le second allèle dans le génome tumoral. Ce double événement génétique est observé à l'échelon somatique dans une proportion relativement limitée des tumeurs neuroendocrines sporadiques du même type que celles observées dans la NEM1. En situation a priori sporadique, l'inactivation du gène NEM1 concerne environ 30% des gastrinomes et les tumeurs endocrines pancréatiques non fonctionnelles, 10 à 20% des carcinoïdes à localisation thoracique, 20% des adénomes parathyroïdiens sporadiques, et moins de 1% des insulinomes, des adénomes de l'anté-hypophyse et des tumeurs de la corticosurrénale.22-27 Ces données importantes suggèrent que l'inactivation bi-allélique du gène NEM1 pourrait constituer le primum movens pathogénique de 20 à 30% des tumeurs endocrines du pancréas, de la loge thymique et de la parathyroïde. Aucune de ces études n'a cependant abordé la possibilité de survenue de mutations en mosaïque somatique, fréquemment observées dans d'autres syndromes de prédisposition aux tumeurs, tels que la neurofibromatose de Recklinghausen, la maladie de von Hippel Lindau et la sclérose tubéreuse de Bourneville.28,29 L'intérêt clinique de ces résultats est également de fixer les critères de décision d'une analyse génétique du locus NEM1, actuellement réservée aux sujets de moins de 50 ans atteints d'une hyperparathyroïdie primaire sur adénome/hyperplasie multi-glandulaire et à tous les patients présentant une tumeur neuroendocrine dont le siège anatomique est soit thoracique, thymique ou bronchique, soit dans la région duodéno-pancréatique.
Tel que décrit pour les FiHPT, certaines familles expriment un seul type homogène de lésion endocrine, tel que les rares syndromes familiaux isolés de carcinoïdes intestinaux ou bronchiques,30,31 et les associations familiales de tumeur hypohysaire (F-HYP).32,33 Dans toutes ces situations cliniques, le gène NEM1a pu être analysé et les recherches sont en cours pour identifier de nouveaux loci dont l'altération constitutionnelle pourrait prédisposer spécifiquement à ces types tumoraux. Ces travaux nécessiteront probablement des approches concertées et collaboratives car le nombre de familles F-HYP est limité et le nombre de sujets atteints par famille souvent inférieur ou égal à 3.
L'étude du gène NEM1 dans le cadre du syndrome de Wermer et des formes cliniques associées a ouvert la voie à un important potentiel de recherches sur la physiopathogénie des tumeurs neuroendocrines associées à ce syndrome, dans leurs formes familiale et sporadique. Beaucoup reste à découvrir sur la structure même de ce gène et notamment de ses variants d'expressions tissulaires ou isoformes. L'analyse structurale et fonctionnelle des séquences régulatrices en 5' de la région codante est en cours et va permettre de révéler de nouvelles voies d'inactivation du gène soit par mutation, soit par méthylation du(des) promoteur(s). La complexité des interactions potentielles de la ménine dans la physiologie cellulaire mérite encore débrouillage afin de définir les cibles spécifiques concernées dans le développement du syndrome et envisager une certaine approche fonctionnelle de la sémiologie des patients prédisposés. Sur un plan clinique, l'analyse génétique du locus NEM1 est d'ores et déjà un outil essentiel pour le diagnostic différentiel du syndrome dès lors qu'une association de tumeurs endocrines évocatrices est observée chez un même patient ou dans une famille. Il ne faut pas négliger à ce niveau les diagnostics différentiels de la prédisposition génétique aux tumeurs endocrines du pancréas, observées fréquemment dans la maladie de von Hippel Lindau (VHL) et plus rarement dans la sclérose tubéreuse de Bourneville et la neurofibromatose de Recklinghausen. L'analyse des gènes NEM1 et VHL est donc un pivot raisonnable de décision dans les situations familiales évocatrices en sachant que le diagnostic de VHL sera également fortement orienté par les associations cliniques pathognomoniques d'hémangioblastomes du cervelet ou de la rétine, de tumeurs rénales et de phéochromocytomes. En définitive, la disponibilité d'un outil puissant du diagnostic clinique ou présymptomatique, associée au décryptage des voies physio-pathogéniques impliquant la ménine et d'un modèle animal équivalent à la pathologie humaine est une garantie de progrès rapide dans les recherches fonctionnelles et cliniques pour une meilleure prise en charge clinique et thérapeutique des patients touchés par ces syndromes de prédisposition.