Apc-related models of intestinal neoplasia : a brief review for pathologists

Le carcinome colorectal est une cause courante de mortalité par cancer dans le monde occidental. Dans de nombreux cabinets de pathologie, les adénomes colorectaux retirés lors des coloscopies de dépistage constituent un pourcentage élevé de la charge de travail quotidienne, et la morphologie du carcinome colorectal humain et des adénomes, ses lésions précurseurs, est donc familière aux pathologistes chirurgicaux. Dans les centres universitaires, on peut demander aux pathologistes chirurgicaux d’interpréter des modèles murins de néoplasie pour les chercheurs, et une compréhension de base des similitudes et des différences entre la morphologie de la néoplasie intestinale humaine et les modèles murins est nécessaire pour une interprétation précise.

Les modèles murins génétiquement modifiés de tumorigenèse, bien que parfois critiqués pour leur modélisation imparfaite de la maladie humaine, sont utiles pour évaluer si des mutations spécifiques peuvent conduire à la formation de tumeurs, pour les études de chimioprévention et pour élucider la fonctionnalité des produits génétiques modifiés. Bien qu’il existe de nombreux modèles de souris génétiquement modifiées (GEM) de néoplasie intestinale décrits dans la littérature scientifique, ils peuvent être divisés en 5 groupes : Les modèles liés à l’Apc avec des altérations de la signalisation Wnt, les modèles déficients en réparation des mésappariements, les modèles traités par des carcinogènes, les modèles avec des altérations du facteur de croissance transformant β, et les néoplasies associées à la colite survenant dans des modèles immunodéficients tels que les souris IL10-/-. Cette revue se concentrera sur la pathologie de l’un des premiers modèles GEM de néoplasie intestinale, la souris ApcMin+/- et les modèles apparentés, dans le but de décrire les caractéristiques morphologiques des lésions intestinales, avec une comparaison avec les adénomes et carcinomes colorectaux humains.

L’un des modèles les plus utilisés pour la néoplasie intestinale humaine est le modèle ApcMin+/-, développé en 1990 dans le laboratoire de William Dove (Moser et al., 1990). La souris ApcMin+/-, premier modèle de souris mutante germinale de néoplasie intestinale, est porteuse d’une mutation autosomique dominante de perte de fonction au codon 850 de l’Apc, générée par une exposition à la N-éthyl-N-nitrosourée (ENU), un mutagène très puissant. Un certain nombre d’autres modèles présentant une mutation de l’Apc, dont beaucoup avec des mutations tronquantes, ont été générés depuis (tableau 1).

Ces modèles apparentés à l’Apc sont particulièrement utiles parce que la mutation conductrice la plus courante du carcinome colorectal chez l’homme est une mutation du gène suppresseur de tumeur APC, entraînant l’inactivation de l’APC et l’activation de la voie de signalisation Wnt, avec stabilisation de la β-caténine et sa translocation dans le noyau. Le gène APC chez l’homme code pour une protéine de 213 kilodaltons impliquée dans l’adhésion et la motilité cellulaire, la régulation du cycle cellulaire, l’apoptose et la transduction du signal (Boman & Fields, 2013), et sa mutation germinale entraîne l’adénomatose polyposique familiale (PAF). Ce syndrome de prédisposition au cancer est caractérisé par le développement de centaines d’adénomes colorectaux, conduisant à un adénocarcinome à un jeune âge. La plupart des mutations à l’origine de la FAP se situent dans la moitié 5′ du gène et donnent lieu à des polypeptides tronqués.

Génétique des modèles animaux liés à l’Apc

Plusieurs des modèles de souris liés à l’Apc ont été conçus pour contenir des mutations germinales de l’Apc qui conduisent à l’expression d’une protéine Apc tronquée ; dans la plupart de ces modèles, seuls les hétérozygotes sont viables, car l’homozygotie est embryonnairement létale. La perte du contrôle de la croissance lors de la perte de la copie restante de type sauvage de l’Apc conduit à des adénomes intestinaux multiples. L’emplacement spécifique de la mutation Apc affecte la multiplicité des polypes, leur localisation et la longévité des souris (McCart et al., 2008). Par exemple, la souris Apc1638N/+ présente une charge de polype réduite et une plus grande longévité par rapport à la souris ApcMin/+ (Smits et al., 1998). Chez la souris Apc1322T, la protéine mutante conserve une répétition de 20 acides aminés de liaison/dégradation de la β-caténine (chez la souris ApcMin/+, il n’y en a aucune) ; les adénomes de ces souris sont détectables plus tôt, présentent une dysplasie plus sévère et sont plus grands (Pollard et al., 2009) par rapport aux souris ApcMin/+. Le moment de la perte de fonction de l’Apc peut également être important ; par exemple, la perte progressive de l’Apc à l’aide de l’Apc(Min/CKO) ou de l’Apc(1638N/CKO) entraîne une néoplasie visible dans l’intestin, tandis que la perte simultanée entraîne une expansion clonale occulte par fission de la crypte sans transformation morphologique (Fischer et al., 2012). La délétion du gène Apc entier chez la souris ApcΔel-15 donne lieu à un développement tumoral plus rapide par rapport à la troncation de l’Apc, avec une diminution de la survie, une polypose plus sévère et une progression plus avancée des tumeurs du côlon par rapport aux souris ApcMin/+ (Cheung et al, 2010).

Des modèles de rats génétiquement modifiés avec mutation de l’Apc sont également disponibles et sont attrayants en raison de la longévité des modèles et de la relative facilité à réaliser une coloscopie, permettant des expériences longitudinales (tableau 2). Les plus courants sont le rat Kyoto Apc Delta (KAD) et le rat Pirc. Le rat KAD a été dérivé par mutagenèse ENU et présente une mutation non-sens au codon 2523 dans l’exon 15 de l’Apc, ce qui donne une protéine tronquée. Ces rats sont viables à l’état homozygote et ne développent pas spontanément de tumeurs intestinales. Un traitement à l’azoxyméthane et au sulfate de dextran sodique (AOM/DSS) est nécessaire pour induire une néoplasie intestinale. Le rat Pirc, également produit par mutagenèse induite par l’ENU, présente une mutation Apc au nucléotide 3409, produisant une protéine tronquée. Cette mutation est létale sur le plan embryonnaire à l’état homozygote. La mutation a une pénétrance de 100%, tous les rats développant des polypes du côlon après l’âge de 4 mois.

Un modèle de porc génétiquement modifié portant une mutation de l’APC 1311, orthologue de l’APC 1309 humain, a été développé. Ces animaux développent des foyers de crypte aberrants, des adénomes à crypte unique et des adénomes colorectaux multiples, similaires à la FAP humaine. Les adénomes les plus gros présentent une progression sous forme de dysplasie de haut grade. L’implication de la surface, similaire aux adénomes humains (Flisikowska et al., 2012), est caractéristique.

Modificateurs des phénotypes de cancer

Les différences de souches ont longtemps été reconnues comme ayant un effet significatif sur la charge tumorale dans le modèle ApcMin+/-, qui est généralement maintenu sur un fond C57Bl/6J. Le croisement de souris B6 Min/+ avec des AKR et d’autres souches consanguines a entraîné une diminution du nombre moyen de tumeurs chez les souris F1 (Shoemaker et al., 1997). Des expériences de rétrocroisement et d’autres analyses génétiques visant à cartographier les loci modificateurs ont permis de découvrir un certain nombre de gènes candidats modificateurs de Min (Mom) (McCart et al., 2008). En outre, le régime alimentaire et le microbiome intestinal de la colonie de souris ont des effets importants sur la multiplicité, la progression et la taille des polypes. Par exemple, il a été démontré qu’un régime de style occidental riche en graisses et pauvre en fibres augmentait le nombre de polypes et la progression tumorale chez les souris ApcΔ716/+ (Hioki et al., 1997).

Pathologie

La morphologie des lésions intestinales chez les modèles ApcMin+/-et apparentés est similaire d’un modèle à l’autre bien que l’âge d’apparition, le degré de dysplasie et la distribution dans le tractus gastro-intestinal varient (tableau 1). Les lésions les plus précoces sont constituées d’une seule crypte élargie ou d’un petit groupe de cryptes tapissées de cellules surpeuplées avec un rapport noyau-cytoplasme accru et une hyperchromasie nucléaire (Fig. 1). Ces lésions précoces sont des lésions dysplasiques de bas grade similaires aux petits adénomes tubulaires coliques observés chez les patients atteints de FAP. Dans l’intestin grêle, une petite invagination se développe dans la lamina propria dans la zone proliférative à la jonction de la crypte et de la villosité (Fig. 2). Les cellules adénomateuses poussent dans la lamina propria et remontent dans la villosité, formant une double couche d’épithélium adénomateux sous une muqueuse de surface normale (Fig. 3). Dans le côlon, les adénomes précoces s’invaginent dans la lamina propria entre les cryptes, bien que des adénomes à crypte unique puissent également être identifiés (Oshima et al., 1997). L’immunohistochimie pour la bêta caténine peut être utilisée pour aider à identifier les adénomes précoces, car même les adénomes à crypte unique dans les modèles ApcMin+/- et apparentés présentent une accumulation de bêta caténine nucléaire (Fig. 4).

A mesure que les adénomes se développent, ils forment des lésions polypoïdes, pédonculées ou parfois en forme de coupe avec un centre déprimé (Fig. 5a et b). Dans de nombreux modèles, les adénomes ne progressent pas au-delà d’une dysplasie de bas grade. Cependant, dans les modèles ayant une durée de vie plus longue et moins de tumeurs, certains développent une dysplasie de haut grade caractérisée par une architecture cribriforme, dans laquelle toutes les cellules ne sont pas en contact avec une membrane basale (Fig. 6). De nombreuses figures mitotiques et des corps apoptotiques sont communs dans les adénomes à tous les stades de développement.

Les néoplasmes intestinaux apparaissant dans les modèles ApcMin+/- et apparentés contiennent plusieurs types de cellules mais sont principalement composés de cellules de type absorbant et de cellules de gobelet (tableau 3). Les adénomes survenant dans l’intestin grêle des modèles ApcMin+/- et apparentés contiennent des cellules de Paneth qui sont facilement identifiées à la coloration à l’hématoxyline et à l’éosine (Fig. 7) et mises en évidence par immunohistochimie pour le lysozyme. Il a été démontré qu’elles constituent 10 % ou moins des cellules des adénomes de l’intestin grêle (Moser et al., 1992). Le côlon de la souris ne contient pas de cellules de Paneth, mais des cellules exprimant le lysozyme et n’ayant pas de positivité PAS ont été identifiées dans les adénomes coliques de ces modèles, ce qui suggère une différenciation de type cellules de Paneth même dans les lésions coliques (Moser et al., 1992 ; Husoy et al., 2006). Les cellules neuroendocrines représentent une petite proportion des cellules dans les adénomes de type ApcMin+/-, mais le type cellulaire spécifique reflète les cellules neuroendocrines trouvées dans la muqueuse intestinale normale au site de l’adénome (Moser et al., 1992). Par exemple, les cellules exprimant la sérotonine sont les cellules neuroendocrines les plus courantes dans l’intestin de la souris et sont présentes partout ; ces cellules constituent jusqu’à 5 % des cellules des adénomes ApcMin+/-, dans les lésions de l’intestin grêle et du côlon (Moser et al., 1992). Les cellules positives pour le PYY, en revanche, ne se trouvent que dans les adénomes du côlon distal, ce qui reflète la distribution normale de ces cellules. Les cellules neuroendocrines sont dispersées de façon diffuse dans les adénomes et ne forment pas de petits groupes comme le font les cellules positives au lysozyme (Moser et al, 1992).

La dysplasie des adénomes intestinaux dans les modèles murins doit être classée en utilisant la même terminologie (dysplasie de bas grade, dysplasie de haut grade, carcinome intramuqueux) et les mêmes critères que pour les adénomes colorectaux humains (Washington et al., 2013). La plupart des adénomes de la souris ApcMin+/- et des modèles apparentés présentent une dysplasie de bas grade, mais beaucoup deviennent progressivement plus gros à mesure que la souris vieillit, et quelques-uns progressent le long de la séquence adénome-carcinome. Le carcinome invasif est rare, car la plupart des souris meurent d’anémie ou d’intussusception avant la progression. Cependant, quelques-uns des modèles ayant une plus longue durée de vie et moins d’adénomes développent un adénocarcinome invasif dans la sous-muqueuse (Colnot et al., 2004 ; Fodde et al., 1994 ; Robanus-Maandag et al., 2010). Les métastases ne se produisent pas chez les souris ApcMin+/- et sont excessivement rares dans les modèles apparentés (Fodde et al., 1994).

Les pathologistes chirurgicaux invités à analyser des spécimens intestinaux doivent être conscients d’un piège dans l’évaluation de l’invasion tumorale dans les modèles murins. Les couches de l’intestin de la souris étant fines et délicates, l’hernie de l’épithélium bénin dans la sous-muqueuse est un phénomène courant (Boivin et al., 2003), en particulier dans le cadre d’un prolapsus rectal et dans des conditions inflammatoires (Fig. 8a et b). Un déplacement similaire de la muqueuse adénomateuse (pseudo-invasion) se produit dans les adénomes colorectaux pédonculés chez l’homme et dans la colite cystique profonde. Des directives consensuelles pour distinguer une hernie d’un adénocarcinome invasif ont été élaborées lors d’un atelier sur les modèles murins de néoplasie intestinale aux laboratoires Jackson en 2000 par un panel de scientifiques et de pathologistes (Boivin et al., 2003) et sont résumées dans le tableau 4. Il peut ne pas être possible de diagnostiquer avec certitude un carcinome invasif, en particulier dans les modèles inflammatoires ou les zones de prolapsus, et l’évaluation de souris plus âgées avec des lésions mieux développées peut être nécessaire pour une détermination concluante de l’invasion.

L’invasion dans la lamina propria est caractérisée par le développement de profils de crypte anguleux avec des cellules infiltrantes individuelles et peut s’accompagner d’altérations stromales telles que la desmoplasie et une densité accrue de cellules inflammatoires (Fig. 9a et b).

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