Oncogènes et carcinogenèse au niveau du tractus digestif

Oncog6nes et carc inogen6se au niveau du t ractus digestif

R. T U R P I N I , A N N A S C O T T I , F R A N C E S C A T U R P I N I

G a s t r o e n t e r o l o g y Sec t i on . F i r s t M e d i c a l Cl in ic , U n i v e r s i t y o f P a v i a ( I ta ly )

Oncogens and carcinogenesis in gastrointestinal tract

RI~SUMI~

Au cours des derni~res ann6es, de nouvelles informations ont 6t6 acquises h propos de l'6tiopathog6nie des tumeurs malignes, justifiant une raise au point des m6canismes impliqu6s

L'identification, dans le patrimoine g6n~tique normal, de g~nes proto-oncog6niques, a montr6 une potentialit6 carcinog~n6tique intrins~que ~ chaque cellule, la transformation n6oplasique 6tant d~clench6e par des stimuli de nature vari6e.

Les groupes les plus importants des stimuli g6notoxiques sont :

1) les radiations ionisantes ;

2) les oncovirus ;

3) les carcinog~nes chimiques.

Les premieres causent une translocation de parties ou de l'ensemble des chromosomes. Les oncovirus agissent tt un niveau plus diff6renci6 en introduisant dans la cellule, leurs propres g6nomes porteurs de facteurs oncog6nes. Enfin, au niveau mol6culaire, les carcinog~nes chimiques introduisent dans le D.N.A. nucl6aire, des mol6cules 61ectrophiles ayant une affinit~ pour des groupes nucl6ophiles. Ceci provoque une occupation spatiale susceptible de modifier l 'information g6n6tique.

Ainsi s 'op&e une stimulation de un ou plusieurs g~nes proto-oncog6niques qui subissent la premi&e modification n6cessaire mais non suffisante pour d6clencher la transformation n6oplasique.

Deux des plus importants groupes de stimuli g~notoxiques ont ~t6 envisages. Les carcinog~nes chimiques sont relativement habituels dans la majorit6 des aliments utilis6s, soit comme contaminants soit comme constituants propres de substances h activit6 protectrice. Un exemple consiste en la transformation des nitrosamines en nitrosamides, tant darts le milieu naturel que dans l'organisme humain. D'autres carcinog~nes comprennent des additifs alimentaires, des processus de cuisson, et une contamination par les moisissures et les micro-organismes, ainsi que rapparit ion d'hydrocarbures polycycliques apr6s fumigation ou grillade.

Les oncovirus modifient la cellule hfte par introduction d'un g~ne proto-oncog6nique responsable de la transformation cellulaire. Les cellules normales contiennent de nombreux g6nes proto-oncog6niques semblables/J ceux des virus. On pr6sume qu'elles deviennent une partie du g6nome viral, via un m~canisme de r6organisation intracellulaire.

L'effet carcinog6ne est particuli~rement 1i6 tt de petites alt6rations dans la synth~se de diff6rentes prot6ines impliqu6es dans le contr61e du m6canisme de reproduction cellulaire. Ces modifications associ6es sont susceptibles d'affecter la prolif6ration ceUulalre. N6anmoins, le d6veloppement tumoral est inhib6 par plusieurs m6canismes de ddfense efficace. Un des plus importants implique les anticorps et les processus d'immunit6 cellulaire qui pr6viennent la croissance tumorale par intervention h diff6rents niveaux.

Le processus carcinog6nique s'enclenche uniquement en cas de d6ficit immunitaire ou des autres m6canismes de d6fense, avec pour cons6quence le d6veloppement tumoral.

S U M M A R Y

In recent years, new information has been acquired on the etiopathogenesis o f malignant tumors, so that an outline o f the state o f the art can now be attempted.

The identification o f proto-oncogenic genes in the normal genetic endowment has shown carcinogenicity to be potentially intrinsic in each cell, neoplastic transformation being triggered by stimuli o f various nature.

The most important groups o f genotoxic stimuli are : 1) ionizing radiations ;

2) oncoviruses ;

3) chemical carcinogens.

The first causes gross translocations o f portions of, or o f whole, chromosome arms. Oncoviruses act at a finer level, by introducing their genome, which carries an oncogene, into the cell genome. Finally, at molecular level, chemical carcinogens introduce into D.N.A. nucleotides electrophilic molecules having an affinity for nucleophilic groups. These cause spacial occupancies capable o f modifying genetic information.

The common result is the stimulation o f one or more proto-oncogenic genes which undergo a first modification, which is required but not sufficient for neoplastic transformation to occur.

Tir~s h part : D r Rinaldo TURPINI, Gastroenterology Section, First Medical Clinic, University of Pavia, Piazzale Golgi, 27100 Pavia (Italy).

Mots-cl~s : cancer, carcinogen~se, m6canismes cellulaires, tube digestif.

Key-words : cancer, carcinogenesis, cellular mechanisms, digestive tract.

Acta Endoscopica Volume 16 - N" 2 - 1986 107

Two o f the most important groups o f genotoxic stimuli are evaluated. Chemical carcinogens are quite common in the most widely used foods, being present as contaminants, preservatives or components. An example is the easy formation o f nitrosamines and nitrosamides both in nature and in man. Other carcinogens include food additives, curing procedures, contamination by molds and microorganisms, and the appearance o f polycyclic hydrocarbons following smoking, toasting or broiling procedures.

Oncoviruses modify the host cell by introducing a proto-oncogenic gene responsible for cell transformation. Normal cells contain many other proto-oncogenie genes similar to the viral ones. They are assumed to have become part o f the viral genome through possible primordial rearrangement mechanisms.

The carcinogenetic effect is presumably linked also to small alterations in the synthesis o f various proteins involved in the control o f cell reproduction, all these modifications together affecting proliferation. However, tumor development is counteracted by several, effective defense mechanisms. Among these, an important role is played by antibody- and cell-mediate immune processes which prevent free tumor growth through complex mechanisms acting at different levels.

Only when all the immune or other defense mechanisms have been overcome, does the long carcinogenetic process come to an end and tumor develops.

Table des mati+res

Introduction.

Stimulation carcinog6nique et g~nes proto-oncog6- niques.

Carcinogen~se chimique a) Nitrosamines b) Nitrosamides c) Hydrocarbures polycycliques d) Bioprot6ines d'origine huileuse e) Additifs alimentaires f) Moisissures.

M6canisme d'action des carcinog~nes a) Carcinog~nes chimiques b) Virus oncog6niques.

M6canismes de d6fense.

Conclusion.

INTRODUCTION

L'6volution des connaissances dans la pathog6nie du cancer et les suppositions qui ont conduit ~ formu- ler des hypoth+ses, rappellent l'histoire du D r Jekyll et de M r Hyde. Pendant le jour, le D r Jekyll 6tait un individu normal mais sous l 'effet de stimulations chimiques, il se transformait en ce monstrueux M r Hyde, qui exhibait tout ~ coup des instincts refoul6s, absolu- ment abominables.

L'analogie avec la tumorig6n~se est tout h fait suggestive : il est de plus en plus clair que la cellule canc6- reuse est une cellule tout ~ fait normale dans laquelle certaines activit6s induisent des modifications qui, devenues monstrueuses, entra~nent l'organisme entier vers la mort.

Les manipulations g6n6tiques, l ' immunologie, l'oncologie et l'6pid6miologie du cancer ont montr6 que la modification primaire d6rive d'une alt6ration du D.N.A., ~t la suite d 'une stimulation de nature variable mais qui constitue toujours le facteur d6clen- chant indispensable. Ensuite, d'autres facteurs jouent le rSle de promoteurs, et la cellule normale se trans- forme ainsi en cellule n6oplasique.

Stimulation carcinog$ndtique et g~nes proto-oncogdniques

La carcinog6n~se paraTt d6pendre de plusieurs facteurs exog~nes, affectant le code g6n6tique normal de la cellule et en relation avec la pr6disposition de g~nes d6termin6s, appel6s proto-oncog~nes [1].

Dans certaines conditions, de tels proto-oncog~nes modifient leurs activit6s normales, entraTnant la perte du contrSle de la duplication et celle de la relation entre la ceUule et les tissus environnants.

Le premier groupe d'agents exog~nes, comprend des facteurs g6notoxiques (A) et 6pig6n6tiques (B) [371.

Les facteurs g6notoxiques capables de modifier la structure g6n6tique de la cellule sont :

1) les radiations ionisantes,

2) les produits chimiques ;

3) les virus oncog~nes.

Les facteurs 6pig6n6tiques sont li6s au micro et macro-environnement et comportent une s6rie de stimulations promotrices ou inhibitrices, susceptibles de modifier la cellule, devenue anormale sous l 'effet d 'un facteur g6notoxique.

Une des donn~es les plus r6centes et les plus int6res- santes, est l 'identification des g~nes proto-oncog6- niques. Leur existence a 6t6 suspect6e par des g6n6ti- ciens ayant affaire A des tumeurs familiales et, d'une fagon relativement ind6pendante, par des virologues &udiant les virus oncog6niques.

Ainsi par diff6rentes voies, ces chercheurs ont abouti/l l 'identification de certains g~nes identiques ~t ceux constituant l '6quipement chromosomial de ceUu- les normales, au niveau du R.N.A. de certains r~trovirus oncog6niques (sarcome de Rous) [3].

L'action carcinog6nique d6pendrait largement du site au niveau duquel les r6trovirus int~grent leur message g6n&ique dans le g6nome de la cellule h6te. Si le message promoteur est transmis de fagon A stimuler le g~ne proto-oncog6nique, ce dernier modifie son acti- vit6, modifiant ainsi son syst~me de contrSle propre et interf6rant d'une mani~re d~cisive avec la reproduction cellulaire.

On suspecte actuellement les g~nes proto-oncog6- niques d'exercer des fonctions physiologiques cellulai-

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Figure 1 Structure du D.N.A. et Iocalisation du dommage potentiel induit par lee trois plus importants groupes d'agents genotoxiques. Les irradiations entraTnent la dislocation partielle ou complete des chromosomes. Les virus Lns6rent leurs genomes darts la structure specifique du genome cellulaire. Les

substances chimiques agissent par un phenom~ne d'occupation spatiale sur les molecules electrophiles.

Structure of DNA and sites of possible damage induced by the three most important groups of genotoxic agents. Radiations cause gross dislocations of whole chromosome arms. The viruses insert their genomes in specific tracts of the cellular genome. Chemical substances induce chemical

occupancy phenomena in electrophilic molecules.

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res. Leur modification serait donc responsable de la transformation maligne de la cellule.

Avant de devenir oncog6nes, ces g6nes doivent subir des modifications et sous l 'effet d 'un agent modificateur, 8tre capables de produire de plus grandes quantit6s de certaines mol6cules.

Des exp6riences ont montr6 qu 'un g6ne normal, simplement modifi6 du point de vue de son niveau d'activit6, est susceptible d'entrainer une prolif6ra- tion tumorale cellulaire [4].

Carcinogen~se chimique

Au cours des derni&es ann6es, un nombre important d 'agents chimiques, largement utilis6s dans l'industrie alimentaire, dans l'agriculture comme pesticides ou agents fertilisants, ainsi que dans d'autres industries se sont r6v61~s oncog~nes chez l'animal. De plus, il est indiscutable que certains proc6d~s indus- triels ont une action oncog~ne chez l 'homme. Des compos6s organiques directs et indirects, et des compos6s inorganiques peuvent exercer un effet onco- g~ne. Les compos6s 6pig6n6tiques comprennent diff6- rentes hormones, des drogues immunosuppressives, des polym~res, diff6rents m6taux, l'asbeste, etc. [20]. Ces substances sont tr~s r6pandues dans l'environnement et peuvent appara[tre de fa~on inattendue et subreptice, au d6part de substances inoffensives ou sous l 'effet de techniques anodines. C'est pourquoi il est important de les connaltre, d'~valuer les risques qu'elles entrainent et de permettre de prendre ainsi des mesures pr6ventives ad6quates [7].

Les substances les plus commun~ment carcinog~nes sont :

a) Les nitrosamines, un groupe de compos6s carcinog~nes, dont l'activit6 n 'a jusqu'~ pr6sent pas 6t6 clairement 61ucid6e [25]. Parmi celles-ci, la nitrosonornicotine est, dans de nombreuses r6gions, commu- n6ment associ6e A une fr~quence 6levee de cancers du poumon, du pancr6as, de la vessie et du re in; en outre, elle est 6galement responsable de tumeurs de l'0esophage et de la cavit6 buccale. Sa provenance et sa gen~se, restent des probl~mes largement d6battus. La source principale est constitu6e par les nitrates, qui sont des compos6s naturels de nombreux aliments, d'additifs et de substances fertilisantes [32]. Des sup- pl6ments de nitrates ajout6s ~t la viande et aux saucis- ses, sont utilis6s comme protecteurs et substances anti-botuliques, permises par la loi. Les nitrates sont pr6sents en quantit6s mesurables dans de nombreux aliments. La concentration en nitrates des feuilles d'6pinards est de 20 ~ 40 ppm. Lorsque ces v6g6taux croissent dans des sols fertilis6s avec des compos6s contenant des nitrates, les concentrations peuvent atteindre 3 000-4 000 ppm.

La transformation des nitrates en nitrites (nitrosation) survient d 'abord dans le milieu ext6rieur, sous l 'effet de bact6ries ou de micro-champignons, dans des conditions pr~cises de temp6rature et d'humidit6. Cette transformation peut 6galement survenir dans l'organisme en fonction du pH et de l 'action de cer-

tains enzymes. Cette production de nitrosamines peut s'effectuer en une seule 6tape, du fait que des amines, susceptibles de se lier aux nitrites, sont pr6sentes dans tous les aliments [15]. Il importe de souligner que cette transformation peut ~tre compl~tement inhib6e par des anti-oxydants tels que la vitamine C, la vitamine E et la glutathion [39].

b) Les nitrosamides, sont dou6s d'une importante activit6 mutag6ne et carcinog6ne. On les trouve dans le milieu ext6rieur comme pr6curseurs, mais ils peuvent ~tre produits tant A l'ext6rieur qu'~ l'int6rieur de l'organisme, de la m~me mani6re que les nitrosamines. Une des nitrosamides les plus mutag6nes est la MethylNi t roNi t rosoGuanid ine (M.N.N.G. ) [35]. Cette substance, tr~s soluble dans l'eau, entra~ne apr~s administration chez le rat, des cancers gastri- ques semblables ~ ceux observ6s chez l 'homme. Un fait est particuli6rement int6ressant : avant d'entra~- ner la transformation tumorale, ces substances provoquent une gastrite chronique atrophique avec m6ta- plasie intestinale, identique ~ celle observ6e chez les sujets humains [21]. Le m6canisme de contamination de l 'homme par ces substances n'est pas 6lucid6 mais des 6tudes 6pid6miologiques et des investigations exp6rimentales ont en partie d6montr6 un m6canisme possible. En effet, il a 6t6 observ6 que le cancer gastrique est plus fr6quent dans des populations vivant dans des zones froides et ~ haute altitude [40]. Il a 6galement 6t6 observ6 que les habitants de ces r6gions, lorsqu'ils migrent vers d'autres pays, pr6sentent une fr6quence des tumeurs , caract6ristique du pays d'adoption. Ces observations ont attir6 l 'attention sur l 'a l imentat ion et l ' environnement et ainsi on a observ6 que ces populations consomment de grandes quantit6s d'aliments conserv6s tels que du poisson et de la viande fum6s ou sal6s, des aliments marin6s, alors qu'elles consomment de petites quantit6s de fruits et de 16gumes. Les proc6d6s de fumigation et de marinade entra~nent certaines modif icat ions de composition des aliments, responsables de l 'apparition d'hydrocarbures polyinsatur6s, dus ~ l'exposition

la fum6e, ainsi que des nitrosamides, tels que le M.N.N.G. Le m6canisme de formation de ces produits est li6 au pH et A la temp6rature et peut survenir tant dans le milieu ext6rieur que dans le corps humain [81.

Des recherches int6ressantes de Weisburger et al. [39] ont sugg&6 la possibilit6 que ces substances soient aussi form6es dans les aliments d'usage cou- rant. Utilisant une vari6t6 de poissons largement consomm6 au Japon (Sanma hiraki) dans une r6gion haut risque de cancer gastrique, il rut possible d'induire la production, dans un homog6nat de ce poisson trait6 avec des nitrites ~ pH 3, une substance fortement mutag~ne vis-a-vis d 'une souche de Salmo- nella typhimurium TA 100. De telles modifications peuvent 8tre inhib6es par la vitamine C et la vitamine E. En 6tudiant diverses vari6t6s de poisson, on a montr6 que certaines souches seulement sont susceptibles de produire des substances mutag~nes, alors que d'autres en sont tout ~ fait incapables. I1 a 6t6 largement d6montr6 que les substances pr6cit6es entralnent des carcinomes chez le rat, pr6sentant les m~mes caract&istiques que ceux induits par le M.N.N.G. et

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que les deux vari6t6s de tumeurs ainsi produites sont histologiquement comparables fi l 'ad6nocarcinome gastrique humain [38].

N6anmoins les nitrites n'entra~nent pas l 'appari t ion de substances mutag~nes dans les aliments seulement. En consid6rant les aliments consomm6s dans les zones

haute fr6quence de cancer, l 'a t tention a 6t6 attir~e par le moyen de cuisson du poisson et de la viande (fritures ou grillades) et il a 6t6 montr6 que ces proc6- d6s culinaires provoquent l 'appari t ion de compos6s mutag~nes pour les souches de Salmonella typhimurium T 98 [26, 30]. Une analyse ult6rieure de ces substances a montr6 leur similitude avec certaines arylamines, net tement carcinog~nes pour le c61on et la prostate de certains rongeurs. Ces substances sont en partie d6riv6es de la pyrolyse de peptides et d 'amino- acides provenant de la viande, et en partie aussi de la caram61isation de certains sucres en pr6sence d' ions ammonium [27, 28].

La mise en cause de certains aliments sal6s et mari- n6s a fait suspecter le chlorure de sodium d ' un 6ven- tuel r61e carcinog6ne [33]. Une action promotrice, plut6t que directe, est plus vraisemblable : en effet, le chlorure de sodium peut &re responsable d 'une gastrite qui diminue la s6cr6tion gastrique et ensuite provoque une pullulation bact6rienne, plus directement responsable de la fo rmat ion des nitrites dans le tractus digestif. Actuellement, il a &6 d6montr6 que l'acidit~ gastrique, m~me lorsqu'elle est induite par des m6di- caments, est responsable de la pullulation bact6rienne et de l 'appari t ion des nitrosamines [24]. En tout cas, un apport r6duit de sel dans l 'al imentation est associ6

une diminut ion de fr6quence du cancer gastrique ainsi que de l 'hyper tension art6rielle et des accidents vasculaires c6r6braux [32, 16].

N6anmoins, certains authentiques carcinog~nes, tels que le M. N . N . G . , exercent leur action tant en la pr6sence qu 'en l 'absence de sel [21].

L 'usage de nitrites et de nitrates comme additifs, est requis par certains proc6d6s de product ion industrielle alimentaire. Ces substances sont utilis6es afin de pr6- venir la contaminat ion bact6rienne (c'est-h-dire par le Clostridium botul inium) ; elles peuvent ~tre rempla- c6es par d 'autres proc6d6s, mais on ne peut se passer d 'une pr6vention chimique. D 'au t re part, les nitrites sont sans danger et deviennent carcinog~nes uniquement par combinaison avec des amines et product ion de nitrosamines, largement pr6sentes dans les viandes et ais6ment li~es aux nitrites/~ un pH acide. La loi a r6glement6 l 'usage des nitrites dans la conservation des viandes : la concentra t ion ne doit pas d6passer 250 mg/kg. Toutefois m~me lorsque ces limites sont respect6es en raison d ' un contr61e strict, des nitrites sont produits au d6part des nitrates h partir de sources insoup~onn6es.

L 'ac t ion de certaines souches bact6riennes, qui prolif+rent facilement dans des conditions favorables de temp6rature et d 'humidit6, est suffisante pour transformer les nitrates pr6sentes dans les v6g6taux en nitrites et d6clencher ainsi la cha~ne des r6actions qui conduisent h la product ion dans les aliments de nitrosamines et de nitrosamides.

D'autre part , en plus de la formation exog6ne des nitrosamides, elles sont 6galement produites par voie endog+ne : elles sont ainsi form6es dans l 'organisme, en quantit6s et h des taux jusqu'h pr6sent incalcula- bles [17].

c) Les hydrocarbures polycycliques consti tuent un impor tant groupe de carcinog+nes commun6ment r6pandus dans plusieurs lieux de t ransformat ion alimentaire et pr6sents dans les aliments soumis h de hautes temp6ratures, soit grill6s, soit r6tis.

Les principaux compos6s de ce groupe sont le benzopyr+ne, le dim6thylbenzoanthrac+ne et le m6thyl- cholanthr~ne. Leur product ion r6sulte de l 'exposi t ion des aliments ~ des temp6ratures d~passant 5 ~ 600~ par suite de la pyrolyse des amines 6th6rocycliques ou d 'hydrocarbures polycycliques aromatiques. De ce fait, on les observe dans les aliments grill6s ou fum6s avec certains combustibles, ou encore r6tis ou cara- m61is6s, etc. [15].

d) Parmi les d6riv6s d 'huile et de goudron, les bio- prot6ines obtenues ~ partir de l 'huile de paraff;,ae, sous l 'effet de micro-organismes, se r6v~lent sp6ciale- ment toxiques. Ces pr6parations, m~me lorsqu'elles sont utilis6es dans la nourr i ture du b6tail, sont en tout cas dangereuses du fait de leur transmission possible ~t l 'homme, via les cha~nes alimentaires.

e) Parmi les additifs chimiques alimentaires, les colorants azoiques tels que le E 123, ont 6t6, au cours de ces derni6res ann6es, for tement suspect6s d 'e f fe t toxique. Ces produits ont 6t6 l 'objet d 'une campagne de d6nigrement par une certaine presse ~ scandale, mais jusqu'~t pr6sent ils s'av+rent beaucoup moins dangereux que d 'autres substances non suspect6es. En effet, il a 6t6 montr6 que pour produire une tumeur, il a fallu traiter des rats avec des quantit6s 61ev6es en grammes/kg pendant plusieurs mois. En d6pit de cela et du fait que la presse n ' a pas cit6 de tels r6sultats, l ' industrie alimentaire a 6t6 contrainte de se passer de colorants ou de recourir ~ des colorants naturels plus labiles, qui n 'on t pas encore ~t~ suffisamment 6tudi~s. Une telle rigueur dans la product ion industrielle ali- mentai re (qui n ' es t pas t ou jou r s ~ spontan6e ))) contredit l 'opinion des consommateurs et oblige de recourir h certains artifices. Par exemple, il est commun6ment admis que plus le jaune d 'oeuf est rouge, plus le produi t est naturel. Ceci est vrai lorsque la volaille est principalement nourrie avec du ma'/s, mais ce ne l 'es t plus depuis que l ' a l imen ta t i on comporte d 'autres composants : en d6pit de ceci, l ' industrie alimentaire est oblig6e d ' a jou te r des colorants/L l 'a l imentat ion afin de donner au jaune d '0euf la couleur ~ naturelle )) d6sir6e.

f) I1 est un produit naturel, plus dangereux que les colorants utilis6s dans l ' industrie alimentaire : il s 'agit d 'une substance pr6sente dans les c6r6ales, et r6sultant de leur contaminat ion par une vari6t6 d'Aspergillus flavus, product r ice d ' u n poison potentiel , l 'af latoxine. L 'af la toxine, m~me h trbs faibles doses, est 10 fois plus carc inog+ne que les h y d r o c a r b u r e s polycycliques les plus canc6rig6nes. Ce champignon con tamine les c6r6ales real conserv6es dans des

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endroits chauds et humides , produisant l 'af latoxine qui est responsable d ' u n e tumeur h6patique fr6quente en Ouganda , au Kenya et en Thai lande. La contamination des graines ol6agineuses entra~ne 6galement la contaminat ion de l 'hui le de cuisine, qui est elle aussi responsable de la p roduc t ion tumorale . L 'hui le peut ~tre d6contamin6e, mais ceci est d 'un pi~tre secours car les produits de la puri f icat ion, utilis6s pour nour- rir le b6tail, peuven t 6ventue l lement con tamine r l ' h o m m e ~ travers la cha~ne al imentaire [31].

M$canisme d'action des carcinogbnes

a) Carcinog~nes chimiques

Leur nature et leur s t ructure peuvent ~tre tr6s diff6- rentes : on rencontre tous les stades interm6diaires entre les grosses mol6cules insolubles et les petites mol6cules solubles. Ces substances ont des caract6ris- tique physiques, ~t savoir leur nom bre faible d'61ec- trons. De ce fait, elles sont attir6es par les a tomes riches en 61ectrons et peuvent se lier h ceux-ci. Les pre- miers sont appel6s des groupes << 61ectrophiles >> tandis que les derniers sont d6nomm6s groupes << nucl6o- philes >>. Ceux-ci sont la rgement pr6sents dans la structure des substances organiques, dont les acides nucl6iques et divers polysaccharides. Les mol6cules nucl6ophiles sont donc pr6sentes dans toutes les macromol6cules des cellules vivantes. Ces groupes nucl6ophiles, porteurs d ' a t om es riches en 61ectrons, s 'observent dans les a tomes d 'azote , pr6sents dans les groupes h6t6rocycliques des bases puriques et pyrimidine, et dans les a tomes de soufre de la m6thionine et de la cyst6ine. Pour cette raison, presque toutes les macromol6cules cellulaires sont nucl6ophiles [19].

Les carcinog6nes 61ectrophiles ont une structure et des dimensions variables. Les liaisons avec les groupes neutrophiles, entra~nent une disposit ion et une occu- pat ion spatiales qui sont responsables de leur structure et de leur lien avec les mol6cules environnantes.

CCI4

carbon-tetrachloride

CH3 ~ CH2'--CH2 ~ N - - N O I I

CH3 O ~ C ~ O

dimethylnltrosamlne t3-propiolactone

CH2

1

CH~--CH~CH2

O O

Safrole Benzo (c~) pyrene Aflatoxin 13~

Figure 2 Differences de structure et de taille de plusieurs carcinog~nes impor-

tants.

Differences in structure and size of several important carcinogens.

Un exemple significatif est l ' a lkyla t ion de la mol6- cule d 'hydrog~ne off le groupe CH3 peut ~tre 1i6 avec

un g roupe nucl6ophi le N = , d o n n a n t le g roupe CH3 - N = off une d6 fo rma t ion chimique a 6t6 introduite.

E L E C T R O P H I L I C N U C L E O P H I L I C L I N C A G E

H + C 3 ~ N: C H 3 . . N ~ i

Figure 3 Groupe ~lectrophile CH3 moleculaire li6 a un groupe nucl6ophile N

avec formation d'une liaison stable CH3N.

The electrophilic molecule OH 3 links the nucleophilic N to form a stable CH3N.

Le groupe nucl6ophile peut faire partie de tout composan t macromol6cula i re de la cellule, dont la fonction peut ne pas ~tre modifi6e par la d6format ion introduite. N6anmoins si la macromol6cule fait part ie d 'une structure susceptible de t ransmet t re une informat ion g6n6tique (telle que le D.N.A. ) , et n 'es t pas corrig6e par un renouvel lement mol6culaire normal mais reste stable, la modif ica t ion structurelle est en principe capable de modif ier les processus de diff6- renciation et de reproduct ion [23]. Les modifications induites par les carcinogbnes chimiques int6ressent tous les composants chimiques de la cellule et ne sont pas limit6es ~ certaines structures sp6cifiques. II existe 6videmment des al t6rat ions << inoffensives >>, rare- ment capables d ' indui re une t r ans fo rmat ion carcino- g6nique. Mais la grande majori t6 des modifications induites apr+s un cer tain temps, peuvent conduire une s61ection ou une d6 fo rma t ion susceptibles d ' au to - reproduct ion et de modif ica t ions de la fonction cellulaire dans le sens carcinog6nique. Ainsi on abouti t une autos61ection qui en fin de compte atteint les cibles, et rend pr6dominantes les alt6rations de la mitose et de son contr61e. On a montr6 que les carci- nog6nes chimiques peuvent avoir un pouvoir muta- g6ne, vis-a-vis de souches cellulaires ou bact6riennes. Ceci ne signifie pas que pouvo i r mutag6ne et effet car- cinog6nique aient la m~me signification, mais l ' un peut &re l 'expression de l ' au t re . La cible est vraisem- blablement le D.N.A., qui t ransmet l ' in format ion g6n6tique et qui est moins faci lement remplac6 ou renouvel6. D 'au t res mol6cules, telles que le R .N.A. , peuvent plus faci lement corriger la lacune acquise. II est int6ressant de cons ta ter que les acides amin6s contenus dans le D . N . A . , tels que thymine, ad6nine, cytosine, guanine, pr6sentent des r6cepteurs de groupes 61ectrophiles susceptibles de les d6former [40] (voir figure 1).

C o m m e nous l ' avons dit pr6c6demment , la structure de certains carcinog~nes chimiques leur permet de 16ser directement la cellule, tandis que des compo- s6s initialement inactifs sont activ6s h l ' int6rieur des organismes vivants [34]. Certains moyens d 'ac t iva t ion sont typiquement endog+nes et d6pendent du m6tabo- lisme h6patique des substances impliqu6es. Certains produits ne sont pas di rectement toxiques, et doivent &re m6tabolis6s par le foie et ~tre rendus solubles avant excr6tion. Ceci entra~ne une act ion chimique au niveau de l 'h6patocyte , caract6ris6e pa r les diff6rentes 6tapes m6taboliques au cours desquelles ces mol6cules peuvent acqu6rir une act ion toxique.

1 12 V o l u m e 16 - N" 2 - 1986 A c t a E n d o s c o p i c a

La p remie re 6 tape est li6e h l ' a c t iva t ion du compos6, rendu r6ceptif ~ une mol6cule de d6toxica- tion, telle que la glycine. Pendan t cette 6tape, les liens disponibles pour d 'autres r6actifs, sont form6s et la pr6conjugaison s 'op~re au niveau des mitochondries, suite h l 'action du cy tochrome P 450 ou au niveau du cytosol. Pendant cette phase, la substance chimique est dans un 6tat instable, et est disponible pour des liaisons avec les mol6cules de conjugaison fournies par le foie. Un exc~s de mol6cules au cours de cette phase entra~ne un risque de liaison avec diverses pro- t6ines, m~me dans les cellules h6patiques, en y entra~- nant des alt6rations subs6quentes. Cette forte disponi- bilit6 survient chez des sujets appel6s ~ ac6tylateurs rapides , , en raison de leur capacit6 accrue de d6toxi- quer certaines substances via ces r6actions. En effet, il est exact que cette capacit6 de d6toxication accrue peut, paradoxalement , par rappor t aux ~ ac6tylateurs lents , , augmenter le risque d ' u n exc~s de liaisons disponibles [13].

La seconde possibilit6 est la format ion de carcino- g~nes au d6part de substances initialement inactives. C'est le cas du benzopyr~ne, en soi inoffensif, mais toxique apr~s m6tabolisat ion en diole-epoxide, qui est capable de se lier h toute mol6cule nucl6ophile, en raison du fait qu'i l est extr~mement 61ectrophile [19].

b) Virus oncogdniques

Les 6tudes r6centes sur l 'activit6 oncog6nique de certains virus ont apport6 une contribution int6res- sante ~ la compr6hension de la tumorig6n+se. On a identifi6 des virus oncog~nes D.N.A. (virus Herp+s) et des virus R.N.A. (Retrovirus). Ils sont responsables de plusieurs modif icat ions au niveau des cellules infect6es, qui subissent des t ransformations n6oplasi- ques, apr6s intervention d 'autres facteurs promoteurs [9].

BENZOPYRENE'S ACTIVATION TO CARCINOGEN

epoxide 7,8 epoxide

q,

OH OH

7,8 diol-9,10 epoxide

CARCINOGEN

7,8 dihydrodiole

Figure 4 Activit~ carcinog~nique du Benzopyr~ne.

Benzopyrene carcinogenic activation.

Parmi les virus connus comme responsables de leu- c6mies et de l y m p h o m e s , le virus Eps ta in -Bar r (E.B.V.) peut par hypoth6se, entraTner h la fois la mononucl6ose infectieuse et le lymphome de Burkitt . Le m6canisme carcinog+ne est li6 au besoin de la r eproduc t ion du virus, susceptible d ' induire une modificat ion dans le g6nome de la cellule h6te, et d ' induire la product ion de prot6ines n6cessaires h la duplication. Lorsque le virus introduit son D.N.A. dans la cellule agress6e, celui-ci est int6gr6 dans le D.N.A. de la cellule h6te, modifie l ' informat ion g6n6- tique transmise par le messager R.N.A. aux ribosomes qui reproduisent les prot6ines virales.

DNA VIF

r'IGEN <ED TO DNA

)MES

DNA V!RUS INVOLVED IN SOLID CARCINOMATA

RNA Vl

REVERI TRANSCRIPTAI

IM

:ORM IN "3ENOME

RNA VIRUS INVOLVED IN LEUKEMIAS AND LYMPHOMAS

Figure 5 Hypoth~se d'un mecanisme d'action du D.N.A. et R.N.A. de virus tumorig~nes darts la transformation n6oplasique. Le g~nome du virus D.N.A. est introduit dans le chromosome de la cellule agress6e responsable de la production d'un R.N.A. messager (mRNA). Celui-ci & son tour, conduit les ribosomes & produire des antig~nes tumoraux en m~.me temps que d'autres prot~ines virales. Les antig~nes sont responsables de I'induction de la carcinog6n~se. Le g~nome du virus R.N.A. est introduit dans le g~nome de la cellule h6te & travers un mg}canisme plus complexe et qui a ~t6 recemment identifi~, via une transcriptase invers6e. II existe une polym~rase D.N.A., R.N.A. d~pendante capable de transformer le R.N.A. viral en un analogue lin~aire du D.N.A., pr~sentant un protovirus. Lors d'une etape ult~rieure, le protovirus lin6aire est transform~ en une forme circulaire et ins~r~ dans le D.N.A. du chromosome hSte. A cette phase de la transformation, le genome de I'h6te contient I'information n~cessaire pour produire, via ie R.N.A. messager, les proteines virales responsables de I'induction de la carcinogen~se.

Hypothesis of a mechanism of action of DNA and RNA tumor viruses in neoplastic transformation. The genome of the DNA virus is introduced into the chromosome of the infected cell responsible for the production of messenger RNA (mRNA). This in turn instructs the ribosomes to produce tumor antigens together with the other viral proteins. Antigens are responsible for the induction of carcinogenesis. The genome of the RNA virus is introduced into the host genome through a more complex and recently identified mechanism, by the reverse transcriptase. This is an RNA-dependant DNA polymerase capable of transforming viral RNA into an analogous linear DNA repre- senting a provirus. In a subsequent stage the linear provirus is trans- formed to a circular form and then inserted into the host chromosomal DNA. At his point the host genome contains the information required to produce, through messenger RNA, the viral proteins responsible for the induction of carcinogenesis.

A c t a E n d o s c o p i c a V o l u m e 16 - N " 2 - 1986 113

Un tel m6canisme est responsable de plusieurs conditions n6cessaires ~ la d6g6n6rescence cellulaire et

sa transformation maligne. Avec le virus E.B.V., les cellules cibles sont les B lymphocytes, qui sont suppo- s6es ~tre ~ gel6es ~ dans leur processus de diff6rencia- tion. Une stimulation immunitaire chronique, telle que par exemple une infection malarique, s'observe fr6quemment dans les r6gions ofa le lymphome de Burkitt est fr6quent, et pourrait conduire ~ la reproduction de cellules indiff6renci6es et donc ~ la formation de lymphome ~ lymphocytes B.

Si au contraire une r6ponse immune est produite, l'activation des T lymphocytes entra~nerait l 'apparition d'une mononucl6ose infectieuse [11].

La diff6renciation et la croissance des lymphocytes est li6e ~ la production de certaines prot6ines cellulaires, responsables des phases de reproduction et de dif- f6renciation. M~me une simple modification quantitative de ces prot6ines, peut affecter la s6quence de reproduction et conduire, dans des conditions don- n6es, ~t un d6veloppement tumoral.

Gallo et al. [12] ont identifi6 au niveau des lymphocytes T u n e prot6ine responsable de leur croissance (Facteur de Croissance Cellulaire T, F.C.C.T.).

BURKI'I-F'S LYMPHOMA INFECTIOUS MONONUCLEOSIS

C ANTI

I LYMPHOMA RECOVERY

Figure 6 Differents d6sordres caus6s par le virus Epstein-Barr (E.B.V.) en rap- port avec la r6ponse lymphocytaire. L'infection des B lymphocytes par E.B.V. conduit au blocage de son 6volution. En cas d'6volution vers le lymphome de Burkitt, le d6ficit immunitaire chronique emp6che la r6ponse immunologique. Si au contraire cette r6ponse a lieu, les lymphocytes T r6agissent avec les lymphocytes B modifi6s par E.B.V., avec pour cons6quence la guerison de la maladie.

Different disorders caused by the Epstein-Barr virus (EBV) according to lymphocyte response. Infection of B lymphocyte by EBV leads to the block of its evolution. In the case of evolution to Burkitt lymphoma, chronic immune ,, inatten- tion ,, prevents immunological response. When on the contrary such response can take place, T lymphocytes react to the EBV-modified B lymphocytes with consequent curing of the disease.

La s6quence des 6v6nements impliqu6s est la sui- vante :

a) un ant ig6ne s t imule un sous-groupe de lymphocytes T dans le sens de la production de r6cep- teur pour F.C.C.T. ;

b) en m~me temps, il stimule un autre sous-groupe de lymphocytes T dans le sens de la production de F.C.C.T. ;

c) l 'interaction entre les deux groupes de lymphocytes T, atteint le moyen de reproduction des lymphocytes T matures.

Dans certains groupes de lymphocytes n6oplasi- ques, on a pu montrer que cette activation antig6ni- que n'est pas n6cessaire pour rendre les cellules r6cep- tives ~t du F.C.C.T. exog~ne. De plus, on a pu montrer qu'elles sont capables de produire celui-ci par voie endog6ne, ind6pendamment d'une stimulation antig6nique. La capacit6 des lymphocytes T n6oplasi- ques de se reproduire par une voie ind6pendante, caract6rise ce m6canisme de duplication qui 6chappe au contr61e et h l 'autor6gulation.

En raison de l 'expansion technologique de la biolo- gie mol6culaire, de nouvelles techniques telles que le clonage, la biotechnologie g6n6tique, et l 'hybridation mol6culaire, on dispose d'une grande quantit6 d'informations ~ propos de l'activit6 des r6trovirus, qui leur tour, ont am61ior6 nos connaissances de la carci- nogen6se.

Les virus R.N.A., appartenant ~ la famille des R6trovirus, comportent trois sous-groupes :

- - les virus spumeux (avec syncytium et vacuoles) ;

- - les virus lents (Visna-Maedi) ;

- - et les onco-virus.

Parmi ceux-ci, quatre groupes ont 6t6 reconnus sur le plan morphologique, ~ savoir les groupes A, B, C et D. Le groupe C a 6t6 le plus largement 6tudi6 puisqu'il comprend les virus oncog6nes aigus susceptibles d'entraSner des n6oplasies aiguEs dans diverses esp6ces animales, et les virus oncog6nes lents, n6cessitant une incubation prolong6e avant d'entraSner l 'apparition de tumeurs [22]. Tous les virus oncog6nes R.N.A. ont 3 g6nes capables de coder la production de prot6ines virales encore appel~s gag (groupe antigone sp6cifi- que) qui contr61ent la production de 4 prot6ines non glycolys6es, impliqu6es darts l'activit6 antig6nique du virus, pol (polym6rase) contr61ant la production de la ~ r6tro-transcriptase )) et env (enveloppe), qui contr6- lent la production des glycoprot6ines membranaires. Le virus du sarcome de Rous (R.S.V.) contient 6gale- ment un quatri+me g6ne, src (sarcome), qui contr61e la formation d 'une mol6cule qui induit et maintient la transformation n6oplasique de la cellule h6te. Cette mol6cule a 6t~ identifi6e : c'est une phosphoprot~ine de poids mol6culaire 60000, dou6e d'une activit6 phosphorylante au niveau du groupe amine thyrosine et elle est appel6e pp60v-src. La phosphorylation pro- t6ique est une des activit6s de base de la cellule et un pouvoir phosphorylant suppl6mentaire est vraisem- blablement en cause dans la transformation oncog6ni- que de la cellule.

114 V o l u m e 16 - N" 2 - 1986 A c t a E n d o s c o p i c a

Figure 7 La stimulation de mitose des macrophages, entra~ne la production de facteur activant deux sous-groupes de lymphocytes T. Un de ces sous- groupes produit le facteur de croissance des lymphocytes T (F.C.C.T.) alors que le second produit des r~cepteurs au F.C.C.T. L'interaction entre les deux sous-groupes entra~ne la prolif6ration du sous-groupe F.C.C.T. Les cellules n~oplasiques ne n6cessitent aucune stimulation exog~ne et produisent le F.C.C.T. gr&ce auquel elles prolif~rent de fagon autonome.

Mitogen stimulation of macrophages causes the production of a factor activating two subgroups of T lymphocytes. One of these produces the T Cell Growth Factor (-ICGF) while the second produces TCGF receptors. Interaction of the two subgroups causes the proliferation of the TCGF subgroup. Neoplastic cells do not require any exogenous stimulation and produce TCGF thanks to which they proliferate auto- nomously.

La mise en 6vidence d 'un tel g+ne dans le g6nome de nombreuses cellules des organismes vivants, non contamin6s par les virus, a conduit ~t la d6monstration [29] que le v-src n'est pas un composant originel du virus mais plut6t un contaminant dfi ~t un ph6nom~ne de recombinaison survenant apr~s la premiere modification du g6nome. I1 existe dans plusieurs g~nes cellulaires qui, dans des conditions infectieuses donn6es, se combinent avec le g6nome viral et lui conf~rent une activit6 oncog6nique. II est habituellement reconnu que beaucoup d 'autres g~nes (envion 30) v6hiculent des caract6ristiques similaires et contiennent dans leur g6nome, des virus oncog6niques R.N.A.

Ces diverses particularit6s ouvrent des perspectives dans l ' interpr6tation de la carciuogen6se, en particu- lier le fait que des g6nes ~ t ransformat ion oncog6ni- que soient pr6sents dans les virus et aient des homologues dans des cellules non infect6es, que celles-ci sont dou6es d'activit6s normales, dont plusieurs ont 6t6 identifi6es, telles que des prot6ines de croissance et de diff6renciation.

Dans le lymphome de Burkitt, la t ranslocat ion de la partie terminale du chromosome 8 en ch romosome 14, survient dans le 90 ~ des cas. La t ranslocat ion du ch romosome 2 en 22 peut 6galement survenir (10 070). Ces modificat ions constituent un excellent marqueur du lymphome. Gallo [12] et d 'autres ind6pendam- ment, ont montr6 que les d6bris du ch romosome 8 contiennent un facteur oncog6ne identifi6 comme ~< myc >> dont la fonction, en part ie inconnue, codifie la product ion des prot6ines nucl6aires. L ' impl icat ion de ce g+ne est suspect6e, car elle est accrue dans la leu- c6mie B du poulet et le D.N.A. de certains virus onco- g6nes s'int6gre de faqon 6troite ~ proximit6 du g6ne << myc >> ~ l ' int6rieur du D.N.A. cellulaire [36].

Ces observations sugg+rent que le g6ne << myc >> peut ~tre au moins en partie responsable de la trans- fo rmat ion cellulaire maligne.

On conna~t au moins 17 g~nes proto-oncog6niques. I1 est int6ressant de souligner que les g~nes proto- oncog6niques sont localis6s dans les parties du chromosome concern6es par les translocations typiques des h6moblastoses s6v~res [4].

De nombreuses autres translocations typiques de ces h6moblastoses ont 6t6 identifi6es. Le g6ne c-mos est concern6 dans la translocation de la leuc6mie my6- loide aiguE ; le g6ne c-fes est concern6 dans la leuc6- mie promy61ocytique aiguE. Deux g6nes pro to-onco- g6niques sont impliqu6s dans la leuc6mie my61oi'de chronique, /l savoir le g~ne c-sis responsable de la t ranslocat ion de 22 en 9 et le g+ne c-abl responsable de la t ranslocat ion de 9 en 22. Toutes ces translocations, auparavant interpr6t6es comme les cons6quences de la leukose, semblent bien au contraire ~tre la cause de la maladie.

Un ph6nom+ne de participation entre deux g6nes oncogdniques a 6galement 6t6 reconnu. Certes, certains virus contiennent des g+nes proto-oncog6niques dont le r61e a 6t6 6tudi6 s6par6ment par des m6thodes de manipulat ion g6ndtique. Le r6trovirus de l '6rythro- blastose aviaire contient deux g6nes proto-oncog6ni- ques (erb-A et erb-B). S'ils sont transmis ensemble au poulet , ils p rovoquent une ~rythroblastose aiguE avec blocage de la diff6renciation 6rythroblast ique. Ils se reproduisent eux-m~mes assez activement et causent la m o r t de l ' a n i m a l dans un d61ai d ' e n v i r o n 3 semaines. Si seul le g6ne erb-A est transmis, aucune modif icat ion ne survient, alors que la transmission du g6ne erb-B cause une 6rythroblastose chronique, susceptible de poursuivre son 6volution ou de r6gresser. Ceci sugg6re que le g6ne erb-A joue un r61e potentiali- sateur vis-/~-vis du g6ne B e t exerce une v6ritable acti- vit6 oncog6ne compl6menta i re . Ces ph6nom6nes mont ren t aussi une interaction possible entre g6nes proto-oncog6niques capables d ' induire des formes plus ou moins aiguEs en fonct ion de diff6rents degr6s de diff6renciation.

Une observat ion r6cente assez int6ressante a permis d ' identif ier un g6ne proto-oncog6nique N-ras, pr6sent dans le D .N.A. de diffdrents types de leukoses, de lymphomes, de cancers du c61on et d 'aut res tumeurs humaines, mais jamais d6tect6 dans les r6tro-virus. Le fait que le g+ne N-ras est capable de p rovoquer plu-

A c t a E n d o s c o p i c a V o l u m e 16 - N" 2 - 1986 115

sieurs types de tumeurs dans diff6rents tissus, sugg~re que l 'ac t ivat ion d 'un g6ne pro to-oncog6nique dans diff6rentes cellules, peut p rovoque r plusieurs types de t umeur s . I1 n ' e n r6sulterai t pas des dizaines de tumeurs diff6rentes, mais seulement un certain nombre de g6nes proto-oncog6niques et un nombre res- treint de m6canismes capables d ' induire les modifications oncog6nes dans diff6rentes cellules avec des caract6ristiques variables.

On a constat6 que les virus oncog6nes induisent des t u m e u r s u n i q u e m e n t en cas d ' i n s e r t i o n clans le g6nome au voisinage d 'un g+ne pro to-oncog6ne de la cellule h6te. Toutefois la mani6re dont un g6ne d6volu

une fonct ion physiologique subit une t ransforma- tion carcinog+ne, reste mati6re & discussion.

Deux hypoth6ses ont 6t6 formul6es, ~t savoir :

a) une accentuation de l 'activit6 du g6ne proto- oncog6nique

b) une modif icat ion du g6ne conduisant & une acti- vit6 16g6rement diff6rente.

Du fait que les g6nes oncog6nes sont concern6s dans les m~canismes complexes de reproduct ion et de diff6renciation, il est possible q u ' u n e modificat ion mineure d 'une fonction concerne l ' ensemble du m6ca- nisme de r6gulation, causant ainsi une product ion incontr616e de cellules indiff6renci6es.

Ainsi un processus physiologique plus ou moins modifi6 et d6vi6, entra~nerait le bouleversement et la destruct ion de la popula t ion cellulaire originelle. La t r ans fo rmat ion cellulaire est sans aucun doute un ph6- nom6ne complexe incluant plusieurs 6tapes tant du point de vue st imulation chimique que virale [18]. Par exemple l 'exposi t ion de la peau au benzopyr6ne, n 'entra~ne un cancer que si l ' 6p iderme est soumis l 'activit6 promotr ice de l 'huile de c ro ton . Le virus E.B.V. entra~ne un l y m p h o m e de Burki t t uniquement si pr6-existe une s t imulat ion immunolog ique chronique, telle que la p rovoque une malar ia . Ainsi deux ~v6nements sont requis, ~ savoir l ' ini t iat ion et la pro- mot ion . Le premier processus est p robab lemen t simple, instantan6 et irr6versible tel qu 'une liaison entre des mol6cules 61ectrophiles et neu t rophi les . Par contre, le second m6canisme exerce p robab lement une activit6 prolong6e, est r~versible et peut ~tre ind~pendant du m6canisme d ' ini t ia t ion. Son act ion sur la cellule pendant la p6riode de diff6renciat ion et les rela- t ions intercellulaires ont 6t6 envisag6es. Les facteurs p romoteur s peuvent ~tre de diverses sortes, depuis les ho rmones dans le cancer du sein, ou des contaminants de l ' env i ronnement dans les cancers gastro-intesti- naux. Le m6canisme de p r o m o t i o n n ' e s t pas 6clairci, mais l ' ac t ivat ion d 'un g+ne proto-oncog6nique, est for tement suspect6e en raison du caract6re lentement 6volutif du ph6nom6ne.

Mdcanismes de ddfense

Une explication convaincante de la raison pour laquelle la tumeur se d6veloppe dans certains cas et pas dans d 'aut res , fait d6faut . I1 est possible qu 'au cours d ' une premiere 6tape, survienne une d6ficience d ' u n m6canisme de d6fense, cens6 prot6ger la cellule contre la d6g6n6rescence n6oplasique. Plusieurs m6ca-

nismes de d6fense et d ' a l a rme sont connus. Le premier est 6videmment la mor t de la cellule atteinte par le processus carcinog+ne. En pareil cas, la product ion cellulaire cesse et le processus s '6teint d6s son d6but. Le second est p robab lement repr6sent6 par l 'existence de fausses cibles qui sont atteintes ~ la place du D.N.A. cellulaire. Un troisi6me m6canisme consiste en la capacit6 du syst+me enzymatique du D.N.A. cellulaire, de se r6parer et de reconsti tuer sa structure originelle. Enf in un quatr i6me m6canisme, particuli6- rement int6ressant, c o m p r e n d les m6canismes de d6fense immuni ta i re grace auxquels les cellules tumorales sont rep6r6es et d6truites. La surveillance immunologique est un des 616ments les plus int6ressants de la pr6vention du cancer, mais son contr61e suppose une intervention ~ une 6poque o~ la product ion n6o- plasique est encore faible [6]. La destruct ion des cellules t u m o r a l e s est due ~ p lus ieurs m6can i smes , compor tan t parmi les plus connus :

a) la lyse des cellules malignes via des anticorps d6pendant du compl6ment ;

b) une action cytotoxique des lymphocytes T ;

c) une intervention des monocytes ou de lymphocytes neutres - - d6riv6s des macrophages et activ6s par les m6diateurs lymphocytaires ;

d) l ' ac t ion directe des lymphocytes <~ tueurs >>.

Ces m6canismes de d6fense sont capables d 'a t tein- dre les cellules tumorales en 6vitant les cellules normales, y compris lorsque ces derni6res poss6dent le m~me 6quipement g6n6tique. Le m6canisme capable de reconna~tre les cellules malades et saines n 'es t pas 61u- cid6, il est vra isemblablement li6 ~ des vitesses de mi toses d i f f6rentes . N 6 a n m o i n s , le syst~me qui module les r6actions immunitaires est relativement complexe et il est li6/t de nombreux facteurs stimula- teurs et inhibiteurs. II est bien connu que l ' immuno- s u p p r e s s i o n in v ivo due aux l y m p h o c y t e s T- suppresseurs favorise le d6veloppement tumora l s'il y a une action antig~nique sp6cifique [10]. Une alt6ra- t ion de ces syst6mes peut entra~ner une perte de contr61e du d6veloppement des cellules malignes et lib6rer la p roduc t ion tumorale . La plus grande fr6- quence des tumeurs chez les sujets fig6s dont le syst+me immuni ta i re a une activit6 r6duite de plus de 70 ~ en serait une preuve indirecte.

CONCLUSIONS

I1 manque indiscutablement plusieurs maillons ~ la cha~ne qui lie les m6canismes expliquant la carcinoge- n6se et le processus demeure fondamenta lement un myst6re non r6solu.

Reprenant l ' analogie mentionn6e au d6but de cet article, on peut se demander si la cellule tumora le ne dolt pas ~tre consid6r6e comme un monst re , compara- ble A M r Hyde , mais n6 d ' une cellule normale qui contient t o u s l e s 616ments du ~ mal >>, ou si des facteurs d ' env i ronnement externe, d6vient la cellule normale et l ' exposent ~ des at taques venant d ' au t res cellules, elles-m~mes destructrices.

Les auteurs remercient le Studio Ricciuti pour les dessins et Luso- farmaco S.p.A. pour leur soutien mat6riel.

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Index

Introduction. Carcinogenetic s t imulat ion and proto-oncogenic genes. Chemical carcinogenesis

a) Nitrosamines b) Nitrosamides c) Polycyclic hydrocarbons d) Bioproteins from oil e) Food additives f) Mold products.

Mechanism of action of the carcihogens a) Chemical carcinogens b) Oncogenic viruses.

Defense mechanisms. Conclusion.

INTRODUCTION

The evolution o f knowledge on cancer pathogenesis and the suppositions leading to the formulation o f hypotheses, recall the story o f D r Jekyl l and M r Hyde. During the day, D r Jekyll was a normal individual but upon chemical stimulation he turned into the monstruous M r Hyde, in whom the most abo- minable, repressed instincts burst forth.

Analogy with tumor genesis is suggestive, since it is becoming clearer and clearer that the cancer cell is just a normal cell where certain activities have under- gone modifications, thus turning it into the monster, dragging the whole body to death.

Genetic engineering, immunology, oncology and tumor epidemiology studies have demonstrated that the primary modification stems from a modification o f DNA ; following a stimulation that can vary in nature but always represents the indispensable trigge- ring factor. Subsequently, other factors have the role o f promoters ; the normal cells thus being turned into a neoplastic cell.

Carcinogenetic stimulation and proto-oncogenic genes

Carcinogenesis appears to be related to several exogenous factors affecting the normal gene endowment o f the cell and to the predisposition o f given genes, called proto-oncogenes [1]. Under certain conditions, such proto-oncogenes modify their normal activities, thus causing the loss o f control o f duplication and of the cell relationship with the surrounding tissues.

The first group of exogenous factors includes (A) genotoxic and (B) epigenetic factors [37]. Genotoxic factors capable o f modifying the genetic structure o f the cell are :

1) ionizing radiations ;

2) chemical products ;

3) oncogenic viruses.

The epigenetic factors are related to the micro- and macro- environment and are a series o f promoting and inhibiting stimulations capable o f modifying the cell made anomalous by the genotoxic factor.

One of the most recent and most intriguing findings is the identification o f proto-oncogenic genes. These had been hypothesized by geneticists dealing with familial tumors and, quite independently, also by virologists studying oncogenic viruses. Through different paths, these researchers were led to the identification o f some genes identical with those o f the chromosome endowment o f normal cells (the RNA of some oncogenic retroviruses, e.g. Rous sarcoma) [3]. The carcinogenic action would allegedly depend upon the site where the retrovirus integrates its genetic message in to the genome o f the host cell. I f the promoting message is located in such a way that it can stimulate the proto-oncogenic gene, this last modifies its activity, thus affecting the control systems it belongs to, and interfering in a decisive way in cell reproduction.

The proto-oncogenic genes are presently believed to exert physiological cell functions. Their modifications would thus be responsible for the malignant transformation o f the cell.

In order to become oncogenic, these genes mus4 undergo modifications, and the transforming agents might just make them produce higher quantities o f their products. Experimental evidence shows that a normal gene, modified only with regard to its activity level can cause the proliferation o f tumor cells [4].

Chemical carcinogenesis

In these last f ew years, a large number o f chemi- cals, widely used in the food industry, in agriculture as pesticides or fertilizers and in the working places for the most different reasons, have been proved to be oncogenic in animals. Moreover, some industrial processes are no doubt, oncogenic to man. Direct and indirect organic compounds, as well with inorganic compounds may exert an oncogenic effect. Epigenetic compounds include several hormones, immunosup- pressor drugs, polymers, various metals, asbestos etc. [20]. These substances are widespread in all envi- ronments, or may be unexpectedly and subrepti- tiously formed starting from harmless substances or techniques. It is therefore important to know them, and the risks with they entail, also for the purpose o f setting up adequate preventionary measures [7].

The most common carcinogenic substances are :

a) Nitrosamines, a group o f carcinogenic compounds, whose activity has not yet been fully elucida- ted [25]. Among them, nitrosonornicotine is quite common in many countries with a high incidence o f lung, pancreas, bladder and kidney tumors ; however, it is also responsible for tumors o f the esophagus and of the oral cavity. Where they come from, and how they are formed is a widely debated question. Their source are nitrates, which are natural components o f many foods, additives or fertilizers [32]. Addition o f nitrates to meats and sausages as preservatives and as anti-botulin substances is allowed by

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the law. Nitrates are naturally present in measurable amounts in many foods. In spinach leaves there may be 20-40 ppm o f nitrates. When the vegetables are grown in soils fertilized with nitrate-containing compounds , concentrat ion may increase to 3 000- 4 O00ppm. Transformation o f nitrates to nitrites (nitrosation) takes place first in the external environment, through bacteria and mycetes, under given temperature and humidity conditions. It then occurs also in the body, due to the action o f p H and o f several enzymes. From this stage to nitrosamine transformation there is only one step, since amines able to bind to nitrites are present in all foods [15]. It has to be pointed out that such process may be totally inhibited by anti-oxidants such as vit. C, vit. E and glutathion [39].

b) Nitrosamides are endowed with a high mutagenic and carcinogenic activity. They are found in the environment as precursors, and may be formed both outside and inside the body, in the same way as nitrosamines. One o f the most mutagenic nitrosamides is MethylNitroNitrosoGuanidine (MNNG) [35]. This substance, which is easily soluble in water, when administered to the rat causes a gastric adenocarci- noma quite similar to the human one. However, the most interesting finding is that before causing the tumoral transformation, this substance causes chronic atrophic gastritis with intestinal metaplasia, identical to that observed in humans [21]. How these substances can reach the human body is not clear, but epidemiologic and experimental investigations have at least partially outlined a possible mechanism. Indeed, it has been observed that gastric cancer is more common in the populations living in cold areas or at high altitudes [40]. It has also been found that the inhabi- tants o f these areas, when moved to other areas, show the tumor incidence typical o f that new area. These findings have focused attention on diet and environment and it has thus been observed that these populations eat large quantities o f preserved foods such as smoked or salted fish or meat, or pickled foods, while they eat little fresh vegetables and fruits. Smoking and curing procedures entail certain modifications in f o o d composition, leading to the appearance o f polyunsaturated hydrocarbons, due to smoke exposure, and o f nitrosamides such as MNNG. The mechanism o f formation o f these products is linked to p H and temperature and can take place both in the outside environment and in the human body [8].

Interesting investigations by Weisburger et al. [39] have suggested the possibility that these substances are also formed in commonly used foods. Using a type off ish widely consumed in Japan (Sanma hiraM) in an area at high risk f o r gastric cancer, it was possible to induce, in a homogenate o f such fish treated with nitrite at p H 3, a substance that is highly mutagenic for a strain o f Salmonella typhimurium TA 100. Such modification is prevented by vit. C and E. Studying other kinds o f f i sh , it has been shown that only some o f them can originate mutagenic substances, while others do not share this ability. It is worth emphasizing that the substance mentioned above causes a gastric carcinoma in the rat that has the same characteristics as the one induced by MNNG, and that

both are histologically similar to human gastric ade- nocarcinoma [38].

However, nitrites do not cause the appearance o f mutagenic substances in some foods only. Taking into account the foods used in high-carcinogenicity areas, attention has been drawn to the cooking o f f i sh and meat (frying or grilling) and it has been demonstrated that these procedures cause the appearance o f a component mutagenic for strain T 98 o f Salmonella typhimurium [26, 30]. A further analysis o f these substances has shown their similarity with some arylamines which are carcinogenic fo r the colon and prostate o f several rodents. These substances are partly derived f rom the pyrolysis o f meat amino acids and peptides, and partly f rom the caramelization o f some sugars in the presence o f ammonium ions [27, 28].

The responsibility o f some salted or pickled foods in tumor onset has raised the suspicion that sodium chloride might be carcinogenic [33]. A promoting, rather than a direct action is more likely : indeed, sodium chloride can be responsible fo r gastritis with reduced acid secretion and for secondary bacterial growth, more directly responsible for the formation o f nitrites in the digestive tract. Actually, it has been demonstrated that gastric acidity, even when induced by drugs, is responsible for the growth o f bacteria and the appearance o f nitrosamines [24]. A t any rate, a reduced amount o f salt in foods is accompanied by a decrease o f gastric cancer as well as o f arterial hyper- tension and o f cerebral apoplexia [32, 16]. However, some true carcinogens such as M N N G exert their action both in the presence and in the absence o f salt [21].

Addition o f nitrites and nitrates to some foods, as additives, is required by industrial product ion methods. These substances are used to prevent bacterial contamination (e.g. by Clostridium botulinum) and might be replaced by other procedures but not done without. On the other hand, nitrite is harmless and becomes carcinogenic only upon combination with amines to give nitrosamines, widely present in meats and easily bonded by nitrites at acid pH. Limits have been set by the law to the use o f nitrites in preserved or canned meats, i.e. the dose o f 250 mg/kg must not be exceeded. However, even though these limits are respected since control is quite strict, nitrites are formed from nitrates through other unsuspected sources.

The action o f bacterial strains, which grow easily under suitable temperature and humidity conditions, is sufficient to transform the nitrates present in many vegetables into nitrites and trigger the chain leading to the formation o f nitrosamines and nitrosamides in foods.

On the other hand, in addition to an exogenous route o f formation o f nitrosamides, there is also an endogenous route : they can thus be formed in the body, in amounts and at rates that however cannot yet be calculated [17].

c) An important group o f carcinogens commonly f ound in many working places and contained in foods

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submit ted to high temperatures, or broiled, or toasted are polycyclic hydrocarbons. The most important members o f this group are benzopyrene, dimethylben- zoanthracene and methylcholanthrene. These are formed as a consequence o f f oods exposure to temperatures exceeding 5-600 ~ because o f pyrolysis o f etherocyclic amines or o f polycyclic aromatic car- bohydrates. They are therefore f o u n d in meats broiled or smok e d with certain fuels, in toasted or cara- melized products, etc. [15].

d) A m o n g tar and oil derivatives, the bioproteins obtained f r o m oil paraff ins through the action o f microorganisms have proven especially harmful . These preparations, even i f used f o r feeding cattle, are at any rate dangerous since they eventually end up in humans, through the alimentary chain.

e) In recent years, among chemical f o o d additives, azoic dyes such as E 123 have been highly suspected to be harmful. These products have been the object o f scandal-mongering press campaigns but they are actually much less dangerous than other, unsuspected substances, lndeed, it has been shown that rats have to be treated with amounts o f several g / k g f o r several months before any neoplastic changes are observed. In spite o f that, and because the press has fai led to report such results, the f o o d industry has been com- pelled to resort to natural dyes, which are more labile and not yet sufficiently studied, or to do without them. Such strictness in industrial f o o d production (which is not always ~ spontaneous ~) contradicts consumers" opinions and makes it necessary to resort to artifices. For example, it is a common belief that the redder the egg yolk, the more natural it is : this was true when poul try were f e d mainly corn, but it does not hold now since their diet includes other components : in spite o f that, the f o o d industry is compel- led to add dyes to the f eed in order to give the yo lk the desired ~ natural ~ color.

f ) Much more dangerous than the dyes used in foods tu f f s is a natural product which may be f o u n d in cereals, due to their contamination with certain species o f Aspergillus f lavus that produce a quite potent poison, aflatoxin. Af latoxin, even at extremely low doses, is 10 times more carcinogenic than the most highly carcinogenic polycyclic hydrocarbons. The fungus contaminates cereals poorly stored in hot- humid places and produces aflatoxin, which is responsible f o r a liver tumor quite common in Uganda, Kenia and Thailand. The contamination o f oil seeds also causes the contamination o f the cooking oil, which is then responsible f o r the tumor. The oil can be f reed f r o m the contaminants but this does not help much since the purification products, used to f eed the cattle, eventually end up in man throught the alimentary chain [31 ].

Mechanism of action of the carcinogens

a) Chemical carcinogens. Their nature and structures may be the most different, f r o m large insoluble molecules to small soluble ones, all the intermediate structure being represented. A l l these substances

share a physical characteristic, i.e. they have f e w elec- trons. They are therefore attracted by electron-rich atoms, which are thus able to bind them.

The former are called ~ electrophilic ~ groups, while the latter are the ~ nucleophilic ~ groups. These last are widely present in the structure o f organic substances among which nucleic acids and several polysaccharides.Nucleophilic molecules are thus present in all the macromolecules o f living cells. Indeed, the nucleophilic groups containing electron-rich ato- mic groups are f o u n d as nitrogen atoms in the hete- rocyclic groups o f purine and pyrimidine bases, and as sulfur atoms in methionine and cysteine. There- fore, almost all the cell macromolecules are nucleophilic [ 19].

The electrophilic carcinogen has a variable structure, and thus also a variable size. Its linkage to a neutrophilic group causes a spatial occupation or a deformation which condit ions its structure and relationships with the surrounding molecules.

A quite significative example is the alkylation o f a hydrogen molecule where the C H 3 + group can bind to the nucleophilic N = , giving a C H 3 - N = group where a chemical deformation has been introduced.

The nucleophilic group may belong to any component o f the cell macromolecule, whose funct ion may be unaffected by the deformation introduced. However, i f the macromolecule belongs to a structure able to yield genetic information (such as D N A ) and is not corrected by normal molecular turnover but remains stable, the structural modification is likely to affect the differentiation and reproduction processes [23].

The changes induced by chemical carcinogens involve all the chemical components o f the cell and are not restricted to specific structures. These are evi- dently ~ innocuous ~ damages, rarely able to turn into a carcinogenic damage. But the great amount o f deformations induced over a certain period o f time, may lead to the selection o f a deformation able to reproduce itself and modi f y cell funct ion carcinogen# cally. I t is therefore autoselection which, among all the targets hit, allows the one that damages mitosis and its control to prevail. Chemical carcinogens have actually shown to be endowed with mutagenic activity on cell lines or bacterial strains. This does not neces- sarily mean that mutagenic effect and carcinogenic effect are the same thing but there are reasons to believe that one is the expression o f the other. The tar- get is presumably D N A which carries genetic information and which is less easily replaced or renewed. Other molecules, such as R N A , can more easily cor- rect the acquired defect. I t is therefore interesting that amino acids contained in D N A , such as thymine, ade- nine, cytosine, guanine, have attachment sites f o r the electrophilic groups that de form them [40] (see figure 1).

A s we have already seen, the structure o f some chemical carcinogens makes them exert a direct lesive action on the cell, while other originally inactive com- p o u n d s b e c o m e act ive on ly inside l iving organisms [34]. S o m e modes o f activation are typically

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endogenous and depend on liver metabolism of the substances. Many even not directly toxic compounds, have to be metabolized in the liver to be made soluble for excretion. This causes a chemical action in the hepatocyte, marked by two different metabolic steps during which there are two possibilities o f damage onset.

The first one is linked to activation o f the com- pound made receptive for a detoxicating molecule such as glycine. In this stage bonds available for other reactive groups are formed and pre-conjugation takes place at mitochondrial level, through the action o f cytochrome P 450 or at the cytosol level. In this stage the chemical substance is in an unstable state, waiting to bind one o f the conjugation molecules provided by the liver. An excess o f molecules in that stage entails the risk o f their binding to any protein, even of the liver cells, and o f their consequent damage. This higher availability occurs in the subjects called ~ fast acetylators ~ because o f their marked ability to detoxicate substances through such reaction. And it is just this greater detoxicating ability that can para- doxically increase the risk o f an excess o f available bonds, with respect to the ~ slow acetylators ~ [13].

The second possibility is the formation o f carcinogens from a previously inactive substance. This is the case with benzopyrene, harmless per se but harmful after being metabolized to diole-epoxide, which is able to bind to any nucleophilic molecule, since it is strongly electrophilic [ 19].

b) Oncogenic viruses. The most recent studies on the oncogenic activity o f certain viruses have made interesting contributions to the elucidation o f tumor genesis. Oncogenic DNA viruses (Herpes viruses) and RATA viruses (Retroviruses) have been identified. They are responsible for several transformations in infected cells, which acquire neoplastic features also by intervention o f other promoting factors [9].

Among the viruses known to be responsible for leukosis and lymphoma, the Epstain-Barr virus (EBV) may cause both infectious mononucleosis and Bur- kitt's lymphoma. The carcinogenic mechanism is linked to the reproductive needs o f the virus, that must induce a modification in the genome o f the host cell, making it produce the proteins required for duplication. When the virus introduces its DNA into the attacked cell, this becomes integrated into the cell DNA thus modifying genetic information, which is carried by messenger RNA to the ribosomes that reproduce the viral proteins.

Such a mechanism is responsible for the occurrence o f many conditions requested for cell degeneration and its malignant transformation. With EBV, the targets are B lymphocytes which are allegedly ~ frozen ~ in their differentiation process. Chronic immune stimulation, such as that found malarial infection is fre- quent in the countries where Burkitt in lymphoma is more common, hypotetical by this would lead to the reproduction o f undifferentiated cells and thus to the formation of a B lymphocyte lymphoma.

I f on the contrary an immune response is produced, activation o f T lymphocytes would cause evolution to infectious mononucleosis [11 ].

The differentiation and growth o f lymphocytes is related to the product o f some cell proteins responsible for the reproduction and differentiation sequences. Even a mere quantitative modification o f these proteins is likely to affect the reproduction sequences and to lead, under given condition, to tumor development.

Gallo et al. [12] have identified in T lymphocytes a protein responsible for their growth (T Cell Growth Factor, TCGF). The sequence o f events involved is the following :

a) an antigen stimulates a subgroup o f T lymphocytes to produce a receptor for TCGF ;

b) at the same time, it stimulates another subgroup o f T iymphocytes to produce TCGF ;

c) the interaction o f the two T lymphocyte groups triggers the reproduction o f mature T lymphocytes.

In some series o f neoplastic lymphocytes, it has been shown that antigen activation is not necessary to make the cells susceptible to exogenous TCGF. In addition, these have proved able to produce it endoge- nously, independently o f antigenic stimulation. The ability o f T neoplastic lymphocytes to reproduce themselves in an independent way characterizes their duplication mechanism which escapes control and autoregulation.

Thanks to the technological explosion o f molecular biology, new techniques such as cloning, genetic engineering and molecular hybridization have pro vided an enormous amount o f information on the activity of retroviruses which in turn has improved our knowledge on carcinogenesis.

The RNA viruses making up the family o f Retrovi- ridae include three subfamilies : f o a m y viruses (syncytial and vacuolating) ; slow-viruses (Visna- Maedi) and onco-viruses. Of these, four groups have been identified morphologically, namely A, B, C and D. Group C is the most widely studied since it includes acute oncogenic viruses, able to cause acute neoplasia in several animal species, and slow oncogenic viruses, requiring a long incubation before causing the appearance o f tumors [22]. All the RATA oncogenic viruses have 3 genes able to code for the production o f viral proteins, i.e. gag (group specific antigen) which controls the production o f 4 unglycosylated proteins endowed with the group-specific antigenic activity o f the virus, pol (polymerase) controlling the production o f reverse transcriptase and env (enve- lope) which controls the production o f membrane glycoproteins. The Rous sarcoma virus (RSV) contains also a fourth gene, src (sarcoma), which controls the formation o f a molecule that initiates and main- tains the neoplastic transformation o f the host cell. This molecule has been found to be a phosphoprotein o f molecular weight 60,000 with a phosphorylating activity on the amino acid thyrosine and is called pp6Ov-src. Protein phosphorylation is one o f the basic activities o f cells and an additional phosphorylating


activity is likely to affect the oncogenic transformation o f the cell.

The finding that such gene is actually present in the genome o f many cells o f living organisms not conta- minated by viruses, has led to the demonstration [29] that v-src is not an original component o f the virus but rather a contaminant, due to recombination phenomena occurring after the first genomic modifications. There are thus cellular genes which, under given infection conditions, combine with the viral genome and confer an oncogenic activity to it. It is now known that many other genes (over 30) share similar characteristics and are contained in the genome o f oncogenic R N A viruses.

The finding that the transforming oncogenic genes present in viruses have homologues in normal unin- fected cells and that these are endowed with normal activities, many o f which already identified such as growth and differentiation proteins has opened new perspectives for the interpretation o f carcinogenesis.

In Burkitt lymphoma the translocation o f a termi- nal por t ion o f chromosome 8 to chromosome 14 occurs in 90 % o f the cases. Translocation o f chromosomes 2 and 22 may also take place (10 %). Such change is an important marker o f the lymphoma. Gallo (12) and, independently, others, have observed that the translocated chromosome 8 fragment contains an oncogene known as ~ myc ~ whose function, partly still unknown, codifies for the production o f a nuclear protein. The involvement o f this gene is suspected, since it is increased in chicken leukemia B and since the DNA o f some oncogenic viruses integrates in the close vicinity o f the myc gene inside cellular DNA [361.

These observations suggest that the myc gene may be at least partly responsible for malignant transformation o f the cell.

A t least 17 proto-oncogenic genes are known. It is quite interesting to point out that the proto-oncogenic genes are located in chromosome regions usually involved in translocations, typical o f severe hemo- blastoses [4].

Many other translocations typical o f given hemo- blastoses have been identified. The c-mos gene is involved in translocation in acute myeloid leukemia ; the c-fes gene is involved in acute promyelocytic leukemia. Two proto-oncogenic genes are involved in chronic myeloid leukemia, i.e. c-sis which translocates f rom 22 to 9 and c-abl which translocates from 9 to 22. Al l these translocations, previously interpreted as a consequence o f the leukosis, might well be on the contrary the cause o f the disease.

Cooperation phenomena between two oncogenic genes have also been identified. Indeed, some viruses contain two proto-oncogenic genes whose role can be studied separately with genetic engineering procedures. The retrovirus o f aviary erythroblastosis contains two proto-oneogenes, the erb-A and erb-B genes. I f they are transmitted together in the chicken, they

induce acute erythroblastosis with blockade o f eryth- roblast differentiation. These reproduce themselves quite actively and cause the death o f the animal within approximately 3 weeks. I f only the erb-A gene is transmitted no modifications occur, while transmission o f the erb-B gene causes a chronic erythroblastosis which may evolve chronically or subside. This suggests that erb-A plays a B potentiation role, and exerts a true complementary oncogenic action. This pheno- menon also points to a possible cooperation o f pro- tooncogenic genes to trigger more or less acute forms also under different conditions.

A recent, quite interesting observation has been the identification o f N-ras, a proto-oncogenic gene found in the DNA o f several types o f leukosis, lymphoma, colon carcinoma and other human tumors, but never detected in retro-viruses. The fact that N-ras is able to cause different kinds o f tumors in different tissues suggests that a proto-oncogenic gene activated in different cells can originate different tumors. There would therefore no longer be tens o f different tumors, but only a f ew proto-oncogenic genes and a few speci- f ic mechanisms which would cause the oncogenic modification in different cells and with variable characteristics.

It has been ascertained that the oncogenic viruses induce tumors only i f they insert their genome in proximity o f a proto-oncogenic gene o f the host cell. How can genes normally deputed to physiological functions in the cell turn carcinogenic is still a matter o f debate. Two intriguing hypotheses have been put forward, namely (a) an amplification o f the activity for the proto-oncogenic gene and (b) a gene modification leading to a slightly different action. Since the oncogenic genes are involved in the complex cell reproduction and differentiation system, it is possible that even a minor modification o f a function affects the whole regulation system, thus causing an uncon- trolled production o f undifferentiated cells. This wouM be a more or less modified and wrong physiological process, which would in turn lead to the upset- ting and destruction o f the original cell population. Cell transformation is no doubt a complex phenome- non including many stages in both chemical and viral stimulation [18]. For example, skin exposure to benzopyrene causes cancer only when accompanied by the promoting action o f croton oil. E B V causes Bur- kitt lymphoma only i f there is a chronic immune stimulation such as malaria. Two events are therefore required, i.e. initiation and promotion. The first is probably a single, instantaneous and irreversible event such as the binding o f an electrophilic molecule to a neutrophilic one. The second is on the contrary likely to be prolonged and possibly reversible, and might be independent o f the initiation mechanism. Their action on the cell during differentiation and in intercellular relationships has been hypothesized. The promoting factors may be o f the most different kinds, f rom hormones in breast carcinoma to environmental contaminants in gastrointestinal cancer. It is not yet clear how promotion can take place but the activation o f a proto-oncogenic gene is strongly suspected also with regard to this slow process.

122 Volume 16 - Iv" 2 - 1986 Acta Endoscopica

Defense mechanisms

A convincing explanation o f why tumor develops in certain cases and not in others is still lacking. I t is possible that in the first instance a failure occurs in the defense mechanisms which protect the cell f rom neoplastic degeneration. Several defense mechanisms and alarm levels are known. The first is obviously represented by the death o f the cell hit by the carcinogenetic noxa. In such case, there is no longer any cell production and the process ends by its very beginning. The second is probably represented by the existence o f

false targets which are hit instead o f cellular DNA. A third mechanism is the ability o f repair enzyme systems o f cellular D N A to reconstruct it as it was originally. A four th , highly interesting mechanism invol- ves immune defense, thanks to which the tumor cells are destroyed as a consequence o f immunological attack.

Immunological surveillance is one o f the most intriguing events in cancer prevention but control is assumed to take place at a stage when the number o f neoplastic cells is still low [6]. The destruction o f tumor cells is due to many mechanisms, including, among the best known :

(a) antibody-mediated complement-dependent lysis o f malignant cells ;

(b) the cytotoxic action o f T lymphocytes ;

(c) the i n t e r v e n t i o n o f m o n o c y t e - or nul l l y m p h o c y t e - d e r i v e d m a c r o p h a g e s ac t i va t ed by lymphocyte mediators ;

(d) the action o f natural killers.

Al l these defenses are capable o f affecting tumor cells while sparing normal cells even though they

share the same genetic endowment . The mechanism enabling them to discriminate the diseased f r o m the healthy cells is not clear, but it might partly be related to their dif ferent mitotic rate. However, the sytem which modulates immune reactions is a quite complex one and is l inked to many stimulating and inhibiting factors. A s is well know, in vivo immunosuppression due to T-suppressor lymphocytes favors tumor development in an antigen-specific way [10]. A n alteration o f these systems may have malignant cells escape control and thus unleash cancer development. The higher f r e q u e n c y o f t u m o rs in elderly subjec ts whose immune system is known to be reduced by up to 70 % might be a p r o o f o f it.

CONCLUSION

The chain o f present knowledge on carcinogenesis still lacks many rings, and this process basically remains an unsolved mystery.

Going back to the analogy ment ioned at the beginning o f this paper, we can ask again whether the tumor cell should be regarded as a sort o f monster born, like M r Hyde, f r o m a normal cell that contains all the features o f evil, or whether it is the external environment, with its continuous stimulations, that leads the normal cell astray and spurs it to attack the other cells, as terrorists do in the various national communities.

The authors thank Studio Ricciuti f o r art work and Lusofarmaco S.p.A. f o r supporting it.


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Oncogènes et carcinogenèse au niveau du tractus digestif