Hanahan et Weinberg65 ont proposé que les caractéristiques du cancer humain comprennent six capacités biologiques acquises au cours du développement de la tumeur, y compris le maintien de la signalisation proliférative, l’évasion des suppresseurs de croissance, la résistance à la mort cellulaire, permettant l’immortalité réplicative, activant l’invasion et les métastases et induisant l’angiogenèse. Étant donné que l’expression anormale des miARN dans les tumeurs, on pense que les MIARN dérégulés pourraient affecter une ou plusieurs des caractéristiques du cancer pour l’initiation et la progression de la tumeur. Selon leurs gènes cibles, les miARN pourraient fonctionner comme oncogène ou suppresseur de tumeur dans certaines circonstances.

Éviter les suppresseurs de croissance et soutenir la signalisation proliférative

La prolifération cellulaire est la caractéristique la plus importante du cancer et son anomalie est la principale cause de tumorigenèse. En détail, la progression du cycle cellulaire est contrôlée par des programmes intracellulaires et des molécules de signal extracellulaires, pour atteindre l’équilibre entre la promotion de la prolifération cellulaire et sa suppression. Les cellules deviennent cancéreuses lorsque la croissance ou la division cellulaire est hors de contrôle. Au fil des années d’études, il devient évident que certains MIARN s’intègrent fonctionnellement dans de multiples voies critiques de prolifération cellulaire, et la dérégulation de ces MIARN est responsable de l’évasion des suppresseurs de croissance et du maintien de la signalisation proliférative dans les cellules cancéreuses.

Les protéines E2F, une famille de facteurs de transcription, sont des régulateurs critiques de la prolifération cellulaire de manière dépendante du cycle cellulaire. Une série d’études ont démontré que les MIARN participent à la régulation de l’expression de l’E2F. Le membre E2F E2F1 induit la transcription du gène cible pendant la transition G1 à s66 et est défini comme un suppresseur de tumeur car les souris déficientes en E2F1 ont développé une grande variété de cancers. O’Donnell et coll.28 a montré que miR-17-92 inhibe la traduction E2F1 après avoir été activé par c-Myc. Considérant que le c-Myc induit également directement l’expression de l’E2F1, le cluster miR-17-92 peut agir comme un frein à cette éventuelle boucle de rétroaction positive pour s’assurer que les niveaux de protéines E2F1 n’augmentent pas précipitamment en réponse à l’activation du c-myc.67 Le cluster miR-17–92 régule également la traduction E2F2 et E2F3, 68 et les facteurs de transcription E2F peuvent à leur tour induire l’expression du cluster miR-17–92.69 Par conséquent, le système de rétroaction entre le cluster miR-17–92 et E2F fournit un mécanisme permettant de maintenir une progression régulière du cycle cellulaire dans des conditions normales. Cependant, la surexpression de miR-17-92, fréquente chez plusieurs tumeurs, perturbe la boucle de rétroaction pour favoriser la prolifération cellulaire.70

La progression du cycle cellulaire dépend des différentes cyclines, des kinases dépendantes des cyclines (Cdk) et de leurs inhibiteurs, qui sont largement régulés par les MIARN. Hatfield et coll.71 a fourni la première preuve que les cellules souches de la lignée germinale de Drosophile avec knockout Dicer-1 sont bloquées dans la transition G1/S, ce qui suggère que les MIARN sont nécessaires pour que les cellules souches de la lignée germinale passent le point de contrôle normal de la G1/S. De plus, les cellules souches germinales déficientes en dicères ont montré une expression accrue du Dacapo, un membre de la famille des inhibiteurs de Cdk p21 / p27, ce qui implique que cette protéine est régulée négativement par les MIARN pour favoriser la progression du cycle cellulaire. En effet, miR-221/222 a été identifié pour cibler directement l’inhibiteur de Cdk p27Kip1 dans les cellules du glioblastome,72 qui a été confirmé dans d’autres lignées de cellules cancéreuses et des échantillons de tumeurs primaires.73-75 L’expression ectopique de miR-221/222 a accéléré la prolifération cellulaire, tandis que leur suppression a induit l’arrêt du cycle cellulaire G1 dans les cellules cancéreuses. De plus, l’expression de miR-221/222 s’est avérée être régulée à la hausse dans une variété de tumeurs humaines, démontrant que la régulation de miR-221/222 de p27Kip1 est une voie oncogène de bonne foi. Semblable à p27Kip1, p21CIP1 et p16INK4a sont également régulés par des miARN tels que miR-663, la famille miR-302 et miR-24.76, 77 miR-663 s’est avéré être régulé à la hausse dans le carcinome nasopharyngé et agit en tant qu’oncogène pour favoriser la transition cellulaire G1 / S in vitro et in vivo en ciblant directement p21CIP1. Par conséquent, l’axe miR-663 / p21CIP1 clarifie le mécanisme moléculaire de la prolifération cellulaire du carcinome nasopharyngé.78 En plus d’affecter l’expression des inhibiteurs de la Cdk, les MIARN sont également des régulateurs de l’expression de la Cdk et de la cycline. Par exemple, le miARN-545 conduit à l’arrêt du cycle cellulaire dans les cellules cancéreuses du poumon en réprimant l’expression de la cycline D1 et du CDK4.79

Les MIARN participent à la prolifération cellulaire, non seulement en ciblant les composants du cycle cellulaire, mais également en régulant de manière extensive de multiples voies de signalisation. Par exemple, miR-486, significativement régulé à la baisse dans le cancer du poumon non à petites cellules, a affecté la prolifération et la migration des cellules par les voies de signalisation des récepteurs de croissance de l’insuline (IGF) et PI3K en ciblant IGF1, IGF1R et p85a.80

Résister à la mort cellulaire

L’évasion de l’apoptose est une autre caractéristique importante de la progression tumorale, qui serait régulée par les MIARN.81,82 Les cellules tumorales développent diverses stratégies pour limiter ou contourner l’apoptose. Parmi eux, la perte de la fonction suppresseur de tumeur p53 est la plus fréquente. Les autres moyens d’échapper à l’apoptose comprennent la régulation à la hausse des régulateurs anti-apoptotiques, la suppression des facteurs proapoptotiques et l’inhibition de la voie de mort induite par les ligands extrinsèques. Les composants impliqués dans l’anti-apoptose sont largement inhibés ou activés par les MIARN.

Un certain nombre de MIARN régulés par la p53 ont été identifiés comme étant impliqués dans les fonctions de la p53, et certains de ces MIARN peuvent moduler le niveau et l’activité de la p53 de manière rétroactive. Par exemple, Pichiorri et al.83 a identifié que dans le myélome multiple, trois miARN (miR-192, miR-194 et miR-215) sont activés transcriptionnellement par p53 pour supprimer l’expression de Mdm2 via une liaison directe à son ARNm, protégeant ainsi p53 de la dégradation. Ces MIARN sont des régulateurs positifs de la p53 et leur régulation négative joue un rôle clé dans le développement du myélome multiple. Il existe une autre régulation de rétroaction négative, qui se produit entre miR-122 et p53. MiR-122 favorise l’activité de la p53 en ciblant la cycline G184 et la protéine de liaison à l’élément de polyadénylation cytoplasmique,85 qui augmente la sensibilité des cellules à la doxorubicine, établissant une base vers le développement d’une thérapie combinée à base de chimio et de miARN pour le carcinome hépatocellulaire.

La dérégulation d’autres MIARN régulés par la p53 confère également des cellules cancéreuses résistantes à l’apoptose. Par exemple, le cluster miR-17–92 est une nouvelle cible pour la répression transcriptionnelle médiée par la p53 sous hypoxie. Sa régulation négative sensibilise les cellules à l’apoptose induite par l’hypoxie, tandis que sa surexpression inhibe l’apoptose. Par conséquent, les cellules tumorales avec une expression accrue de miR-17–92 peuvent échapper à l’apoptose induite par l’hypoxie.86 Tous les résultats ci-dessus ont montré que p53 et ses MIARN régulés forment un réseau permettant de déterminer minutieusement le devenir des cellules dans des conditions normales. Cependant, les cellules cancéreuses avec p53 dérégulé ou ses MIARN cibles pourraient avoir la capacité de résister à la mort cellulaire.

Les régulateurs anti-apoptotiques (Bcl-2 et Bcl-xL) et les facteurs proapoptotiques (Bax, Bim et Puma) sont des cibles potentielles de certains MIARN, qui jouent un rôle important dans la mort cellulaire. Comme discuté ci-dessus, miR-15a et miR-16-1 sont significativement régulés à la baisse dans la leucémie lymphoïde chronique et leur expression est inversement corrélée à l’expression de la Bcl-2. Une autre étude a démontré que ces deux MIARN répriment l’expression de la Bcl-2 et induisent l’apoptose. Bcl-2 a également été réglementé par d’autres MIARN, tels que miR-204,87 miR-148a88 et MIR-365.89 Denoyelle et al.90 a constaté que miR-491-5p induit efficacement l’apoptose dans les cellules cancéreuses de l’ovaire en inhibant directement l’expression de la Bcl-xL et en induisant l’accumulation de Bim. MiR-221/222 inhibe l’apoptose cellulaire en ciblant le gène proapoptotique PUMA dans les cellules de gliome humain. Et le renversement de miR-221/222 induit l’expression de PUMA et l’apoptose cellulaire, suggérant que miR-221/222 pourrait être des cibles thérapeutiques potentielles pour l’intervention du glioblastome.91

Les MIARN sont également impliqués dans la résistance à la mort cellulaire en régulant les composants de la voie apoptotique extrinsèque, tels que le ligand Fas / récepteur Fas. MiR-21, fréquemment régulé à la hausse dans une variété de cancers, exerce une fonction anti-apoptotique dans les tumeurs pulmonaires dépendantes du k-Ras en inhibant l’expression de l’Apaf-1, un composant important de la voie apoptotique mitochondriale intrinsèque, et en diminuant les niveaux de protéines du ligand Fas, un initiateur clé de la voie apoptotique extrinsèque.92 La fonction de miR-21 a également été confirmée par l’observation que l’expression ectopique de miR-21 protégeait les cellules cancéreuses de l’apoptose induite par la gemcitabine.93 Shaffiey et coll.94 a identifié que miR-590 supprime l’expression du ligand Fas dans la LAM pour favoriser la survie cellulaire. En plus de moduler l’expression du ligand, les MIARN dérégulés résistent également à la mort cellulaire en régulant l’expression des récepteurs de la mort. Par exemple, Razumilava et al.95 a constaté que le miR-25, surexprimé dans les cellules de cholangiocarcinome malin, est capable de protéger les cellules contre l’apoptose induite par le ligand induisant l’apoptose liée au TNF en ciblant le récepteur de mort-4 (DR4).

Activation de l’invasion et des métastases

La métastase est un événement biologique complexe, à plusieurs étapes et dynamique. La transition épithélio-mésenchymateuse (EMT) est considérée comme une étape précoce et clé de la cascade métastatique, caractérisée par une perte d’adhésion cellulaire par la répression de l’E-cadhérine et l’activation des gènes associés à la motilité et à l’invasion. On pense que l’EMT est régulée par diverses voies de signalisation telles que le facteur de croissance transformant (TGF)-β, qui convergent toutes vers les facteurs de transcription clés tels que ZEB, SNAIL et TWIST.96

Des preuves croissantes montrent que les MIARN jouent un rôle important dans les TEM et les métastases cancéreuses. Il a été constaté que les MIARN régulés par le TGF-β s’engageaient dans la signalisation du TGF-β pour induire une TEM et faciliter la métastase dans une tumeur maligne avancée. MiR-155 est l’un des MIARN impliqués dans ce processus de régulation. Il est surexprimé dans plusieurs tumeurs malignes et activé transcriptionnellement par la signalisation TGF-β / SMAD4. Des études mécanistiques ont révélé que miR-155 favorise l’EMT en ciblant la RHOA GTPase, un régulateur important de la polarité cellulaire et de la formation et de la stabilité des jonctions serrées. Le knockdown de miR-155 supprime l’EMT induite par le TGF-β et la dissolution des jonctions serrées, ainsi que la migration et l’invasion cellulaires.97 Contrairement à miR-155, miR-200 et miR-203 sont inhibés par le TGF-β. Il a été démontré que la famille miR-200 affecte l’EMT en inhibant l’expression des répresseurs transcriptionnels de l’E-cadhérine ZEB1 et ZEB2.98 À son tour, la transcription primaire de miR-200 est également réprimée par ZEB1 et ZEB2, 99 formant une boucle de rétroaction double négative entre ZEB1 / ZEB2 et la famille miR-200. Cette boucle a été proposée pour expliquer un dilemme central dans notre compréhension de la cascade métastatique: L’expression de miR-200 est significativement régulée dans les cellules cancéreuses invasives du sein avec un potentiel métastatique accru qui transmettent un phénotype mésenchymateux. Par conséquent, la surexpression forcée de miR-200c dans les cellules mésenchymateuses augmente l’expression de l’E-cadhérine et favorise un phénotype épithélial en induisant MET.100,101 De plus, les MIARN MIR-200 et miR-192 régulés par p53 sont des médiateurs critiques de l’EMT régulée par p53, étayés par l’observation que ces MIARN sont transactivés par p53 et modulent le programme EMT en réprimant l’expression ZEB1/2.102,103

TWIST et SNAIL sont les deux autres facteurs clés de transcription qui favorisent la motilité épithéliale, l’invasivité et les métastases en régulant l’expression de certains MIARN. Par exemple, miR-10b est fortement exprimé dans les cellules cancéreuses du sein métastatiques et régule positivement la migration et l’invasion cellulaires, qui sont induites par la liaison directe de la TORSION au promoteur présumé du gène miR-10b. De plus, l’expression ectopique de miR-10b dans les lignées cellulaires non métastatiques du cancer du sein humain SUM149 et SUM159 induit une invasion agressive et la formation de micrométastases dans des modèles murins à immunodéficience combinée sévère, ce qui permet de valider expérimentalement que la surexpression de miARN individuels peut contribuer à la formation de métastases in vivo.104 De plus, les MIARN régulant l’expression de ces facteurs EMT sont également essentiels pour contrôler les métastases. Par exemple, miR-203 est significativement régulé à la baisse en raison de l’hyperméthylation de son promoteur dans les cellules cancéreuses du sein hautement métastatiques. La restauration de miR-203 dans les cellules cancéreuses du sein inhibe l’invasion des cellules tumorales in vitro et la colonisation métastatique du poumon in vivo en réprimant SNAI2, suggérant que la boucle régulatrice SNAI2 et miR-203 joue un rôle important dans la TEM et les métastases tumorales.105,106

D’autres MIARN importants impliqués dans la régulation des métastases comprennent miR-9 et miR-212. L’expression de MiR-9 est activée par c-Myc et n-Myc, qui se lient directement au locus miR-9-3. Le niveau d’expression de miR-9 est étroitement corrélé avec l’amplification de MYCN, le grade tumoral et le statut métastatique dans les tumeurs du neuroblastome. Dans les tumeurs mammaires primaires des patientes atteintes d’une maladie métastatique, l’expression de miR-9 est beaucoup plus élevée que celle des patientes sans métastase, ce qui implique que miR-9 est un régulateur potentiel du processus métastatique. Ma et coll. identifié que miR-9 réduit l’expression de l’E-cadhérine dans les cellules cancéreuses du sein via une liaison directe à sa région 3′-non traduite. La conséquence de la régulation négative de l’E-cadhérine par miR-9 est l’activation de la signalisation de la β-caténine pour déclencher l’expression des gènes oncogènes en aval, ce qui entraîne une motilité et une invasivité accrues des cellules. La fonction de miR-9 est en outre confirmée par le fait que l’inhibition de miR-9 à l’aide d’une « éponge » de miARN supprime la formation de métastases dans le modèle animal, ce qui implique que le silence de miR-9 peut représenter une nouvelle approche thérapeutique dans les cancers du sein avancés pour prévenir la formation de métastases.107,108 MiR-212 est significativement régulé à la baisse dans les tissus CRC humains en raison à la fois de l’hyperméthylation du promoteur et de la perte d’hétérozygotie. La surexpression de miR-212 inhibe la migration et l’invasion des cellules CRC in vitro et les métastases pulmonaires in vivo en ciblant l’expression de MnSOD, nécessaire à la régulation négative des marqueurs épithéliaux et à la régulation positive des marqueurs mésenchymateux dans les cellules CRC. Par conséquent, miR-212 pourrait être un marqueur pronostique permettant aux patients atteints de CRC de prédire leur survie, et miR-212 et MnSOD pourraient également être des cibles thérapeutiques pour le cancer.109

Induire l’angiogenèse

L’angiogenèse est un processus hautement coordonné pour développer de nouveaux vaisseaux sanguins à partir de vaisseaux préexistants afin de satisfaire les besoins en nourriture et en oxygène lors de la croissance tumorale et des métastases.110 Comme les tissus tumoraux ont une concentration en oxygène significativement plus faible que les tissus normaux environnants, l’hypoxie joue un rôle essentiel dans le microenvironnement tumoral en permettant le développement et le maintien des cellules cancéreuses. Le facteur inductible d’hypoxie (HIF) est un facteur de transcription clé en réponse à l’hypoxie, qui influence l’expression d’un certain nombre de gènes, y compris les MIARN. Le facteur de croissance endothélial vasculaire (VEGF) est un facteur angiogénique pivot, qui pousse les cellules endothéliales à construire de nouveaux vaisseaux lorsqu’elles se lient à ses récepteurs.111 Par conséquent, les MIARN qui ciblent les voies de signalisation HIF ou VEGF sont susceptibles d’avoir un impact significatif sur l’angiogenèse. Il est maintenant bien documenté que le processus d’angiogenèse est minutieusement régulé par les MIARN, dont certains sont décrits en détail ci-dessous.

MiR-210 est le miARN le plus régulièrement et le plus significativement induit pendant l’hypoxie.112 Deux études indépendantes ont démontré que la surexpression de miR-210 dans les cellules endothéliales de la veine ombilicale humaine normoxique stimule la formation de structures de type capillaire et la migration cellulaire dépendante du VEGF. En revanche, le blocage de miR-210 antagonise ces processus.113,114 De plus, le miR-210 favorise l’angiogenèse non seulement en ciblant le ligand tyrosine kinase du récepteur ephrin-A3, qui est un facteur anti-angiogénique, 113, mais également en améliorant l’expression du VEGF et du récepteur VEGF-2 (VEGFR2).115

MiR-424 est induite par une hypoxie dans les cellules endothéliales pour favoriser l’angiogenèse in vitro et in vivo en ciblant la cullin 2, une protéine d’échafaudage de l’ubiquitine ligase. Ce processus stabilise HIF1a et lui permet d’activer transcriptionnellement l’expression de VEGF.116 Un autre miARN qui induit l’angiogenèse est miR-21. Il cible PTEN pour activer les voies de signalisation Akt / ERK en aval, conduisant à une expression élevée de HIF1a et de VEGF.117 En revanche, miR-20b et miR-519c régulent négativement l’angiogenèse en ciblant le VEGF et/ou le HIF1a.118,119 En plus de réguler HIF1a, miR-107 a pu inhiber l’expression de HIF1ß, de sorte que la régulation négative de miR-107 favorise l’angiogenèse tumorale dans des conditions hypoxiques.120

Des recherches récentes ont démontré que des miARN exosomiques provenant de cellules cancéreuses pouvaient aider à moduler le microenvironnement tumoral. L’une des preuves a été fournie par Umezu et al. Ils ont observé que miR-135b, qui est surexprimé dans les exosomes de cellules de myélome multiple résistantes à l’hypoxie, supprime HIF1 (FIH-1) inhibant les facteurs dans les cellules endothéliales, favorisant ainsi la formation de tubes endothéliaux via la voie de signalisation HIF-FIH. Par conséquent, le miR-135b exosomique peut être une cible pour contrôler l’angiogenèse du myélome multiple.121