Portraits moléculaires des cancers - L2 Bichat 2012-2013

Portraits moléculaires des
cancers
Jacqueline Lehmann-Che
UF de transfert en oncologie
Service de Biochimie Hôpital St Louis
INSERMU944/CNRS UMR 7212 /Université Paris 7 équipe sein
Plan
I/ Qu’est ce que le cancer ?
II/ Comment pose t-on le diagnostic de cancer?
III/ Quelques anomalies moléculaires de cancers..
- comment les mettre en évidence?
- pourquoi les mettre en évidence?
III/ Un portrait moléculaire du cancer, comment et
pourquoi?
l’exemple du cancer du sein
I/ Qu’est ce que le cancer ?
tumeurs comparables à un crabe
« karkinos » et « karkinoma ».
Hippocrate
Maladie longtemps incurable….
Dont nombreux sont guéris ou vécus
comme maladies chroniques à
présent…
I/ Qu’est ce que le cancer ?
-c’est une maladie du génome… maladie génétique acquise
- c’est le fruit d’une évolution cellulaire clonale
-cette évolution se réalise par
accumulations successives d’anomalies
génétiques
Carcinogenèse multi étape
Échapper au contrôle de la
croissance cellulaire harmonieuse
I/ Le cancer, une prolifération incontrôlée
- n’importe quelle cellule peut donner naissance à un cancer mais c’est
un processus long…
-Un organisme: 1018 cellules en renouvellement perpétuel
processus étroitement contrôlé
- ordre de se diviser :
« facteurs de croissance »
- ordre de se suicider :
mort programmée ou « apoptose ».
I/ Le cancer, une prolifération incontrôlée
Gain de propriétés
agressives:
- capacité à envahir :
extension tissulaire et
métastases
- capacité à former de
nouveaux vaisseaux
sanguins (angiogenèse).
I/ Le cancer, une prolifération incontrôlée
Succession d’anomalies dont l’accumulation conduit au stade
cancer…….
Un cancer cliniquement décelable 108-109 cellules
I/ LE cancer n’existe pas….
Énorme hétérogénéité au sein « du » cancer
-Des localisations tissulaires différentes
-tumeurs « liquides » : affectant les cellules sanguines
-tumeurs solides: affectant des tissus (sein, poumon…)
-Des atteintes tissulaires différentes
-épithélium : carcinome
-tissus conjonctifs (os) : sarcome
-sang ou organes lymphoïdes: hématopoïétique
il existe DES cancers
II/ Comment pose t-on le diagnostic de cancer?
Rôle de l’anatomo pathologiste
Examen macroscopique
Examen microscopique
Le diagnostic de malignité d ’une tumeur ne peut être posé formellement
que sur un prélèvement histologique (et/ou cytologique).
II/ Comment pose t-on le diagnostic de cancer?
PATIENT
fixation / inclusion paraffine
Pathologie
Diagnostic microscopique
Examen macroscopique
II/ Exemple d’un cancer du sein
rares glandes
adénocarcinome canalaire
infiltrant
• peu différencié
• noyaux atypiques
• nombreuses mitoses
de grade 3 (Scarff et Bloom)
•grade : valeur pronostique et
prédictive
II/ Les limites de ces classifications…..
Mais la classification des cancers est encore plus complexe. ….
Pour une même localisation, tumeurs
- des caractéristiques biologiques différentes
- des comportements différents:
- sensibilité aux traitements
- évolution naturelle de la maladie (agressivité,
dissémination…)
Pour meilleure prise
en charge……
connaître la biologie de la tumeur, sa carte d’identité…
III/ Les anomalies moléculaires des cancers..
Cancer = maladie génétique acquise
accumulation d’anomalies dans l’ ADN de la cellule cancéreuse
qualitatives: mutations, délétions, translocations…
quantitatives: amplifications, surexpressions…..
trois grandes familles de gènes altérés :
- oncogènes: gènes dont la présence ou le fonctionnement
excessif contribue à l’oncogenèse, car ils stimulent la
prolifération cellulaire.
- anti oncogènes ou suppresseurs de tumeurs: gènes
qui freinent la division des cellules ou provoquent leur
mort programmée. Leur absence ou leur mauvais
fonctionnement contribue à l’oncogenèse
- gènes de la réparation de l’ADN: gènes permettant à la cellule de
réparer son ADN lorsqu’il est endommagé : la déficience de ces gènes
favorise l’apparition d’anomalies génétiques
III/ Les anomalies moléculaires des cancers: Comment les mettre en évidence?
PATIENT
congélation / extempo
Pathologie
fixation / inclusion paraffine
Diagnostic
microscopique
tumorothèque
Biochimie
Analyses moléculaires
PATIENT
III/ Les anomalies moléculaires des cancers: Comment les mettre en évidence?
Exemple du récepteur aux oestrogènes dans le cancer du sein : ESR1
Importance des hormones dans le
développement des tumeurs mammaires:
-1896, efficacité thérapeutique de l’ovarectomie
dans les formes avancées de cancer du sein
GW Beatson
-1960, découverte du récepteur aux oestrogènes
(cloné en 1985)
- 1996, découverte d’un 2ème récepteur aux
oestrogènes !
Elwood Jensen
III/ Les anomalies moléculaires des cancers: Comment les mettre en évidence?
Les tissus mammaires sont influencés par les hormones : oestrogène et
progestérone produites en quantité variable tout au long de la vie (puberté,
grossesse, allaitement...).
Signalisation oestrogénique indispensable au
développement mammaire normal
III/ Les anomalies moléculaires des cancers: Comment les mettre en évidence?
Récepteur aux oestrogènes
récepteur nucléaire = facteur de transcription
5’-GGTCAnnnTGACC-3’
Le récepteur à la progestérone RP
est un gène cible de RE
Transcription
de gènes
cibles
survie
cellulaire
prolifération
différenciation
L’excès de signal prolifération anormale,
tumorigenèse
III/ Les anomalies moléculaires des cancers: Comment les mettre en évidence?
Augmentation du nombre de protéines codées par le gène
ImunoHistoChimie (IHC)
visualisation de la protéine
(Ac en Nter)
ER+: Marquage nucléaire (plus ou moins
intense,1-3+) intéressant plus de 10% des
cellules tumorales
III/ Les anomalies moléculaires des cancers: Pourquoi les mettre en évidence?
identification des patientes susceptibles de répondre au
traitement anti œstrogène (Tamoxifène, anti aromatase….)
Hormono-sensibles
ER +
Hormono-résistants
… mais ne suffit pas……
III/ Les anomalies moléculaires des cancers: Comment les mettre en évidence?
Exemple de HER2 dans le cancer du sein :
Human epidermal growth factor receptor 2 ERBB2 (HER-2, HER2/neu, c-erb B2)
Récepteur à activité
tyrosine kinase (TK)
Famille de récepteurs aux « facteurs de croissance »
III/ Les anomalies moléculaires des cancers: Comment les mettre en évidence?
Mécanisme d’action des récepteurs à activité TK
Activation de nombreux second messager
Activation de
nombreuses voies de
signalisation
III/ Les anomalies moléculaires des cancers: Comment les mettre en évidence?
Facteurs de croissance
1/ voie
ERK/MAPK
2/ voie PI3K
Ras
Raf
MEK1/MEK2
ERK
ERK
Prolifération cellulaire accrue et non régulée
III/ Les anomalies moléculaires des cancers: Comment les mettre en évidence?
Mécanisme de tumorigenèse induite par Her-2
Amplicon d’environ 280kb centré autour
de HER2
25-50 copies du gène
-Hyperactivation tyrosine kinase
Hyperstimulation de la cellule
Transformation cellulaire
III/ Les anomalies moléculaires des cancers: Comment les mettre en évidence?
Augmentation du nombre
de copies du gène
Augmentation du nombre
de messagers du gène
Augmentation du nombre
de protéines codées par le
gène
III/ Les anomalies moléculaires des cancers: Comment les mettre en évidence?
Augmentation du nombre de protéines codées par le gène
ImunoHistoChimie (IHC)
score 0
score 1+
score 2+
score 3+
III/ Les anomalies moléculaires des cancers: Comment les mettre en évidence?
Augmentation du nombre de copies du gène
Hybridation moléculaire in situ (FISH)
Sonde ERBB2
Sonde CEP17
Mais aussi par PCR en temps réel….
nbr de copies du gène: Q PCR
nbr ARNm : Q RT-PCR
III/ Les anomalies moléculaires des cancers: Pourquoi les mettre en évidence?
surexprimé par amplification génique dans 18-20% des cancers du sein:
facteur de mauvais pronostic:
-tumeurs naturellement plus agressives
-tendance aux métastases cérébrales
-survie sans évènement et survie globale plus courte
facteur prédictif de :
- réponse au traitement ciblée anti HER2
- de non réponse à l’hormonothérapie
- sensibilité accrue aux antracyclines et taxanes
III/ Les anomalies moléculaires des cancers: Pourquoi les mettre en évidence?
Déterminer l’éligibilité à la thérapeutique ciblée anti Her-2
Le trastuzumab (herceptine): AC monoclonal dirigé contre la partie extracellulaire de HER2
-dégradation de HER2
-diminution des signaux d’activation
-empêche le clivage de la partie extracell (95kDa + ECD de 110kDa)
- provoque l’ADCC
Mais ne « marche » que chez 30-35% des
patientes HER2+
III/ Un portrait moléculaire du cancer
Plusieurs facteurs interviennent….
La combinatoire est infinie…
III/ Un portrait moléculaire du cancer, qu’est ce que c’est?
génome identique dans chaque cellule d'un organisme
mais les gènes peuvent avoir une expression génique spécifique différenciée:
dans le temps (stades du développement)
dans l'espace (type cellulaire, tissulaire ou organique)
caractéristique d'un état (normal, pathologique, réponse à un stimulus)
Complexité supplémentaire: l’épigénétique
III/ Un portrait moléculaire du cancer, qu’est ce que c’est?
Plusieurs niveaux de complexité pour exploiter et comprendre
le fonctionnement de l’information génétique d’une cellule
Un génome,
Des dizaines de milliers de gènes
Génomique
Importance du séquençage des génomes!
Génome
Transcriptome
Protéome
Population variable de transcrits
Transcriptomique
Profil protéique
Protéomique
La révolution des « omics »
Vision globale permettant une nouvelle façon d’analyser les phénomènes bio
III/ Un portrait moléculaire du cancer, comment ?
L’analyse par hybridation comparative: CGH
Détecter un grand nombre de remaniements géniques en même
temps profils géniques complets
patient
référence
mélange
hybridation
Gain
Perte
III/ Un portrait moléculaire du cancer, comment ?
L’analyse du transcriptome : les puces à ADN
III/ Un portrait moléculaire du cancer, comment ?
But: analyser l’expression d’un
grand nombre d’ARNm
simultanément
profils
d’expression
= codes barres
Traitement bioinformatique des données indispensable
III/ Un portrait moléculaire du cancer, comment ?
Les travers de la technique
On génère de complexes données d’expression génique mais comment les
interpréter?
nécessité de développer des méthodes qui reconnaissent les gènes pertinents du
bruit de fond du fait de:
-variabilité entre les microarrays
-variabilité dans la technique: marquage des ARN, hybridation,
différences entre plateformes
- variabilité biologique : qualité des ARN, états des stress des cellules
Grande technicité et expertise.
III/ Un portrait moléculaire du cancer, comment ?
Les étapes d’une expérience utilisant des puces à ADN
1
6
2
3
4
5
Énorme importance du traitement des données: bioinformatique
III/ Un portrait moléculaire du cancer: pour faire quoi?
Avoir une approche globale des altération géniques d’une tumeur pour:
- définir de nouvelles classifications des cancers
- générer des prédicteurs moléculaires
- permettre un tri moléculaire des tumeurs permettant de
personnaliser le traitement…
Ce sont des approches exploratoires……
III/ Un portrait moléculaire du cancer: pour faire quoi?
III/ Un portrait moléculaire du cancer: pour faire quoi?
III/ Un portrait
moléculaire du cancer:
exemple du cancer du sein
Buts:
-compléter les analyses histologiques des biopsies afin de classer les cancers selon leur
signature moléculaire
-identifier les gènes dont le dérèglement pourrait aider à la compréhension de la maladie
-évaluer les effets des traitements sur les cellules cancéreuses
-identifier de nouvelles cibles thérapeutiques
Approche:
Effectuer l’analyse comparative du profil d’expression des gènes dans de nombreuses
biopsies prélevées sur un grand nombre de patients atteints de la même pathologie, ayant
répondu de manière diverse aux traitement.
III/ Un portrait
moléculaire du cancer:
exemple du cancer du sein
Marqueurs historiques:
taille de la tumeur,
le grade,
statut des récepteurs aux oestrogènes et progestérone.
Mais cela ne suffit pas à rendre compte de la grande variation
clinique du cancer du sein…..
III/ Un portrait
moléculaire du cancer:
exemple du cancer du sein
Regrouper les tumeurs
selon le niveau
d’expression de leurs
gènes
un portrait
moléculaire
des tumeurs
Hétérogénéité globale
mais certaine homogénéité
dans les sous groupes
D’après van’t Veer JCO 2005, Sorlie PNAS 2001
III/ Un portrait
moléculaire du cancer:
exemple du cancer du sein
>60%
ER -
agressives
mauvais pronostic
mais chimiosensibles
ER +
évolution lente,
bon pronostic
hormonosensibles mais peu chimiosensibles
III/ Un portrait
moléculaire du cancer:
exemple du cancer du sein
profils moléculaires par microarrays: démontrent l’hétérogénéité
biologique, importance des voies de signalisations altérées
explique la grande hétérogénéité clinique, observée depuis
longtemps
le cancer du sein n’existe pas,
il existe des cancers du sein
Prise en charge différente,
thérapeutique ciblée.
La classification moléculaire change la prise en charge du cancer du sein
III/ Un portrait
moléculaire du cancer:
exemple du cancer du sein
Comment déterminer qu’une patiente atteinte de cancer du sein
a un risque important de rechute?
Bon pronostic
Chirurgie + RT
Mauvais pronostic
Chirurgie + RT +
chimiothérapie
adjuvante
III/ Un portrait
moléculaire du cancer:
exemple du cancer du sein
Comparer la biologie de la tumeur de patientes ayant
rechutées et non rechutées….y a t-il des marques biologiques de
cette agressivité????
III/ Un portrait
moléculaire du cancer:
exemple du cancer du sein
tumeurs du sein
- 34 métastatiques dans les 5 ans
- 44 en survie sans évènements à 5 ans
Classification
non supervisée
bon pronostic
mauvais pronostic
ER+
34% méta
ER70% en
progression
III/ Un portrait
moléculaire du cancer:
exemple du cancer du sein
Définition d’un prédicteur de 70 gènes classant les tumeurs en bon et mauvais pronostic
bon pronostic
mauvais pronostic
Profil
d’expression
génique de la
tumeur initiale
peut prédire le
pronostic
métastatique
Intérêt : chimiothérapie adjuvant uniquement pour le groupe « mauvais pronostic » ?
III/ Un portrait
moléculaire du cancer:
exemple du cancer du sein
Validation sur 295 patientes (<55ans)
atteintes de cancer du sein en prospectif
bon pronostic
mauvais pronostic
meilleur prédicteur que les critères classiques
III/ Un portrait
moléculaire du cancer:
exemple du cancer du sein
Commercialisation du test MammaPrint (2006),
approuvé par la FDA (fév 2007)
test de pronostic pour la récidive du cancer du sein utilisant la signature de 70
gènes, fournit des renseignements importants pour la gestion efficace des patientes.
Nouvelle prise en charge
possible de ces tumeurs de
« bon pronostic »
Personnalisation de la
prise en charge
Un portrait moléculaire du cancer:
conclusion
Etudier la biologie des tumeurs permet:
-de comprendre les mécanismes de l’oncogenèse
-de classer les malades selon l’altération globale de leurs cellules
tumorales
- de déterminer de nouvelles cibles du traitement antitumoral
- adapter la thérapeutique
à la tumeur du patient