Vers une théorie synthétique de l’évolution dans la leucémie lymphoïde chronique ?

Darwin
et l’hématologie :
la clonalité revisitée
dossier
Vers une théorie synthétique
de l’évolution dans la leucémie
lymphoïde chronique ?
Towards a synthetic evolution theory in chronic lymphocytic leukemia?
» Peut-on comparer la leucémie lymphoïde chronique à une
RÉSUMÉ
population d’individus cellulaires, au sein d’un environnement
façonnant son évolution ? Dans ce cas, il est intéressant
de reprendre les arguments scientifiques qui ont mené à
l’acceptation de la théorie synthétique de l’évolution, ayant
intégré à la théorie darwinienne les principes (apparus après
les travaux de Darwin) de l’hérédité génétique (G. Mendel).
Summary
L. Ysebaert*
Mots-clés : Évolution clonale – LLC – Compétition clonale – Whole
Exome Sequencing.
Évolution et sélection naturelle :
définitions
* Service d’hématologie,
CHU de Toulouse.
246
En biologie, la sélection naturelle (concept introduit par
C. Darwin en 1859 dans De l’origine des espèces) est un
promoteur puissant de l’évolution des espèces, expliquant leur adaptation aux milieux environnants (appelés écosystèmes), au fil des générations. Pour Darwin,
certaines vont disparaître, et d’autres se diversifier. Il
emploie le terme de fitness, puis adaption sera utilisé
par les auteurs anglo-saxons. La notion de fitness (“fit”
ou “unfit”) sert aujourd’hui à définir la capacité d’un
individu âgé à puiser dans ses ressources fonctionnelles
pour faire face à un stress. L’adaptabilité repose sur les
variations interindividuelles au sein d’une même espèce,
qui sont dues essentiellement à des différences dans la
séquence des gènes et la structure des chromosomes,
provoquées par des mutations et des réarrangements
chromosomiques occasionnels, de nature aléatoire mais
néanmoins eux-mêmes “encadrés” par l’écosystème qui
exerce une sélection environnementale des mutations
les plus avantageuses pour la croissance d’un groupe
d’individus. Pour qu’il y ait une sélection, il faut que
If one envisions chronic lymphocytic leukemia as a
heterogeneous population of cells, growing within an
environment impacting on its evolution, it is interesting to
reconsider the scientific arguments of biologic evolution
that have led to the acceptance of the synthetic theory of
evolution. This theory unified Darwinian selection processes
to the principles of genes inheritance and transmission
(G. Mendel) into a synthetic theory.
Keywords: Clonal evolution – CLL – Clonal competition –
Whole Exome Sequencing.
plusieurs variations génétiques soient présentes au
sein d’une même population clonale (diversité génétique interclonale entre différents patients), mais aussi
intraclonale (au sein du même patient), afin que certains
sous-clones puissent “l’emporter” sur les autres (figure 1)
[1]. La progression du cancer est un processus reposant
sur la diversification des mutations (complexification) et
la sélection clonale (sélection naturelle) : il s’agit donc
bel et bien d’une sélection darwinienne, dans la terminologie tout du moins (2).
L’analyse des mécanismes de l’évolution clonale dans
la leucémie lymphoïde chronique (LLC) repose donc
sur notre capacité à évaluer la fréquence allélique
des anomalies génétiques (mutations somatiques
récurrentes [MSR] de gènes, Somatic Single Nucleotide
Variations [SNV] et Copy-Number Alterations [CNA]) au
sein d’échantillons prélevés à différents moments au
décours de l’histoire naturelle de la maladie. Du fait de
son caractère longtemps indolent, du nombre important de rechutes et des lignes successives de traitement,
ainsi que de la possibilité subséquente de suivre les
patients sur de longues années, la LLC se prête particulièrement bien à ce type d’études.
Correspondances en Onco-Hématologie - Vol. VIII - n° 6 - novembre-décembre 2013
Vers une théorie synthétique de l’évolution dans la leucémie lymphoïde chronique ?
Historique des techniques d’analyse
de l’évolution clonale dans la LLC
Les anomalies structurales les plus fréquentes de la LLC
sont la délétion 13q14, la trisomie 12 et les délétions
11q23 et 17p13, utilisées pour construire le modèle
hiérarchique de Döhner en 2000. Les techniques de
FISH ont depuis un peu plus de 10 ans permis de mettre
en évidence une évolution clonale au cours du temps,
certaines anomalies disparaissant ou apparaissant selon
les périodes. L’emploi des techniques plus modernes
de cytogénétique, de microarray et de deep sequencing
(whole genome sequencing, Whole Exome Sequencing
[WES]) a permis d’établir qu’il existe 2 000 à 2 500 mutations génomiques dans la LLC (3-4). Certaines mutations
survenant dans des régions codantes et retrouvées de
façon récurrente (taux de mutation supérieur au taux
basal) sont appelées driver. Elles sont différentes des
mutations dites passenger et sont considérées comme
importantes dans la physiopathologie de la LLC. Il existe
des CNA driver, la fréquence à laquelle on retrouve une
anomalie donnée (> 90-95 % des cellules = anomalie
clonale, sinon : sous-clonale) étant différente selon le
moment où est réalisée l’analyse au décours de l’évolution de la maladie. Dans la LLC, selon les études publiées
entre 2011 et 2013, le taux de mutation est inférieur
à 1 mégabase, soit 20 à 50 mutations par génome (10
à 15 MSR et 5 CNA driver par patient) [4]. Cette valeur
est semblable à celle de la complexité génétique notée
dans la leucémie aiguë myéloïde, mais elle est moindre
que celle des myélomes ou des lymphomes non hodgkiniens (LNH) B agressifs, et sans commune mesure avec
celle observée dans les tumeurs solides.
Dynamiques intraclonales dans l’évolution
de la LLC
Une approche intégrée de l’analyse WES + CNA + SNV
dans des cellules de LLC, couplée à l’analyse du pourcentage de cellules porteuses de chaque anomalie,
pour définir les taux de mutation/CNA clonale versus
sous-clonale a été utilisée sur des échantillons prélevés
à différents moments. Réalisées sur plusieurs années,
avant et après traitement(s) par l’équipe de C.J. Wu
(Boston) [5] et A. Schuh (Oxford) [6], ces recherches ont
permis d’étudier de façon longitudinale l’apparition et
la disparition des mutations avec une finesse d’analyse
sans précédent. Il est ainsi apparu que la fréquence
des mutations clonales (mais pas des sous-clonales)
est liée au statut IGHV muté et à l’âge du patient. Les
anomalies systématiquement clonales, retrouvées dans
NK NK NK NK
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Je cherche
seulement à
proliférer plus vite que TOI
Nous sommes perdus,
ça ne sert à rien de chercher
à proliférer plus vite qu’eux...
LLC
LLC
Figure 1. Compétition clonale darwinienne.
plus de 95 % des cellules, sont la trisomie 12, la del(13q)
et la mutation du gène MYD88. Elles correspondent
à des anomalies présentes dès l’apparition du clone
prétumoral, sans doute même dans les syndromes de
lymphocytose B monoclonale (pre-monoclonal B lymphocytosis [MBL]) [5]. L’apparition subséquente, au cours
de l’évolution de la LLC, de mutations sous-clonales de
type driver (ATM, TP53, NOTCH1, SF3B1) confère un avantage clonal et réduit la durée de vie sans traitement pour
le patient. De plus, la diversité sous-clonale augmente
le plus souvent après les traitements, mais pas toujours
(on pourrait parler de sous-clones panchroniques). En
résumé, pour un patient, la LLC est caractérisée par 3 à
6 sous-clones dérivés du clone prétumoral (6), et la capacité proliférative et antiapoptotique de leurs mutations
driver conditionne leur maintien dans la hiérarchie de
la masse leucémique (figure 2, p. 248).
Tout cela ressemble étrangement à un arbre phylogénétique (plus que généalogique), du type cher à Darwin.
On emploie même les termes, au moment des traitements, de “crise évolutive” ou de “goulot d’étranglement
évolutif”, événements qui modifient drastiquement les
équilibres des clones en présence. L’élimination d’un
clone dominant qui exerçait une influence négative sur
un ou plusieurs sous-clones modifie l’équilibre interclonal et peut favoriser l’émergence de sous-clones
jusque-là non détectables (5, 7). Il existe bel et bien
une coévolution (on s’éloigne un peu du darwinisme
pour passer à des notions plus modernes dans la biologie de l’évolution, apparues après 1950), qui peut
expliquer l’évolution globale de la maladie, mais aussi
le rythme des “vagues clonales”, ou “cycles clonaux”. En
théorie, l’analyse de la composition clonale des MSR/
CNA pourrait prédire quel type de LLC le praticien aura
à traiter lors de la prochaine ligne thérapeutique (8).
Correspondances en Onco-Hématologie - Vol. VIII - n° 6 - novembre-décembre 2013
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Fitness de la mutation
Mutation
driver
Équilibre interclonal
Mutation
driver
FCR
6 cycles
Rechute :
pas d’évolution clonale
Mutation
driver
Compétition interclonale
Temps
FCR
6 cycles
Rechute :
évolution clonale
Mutation Mutation
driver
driver
Figure 2. Représentation schématique de l’évolution clonale au décours des traitements.
Origine des clones dans la LLC
Les organismes se ressemblent parce qu’ils partagent
des caractères hérités d’un ancêtre commun. On
cherche ainsi la Cell Of Origin (COO) d’une tumeur à
partir de sa signature transcriptomique, par exemple.
Dans les lymphomes B, la COO est souvent une cellule
mature, exprimant une immunoglobuline de surface,
et ayant ou non subi une mutation de ses séquences
hypervariables IGHV, après éducation antigénique.
Depuis les premiers travaux de transcriptomique publiés
en 2001 (9), on sait qu’il existe 2 espèces de LLC, selon le
statut mutationnel IGHV. Il s’agit d’un avantage sélectif
important, puisqu’il a maintenant été démontré que ce
marqueur biologique influence significativement la survie sans progression, mais aussi la survie sans récidive
et globale après un traitement de première ligne par
fludarabine, cyclophosphamide et rituximab (FCR). On
expliquait cependant mal le mécanisme physiopathologique menant à ces 2 types de LLC qui partagent un
immunophénotype commun caractérisé par un score
de Matutes de 4 ou 5, en raison d’une méconnaissance
de l’ontogenèse B à ses stades terminaux. Par exemple,
on ne savait pas pourquoi un lymphocyte B ayant muté
ses séquences IGHV exprime CD5. Or, depuis peu, il a
248
été montré que, dans le sang périphérique de chaque
individu, circule une population normale CD5+ CD27+
(passée par la réaction du centre germinatif, Bcl-6+) ou
CD27− (antigène-naïve) dont dérivent respectivement
les LLC IGHV non mutées, et mutées. Ces clones sont
détectables avant même la découverte d’une MBL et,
a fortiori, la LLC de stade A de Binet. Ils constituent
donc sans doute le clone prétumoral, éventuellement
fondateur de la LLC (10). Même les cellules CD34+ des
patients présentent une propension à une expansion
des progéniteurs lymphoïdes B (11). Le rôle joué par
le récepteur B pour l’antigène (BCR) dans l’avantage
sélectif clonal est prépondérant dans l’expansion de
ce clone fondateur, de façon ligand-indépendante
(“tonic BCR”), par mutation activatrice des séquences
ITAM (immunoreceptor tyrosine-based activation motif)
du BCR dans la LLC ou ligand-dépendante. Il ne s’agit
pas, dans ce cas, d’une mutation des composants de
la cascade d’activation, comme dans les LNH B diffus à
grandes cellules. En cas d’expansion ligand-dépendante,
le rôle des autoantigènes est suspecté, notamment
chez les 25 % de patients atteints de LLC avec un BCR
stéréotypé, ou celui d’antigènes exogènes activant les
Toll-Like Receptors (TLR), chez les patients présentant
une mutation de MYD88. Dans les études sur la diversité
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intraclonale réalisées sur de longues périodes de temps
(5-6, 12), le statut IGHV non muté est statistiquement
corrélé à l’apparition de certaines mutations driver,
ce qui peut expliquer pourquoi, par exemple, après
FCR, la rechute survient systématiquement dans les
10 ans, alors que 60 % des patients IGHV mutés n’ont
pas rechuté à 13 ans !
Dépasser Darwin :
science, philosophie, néo-lamarckisme
(et un peu d’imagination)
Les idées, développées par Darwin, d’une création terminée parce que modelée en aval par la sélection naturelle exercée par l’écosystème, des ancêtres communs
(figure 2), de l’élimination des caractères futiles et de
l’utilité de tous les caractères présents dans le clone au
moment de l’analyse ne permettent pas d’appréhender évidemment toutes les possibilités évolutives des
espèces… ni des populations de LLC. Dans les analyses
de séquençage à haut débit, beaucoup de mutations
ont été répertoriées dans des régions non codantes, et
n’ont pas été considérées comme driver. Elles pourraient
pourtant bien constituer au moment voulu un “dépôt
de munitions” dans lequel un sous-clone saura dénicher un avantage crucial au moment d’une catastrophe
évolutive imprévue.
Comme l’état d’avancement de notre technologie ne
nous permet pas de connaître le profil mutationnel
de sous-clones très minoritaires, que 10 à 15 % du
génome humain sont mal connus, mais que l’on sait
que des MSR et des SNV/CNA sont présentes en bonne
fréquence dès le clone tumoral établi (LLC de stade
A paucileucémique, principale population étudiée
dans l’étude princeps de X.S. Puente dans Nature en
2011) [3], on pourrait déraciner l’arbre de Darwin et le
replanter la tête en bas. La tumeur serait alors considérée initialement comme une mosaïque, une hydre
à n têtes, au sein d’un écosystème parfois capable de
la contenir complètement (les fameux 15 à 20 % de
patients avec une LLC jamais évolutive, un statut IGHV
muté, un stade A de Binet). Mais, actuellement, aucun
élément ne permet d’affirmer, comme Darwin, que le
microenvironnement exerce une pression de sélection.
Même l’apparition de sous-clones n’est pas forcément
liée à l’emploi de traitements (heureusement pour les
protocoles d’intervention thérapeutique précoce dans
les stades A de Binet avec facteurs de risque d’évolution rapide…). Il est alors intéressant de reconsidérer
l’évolution clonale comme résultant d’une force motrice
endogène exploitant les circonstances extérieures, à
l’instar de Nietzsche dans “Contre Darwin”. Le philosophe allemand développe une théorie du “surhumain”,
qui dépasse les contraintes de son milieu pour établir
son milieu propre et assurer sa transformation finale.
In vitro, des lymphocytes T CD4 ou CD8, ou des monocytes cultivés avec des cellules de LLC, ne déclenchent
aucune sorte de réaction “immune”. Au contraire, la
cellule leucémique induit dans la cellule immunitaire
des modifications génétiques et fonctionnelles favorables à sa survie. Chez le patient, la LLC est associée à
des manifestations auto-immunes qui démontrent une
perturbation profonde des mécanismes de tolérance
centrale et périphérique. La LLC a ainsi elle aussi établi
“son milieu propre” avant même l’expansion de clones
quantitativement détectables. Ensuite, l’évolution n’est
pas nécessaire, et la LLC peut perdurer, autonome, sans
dynamique interne, pendant des décennies.
Le principe de transformation avait été défendu avant
Darwin par Lamarck, pour expliquer l’évolution des
espèces (qui, selon lui, devaient suivre les lois de la
“nature”, de la “physique”), ce que Darwin inversera en
proposant que l’évolution est une transformation adaptative des espèces (approche résolument anticréationniste),
grâce à la sélection naturelle. Dans la LLC, l’apparition
d’un syndrome de Richter (ou LNH ou LH), plus rapide et
appartenant dans 90 % des cas au même clone que les
autres cellules LLC, mais avec des mutations de TP53 ou
de NOTCH1 très fréquemment observées, est difficile à
expliquer par la “simple” théorie darwinienne. On pourrait
en revanche avoir recours à la théorie des équilibres
ponctués (développée à partir de celle de l’évolution).
En effet, loin de la théorie synthétique de l’évolution, qui
suppose des mutations, une sélection naturelle, et donc
un développement lent, cette théorie “paléontologique”
introduit la notion de catastrophisme pour expliquer l’apparition (ou la disparition) brutale de certaines espèces
(ou clones dans notre exemple). Darwin lui-même avait
introduit cette idée dans l’un de ses recueils, après le
Français F. Trémeaux (1865). Ces à-coups évolutifs brutaux peuvent aussi expliquer pourquoi on ne retrouve
pas de formes transitionnelles entre toutes les espèces
(critique classique de la théorie darwinienne, les fameux
“chaînons manquants”), mais ne conviennent pas tout à
fait à notre exemple de syndrome de Richter. En effet, au
vu du pronostic très péjoratif de cette transformation,
de l’acquisition massive de mutations driver et d’anomalies chromosomiques, de changements phénotypiques
radicaux (par exemple, maladie de Hodgkin), on pourrait
considérer le syndrome de Richter comme un “monstre
prometteur”, au motif de l’apparition d’un nouveau grand
groupe en une échelle de temps très restreinte avec de
grandes mutations (R. Goldschmidt).
Correspondances en Onco-Hématologie - Vol. VIII - n° 6 - novembre-décembre 2013
249
Darwin
et l’hématologie :
la clonalité revisitée
dossier
Conclusion
L’auteur déclare ne pas
avoir de liens d’intérêts.
Lâchez cette revue, mettez-vous au calme pour, selon
ce que ce petit article a réveillé chez vous :
✓ en savoir plus sur la dédarwinisation des esprits (lire
Dépasser Darwin du scientifique Didier Raoult, éditions
Plon) ou la science anticonformiste ;
✓ en savoir plus sur la transformation (pas lamarckienne, mais bien nietzschéenne, lire 33 Leçons de philosophie par et pour les mauvais garçons du philosophe
Alain Guyard, éditions Le Dilettante), parmi d’autres
concepts de philosophie là aussi anticonformiste.
Une autre option est de vous pencher sur votre monde
onirique ; dans ce cas, endormez-vous en repensant à
2 grands préceptes :
✓ “Si vous pensez avoir tout compris, c’est que vous
avez tort” (J. Lacan) ;
✓ “Ceux qui ont une foi excessive dans leurs idées
ne sont pas bien armés pour faire des découvertes”
(C. Bernard).
■
Références
1. Wu CJ. CLL clonal heterogeneity: an ecology of competing
6. Schuh A, Becq J, Humphray S et al. Monitoring chronic
subpopulations. Blood 2012;120(20):4117-8.
and ecological process. Nat Rev Cancer 2006;6(12):924-35.
lymphocytic leukemia progression by whole genome sequencing reveals heterogeneous clonal evolution patterns. Blood
2012;120(20):4191-6.
3. Puente XS, Pinyol M, Quesada V et al. Whole-genome
7. Landau DA, Carter SL, Getz G et al. Clonal evolution in
2. Merlo LM, Pepper JW, Reid BJ et al. Cancer as an evolutionary
sequencing identifies recurrent mutations in chronic lymphocytic leukaemia. Nature 2011;475(7354):101-5.
hematological malignancies and therapeutic implications.
Leukemia 2013. (Epub ahead of print).
4. Wang L, Lawrence MS, Wan Y et al. SF3B1 and other novel
8. Jethwa A, Hüllein J, Stolz T et al. Targeted resequencing
cancer genes in chronic lymphocytic leukemia. N Engl J Med
2011;365(26):2497-506.
for analysis of clonal composition of recurrent gene mutations in chronic lymphocytic leukaemia. Br J Haematol
2013;163(4):496-500.
5. Wu CJ, Landau DA, Carter SL et al. Evolution and impact
9. Rosenwald A, Alizadeh AA, Widhopf G et al. Relation of
of subclonal mutations in chronic lymphocytic leukemia. Cell
2013;152(4):714-26.
gene expression phenotype to immunoglobulin mutation
genotype in B cell chronic lymphocytic leukemia. J Exp Med
2001;194(11):1639-47.
10. Seifert M, Sellmann L, Bloehdorn J et al. Cellular origin and
pathophysiology of chronic lymphocytic leukemia. J Exp Med
2012;209(12):2183-98.
11. Kikushige Y, Ishikawa F, Miyamoto T et al. Self-renewing
hematopoietic stem cell is the primary target in pathogenesis of human chronic lymphocytic leukemia. Cancer Cell
2011;20(2):246-59.
12. Lopez C, Delgado J, Costa D et al. Clonal evolution in chronic lymphocytic leukemia: analysis of correlations with IGHV
mutational status, NOTCH1 mutations an clinical significance.
Genes Chromosomes Cancer 2013;52(10):920-7.
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Périodique de formation
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Périodique
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