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 T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T NK NK NK NK NK NK NK NK T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T NK NK NK NK NK NK NK NK T T T T T T T T T T T T NK NK NK NK NK NK NK NK T T T T T T T T T T T T NK NK NK 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 247 Darwin et l’hématologie : la clonalité revisitée dossier 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 Correspondances en Onco-Hématologie - Vol. VIII - n° 6 - novembre-décembre 2013 Vers une théorie synthétique de l’évolution dans la leucémie lymphoïde chronique ? 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. 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Prochain numéro de formation Périodique de formation Parution en février 2014 Périodique Dossier : E-journal de l’ASH Formes familialess gn igne des hémopathies mal erry Leblanc par Thierry Coordonné t Hémopathies lymphoïdes Sylvain Choquet t Hémopathies myéloïdes es lieux familiales : état des DOSSIER Darwin et l’hém la clonalité atologie : revisitée Coordonné t ”Next par familiales – Thierry Leblanc et leucémogenèsee – Jean Donadieu asiess des myélodysplasie t GATA2 : un nouveau gènemyéloblastiques familial amilialeess – et des leucémies aiguës e Delabess Marlène Pasquet, Éric ommairree … tout le sommai generat Marie-Chris tine Béné Bertrand Nad ion Darwin” el t Les leucémi le modèle es aiguës lymphoblas néo-darwin tiques : André Baru ien par fait chel ? t Hétérogé néité et séle ction clon myéloblastiq ale Jacques Dela ues : l’approche darw dans les leucémies aigu unay inienne de la chimioré ës t L’épopée sistance darw Michaela Font inienne des syn dromes myé enay lodysplasiqu t Hétérog énéité intr es atumoral dans le myé e et dynami lom e mul que Stéphane Minv tiple évolutive ielle t Leucémie myéloïde chronique, et évolutio ns Darwin Catherine Roch clonales e-Lestienne, t Vers une Elise Boudry-La théo bis dans la leuc rie synthétique de Loïc Ysebaert émie lymphoïde chrol’évolution nique ? tobre 2013 Toute l’actualité de votre spécialité sur www.edimark.tv m aa rr kk .. ff rr ww ww ww .. ee dd ii m 2013 € Vol. VIII - n° 6 - novembr e-décembre Vol. VIII - n° 4-5 - juillet-oc DPC Bimestriel Prix du numéro : 39 Coordonné par Laurence Legros www.edimar UVER SUR : k.fr/ejournau x/ASH/2013 t Neutropénies congénitales SAS Société éditrice : EDIMARK 4820 1954 : 1954-4820 AP : 0114T88680 - ISSN CCPPAP CPPA Myélofibrose en direct 2013 À RETRO … tout le som maire DPC Société éditrice CPPAAP : 0114T8 : EDIMARK SAS CCPPAP 8680 - ISSN : 1954-4820 Bimestriel Prix du numéro : 28 € Toute l’actu de votre spéci alité alité sur tv ww ww ww .. ee 250 Abonnez-vous sur www.edimark.fr www.edim ark. dd ii m m aa rr kk .. ff rr Correspondances en Onco-Hématologie - Vol. VIII - n° 6 - novembre-décembre 2013