Les grandes voies de transmission du signal en cancérologie :

Les grandes voies de transmission du signal en cancérologie :
où en sommes-nous ?
Dynamique des réseaux de signalisation
et réponse aux thérapies ciblées
Pascal GAUDUCHON
Unité "Biologie et Thérapies Innovantes
des Cancers Localement Agressifs" (BioTICLA)
D.E.S. d’ONCOLOGIE, 20 juin 2014
Les caractéristiques des cellules cancéreuses comme cibles thérapeutiques
Hanahan et Weinberg, Cell, 2011
Changements des voies de signalisation dans les cellules cancéreuses
Altérations génétiques et épigénétiques touchant
des (proto)oncogènes et des gènes suppresseurs de tumeurs
Hanahan et Weinberg
Cell, 2000
Hanahan et Weinberg, Cell, 2000
Signalisation oncogène à partir de l’EGFR
Stimulation autocrine
Surexpression
Mutation activatrice
Signal oncogène
Défaut de
régulation négative
Hétérodimérisation
et « dialogue »
Dancey et al., Cell, 2012
“Personalized cancer medicine is based on increased knowledge of the cancer
mutation repertoire and availability of agents that target altered genes or pathways”
Mutation Frequencies
in Common Cancers
“Cancer genetics is accelerating the time
from ‘driver mutation discovery’ to ‘clinical proof-ofconcept’ and the approval of new drugs”
Chin et al., Nature medicine (2011)
Thérapies ciblées en cancérologie :
exemples de voies fréquemment ciblées
Importance de l’identification des altérations moléculaires
en lien avec la réponse à un traitement ciblé
(biomarqueurs prédictifs)
Exemple : thérapies ciblant le récepteur EGFR et mutations du gène K-Ras
Blocage du récepteur
Anticorps monoclonaux
Cetuximab, panitumumab
Inhibition de l’activité kinase du récepteur
Erlotinib, gefitinib
Quand le récepteur est bloqué,
la protéine KRAS normale
n’est pas activée et ne
transmet plus de signal de
prolifération
Blocage
de la prolifération,
de l’invasion,
mort cellulaire,
Amélioration de la survie
KRAS
muté
transmet
en
permanence un signal, que le
récepteur soit actif ou bloqué
Prolifération,
Survie cellulaire
Invasion, métastases
Pas d’amélioration de la survie
Les voies de signalisation sont organisées en réseaux
Dialogue entre voies
Boucles de rétroaction positives et négatives (“feedback”)
Dynamique non
linéaire
Exemple : voie de l’EGFR
La nature des constituants et la structure du réseau
dépendent du contexte cellulaire particulier
Dynamique des réseaux de signalisation
Boucles de rétroaction et nature de la réponse à un stimulus
L’exemple de la voie Ras-MAPK
Modulation de la synthèse de MKP-1 (MAPK Phosphatase)
Variabilité
de la réponse
selon l’efficacité
de la boucle de
rétroaction
Stimulus (EGF)
Bhalla, Progress in Biophysics & Molecular Biology 81 (2003) 45–65
Propriétés dynamiques des réseaux biologiques
Si un élément est inactivé, le réseau peut prendre une autre configuration,
utilisant des solutions de connexion alternatives (« recâblage », « rewiring ») :
Possibilité de produire le même résultat (« output ») par des stratégies d’organisation
différentes : phénotype inchangé
~ « résistance » (robustesse)
Dans d’autres situations, la sortie du réseau peut être changée, selon deux possibilités :
phénotype « dégradé »
~ « régression »
Apparition de nouvelles propriétés
~ « évolution »
Développement de nouvelles thérapies ciblées
• L’adaptation de l’architecture du
réseau peut générer des effets
inattendus lors d’une thérapie ciblée
• La complexité du réseau peut
générer de nouvelles cibles, non
prédictibles a priori, mais d’intérêt
thérapeutique
Exploiting Complexity and the Robustness of Network
Architecture for Drug Discovery
Hellerstein
Journal Of Pharmacology And Experimental Therapeutics, 2008
Modélisation du fonctionnement ?
Un chaînon manquant dans le développement de thérapies ciblées
basé sur la recherche de cibles altérées
Bernards, Cell (2012)
L’organisation en réseau des voies de signalisation
vient souvent compromettre l’action de médicaments dirigés contre une cible unique
Circuits de rétroaction
entre les voies de signalisation
Survie cellulaire
Survie cellulaire
Mort cellulaire
•
l’inactivation ciblée d’un élément
oncogène unique d’une voie
majeure peut induire en retour
l’activation d’une autre voie
•
Les cellules cancéreuses survivent,
malgré le traitement
•
Pour que les promesses des thérapies ciblées deviennent réalité, il est nécessaire de
mieux comprendre la structure des réseaux de signalisation et leur fonctionnement
•
L’association de médicaments dirigés contre des cibles différentes constitue une piste
prometteuse pour éviter l’échappement au traitement (stratégies multicibles)
Inhibition des voies mTOR et MAPK/Erk et sensibilisation à l’ABT-737
Lignée
IGROV1-R10
Lignée
SKOV3
PIP3
PI3K
PIP2
Ras
PDK1
Jebahi et al., 2014
Bim
Raf
T308
P
Akt
P
mTORC2
S473
BEZ235
MEK
Puma
CI-1040
Bim
ERK
Noxa
P
GSK3
Bim
4E-BP1
p70S6K
CREB
CREB
mTORC1
Traduction
ABT-737?
APOPTOSE
Dégradation
13
Unresponsiveness of colon cancer to BRAF(V600E) inhibition
through feedback activation of EGFR
Prahallad et al, 2012, Nature 483, 100–103
70% des mélanomes primaires
~10% des cancers colorectaux (CRC)
Mutation activatrice
de l’oncogène BRAF
(BRAF(V600E))
Resistant to
vemurafenib
Réponse clinique :
~80%
• Intérêt d’une thérapie combinatoire associant
anti-BRAF et anti-EGFR dans les CRC
BRAF(V600E)
Réponse clinique :
~5 %
Reprogrammation dynamique du « kinome » en réponse à une thérapie ciblant MEK (MAPKK)
dans les cancers du sein triple négatifs
Duncan, Cell 149: 307-321
•
Voie RAF-MEK1/2-ERK1/2
activée
•
L’inhibiteur de MEK empêche
l’activation de ERK
•
ERK1/2 phosphoryle c-Myc
•
c-Myc est dégradé via le protéasome
•
c-Myc stabilisé bloque
l’expression de gènes codant
pour des RTK
•
L’expression de certains RTK est
déréprimée
Grave, Biochem. J. (2013) 450, 1–8
Analyse du kinome
Reprogrammation dynamique du « kinome » en réponse à une thérapie ciblant MEK (MAPKK)
dans les cancers du sein triple négatifs
Duncan, Cell 149: 307-321
Sorafenib
•
Les RTK activés induisent
l’activation
de
MEK2
malgré la présence de
l’inhibiteur
résistance
Efficacité de l’association
AZD6244 + Sorafénib
(modèle murin)
•
La réponse du kinome est spécifique de l’inhibiteur
•
Elle varie d’un type tumoral à l’autre, pour le même inhibiteur
Network Medicine Strikes a Blow against Breast Cancer
Erler, 2012
L’administration séquentielle de deux médicaments anticancéreux favorise la mort
cellulaire grâce au «recâblage » induit par le premier traitement
Erlotinib
Doxorubicine
Cancers du sein triple négatifs
1+1≠2
Lee et al., 2012, Cell 149, 780–794,
Network Medicine Strikes a Blow against Breast Cancer
•
Etude comparative de l’influence des différents modalités d’administration sur les réseaux de signalisation,
par des méthodes à haut débit :
expression différentielle des gènes (transcriptome)
niveau et état d’activation de 35 protéines de signalisation (reverse phase protein microarrays)
L’adaptation du réseau engendre une vulnérabilité accrue vis-à-vis des dommages à l’ADN
La sensibilité accrue à la DOX après traitement
par l’Erlotinib repose notamment sur le clivage de
la caspase 8
Dans la lignée HER2+, le traitement préalable au
Lapatinib augmente également la sensibilité à la
DOX, via la caspase 8
Le protocole ERL
DOX est également plus
efficace dans des lignées de cancer bronchique
Lee, 2012, Cell 149:780
A Nanoparticle-Based Combination Chemotherapy
Delivery System for Enhanced Tumor Killing by
Dynamic Rewiring of Signaling Pathways
•
Morton, Science Signaling , 7 (325), ra44 (2014)
La libération décalée dans le temps de l’Erlotinib et de la DOX à partir d’une nanoparticule
(liposome) augmente l’efficacité in vitro et in vivo
In vivo
PBS pH 7.4 , 37°C
In vitro
R. H. Fang, L. Zhang, Combinatorial nanotherapeutics: Rewiring, then killing, cancer cells. Sci. Signal. 7, pe13 (2014).
Le recâblage du métabolisme peut participer à la résistance aux thérapies ciblées
The glucose-deprivation network counteracts lapatinib-induced toxicity in resistant ErbB2positive breast cancer cells
Komurov et al., 2012, Molecular Systems Biology 8:596
modèle cellulaire de résistance induite par exposition répétée au Lapatinib
•
La résistance repose en partie sur une adaptation métabolique résultant de la
réorganisation des réseaux métaboliques
Locasale, 2012, Molecular Systems Biology 8:597
Les miARNs, de petits ARN non-codants régulateurs
- Petits ARN interférents simple brin d’environ 20 nt
- 2578 miARNs matures
(miRBase v20.0, 06/2013)
identifiés
chez
l’Homme
- Régulation négative de l’expression génique par interaction avec
la région 3’-UTR des ARN messagers
- Impliqués dans la régulation de processus physiologiques
fondamentaux
- Présents dans de nombreux fluides biologiques (sang, urine…)
Action sur des réseaux de cibles
Schwarzenbach H et al. , Nat. Rev. Clin. Oncol. (2014)
miARNs : oncogènes et gènes suppresseurs de tumeurs
Garzon et al, TIMM 12, 580, 2006
Caractérisation des cibles de miARNs et des réseaux de régulation associés
Mlcochova
Caractérisation des cibles de miARNs
et des réseaux de régulation associés
Approches pharmacologiques
multi-cibles ?
Différents membres de la famille des protéines Bcl-2
jouent des rôles importants et antagonistes dans le contrôle de l’apoptose
Anti-apoptotiques
Bcl-xL ; Mcl-1 ; Bcl-2
ABT-737
Pro-apoptotiques
Bax ; Bak
Bim ; Noxa
Bcl-xL et Mcl-1 coopèrent pour
les protéger les cellules cancéreuses ovariennes contre l’apoptose
Bcl-xL / Mcl-1
Leur inactivation concomitante induit une mort
massive par apoptose
APOPTOSE
APOPTOSE
Opportunité thérapeutique
Identification d’un premier miARN tueur : miR-491-5p
Inutilisable comme médicament
Proposition d’une nouvelle combinaison d’agents pharmacologiques
associant un inhibiteur de l’EGFR et un BH3 mimétique
Apoptose
Denoyelle et al.
CDD, under revision
Lignée IGROV1R10
La combinaison de données issues
de la génomique, de la protéomique et des réseaux de signalisation
est un élément clé du succès thérapeutique en cancérologie…
Yaffe, Science Signaling 2013
et va de pair avec la prise en compte de la dynamique
et de l’hétérogénéité des réponses tumorales
Tyson & Quaranta, Per Med. 2013; 10(3): 221–225
Développement des thérapies ciblées : le modèle translationnel
Science Signaling 2013, 6 (294), pe32
MERCI POUR VOTRE ATTENTION
Remerciements
Christophe Denoyelle
Marie Villedieu
D.E.S. d’ONCOLOGIE, 20 juin 2014