Modèles animaux du cancer papillaire de la thyroïde

Du nouveau pour
le cancer de la thyroïde !
dossier
thématique
Modèles animaux du cancer papillaire
de la thyroïde
Animal models of papillary thyroid cancers
Camille Buffet*
Mouse models of Papillary Thyroid Cancer (PTC) are valuable
tools in elucidating the role in the initiation and/or tumor
progression of activating-mutations of genes encoding
effectors of the Mitogen-Activated Protein Kinase (MAPK)
pathway (RET/PTC rearrangement, activating-point
mutations of Ras or B-Raf ).
(CPT) ont permis de valider le rôle dans l’initiation et/ou la
progression tumorale des altérations génétiques de la voie MAPK
(réarrangement RET/PTC, mutation activatrice des oncogènes
Ras et B-Raf ) identifiées dans environ 70 % des CPT.
»»Les modèles animaux existants sont principalement les souris
transgéniques et les souris immunodéficientes ayant reçu une
xénogreffe de tissus ou de lignées cellulaires de CPT humains
en position orthotopique.
»»Aucun modèle ne reproduit pleinement tous les aspects du CPT.
»»Ces modèles sont intéressants pour tester de nouveaux agents
anticancéreux, avant leur utilisation chez l’être humain.
Highlights
p o i nt s f o rt s
»»Les modèles murins de cancer papillaire de la thyroïde
Mots-clés : Xénogreffe – Souris transgéniques – Voie MAPK – Cancer
papillaire – Modèles animaux.
P
* Institut Cochin,
département endocrino­
logie métabolisme
et cancer, équipe tumeurs
endocrines
et signalisation, Paris.
190
armi les différents types histologiques de cancers de la thyroïde, les cancers différenciés de
type papillaire, développés à partir des cellules
épithéliales folliculaires, sont les plus fréquents (80 %
de tous les cancers de la thyroïde) et leur incidence
ne cesse d’augmenter depuis plusieurs décennies.
Les autres cancers développés à partir des cellules folliculaires (vésiculaire, peu différencié et anaplasique)
représentent moins de 15 % de tous les cancers thyroïdiens.
Les anomalies de la voie Mitogen Activated Protein kinase
(MAPK) jouent un rôle clé dans la pathogenèse des
cancers papillaires de la thyroïde (CPT). Des anomalies
moléculaires conduisant à une activation constitutive de
cette voie sont identifiables dans environ 70 % des CPT.
Les 3 principales altérations génétiques caractérisées
dans les CPT sont (figure 1) :
✓✓ les réarrangements chromosomiques de type RET/
PTC (≃ 20 %) ;
✓✓ les mutations ponctuelles des isoformes de Ras :
H-Ras, N-Ras ou K-Ras (≃ 10 %) ;
Most animal models of PTC are genetically engineered mouse
models of thyroid cancer and xenografts of human thyroid
tumor tissue or immortalized thyroid carcinoma cell lines into
Severe Combined ImmunoDeficient (SCID) mice.
None of these models are fully satisfactory.
These models are useful for testing novel anticancer agents
prior to use in humans.
Keywords: Xenograft – Transgenic mice – MAPK pathway
Papillary thyroid cancer – Animal models.
✓✓ les mutations activatrices de l’oncogène B-Raf,
événement génétique le plus fréquent dans les CPT,
retrouvé dans 40 à 50 % des cas. Ces mutations sont
spécifiques des carcinomes papillaires, peu différenciés
et anaplasiques, à l’exclusion des carcinomes vésiculaires. La mutation retrouvée de façon quasi exclusive
est de type B-RafV600E, rendant la kinase constitutivement active.
Dans les CPT, ces événements moléculaires sont le plus
souvent mutuellement exclusifs : une seule anomalie
est présente au sein d’un carcinome et suffit à activer
la voie de façon constitutive.
Les modèles animaux des cancers papillaires ont
conduit à mieux comprendre les conséquences
de ces anomalies moléculaires sur le phénotype
tumoral et son comportement clinicobiologique.
De plus, ils permettent d’évaluer l’intérêt de thérapies ciblées (de type inhibiteur de tyrosine kinase,
comme par exemple le sorafénib, qui inhibe l’oncogène B-Raf ), en présence d’un oncogène spécifique.
Nous aborderons dans cette revue de la littérature les
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différents modèles de CPT et leurs principaux apports.
Les différentes stratégies utilisées sont :
✓✓ la xénogreffe de tissus ou de lignées cellulaires
de cancer thyroïdien humain chez des souris ayant
un déficit immunitaire combiné sévère (souris SCID)
ou des souris Nude (athymique), essentiellement en
position orthotopique ;
✓✓ les souris transgéniques.
Voie MAPK
RET/PTC
20 %
Le modèle de choix est celui des xénogreffes orthotopiques. En raison de leurs nombreuses limites, les
xénogreffes de tissus ou de lignées cellulaires de CPT
humains sous-cutanées sont moins utilisées pour
l’étude des CPT (tableau I). De façon générale, ces
2 modèles ont comme limite :
✓✓ de ne pas permettre d’étudier l’interaction entre la
tumeur et le système immunitaire ;
✓✓ la survenue spontanée fréquente de multiples
lésions néoplasiques.
Les avantages et les inconvénients spécifiques de ces
modèles sont résumés dans le tableau I.
Ahn et al. (1) ont montré que l’injection orthotopique
chez des souris Nude de lignées cellulaires de PTC
humain porteuses d’une mutation B-RafV600E ou d’un
réarrangement RET/PTC1 était techniquement faisable
et bien tolérée par l’animal. Les xénogreffes réalisées
ont permis d'obtenir, avec une bonne efficacité, des
CPT reproduisant certaines caractéristiques des CPT
humains (invasion locale, survenue de métastases
ganglionnaires et pulmonaires, présence de composantes peu différenciées ou indifférenciées pour les
tumeurs B-RafV600E). Cependant, la détection clinique
des tumeurs à un stade précoce était difficile en raison
de la profondeur de leur localisation cervicale. Pour
remédier à ce problème, l’équipe de M. Bouvet (2) a
créé un modèle murin de CPT et de cancer anaplasique
par xénogreffe orthotopique de lignées cellulaires
humaines fluorescentes (marquage des cellules avec
la Green ou Red Fluorescent Protein). Cette technique
a permis de détecter précocement les tumeurs et les
micrométastases pulmonaires grâce à une imagerie
non invasive détectant la fluorescence.
H-RasV12 P 10 %
B-RafV600E
P
MEK
MEK
P
+
–
P
45 %
ERK
P
ERK
Xénogreffes de souris immunodéficientes
Boucle de régulation
P
DUal Specificity
Cytoplasme
Phosphatase
P
ERK
DUSP6
P
ERK P
P
Dédifférenciation
Prolifération
Noyau
(DUSP)
–
DUSP5
Figure 1. Schéma de la voie des MAPK et des principaux oncogènes impliqués dans le développement des CPT.
Tableau I. Avantages et inconvénients des xénogreffes de souris immunodéficientes.
Souris SCID
ou Nude
+
Xénogreffe
sous-cutanée
Xénogreffe
orthotopique
–
• Implantation tumorale dans
un microenvironnement artificiel
qui ne reproduit pas l’interaction
entre les cellules tumorales
et l’environnement natif
• Survenue rare de métastases
ganglionnaires et pulmonaires
• Reproduit l’interaction entre les
cellules tumorales et l’environnement natif
• Permet d’étudier le potentiel
métastatique de la tumeur initiale
• Reproduit la morbidité liée à la
croissance de la tumeur (compression trachéale, œsophagienne)
Ne reproduit pas les stades
prénéoplasiques
Souris transgéniques
Réarrangement chromosomique RET/PTC1
Les modèles murins ont montré de façon constante
que le réarrangement RET/PTC était un événement
précoce, capable d’initier la carcinogenèse thyroïdienne.
Tous les modèles conçus, exprimant RET/PTC1 sous
contrôle du promoteur de la thyroglobuline (Tg) bovine
(3, 4) ou de rat (5), conduisent à l’apparition de CPT.
Néanmoins, leur potentiel invasif est faible, ce qui suggère que la survenue d’autres événements est nécessaire pour permettre la progression tumorale, comme
la perte du gène suppresseur de tumeurs p53 (6).
Les principales caractéristiques des modèles murins
transgéniques et la comparaison avec les tumeurs
humaines sont résumées dans le tableau II, p. 192.
Réarrangement chromosomique RET/PTC3
Les souris transgéniques RET/PCT3 développent tout
comme l’homme, des CPT de forme solide, avec des
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Tableau II. Modèles de souris transgéniques : résumé des caractéristiques et comparaison avec les cancers humains.
Modèle
Morphologie tumorale
Principe
Homme
Souris
RET/PTC1
Expression du transgène sous contrôle
du promoteur de la thyroglobuline (Tg)
bovine ou de rat
CPT classique
CPT classique
± anaplasique
RET/PTC1
+ p53-/-
Idem + croisement avec des souris p53-/-
CPT et cancer anaplasique
CPT et cancer anaplasique
RET/PTC3
Expression du transgène sous contrôle
du promoteur de la Tg bovine
- CPT classique ou variant solide
- Rarement peu différencié
ou anaplasique
CPT ± variant solide
- Inv
- M1
RET/PTC3
+ p53-/-
Idem + croisement avec des souris p53-/-
CPT et cancer anaplasique
- CPT classique ou variant solide
- Secteur peu différencié
ou anaplasique fréquent
Pote
(loc
B-RafV600E
Expression du transgène sous contrôle
du promoteur de la Tg bovine ± inductible
par la doxycycline
- CPT classique, à cellules hautes
- Cancer peu différencié
ou anaplasique
CPT classique, à cellules hautes
± secteur anaplasique
- Inv
- Év
siqu
de d
Knock-in de B-RafV600E
- CPT classique, à cellules hautes
- 0 anaplasie
c-Ha-Ras
Expression du transgène sous contrôle
du promoteur de la Tg
CPT de variant vésiculaire
± cancer peu différencié
ou anaplasique
H-RasG12V
Knock-in de H-RasG12V exprimé sous
le contrôle de son propre promoteur
Pas de CPT
K-RasG12D
Knock-in de K-RasG12D (expression dans la
thyroïde induite par le tamoxifène)
Pas de CPT
TRK-T1
Expression du transgène sous contrôle
du promoteur de la Tg bovine
CPT
± cancer peu différencié
ou anaplasique
CPT classique ou pas de cancer
(pour une des lignées)
Carcinomes avec papilles
(pas d’anomalies nucléaires
typiques) ± variant solide
hypoT : hypothyroïdie ; peu diff. : peu différencié ; NR : non rapporté ; c-Ha-Ras : human activated Ras.
métastases ganglionnaires dans environ 2/3 des cas,
sans métastases à distance. L’analyse de la tumorigenèse
chez des souris RET/PTC3p53-/- révèle un rôle important
de la perte d’expression de p53 pour la progression du
CPT vers des stades peu différenciés et/ou anaplasiques.
Oncogène B-RafV600E
Il existe 4 modèles différents de souris transgéniques
porteuses de l’oncogène B-RafV600E :
✓✓ expression de l’oncogène B-RafV600E sous le contrôle
du promoteur de la Tg bovine, de façon inductible (7)
ou non (8) par la doxycycline, pour induire une surexpression du transgène ;
✓✓ knock-in de B-RafV600E dans les thyrocytes, en croisant
des souris ayant un allèle B-RafV600E latent avec des souris
exprimant une recombinase Cre sous le contrôle du promoteur de la thyroperoxydase (TPO) [9]. L’expression de la
192
recombinase Cre, liée à l’activité du promoteur de la TPO,
n’apparaît qu’à partir du 14e jour de vie embryonnaire. Ce
modèle de souris transgénique va permettre l’expression
de l’oncogène sous le contrôle de son propre promoteur,
et cela de façon spécifique dans les thyrocytes ;
✓✓ knock-in de B-RafV600E, selon le même principe que
précédemment, hormis le fait que la recombinase Cre
est sous le contrôle d’un promoteur (toujours celui de la
TPO), inductible par le tamoxifène (10). L’avantage de ce
système est de permettre un contrôle de l’expression de
B-RafV600E dans l’espace (la thyroïde) et le temps (expression uniquement après administration de tamoxifène).
Tous ces modèles murins permettent le développement de CPT récapitulant les caractéristiques clés de
la pathologie humaine : CPT de forme classique, variant
à cellules hautes, composante anaplasique, invasion
locale. Néanmoins, aucun ne reproduit la survenue de
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± In
±N
±M
Cap
Pote
(loc
± In
±N
±M
± Év
peu
e
s
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Signes d’agressivité
Homme
Trouble hormonal
Souris
Homme
Souris
Références
± Invasion locale
± N1
± M1
Capacité à concentrer l’iode
Potentiel invasif +++
(local, N1, M1)
Invasion locale limitée
0
hypoT
(3-5)
- Invasion locale
- 0 N1
- 1 M1 hépatique d’un cancer
anaplasique
0
hypoT
(6)
- Invasion locale et N1 fréquents
- M1 + rare
- Invasion locale
- rare N1 (< 10 %)
- 0 M1 (sauf si croisement
avec des souris p53-/-)
0
NR
(11)
Potentiel invasif +++
(local, N1, M1)
Invasion locale et à distance rare
0
NR
(12)
- Invasion locale et N1 fréquents
- Évolution vers cancer anaplasique avec perte des marqueurs
de différenciation
- Invasion locale
± N1
- 0 M1
-  expression des marqueurs
de différenciation
0
 TSH
T4L N
(7, 8)
0
 TSH
T4L 
(9, 10)
± Invasion locale
± N1
± Métastase à distance
± Invasion locale
- Rares métastases pulmonaires
(diagnostic histologique incertain)
0
0
(9)
-
0
0
(13)
-
0
0
(10)
- Pas d’évolution vers cancer peu différencié
- 0 N1
- 0 M1
0
NR
(14)
± Évolution vers cancer
peu différencié
métastases à distance, notamment au niveau pulmonaire.
Le fait que la tumorigenèse du CPT puisse être induite
par une expression endogène de l’oncogène B-RafV600E
(9, 10) aussi bien que par une surexpression de ce
transgène (8) est un argument important pour impliquer les mutations activatrices de l’oncogène BRAF
comme événement inaugurant le développement
tumoral. Ces modèles suggèrent aussi que cet oncogène joue un rôle dans la progression vers les cancers
moins différenciés.
Le modèle murin de Chakravarty (7) permet “d’allumer”
et “d’éteindre” l’expression de l’oncogène B-RafV600E
spécifiquement dans la thyroïde, respectivement,
en traitant ou en sevrant les souris par la doxycycline. Cela s’accompagne de l’apparition de CPT qui
régressent lors de l’arrêt de l’expression de B-RafV600E.
Ce modèle démontre la dépendance des CPT vis-à-vis
de l’oncogène et leur réversibilité après la disparition
de ce dernier (sevrage en doxycycline responsable
de l’arrêt de l’expression de B-RafV600E ou l’inhibition
pharmacologique (inhibiteurs de MEK ou de B-RafV600E).
Ces données plaident en faveur d’une dépendance
de la tumeur à l’oncogène initial (“oncogene addiction” pour les anglophones). Ces modèles animaux
permettent ensuite de tester les thérapies ciblées à
différents stades de la cancérogenèse.
Une élévation de la Thyroid Stimulating Hormone (TSH)
est constatée dans tous ces modèles de souris transgéniques, en rapport avec une baisse de l’expression
de gènes importants pour la synthèse des hormones
thyroïdiennes (processus de dédifférenciation avec
la prolifération tumorale). Ces résultats rappellent les
observations faites chez l’homme, pour les CPT mutés
B-RafV600E, de baisse, voire de perte d’expression de la
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Tg, de la TPO et du NIS (Sodium Iodide Symporter), cela
conduisant au développement des cancers réfractaires,
résistant au traitement par l’iode radioactif.
Oncogène H-Ras
Un modèle de 4 lignées de souris transgéniques, exprimant H-Ras muté sous le contrôle du promoteur de la
Tg bovine, a permis le développement de CPT pour 3
lignées, sans que ce phénotype puisse être maintenu
chez la descendance. Deux modèles murins récents de
knock-in du gène Ras (9, 10) n’entraînent pas la survenue
de CPT, même après exposition à des taux supraphysiologiques de TSH, secondaires à l’administration de
propylthiouracile.
Réarrangement TRK-T1
Le réarrangement entre le récepteur NTRK1 et un
partenaire de fusion (le gène TPR) a été rapporté
dans les CPT avec une fréquence comprise entre 0
et 12 % des patients, selon les séries. La protéine de
fusion TRK-T1 qui résulte de ce réarrangement semble
responsable de l’activation constitutive de voies de
signalisation mitogéniques. In vitro, TRK-T1 peut
transformer la lignée cellulaire NIH3T3 (fibroblastes),
mais est incapable de promouvoir la croissance ou
d’entraîner une dédifférenciation de la lignée PCCL3
(thyroïde de rat).
Le modèle de souris transgénique TRK-T1 a permis de
mieux comprendre le rôle de TRK-T1 dans la genèse des
CPT. La perte de l’architecture thyroïdienne normale,
l’apparition d’une hyperplasie et de carcinomes thyroïdiens chez certaines souris avant 7 mois montrent que
TRK-T1 est capable de causer la tumorigenèse thyroïdienne. Néanmoins, TRK-T1 semble être un oncogène
moins puissant que RET/PTC1, puisqu’un peu moins de
50 % des souris transgéniques TRK-T1 développent un
CPT contre 100 % pour les autres. De plus, la survenue
tardive de la plupart des CPT chez les souris suggère
que l’oncogène TRK-T1 donne un avantage sélectif aux
cellules épithéliales pour survivre mais que la formation
de CPT nécessite l’accumulation d’autres anomalies
génétiques.
Conclusion
Le développement de ces modèles murins de cancers
de la thyroïde a permis de confirmer le potentiel oncogénique d’altérations moléculaires isolées de la voie
des MAPK ainsi que l’importance d’effets génétiques
additifs et synergistiques comme les délétions de p53
et les réarrangements RET/PTC. De plus, ces modèles
ont permis de mieux comprendre le rôle de différentes
voies de signalisation (MAPK, PI3K) dans la tumori­
genèse thyroïdienne.
Enfin, ces modèles sont importants pour le développement de thérapies ciblées avant leur utilisation chez
l’homme. ■
Références
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