De la biologie moléculaire au diagnostic. J. Lehmann-Che, Laboratoire d oncologie moléculaire D. Pouessel, Oncologie Médicale Hôpital St Louis

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1 De la biologie moléculaire au diagnostic J. Lehmann-Che, Laboratoire d oncologie moléculaire D. Pouessel, Oncologie Médicale Hôpital St Louis

2 Plan Introduction Exemple du cancer du poumon Généralités Epidémiologie Facteurs de risque L adénocarcinome bronchique muté EGFR L adénocarcinome bronchique avec translocation ALK Conclusions Conclusions

3 Introduction

4 Les grands principes de la transformation

5 Les grands principes de la transformation Une multitude de façons d y parvenir carte d identité

6 Pourquoi identifier les altérations moléculaires des cancers?

7 Mise en évidence des altérations moléculaires Plusieurs niveaux de complexité pour exploiter et comprendre le fonctionnement de l information génétique d une cellule Génome Transcriptome Protéome Un génome, Des dizaines de milliers de gènes Génomique Population variable de transcrits Transcriptomique Profil protéique Protéomique La révolution des «omics» Vision globale permettant une nouvelle façon d analyser les phénomènes bio

8 En pratique Génome Au niveau de l ADN tumoral Anomalies qualitatives/quantitatives Transcriptome Au niveau de l ARN tumoral Anomalies d expression, transcrits fusions Protéome Au niveau des protéines

9 Pourquoi identifier les altérations moléculaires des cancers? Identifier les altération géniques d une tumeur pour: - définir de nouvelles classifications des cancers - générer des prédicteurs moléculaires - effectuer un tri moléculaire des tumeurs permettant de personnaliser le traitement

10 Connaître l identité de la tumeur c est: résistance toxicité Hétérogénéité tumorale Patients bénéficiant du traitement Proposer le traitement le plus adapté à la tumeur du patient Thérapeutique ciblée

11 L addiction oncogénique A A La cellule cancéreuse devient dépendante, «addicte» d un ou quelques oncogènes pour maintenir sa survie et son phénotype tumoral Science 2002

12 L addiction oncogénique Les preuves du concept: Des modèles chez la souris démontrent le même effet de dépendance

13 L utilisation en clinique L addiction oncogénique

14 Exemple du (ou des) cancer(s) du poumon Généralités

15 Epidémiologie du cancer du poumon Incidence variable : de 2 pour personnes/an chez la femme en Afrique à 61.2 pour personnes/an chez l homme en Amérique du Nord (51,7 et 18,6/ pers/an chez l homme et la femme en France en 2012) Augmentation dramatique de cette incidence prévue en Chine dans les prochaines années En France : 2012: nouveaux cas 4 ème rang des cancers décès par an 1 ère cause de décès par cancer - 2d : colon ( décès) - 3 ème : sein ( décès) L âge moyen de survenue est de 66 ans chez l homme et 65 ans chez la femme

16 Epidémiologie du KP dans le monde Nbre Décès Sein Poumon Prostate Estomac Colon et Rectum Col Utérus Foie Œsophage Vessie Ovaire Uterus ORL Nbre décès Nbre et décès par cancer dans le monde en 2002 chez l homme Kamangar, J Clin Onco 2006; 24:

17 Epidémiologie du KP dans le monde Nbre Décès Sein Poumon Prostate Estomac Colon et Rectum Col Utérus Foie Œsophage Vessie Ovaire Corps Uterus ORL Nbre décès Nbre et décès par cancer dans le monde en 2002 chez la femme Kamangar, J Clin Onco 2006; 24:

18 Epidémiologie du KP dans le monde Incidence en fonction de l'âge Age Nbre pour personnes/an Homme Femme 0,1 Kamangar, J Clin Onco 2006; 24:

19 Epidémiologie du KP en France

20 Types histologiques des cancers du poumon Cancer Non à Petites Cellules Cancer à Petites Cellules Carcinome à petites cellules 20 à 25% Tumeur proximale Envahissement Ganglionnaire médiastinal Dissémination métastatique Initiale > 70% Adénocarcinome Adénocarcinome invasif Tumeur périphérique Volontiers métastatique Adénocarcinome lépidique (carcinome bronchiolo-alvéolaire) <5% Nodule périphérique Ou opacité alvéolaire «pneumonique» Respect de l architecture pulmonaire Carcinome à grandes cellules Carcinome épidermoïde 20 à 40% 5 % 10 à 20% Tumeur proximale à développement 30 à 40% Endo-bronchique (bourgeon endobronchique)

21 Facteurs de risque des cancers du poumon Tabac % Autres causes: - Expositions professionnelles: amiante, arsenic, silice, - Carcinogènes environnementaux: radon, diesel - Sexe, ethnie, hérédité - Alimentaires : Régime pauvre en légumes verts et fruits frais

22 Le tabac et cancer Le tabac = décès par cancer/ an en France Décrit comme FdR de 17 cancers: Poumon, ORL, Voies urinaires, rein, col de l utérus, ovaire, sein Côlon, rectum, estomac Certaines hémopathies D autres risques

23 Le tabac et cancer du poumon 3 facteurs associés aux risques de survenue de KP * Le nombre total de cigarettes fumées La durée du tabagisme L âge de début Cigarettes/jour Non-fumeurs > 30 Risques relatifs de KP Homme Femme * Peto, IARC Sci Publ 1986: Doll, J Epidemiol Commun H 1978; 26:

24 Lien entre tabagisme et mortalité par KP Décès annuels dans le monde * millions millions > 500 millions Total XX e s 100 millions Total XXI e s 1000 millions Un cancer lié au tabac * Peto R, ASCO 2003

25 Risque de décès par KP après arrêt du tabac 1.4 fumeurs Décès pour ex-fumeurs non fumeurs années d'arrêt du tabagisme Doll R et Peto R, British Medical Journal

26 Toxiques du tabac 4000 produits chimiques dans la fumée, dont 43 carcinogènes identifiés : Hydrocarbures aromatiques polycycliques Nitrosamines +++ (tabagisme passif) Benzène Hydrocarbures hétérocycliques Polonium-210 radioactif Dépendance : Nicotine (=nitrosamine)

27 Facteurs de risque Tabagisme passif Tabagisme passif et cancer du poumon * L exposition d un non-fumeur à la fumée de tabac augmente son risque de cancer bronchique de 26% * Une relation dose-effet est démontrée: - augmentation du risque de 23% chez le non-fumeur par 10 cigarettes quotidiennes fumées chez le fumeur * Le risque relatif est de 1,26 Trédaniel, Rev Mal Resp 2006; 23: 4S67-4S73

28 Facteurs de risque Exposition professionnelle Exemple de l amiante RELATIVE RISKS OF DEATH FROM LUNG CANCER AMONG INDIVIDUALS WITH AND WITHOUT EXPOSURE TO CIGARETTE SMOKING AND ASBESTOS. 60 «Prospective cohort of 17,800 asbestos-exposed workers compared with 73,763 asbestosunexposed workers» RR lung cancer Non smoker Smoker Asbestos non exposed Asbestos exposed ASBESTOS SMOKING No Yes No Yes Hammond et al. Ann NY Acad Sci 1979; 330:

29 Facteurs de risque Prédisposition ethnique 300 Incidence/ Etude sur américains, sur 8 ans, tous fumeurs de plus de 10 cigarettes par jour Noirs Natifs de Hawaï D'origine latine D'origine asiatique Blancs Haiman, NEJM 2006;354:333-42

30 Facteurs de risque Sexe Etude sur le risque de décès par cancer du poumon chez les non-fumeurs * adultes étudiés sur 2 études : Cancer Prevention Study (CPS I) de 1959 à 1972 Cancer Prevention Study (CPS II) de 1982 à 2000 * Résultats Les hommes ont un risque plus élevé que les femmes (17,1 versus 14,7)! Les femmes noires ont un risque plus élevé que les femmes blanches Il existe une tendance à une augmentation de ce risque chez les femmes mais pas chez les hommes Thun, Journal of national Cancer Institue 2006;10:691-99

31 Facteurs de risque Prédisposition familiale Etudes japonaises sur 13 ans Suivi de sujets ( hommes et femmes): * 791 cas de cancers du poumon (584 hommes femmes) Résultats : Il existe une augmentation du risque d hérédité familiale de cancer du poumon * Chez les femmes / aux hommes * Chez les non-fumeurs / aux fumeurs * Dans le C. épidermoïde / aux autres types histologiques Il n existe pas plus de KP dans les familles atteintes de tout type de cancers Nitadori, Chest 2006;130:968-75

32 De l histologie à la biologie moléculaire L exposition à des risques différents conduit probablement à des cancers différents Identification de cancers du poumon différents sur le plan moléculaire De nombreuses anomalies moléculaires - Isolées ou associées - Plus ou moins associées au tabagisme Intérêt de la génétique des cancers du poumon

33 Exemple des cancers du poumon L adénocarcinome bronchique muté EGFR

34 La voie de l EGF: le driver? survie cellulaire prolifération cellulaire invasion

35 La voie de l EGF: le récepteur à l EGF EGFR: récepteur transmembranaire à activité tyrosine kinase EGF IGF PDGF KITLG FLT3LG VEGF FGF ANGPT HGF GDNF EFN NGF collagène GAS6 WNT PTN/MDK ERBB IGFR PDGFR KIT FLT3 VEGFR FGFR TIE MET RET EPH NTRK DDR TAM ROR LTK/ALK invasion phosphorylation Activation de nombreux 2èmes messagers Activation de nombreuses voies de signalisation prolifération cellulaire survie cellulaire

36 La voie de l EGF: comment la bloquer? Utilisation des inhibiteurs de la voie de l EGF Qui cibler? 40-80% surexpression de l EGFR

37 La voie de l EGF: les TKI TKI: - structures chimiques apparentées à l ATP -rentrent en compétition avec l ATP dans la poche ATP du site tyrosine kinase Bloque la transduction du signal Structure III de la poche à ATP

38 Traitements systémiques en oncologie Les années 1970 à 2000 La chimiothérapie Les cibles : l ADN ou le fuseau mitotique L hormonothérapie Les récepteurs hormonaux Les années 2000 à 2015 Les «thérapies ciblées» Les cibles : les voies d activation Une révolution thérapeutique Un bénéfice en survie L immunothérapie

39 Avant les TKI : la chimiothérapie Peu de progrès en 20 ans Une efficacité limitée Pas de bénéfice majeur avec les nouvelles drogues Schiller JH, N Eng J Med, 2002;346:92-8

40 Les TKI d EGFR dans le CBNPC en 2 ème ligne Gefitinib et erlotinib Dans les 1ers essais, une efficacité modeste mais très hétérogène Meilleure efficacité chez : Les femmes Les adénocarcinomes Les non-fumeurs Les patients asiatiques Shepperd F, et al. N Eng J Med 2005;553:123.

41 Les TKI dans une population sélectionnée Adénocarcinome, non-fumeur, femme ou asiatique Pop enrichie Survie sans progression Mok T, N Engl J Med 2009;361:947.

42 Le plus important : la cible ou la mutation? Fukuoka, et al. J Clin Oncol 2011;29: Survie sans progression

43 De la biologie à la clinique Profil de patients mutés Non-fumeurs (x 6.5) NF=40% F=7% Ethnie (x 3.3) Asiatique= 30-50% Caucasien=10-17% Histologie (x4.4) ADK=16% Non-ADK=3% Métastases osseuses condensantes:50% Sexe F=17% H=6% Dans les 1 ers essais, une efficacité modeste mais très hétérogène Meilleure efficacité chez : Les femmes Les adénocarcinomes Les non-fumeurs Les patients asiatiques Sharma SV, Nature Reviews Cancer 2007;7:169 Pluquet E, JTO 2010;5:491.

44 Les mutations activatrices de l EGFR Sharma SV, Nature Reviews Cancer 2007, 7:169 Blocage en conformation «on»

45 Toutes les mutations EGFR sont-elles équivalentes? Déletion exon 19 L858R Survie sans progression Fukuoka, et al. J Clin Oncol 2011;29:

46 Pourquoi ça fonctionne? - Existence d une addiction oncogénique - les TKI se fixent mieux dans la poche des récepteurs mutés Mais est ce suffisant?

47 Une mutation = une réponse? Taux de réponse dans les CBNPC traités par ITK Mitsudomi et al., IASLC 2007 (communication orale)

48 Un TKI d EGFR en 1 ère ligne de CBNPC mutés Survie sans progression Survie globale Mitsudomi M, et al. Lancet Oncol 2010;11:

49 Des essais surtout chez des patients asiatiques Survie sans progression Différences de pharmacocinétique, de pharmacogénomique, de mutations?. Zhou C, et al. Lancet Oncol 2011;12: Fukuoka, et al. J Clin Oncol 2011;29: Mitsudomi M, et al. Lancet Oncol 2010;11: Mok T, N Engl J Med 2009;361:947.

50 Un essai chez des caucasiens avec mutations Survie sans progression Taux de réponse selon la mutation Rosell R, et al. Lancet Oncol 2012;13:

51 Quand ça ne marche plus.. Les modifications du génome tumoral sont dynamiques La cellule tumorale s adapte à la pression de sélection Apparition de résistances au traitement les mutations de résistance de l EGFR Sharma SV, Nature Reviews Cancer 2007, 7:169

52 Quand ça ne marche plus.. L exemple de la mutation T790M Blocage de l accès du TKI à la poche ATP = défaut de réponse au TKI

53 Quizz 2reply: 1/quels autres mécanismes peuvent expliquer l apparition de résistances aux TKI? 1669 rb A/ La mutation de la cible est la seule explication possible B/Un autre acteur de la voie de l EGF est inactivé en aval C/ Un autre acteur de la voie de l EGF est activé en aval D/ une autre voie de signalisation prend le relais pour driver la croissance tumorale

54 Quand ça ne marche plus.. Autres mécanismes de non réponse, en évaluation La voie de signalisation de l EGF est modifiée en aval les mutations activatrices de RAS, de BRAF survie cellulaire prolifération cellulaire invasion

55 Quand ça ne marche plus.. Autres mécanismes de non réponse, en évaluation Les voies de signalisation sont redondantes les mutations activatrices de PIK3CA TKI TKI les pertes de PTEN

56 Acquisition d autres résistances aux TKI Hammerman PS, et al. Clin Cancer Res 2009;15:

57 Que faire des marqueurs prédictifs de non réponse?... Grossmann, 2011 Les altérations de résistance d 1 traitement peuvent devenir les cibles thérapeutiques de nouveaux médicaments..

58 Quizz 2reply: 2/ que peut-on faire en cas de résistance aux TKI? 4756 sy A/ rien! B/ explorer le mécanisme de la résistance C/ élaborer des molécules ciblant spécifiquement des mécanismes de résistance D/ combiner les thérapeutiques

59 Acquisition d autres résistances aux TKI Hammerman PS, et al. Clin Cancer Res 2009;15:

60 Existe-t-il un intérêt à connaître la voie de résistance? Jänne, NEJM 2015

61 Existe-t-il un intérêt à connaître la voie de résistance? Jänne, NEJM 2015

62 Exemple des cancers du poumon L adénocarcinome avec translocation de ALK

63 Translocations de ALK dans le CBNPC Gène de fusion EML4-ALK (Echinoderm microtubule-associated protein-like 4-anaplastic lymphoma kinase) Fusion de 2 gènes normaux du chr 2 Déjà identifié dans certains lymphomes Protéine chimérique avec activité TK. Nombreux variants identifiés

64 Translocations de ALK Translocation EML4-ALK Peu fréquente (3 à 7%) Exclusif des mutations EGFR Adénocarcinome Hommes Non fumeurs ou peu fumeurs

65 Crizotinib et translocation de ALK 82 patients ALK+ Pré-traités Une efficacité impressionnante 57 Kwak, et al. N Engl J Med 2010;363: Inhibiteur de l activité TK de ALK et cmet

66 Crizotinib et translocation de ALK Kwak, et al. N Engl J Med 2010;363:

67 Crizotinib et translocation de ALK en 2 ème ligne Phase III 7.7 vs 3.0 mois Shaw AT, et al. NEJM 2013;368:

68 Crizotinib et translocation de ALK en 1 ère ligne Crizotinib (n=172) CT (n=171) Médiane, mois 10,9 7,0 HR (IC95) 0,454 (0,35 0,60) p<0,0001 SSP SSP (%) Des résistances apparaissent crizotinib CT Temps (mois) Mok et al. J Clin Oncol 2014; 32 (suppl 5; abstr 8002)

69 Modes de résistance : Mutations de résistances Choi YL, et al. N Eng J Med 2010;363:

70 Modes de résistance : Mutations de résistances Sasaki T, et al. Cancer Res 2011;71: Mutation de résistance L1152R

71 Modes de résistance : Co-activation d autres voies Lignée H3122 TR3 ALK+ résistante par co-activation d EGF-R Sasaki T, et al. Cancer Res 2011;71:

72 Modes de résistance au crizotinib Mutations du domaine ALK Gain de nombre de copies du réarrangement ALK Mutations d EGFR Mutations de KRAS Perte de réarrangement ALK Doebele RC, et al. Clin Cancer Res 2012 (18):

73 En cas de résistance: Autres inhibiteurs de ALK : exemple du ceritinib Katayama R, et al. Clin Cancer Res 2014 (online)

74 En cas de résistance: Autres inhibiteurs de ALK : exemple du ceritinib Shaw AT, et al. N Engl J Med 2014

75 Exemple du (ou des) cancer(s) du poumon Conclusions

76 Un démembrement des CBNPC grâce à la biologie moléculaire Une anomalie spécifique (mutation, translocation ) Un pronostic spécifique Un traitement spécifique Des mécanismes de résistance aux traitements spécifiques

77 Un démembrement des CBNPC grâce à la biologie moléculaire Mais il ne suffit plus : d analyser les gènes 1 par 1, il faut une vision globale: développement du séquençage de nouvelle génération: NGS ciblé voire exome d étudier les anomalies qualitatives des gènes mais également quantitatives: amplifications/ délétion/ translocations d étudier le niveau ADN mais également ARN : détection des transcrits de fusion D analyser sur 1 prélèvement tissulaire au moment du diagnostic mais au cours de prise en charge: biopsies itératives quand possible, analyse ADN tumoral circulant, Nécessité de discussions pluridisciplinaires : RCP moléculaires

78 Stratégie thérapeutique en 1 ère ligne de CBNPC Avant 2005 CBNPC En 2015 CBNPC Addiction oncogénique Non Oui Histologie Non épidermoïde Epidermoïde Chimiothérapie à base de platine En cas de résistance EGFR : AZD9291 ALK : ceritinib, alectinib Vers un traitement à la carte dans le cancer du poumon

79 De nouvelles avancées attendues Une cible = un traitement? Mutation la plus fréquente : KRAS Pas de traitement spécifique en 2014 Des associations de thérapies ciblées en cours d évaluation

80 Conclusions

81 Conclusions Dans de nombreuses pathologies néoplasiques Identification de «drivers» oncogéniques Surexpression HER2 et cancer du sein Translocation abl-bcr et LMC Mutations de ckit et GIST Mutation de BRAF et mélanome Identification de facteurs moléculaires de résistance Mutation T790M d EGFR et TKI dans le CBNPC Mutations de KRAS et anticorps anti-egfr dans le cancer colorectal Certains cancers sont définis par la présence d anomalie moléculaire Exemple du sarcome d Ewing

82 Conclusions On ne peut plus faire le diagnostic de certains cancers sans faire de la biologie moléculaire à la recherche d anomalie à but : Diagnostic Pronostic Thérapeutique L avenir : définir une «carte d identité biomoléculaire» de la tumeur pour proposer le traitement adapté à chacun = vers un «traitement à la carte»? Une médecine de précision