Biologie des Métastases. Dr Marie-France Poupon Directeur de recherche INSERM Institut Curie

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1 Biologie des Métastases Dr Marie-France Poupon Directeur de recherche INSERM Institut Curie

2 Les métastases sont des formations tumorales dérivées de cellules tumorales qui ont quitté la tumeur primitive et se sont implantées à distance.

3 métastase alvéole tissu pulmonaire métastase

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5 Décès Limite de guérison par traitement local Limite de détection Transformation cellulaire Prolifération Cellule normale Tumeur primitive? Métastases

6 Limite de guérison par traitement local Décès? Limite de détection Tumeur primitive Transformation cellulaire Prolifération Cellule normale Angiogénèse Micrométastases Métastases

7 Micrométastases dans un modèle expérimental de sarcome murin Traitement Taille de la tumeur Nombre de rats Nombre de rats par groupe avec métas pulmonaires Nombre de métas par poumon Aucun 2.5 cm3 ± (0-26) Excision tumorale 1.1 cm3 ± (0-122) Excision tumorale + EGF 1.0 cm3 ± (0-200) greffe EGF excision sacrifice

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9 EMBOLISATION METASTATIQUE Voies de migration cerveau 1 coeur CÔLON Cellules tumorales circulantes 8 * poumon coeur * foie 4 ganglions lymphatiques autres organes 5 voie artérielle voie veineuse voie lymphatique 9 * 7 Os 10 1 aorte et système capillaire artériel 2 artères bronchiques 3 artères hépatiques 4 veine hépatique 5 veine cave 6 veine porte 7 lymphatiques s'ouvrant sur la veine porte 8 shunt artério-veineux du foramen ovale 9 shunt porto cave 10 plexus vertébral (dit de Batson)

10 SITES PRÉFÉRENTIELS DE MÉTASTASES RELATIFS AU SITE DE LA TUMEUR PRIMITIVE Cellules tumorales circulantes Circulation - Arrêt Prolifération ration

11 Tumeur primitive lymphocytes Cellules endothéliales plaquettes Cellules endothéliales Métastases

12 Etapes dans la formation de métastases Locale Envahissement des tissus voisins (invasion) Pertes de connections intercellulaires Mobilité Dégradation du microenvironnement Circulation Angiogenèse Résistance aux effecteurs immunitaires Ancrage Croissance dans l organe cible et déterminants moléculaires impliqués

13 Envahissement (invasion) du tissu normal adjacent à la tumeur par des cellules tumorales

14 Tumeur densité-pression homogénéité cellulaire Front d invasion rupture de la barrière différenciation cellulaire Tissu normal adjacent cellules inflammatoires

15 Dissémination de cellules tumorales à partir de la tumeur primitive par les vaisseaux capillaires sanguins et lymphatiques Perte des connections intercellulaires

16 Molécules impliquées dans les connections entre cellules tumorales Adhérences homotypiques cadhérines (E, N, L...) Jonctions serrées... Cellule cancéreuse Cellule normale stroma

17 Motilité facteurs : récepteurs autocrine motility factor : gp 78 scatter factor : c-met product fibroblastic growth factor : FGFR tumor necrosis factor :TNFR Cellule cancéreuse Membrane basale

18 Protéases : récepteurs UPA : R Activateur du plasminogène : R Plasmine : R MMPs : R (intégrines) Cathepsines L, B, D :? Glycosidases :? Stromélysines :? Et leurs inhibiteurs : PAI1, PAI2 Cellule cancéreuse Protéolyse Pro-Protéases Protéases Enzyme Protéase inhibiteur Récepteur Membrane basale Fibroblaste Extracellular matrix

19 pro-upa cathepsine upa plasminogène plasmine membranes basales stroma lyse PAI collagénase gélatinase stromélysine TIMPs pro-collagénase pro-gélatinase pro-stromélysin

20 Angiogenèse

21 angiogenèse ou néovascularisation formation de nouveaux vaisseaux sanguins à partir de vaisseaux existants (capillaires et veinules) angiogenèse normale développement embryonnaire, croissance cicatrisation angiogenèse pathologique hémangiome polyarthrite rhumatoïde rétinopathies vasoprolifératives développement tumoral

22 Taille du foyer initial (anoxie ) Angiogenèse par Migration et prolifération de cellules endothéliales de voisinage Facteurs angiogéniques libérés par les cellules tumorales VEGF, FGF,... Facteurs anti-angiogéniques libérés par les cellules tumorales angiostatine, thrombospondine

23 Néovaisseau Péricyte angiopoiétine-1 Tie-2 différenciation TGF- thymidine phosphorylase Cellules endothéliales matrice extracellulaire Cellule mésenchymateuse Cellule musculaire lisse

24 Néovaisseau tumoral Caractéristiques? Cellules endothéliales Matrice extracellulaire?? Cellule musculaire lisse?

25 Cellules de moelle osseuse précurseurs de cellules formant l endothélium Sang humain périphérique CD34+ après culture sur FN VEGFR+ Tie+ E-selectin+ endothelial constitutive NO synthase+ VEGFR+ cellules endothéliales et ischémie et néovascularisation Asahara et al

26 Dissémination métastatique lymphatique Cell tumorale Valve lymphatique Rôle du VEGF

27 Circulation Survie = résistance à l apoptose = résistance aux effecteurs immunitaires = résistance mécanique Interactions avec les plaquettes = aggrégation = accès à des facteurs de croissance

28 APC muté β Caténine autres Cellule tumorale ancrée Anoïkis Récepteurs Protéine kinase Focal Adhesive Kinase (FAK) P intégrine Support d attachement : Membrane basale

29 Cellule tumorale circulante Arrêt du cycle cellulaire, apoptose Anoïkis Focal Adhesive Kinase (FAK) P intégrine

30 Arrêt du cycle cellulaire p53* -p21 bcl-2 bax Absence d ancrage Mitochondrie Apoptose caspases cytochrome c dégradation de l ADN Mort des cellules

31 Circulation Survie = résistance à l apoptose = résistance aux effecteurs immunitaires = résistance mécanique Interactions avec les plaquettes = aggrégation = accès à des facteurs de croissance

32 Lymphocyte T *altération métastase Lymphocyte T cytotoxique CD8 + LFA1 CD8 CD3 TCR CD2 CD28 ICAM1 3 2 CMH-I Peptide * LFA3 * B7 Cellule présentant l antigène (tumorale)

33 Lymphocytes NK CMH-I : inhibition de l activité cytolytique des lympho NK Cellule NK KAR KIR Pas de lyse CMH-I Cellule tumorale Cellule NK KAR KIR Cellule tumorale Lyse?

34 Etapes dans la formation de métastases et déterminants moléculaires impliqués Ancrage dans l organe cible = ancrage capillaire endothélial ou sous-endothélial Connections cellules-substrats Croissance dans l organe cible

35 Cellule cancéreuse Ancrage Molécules d adhésion Matrice extracellulaire Membrane basale Sur un substrat acellulaire Molécule adhésive : substrat intégrines : collagène laminine fibronectine CD44 : acide hyaluronique

36 Matrices extracellulaires membranes basales (épithéliums, endothéliums) espaces extracellulaires Molécules, substrats constituants collagènes de I à X protéoglycannes acide hyaluronique fibronectine laminines vitronectine tenascine entactine gélatine Synthétisées par les cellules épithéliales, endothéliales, stromales

37 Molécules de la matrice extracellulaire RGD a b Intégrine Cellule

38 Appariement des chaines α et β des intégrines

39 Sous-unités ligands associées Séquence peptidique minimale β1 α2 collagènes, laminine DGEA α3 fibronectine, collagènes, laminine RGD α4 fibronectine, VCAM-1 EILDV β5 β6 β7 αv αv α4 vitronectine fibronectine fibronectine, VCAM-1 RGD RGD EILDV

40 Attachement/ancrage des cellules circulantes Cellule cancéreuse Adhésion hétérotypique Molécule adhésive : récepteur LFA1 : ICAM1 CEA : CEA CD44 : HACD44 DCC :? Cellule endothéliale

41 Motility factors : receptors autocrine motility factor : gp 78 scatter factor : c-met product fibroblastic growth factor : fgfr tumor necrosis factor : tnfr Lympho T / NK basal membrane ag / HLA Cancer cell Heterotypic adhesion adhesive molecule: receptor LFA1 : ICAM1 CEA : CEA MUC18 :? LuCAM1 :? CD44 : HACD44 DCC :? endothelial cells extracellular matrix Proteases : receptors UPA : R tissue type plasminogen activator : R plasmine : R MMPs : R (integrins) cathepsines L, B, D :? stromélysines :? fibroblast cytokines IL1 IL6 INF TGF-ß... Substrate cell adhesion adhesive molecule: substrate integrins : laminin fibronectin CD44 : hyaluric acid