Altérations épigénétiques dans les gliomes

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1 Altérations épigénétiques dans les gliomes DIU de Neurooncologie , Angers 7&8 février 2013 Jean Mosser, UMR6290, CNRS, Université de Rennes1

2 Altérations épigénétiques dans le gliome I-L épigénétique A-dynamique de la chromatine B-méthylation de l ADN C-modification des histones D-connexion E-RNA silencing II-Epigénétique et cancer III-Epigénétique et gliome IV-Conclusion - perspective

3 I - Epigénétique Gènes «exprimés» -> comportement cellulaire Comportement anormal d une cellule -> changement q et Q sur ce set de gènes : -structure de l ADN : Seq ADN : M, InDel -expression : Transcriptome, Proteome

4 Maintien du comportement normal ou patho suppose un mécanisme de transmission du profil d expression génique Ex : expansion clonale tumorale : acquisition -> transmission Épigénétique = modif de l expression génique stable (héritable) au cours des divisions cellulaires (Mi, Mé) et non codés dans ADN (sans modification de la séquence d ADN) Hérédité de l info au niveau de l expression génétique info héritée au niveau de la séquences des gènes Changements épigénétiques dynamiques, plastiques (réversible) Intérêt particulier : cible thérapeutique en cancérologie

5 A-Dynamique de la chromatine Chromatine = forme condensé de l ADN et histones dans le noyau Nucléosome : 147pb enroulé autour d un octamère (2 copies H2A, 2B H3 et H4) Chromatine : superstructure dynamique Expression = f(condensation de la chromatine) Degré de condensation : -condensée : ADN inaccessible gene «off» -Relachée : ADN accessible gene «on»

6 Dynamique de la chromatine sous le contrôle de 3 processus épigénétiques : - DNA méthylation - Modifications post-t des histones - RNA non codant Mécanismes interconnectés : interagissent et se stabilisent

7 B- Méthylation de l ADN Modification chimique de l ADN par ajout d un groupe -CH 3 en position C 5 des dinucléotides cytosine-guanine (CpG) DNA Methyltransferase -DNMT1 : maintenance -DNMT3a, 3b : de novo 70% des CpG sont méthylés ADN silencieux (transposons) stabilité du génome Génome pauvre en CpG CpG non méthylés / îlots CpG en 5 gènes (dans promoteur de 60-70% des gènes) méthylation des îlots CpG -> répression transcriptionnel interfère interaction cis-trans et initiation de la T recrute les MBP (Methyl Binding Protein, MeCP2) -> corépression, deacétylation H

8 C-Modifications des histones Nucléosome : 2x H2A, 2B, 3, 4 queue amino-ter : modifications degré d interaction avec ADN Histone deacetylase Acetylase mét transferase Modifications / code histone : condensation de la chromatine, Acétylation des K (neutralise charge positive) Histone acétylée, ADN non met : ADN actif, transcription active Histone deeacetylée, ADN met : ADN silencieux, transcription réprimée Méthylation H3-K9 signature du DNA silencieux, transcription réprimée (hétérochr, X inactif, promoteur réprimé) H3-K4 promoteur actif, transcription active Multitude de combinaisons = code histone lu et interprété par différents facteurs cellulaires -> dynamique de la chromatine

9 Code épigénétique des histones Type of Histone modification H3K4 H3K9 H3K14 H3K27 H3K79 H4K20 H2BK5 mono-methylation repression activation activation activation activation di-methylation activation repression repression activation tri-methylation activation repression repression repression repression acetylation activation activation Également : Phosphorylation Ubiquitination ADP-ribosylation.

10 Répression épigénétique d un promoteur riche en CpG (îlot CpG) TF : Facteur de Transcription CO-ACT : co-activateur TBP : TATA-binding P TAF : TBP-associated F RNA-PII : RNA pol II HAT : His acetyltransferase HDAC His deacetylases K4 HMT : H3-K4 K9-HMT : H3-K9 DNMT : DNA Met transferase MDB : Met-binding P (MeCP2) CO-REP : Co-represseur HP1 : heterochromatin protein1 CAF-1 : chromatin assembly factor

11 D- «RNA silencing» Nouveau concept : ARN non codant Micro RNA ou RNA interférant la traduction Régulation expression des gènes? Régulation épigénétique stable ou? Régulation post - transcriptionnelle labile RNA non codant antisens Sens (XIST) / antisens (TXIST) - inactivation du X, choix du chromosome - ciblage des modifications épigénétiques? (DNA met et Hist Mod) (Hétérochr, locus donné, chr X)

12 E - Fonctionnement normal et pathologique Rôle du programme épigénétique : Profil épigénétique propre à chaque cellule confère un état transcriptonnel donné /type cellulaire /développement /environnement Régulation de l accessibilité tout au long de la vie Crucial au développement N, Maintien des fonctions tissulaires et cellulaires Perturbation -> régulation inappropriée de l expression du set gène «ON» -> maladie congénitale -> syndromes multisystémiques -> maladies acquises (cancers )

13 II-Épigénétique et cancer Cancer = processus de +s étapes - accumulation d erreurs génétiques et/ou épigénitiques -> transformation cellulaire Dérive épigénétique / age : hypom / hyperm -> csq Réversibles Précoces DNA repeat CpG CpG méthylé Thérapies anti-cancer Inhibiteurs de DNMT (5 azacitidine, 5-aza-2 -deoxicitidine) [Robertson 2005]

14 A-Méthylation de novo des îlots CpG rare ds C somatique, méthylation progressive des îlots CpG 3 e mécanisme dans l hypothèse de Knudson -> inactivation de gènes suppresseurs de tumeurs

15 Cancers sporadiques Dépend du gène et du type de tumeurs 9-49 % P16 -> 15 types de cancers % BRCA1 - cancers sporadiques sein, ovaire 84 % MLH1 - CCR IM VHL. 2-DNA hypométhylation Globale au cours du vieillissement -> activation oncogène -> instabilité chromosomique Prise en compte dans démarche diagnostique

16 III-Epigénétique et gliome A-Méthylation de l ADN Profil global : Hypométhylation globale Activation oncogènes Instabilité du génome Promotion de la croissance tumorale Accentuation en fonction du grade Valeur pronostique (agressivité tumorale) Phénomène précoce

17 PRC2 target Within CGI Hyperméthylation préférentielle des îlots CpG de promoteur Exemple des GBM : hétérogénéité interindividuelle Îlots CpG 616 CpG 440 HM 176 hm 5 N 50 GBM TSG DNA repair Cycle cellulaire Apoptose Invasion Migration Developpement Etcheverry et al., BMB Genomics, 2010

18 Within CGI PRC2 target 616 CpG 440 HM 176 hm 5 N 50 GBM

19 Méthylome des Glioblastomes : G-CIMP (G-CpG Island methylator phenotype) 272 glioblastomes (TCGA) gene expression cluster IDH1 mutation G-CIMP 9 % des glioblastomes Mutation IDH1 Sous-type Proneural Âge plus jeune Survie plus longue [Noushmehr 2010] Mutation IDH1

20 IDH1, 2 : isocitrate DH -> G-CIMP Cycle de KREBS isocitrate M-IDH Wt-IDH 2-hydroxyglutarate a-ketoglutarate a-kg-dependant dioxygenase Histone demethylase 5-methylcytosine hydroxylase Histone & DNA methylation 70% des LGG (II & III) GBM II, pas d intérêt ds GBM de novo G-CIMP Turcan et al. Nature, 2012, 479

21 Méthylation du promoteur de la MGMT O6-methylguanine-DNA methyltransferase Protéine de réparation de l ADN Transfère vers son site actif le groupe alkyle des guanines mutées en O6-méthyl-guanine Les agents alkylants provoquent l arrêt de la division cellulaire par alkylation des guanines L activité de la MGMT confère donc aux cellules une résistance aux agents alkylants ilôt CpG hypométhylé MGMT Expression X MGMT ilôt CpG hyperméthylé

22 Méthylation du promoteur de la MGMT Méthylation de la MGMT comme marqueur pronostic [MGMT Gene Silencing and Benefit from Temozolomide in GlioblastomaHegi et al., NEJM 2009] Valeur prédictive de la réponse au temozolomide Valeur pronostic indépendante du traitement Importance pour stratification lors des essais cliniques

23 Survival probability Méthylation du promoteur de DGKI (diacylglycerol kinase, iota) Patient MGMT-M non répondeur (20-30%) indépendant de IDH1 [risk mgmt m] training kps+idh1+dgki LR (n=70, median=37.8 months) HR (n=32, median=13.9 months) IDH1 mutated : 8 /// IDH1 wt : 62 KPS (0,70] : 3 /// KPS (70,100] : 63 DGKI M : 0 /// DGKI UM : 70 IDH1 mutated : 0 /// IDH1 wt : 32 KPS (0,70] : 14 /// KPS (70,100] : 17 DGKI M : 23 /// DGKI UM : 9 p<0, Time (months) Etcheverry, Aubry, soumis

24 B-Modifications des histones Moins bien décrit que la méthylation de l ADN Derégulation de l expression (HDAC ) Mutations de gènes régulateurs : HDAC, Hdéméthylases, Hméthyltransférase (NGS GBM-A ) H3F3A (NGS GBM-P) Altérations du code histone promoteur de certains gènes (TSG p21)

25 C- mirna dans le gliome GBM expression altérée / tissus non néoplasique -> rôle de médiateurs dans les processus oncogéniques du GBM Sous-exprimé : TSG Ex. mir-7 ciblant EGFR Sur-exprimé : OG Ex1 mir-21 invasion (metalloproteinase) Ex2 mir-26a PTEN

26 Conclusion 1-Réseau épigénétique : complexe Environnement (imprégnation toxique ) Génotypes IDH1, TET Phénotype tumoral Survie Agressivité Invasion Réponse thérapeutique Analyses conjointes à l échelle du (épi) génome sont encore nécessaires Épidémio épigénétique?? Marqueur d imprégnation toxique et agressivité

27 Conclusion : Biomarqueurs Pronostiques : G-CIMP : IDH1,2 séquencage Prédictifs?? : MGMT-DGKI Alternative thérapeutique??

28 statégie thérapeutique Thérapie épigénétique en cours d évaluation en essais cliniques dans certains types de cancers caractérisés hyperme (lymphome) Stratégie = analogue de nucléosides (5-azacitidine) Recrutement des DNMTs démethylation Cytotoxique Inhibiteurs HDAC synergie

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