Docteur P. de Cremoux. Institut Curie, Paris

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1 Docteur P. de Cremoux Institut Curie, Paris

2 Plan 1/ Introduction 2/ Récepteur des œstrogènes (RE) Structure Fonction (LBD, DBD, co-activateurs) ERα and ERβ Génomique et non-génomique (rapide) RE 3/ Interactions entre RE et récepteurs de facteur de croissance 4/ Les RE : cibles du traitement hormonal des cancers du sein

3 Historique Sir G Beatson, Lancet 1896; 2: Benson, Lancet Oncol, 2008!

4 Historique 1896: Sir G Beatson: Ovariectomie chez deux patientes présentant un cancer du sein métastatique 1905: de Coumelles: Irradiation des ovaires (1948) 1955: Huggins, Jensen: Antiestrogènes 1975: Horwitz, McGuire: [ER-PR] 1975: Tamoxifen mis sur le marché (UK) 1980: Kumar-Chambon: clonage de ERα 1982: LH-RH agonists (patientes préménopausées) 1996: Gustavson: un second ER est cloné: ERβ 's: Inhibiteurs d aromatase

5 Estrogènes: ligands naturels du RE Hypothalamus" Pituitary gland " Premenopausal women Postmenopausal women Aromatase! Ovaries" Circulating estrogens" Adrenal gland" Androgens" Aromatase! RE! Circulating estrogens" Breast epithelial cells!

6 Le cancer du sein est un cancer hormono-dépendant Les œstrogènes induisent la prolifération de 70% des cancers du sein Cancers du sein hormono-dépendants = tumeurs présentant des récepteurs hormonaux (RE +/- RP) Les RE sont des cibles de traitement

7 Hormono-dépendance des cancers du sein Cibles de l'hormonothérapie? Les patientes dont les tumeurs expriment des récepteurs hormonaux (RE et/ou RP) répondent en règle à une privation hormonale Tumeurs hormono-dépendantes

8 Récepteurs d'œstrogènes

9 La famille des récepteurs d'hormones stéroïdes

10 Récepteurs d œstrogènes Action Nucléaire ERE-dependent / independent transcriptional regulation

11 REα E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 E = Exon E8 Estradiol receptor (gene)! A/B C D E F Estradiol receptor! (protein)! Transcriptional! Activation 1! (TAF1)! DNA Binding Domain (DBD)! Ligand Binding Domain (LBD) Dimerisation! Transcriptional activation 2! (TAF 2)!

12 Les domaines Fonctionnels (% d'homologie entre RE-α et RE-β)

13 Cellule épithéliale du cancer du sein Œstrogènes! NOYAU! Activation de la transcription! HSP90! RE! ERE! AF2! AF1! (Gènes hormonodépendants)! Cellule! CYTOPLASME!

14 Transactivation du REα AF1 AF2 E2 + + Tamoxifène + Antiœstrogènes purs

15 Site d'activation de la transcription (1) [classique] "Estrogen Responsive Element" (ERE) E2 RE RE ADN Transcription Activation des gènes

16 Site d'activation de la transcription (2) [non classique] Une autre voie d'activation de la transcription via le site AP 1 RE Fos Jun E2 Transcription AP1 Activation des gènes

17 Signalisation du RE Osborne & Schiff, 2005

18 Bases moléculaires de l'agonisme et de l'antagonisme

19 Interaction du ligand avec le LBD Œstrogènes Antiœstrogènes Le ligand modifie la conformation du LBD

20 La conformation du LBD (REα) dépend du ligand K362 H11 H6 H5 K362 H11 H5 H3 H6 H3 Brzozowski et al, 1997

21 La conformation du LBD (REα) dépend du ligand + œstrogène + antiœstrogène E AE H9 H9 H8 H8 N N H5 S1 H4 H3 H1 H5 S1 H4 H3 H1 H6 S2 H2 H6 S2 H2

22 Co-activateurs et co-répresseurs

23 Transactivation des REs

24 Co-régulateurs: co-activateurs (AIB1, SRC1, TIF2 ) TAM E2 From Ali & Coombes, 2002

25 Co-régulateurs TAM E2 From Ali & Coombes, 2002

26 Co-régulateurs Coactivateurs L'activité de histone acetyltransferase facilite l'initiation de la transcription (SRC-1, AIB1.) Corépresseurs L'activité de deacetylase inhibe la transcription (Ncor, SMRT.) Modification du recrutement ou de l'expression d'un co-régulateur résistance?

27 Protéines interagissant avec le RE Protéine Fonction Références SRC-1, TIF2 (GRIP1, SRC2), Co-activateurs Bevan et al, 1999 AIB1(ACTR, RAC3, PCIP, SRC3) Recrutement HATs McKenna et al, 1999 ARN70, BRG-1 Sommer and Fuqua, 2001 P300, CBP, pcaf,p68 NcoR, SMRT (TRAC2) (RIP13) Co-represseurs Westin et al, 2000 REA, SSM3 Recrutement HADs Sommer and Fuqua, 2001

28 Co-régulateurs: co-activateurs et co-répresseurs E2! RE! RE! Transcription! ERE DNA gène activé La balance co-activateur/co-répresseur peut expliquer les effets agonistes ou antagonistes du même ligand dans différents tissus L'équilibre co-activateur/co-répresseur peut expliquer la résistance au traitement hormonal

29 REβ

30 Les domaines Fonctionnels (% d'homologie entre RE-α et RE-β)

31 Affinités de liaison de différents ligands pour REα and REβ Ligand Estrogen receptor α Estrogen receptor β 17β estradiol α estradiol Estrone Estriol Tamoxifen 4 3 Raloxifen Genisteine 4 87 Coumestrol From Gruber et al, 2006

32 RE REα et REβ Gènes REα et REβ distincts REα et REβ exprimés dans des tissus communs et différents Régulent différents gènes et peuvent avoir des effets différents Ont des ligands communs et spécifiques Homo- et hétérodimères ERα/ERβ

33 REβ expression / sein REα et REβ Généralement, REβ est plus faiblement exprimé que ERα dans le sein REβ est plus faiblement exprimé que REα dans les tumeurs du sein / sein normal REβ est souvent co-exprimé avec le REα

34 REβ et REα distribution REα expression nucléaire dans les tumeurs hormono-dépendantes REβ distribution différente de REα Tissus sains: REβ est detecté dans CNS, système cardiovasculaire, respiratoire, gastrointestinal, endocrine, urogénital, musculo-squelettique et appareil reproducteur Sein: REβ (protéine) présent dans les cellules myoépithéliales et épithéliales non restreint à l epithelium: nucleus des fibroblastes, cellule endothéliale, infiltrats immuns et adipocytes

35 Distribution cellulaire des RE (α et β) Utérus Hypophyse Testicules Prostate Vessie Ovaires Foie Rein REα REβ From Kuiper et al, 1997

36 Récepteurs d'hormone ERE Site AP1 REα REβ REα REβ E DES Tam ICI + ++ Ral + ++ d! D'après K. Paech (1997) Science 277,

37 Expression REβ et résistance (1) REα/REβ expression dans les tumeurs du sein Co-expression : Speirs et al, 1998, Iwao et al, 2000, Cullen et al, 2001, Shaw et al, 2002, Skilirus et al 2002; Omoto et al 2002 Rapport inverse : Leygues et al, 1998, Dotzlaw et al, 1999, Knowlden et al, 2000 Pas de corrélation : de Cremoux et al, 2002 REβ expression dans les tumeurs résistantes au Tamoxifen Speirs et al, 1999 (niveaux élevés, RT-PCR) Saji et al 2002; Iwase et al 2003 (high level, IHC) Esslimani-Sahla et al, 2004; Hopp et al, 2004 (niveaux bas, IHC)

38 Expression REβ et résistance (2) REβ expression dans les tumeurs résistantes au Tamoxifène (néoadjuvant) Saji et al, 2002 " 18 pts, tamoxifen " REβ corrélé à une moins bonne réponse au tamoxifène Saji et al, 2002 " 23 pts, tamoxifen " Association entre la présence de ERβ2/ βcx et la réponse au Tamoxifène Cappelletti et al, 2004 " 38 (préop), 20 (post-op), torémifène " Réponse indépendante de ERβ Miller et al, 2006 " 36 pts, tamoxifen " Réponse indépendante de ERβ2/ βcx

39 REβ et Pathologie REβ : lié à un bas grade tumoral : [Speirs et al. 2000; Jarvinen et al. 2000; Skliris et al. 2001] REβ : expression diminuée dans les lésions pré-invasives (in situ carcinomas) [Roger et al. 2000] Perte d expression de ERβ dans de nombreuses tumeurs du sein [Iwase et al. 2003] par methylation [Skliris et al. 2003; Sasaki et al. 2002; Zhao et al. 2003] Suggère un rôle du REβ dans le maintien du phénotype bénin?

40 Spécificité de la réponse biologique Type de récepteur (REα, REβ, ) Type de cellule, tumeur, organe Ligand (E2, SERMs, SERDs), Co-régulateurs (activateurs, répresseurs) Type d'action

41 Effets non-génomiques RE

42 Effets non génomiques RE Les hormones stéroïdes peuvent avoir une action rapide sur des cellules (trop rapides pour invoquer des mécanismes transcriptionnels) Les RE liés sont identifiés dans la membrane des cellules (os CNS, col utérin, cellules endothéliales). Complexes stables du ligand-récepteur Membrane RE : action de RE non génomique ou membrane initiated steroid signaling (MISS): sec or min Représente 5% des effets biologique du RE

43 Mechanisms of rapid non-genomic receptordependent actions of estrogen in four cell types Collins P, Nature Medicine 1999

44 Activité RE non génomique (2) Les réponses biologiques sont médiées par un système de second-messager MAP kinase Tyr kinases et phosphatases Récepteur de Facteur de Croissance SRC kinase Activation de facteurs de croissance

45 Steroid hormone Genomic Non genomic Ligand-receptor complex Nucleus Receptor Ligand-receptor complex Plasma membrane Receptor DNA MAP kinase activation camp PKC Ca 2+ channel (open) Gene expression Upregulation Downregulation Crosstalk mrna mrna Protein synthesis (Minutes-hours-days) Biological responses (Seconde-minutes) Norman et al, 2004

46 Activité RE non génomique (3) 17β Œstradiol (E 2 ) : agoniste génomique et non génomique SERMs (Tamoxifen) active le RE membranaire comme le 17β Œstradiol (E 2 ) L'antiœstrogen pur (fulvestrant) n'active pas le RE membranaire (SERDs) Peut expliquer la résistance observée dans les tumeurs RE

47 Interactions entre RE et récepteurs des facteurs de croissance

48 Réseau intracellulaire La signalisation RE ne peut plus être considérée indépendamment Des facteurs de croissance peuvent modifier la réponse RE et peuvent être modifiés par E Des facteurs de croissance peuvent être des acteurs importants dans la réponse hormonale Réseaux interactifs

49 Réseaux RE (RFC)

50 Modèles Précliniques de résistance SERMs Iressa! + Randomisation! E2! -! E2! _! +! E2! -! MCF7/HER2! TAM! +! -! d après Shou, Massarweh, Osborne, 2004

51 Résultats : Tamoxifen ± ZD1839 (Iressa ) Volume tumoral (mm 3 )! 1 400! 1 200! 1 000! 800! 600! 400! 200! 0! E2! TAM! E2 + Iressa! TAM + Iressa! 1! 30! 60! 90! 120 Jours! d après Shou, Massarweh, Osborne, 2004

52 Phosphorylation de RE, HER2 et MAPK +E2 Tam E2 Iressa R + + preα pher2 + +/ pmapk + + d après Shou, Massarweh, Osborne, 2004

53 Synthèse EGFR et HER-2 sont impliqués dans la résistance tumorale MAPK phosphorylée est augmentée dans les modèles résistants Des anticorps dirigés contre EGFR, HER-2 et des inhibiteurs de erk1/2 (PD ) sont efficaces dans des modèles hormono-résistants

54 Expression de HER2 et RE dans les cancers du sein Les niveaux RE et HER2 sont inversement corrélés! RE HER2 Négatif Faible Positif Total Positif 63 (68%) 17 (27%) 51 (9%) 131 (16%) Négatif 133 (32%) 47 (73%) 502 (91%) 682 (84%) Total Dowsett et al, 2001

55 Données cliniques Etudes rétrospectives positives HER-2 amplification et résistance à l'hormono-thérapie (Southwest Oncology study group) [Arpino et al, 2004] 349 pts (Tam), HER1 et HER2 (IHC) HER2 (FISH), RE, PR (EIA) Amplification HER-2 corrélée à RE, HER1+, HER2+ Taux de réponses objectives : HER2- (56%) vs HER2+ (47%), HER1- (50%) vs HER1+ (36%). TTP et OS significantly # by combining HER1 et HER2 Pts HER1+ et HER2+ taux de réponse faible à Tam Traitement néoadjuvant [Ellis et al, 2001] BK RE et /ou PR+ et EGFR et HER2 surexprimés letrozole 60% OU/ et 48% tumorectomie vs tamoxifène 41% OU/et 36% tumorectomie

56 Récepteurs d'œstrogènes comme cibles de traitement hormonal dans les cancers du sein

57 Réponse à l'hormono-thérapie selon le contenu de RE et PR RE + PR + : 70 % ( 188/263) RE + PR - : 30 % (61/189) RE- PR + : 50 % (8/15) RE- PR- : 9 % (16/171) From Clark, Mc Guire

58 Récepteurs d'œstrogènes Médie les effets pleiotropiques des hormones stéroïdes Facteur nucléaire de transcription activé par leurs ligands Agonistes purs : Œstrogènes (17β E 2,...) SERMs (Selective Estrogen Receptor Modulators) Tamoxifène, Torémifène, Raloxifène,.. SERD (Selective Estrogen Receptor Down regulators) antagonistes purs : (EM 800; Fulvestrant; ICI 164,184.) Deux récepteurs distincts : REα et REβ : seul le REα est utilisé en diagnostic dans les cancers du sein

59 Traitement hormonal : Deux mécanismes d'action distincts Inhibition compétitive des RE (anti-œstrogènes) SERMs : effets faibles d'agonistes Anti-œstrogènes purs : pas d'effet agoniste Inhibition de la synthèse d'œstrogènes (Inhibiteurs d'aromatase et analogues de LHRH) Effet indirect sur RE par privation d'œstrogène RE n'est pas lié à l'adn Conséquences Différents effets secondaires défavorables Mécanismes de résistance

60 Récepteurs d'œstrogènes Médie les effets pleiotropiques des hormones stéroïdes Facteur nucléaire de transcription activé par leurs ligands Agonistes purs : Œstrogènes (17β E 2,...) SERMs (Selective Estrogen Receptor Modulators) Tamoxifène, Torémifène, Raloxifène,.. SERD (Selective Estrogen Receptor Down regulators) antagonistes purs : (EM 800; Fulvestrant; ICI 164,184.) Deux récepteurs distincts : REα et REβ

61 Conclusions Plusieurs voies d activation des REs Adaptation des cellules (prolifération) après un traitement hormonal Il n'existe pas de mécanisme univoque de résistance à l hormonothérapie, mais la résistance n est pas croisée, traitements alternatifs Perspectives thérapeutiques : retarder l apparition de la résistance, associations (quelle association? Quelle stratégie?)