Cellule cancéreuse et microenvironnement tumoral. Marqueurs tumoraux en biologie

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1 Faculté de Médecine Cellule cancéreuse et microenvironnement tumoral. Marqueurs tumoraux en biologie Professeur Véronique Catros Biologie Cellulaire Faculté de Médecine / Inserm U991 Rennes 1 UE Bases cellulaires et Moléculaires des pathologies DCEM1 / DFGS 3 / S5

2 PLAN I Cellule cancéreuse et microenvironnement tumorai I-1. Introduction I- 2. Anomalies structurales et ultra-structurales I-2.1. Anomalies structurales (microscopie photonique) I Cellule cancéreuse I Tissu cancéreux I-2.2. Anomalies ultra-structurales (microscopie électronique) I- 3. Anomalies métaboliques I-3.1. Métabolisme intermédiaire I-3.2. Métabolisme de prolifération I- 4. Anomalies génétiques I-4.1. Oncogènes I-4.2. Cytogénétique du cancer I- 5. Comportement in vitro I- 6. Transition épithélio mésenchymateuse I-7. Le Microenvironnement tumoral : cellules a) fibroblastiques; b) immunitaires; c) endothéliales vasculaires I- 8. Métastases I-9. Rôle du Microbiote II Marqueurs tumoraux en biologie II-1. Définition II-2. Biomarqueurs tumoraux usuels II-2.1. Marqueurs circulants synthétisés par les tumorales : ACE, AFP, PSA, CA15-3, CA125 II-2.2. Marqueurs circulants accompagnant le développement tumoral II-2.3. Marqueurs tissulaires : récepteurs hormonaux, marqueurs génomiques II.3. Place des Biomarqueurs usuels 2 II.4. Conclusion

3 organisme Organes (tissus) Cellules normales (10 14 / 50 divisions) Divisions naturelles Environnement Toxiques Virus Radiations transformation Cellules cancéreuses Anomalies SE DIVISENT +++ Tumeur primitive (génétiquement instable), invasion métastatique 3

4 Culture de fibroblastes Normal «Transformé» Cytosquelette Prolifération indépendante de l ancrage Perte de l inhibition de contact 4

5 I-2.2. Anomalies ultra-structurales (microscopie électronique) î nombre de mitochondries î nombre de crêtes mitochondriales RE / Golgi fréquemment dilaté 5

6 I-3.2. Métabolisme de prolifération Sécrétion de facteurs de croissance EGF PDGF FGF VEGF SCF TGFα FLT3 HGF/SF prolifération angiogénèse R à tyrosine kinase Ex : famille Human Epithelial (FC) R - HER1 (R EGF* et autres) - HER2 (? ) - HER3 - HER4 6

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8 HER 2 : human epithelial growth factor 2 her2 = homologue humain de neu (glioblastome de rat) oncogène Her2/neu glycoprotéine transmembranaire (185 Kda) amplification dans 30% cancers sein (mauvais pronostic) surexpression protéine Score 3+ Marquage membranaire de HER2 8

9 oncogènes /anti-oncogènes : 291 gènes (1% des gènes) composante normale (proto-oncogènes dits c-onc) impliquée dans la prolifération +++ voies de transduction signaux mitogéniques contrôle du cycle cellulaire K-ras src c-myc Her 2 erb B abl c-kit Rb, p53, BRCA1/2, APC Cyclines, CDK, CDKi b raf 9 bcl2

10 t(9;22)(q34;q11) der(9)t(9;22) 9q34 : ABL der(22)t(9;22) = Ph1, fusion bcr-abl 22q11 : BCR Protéine ABL : activité kinase activée en permanence «transformante» LMC: Tki Gleevec 10

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12 étapes contrôlées par complexes Cyclines-CDK (cycline dependent kinases) p53 p21 MPF 12

13 anomalies génétiques/cytogénétiques proto-oncogènes(c-onc)(v-onc) à oncogènes à oncoprotéines modifications épigénétiques : mime un effet mitogène gene on DNMT gene off favorise la survenue de cancers - transformation cellulaire - multiplication d un clone cellulaire - prolifération incontrôlée et anarchique - migration métastatique souche (stem cell) anomalies des cellules cancéreuses : cibles thérapeutiques 13

14 tumorale endothéliale EGF, PDGF, VEGF, IGF Avastin/Herceptin/Erbitux Sutent / Glivec Fti : Zarnestra Tki : Nexavar CDKi Ras Tki prolifération CDK * Raf Tki cyclines MEK olaparib PARP Gene expression MAPK Temsirolimus DACi Velcade *autres voies mitogènes 14 PI3K-mTOR

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16 Cellules effectrices immunité adaptative immunité innée B Tαβ NKT Tγδ NK M TCR peptides (CMH cl.i) sous populations T 16

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18 RESEAU INTERACTIF tumeur/stroma 18

19 The mul7- step cascade of cancer cell metastasis Primary Tumor Epidermis Cutaneous Melanoma Dermis INVASION EXTRAVASATION INTRAVASATION Lympha7c or blood vessels SURVIVAL COLONIZATION lung, liver, brain, bone Metastases

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21 I- 9. Rôle du Microbiote nasal oral Microbiote intestinal: Bacteroidetes Firmicutes (lactobacillus ) respiratoire gastro-intestinal urogénital peau Le microbiote est un écosystème microbien qui est présent sur la peau et les muqueuses. Il est constitué de bactéries, virus, champignons, parasites (1010 cellules).

22 Un biomarqueur tumoral idéal ü Utilisable tout au long de l évolution de la maladie : Guider le traitement Pronostic Evaluer le stade Surveillance Dépistage Diagnostic Suivre la réponse Détecter rechute Début cancer Apparition symptômes Traitement ð Un tel marqueur tumoral n'existe pas!

23 II-2.1. Marqueurs circulants synthétisés par les tumorales Glycoprotéines oncofoetales : - ACE (antigène carcinoembryonnaire) - AFP (alpha-foetoprotéine) Hormones : thyrocalcitonine, H. gonadotrophique chorionique (HCG), catécholamines, H. hypophysaires ou pancréatiques Enzymes : - PSA (prostatic specific antigen)(protéase) - PAP (prostatic acid phosphatase) - NSE (neuron specific enolase) Antigènes carbo-hydratés dérivés de tumeur, reconnus par des Mab (obtenus par immunisation de souris avec des tumorales)(ca : cancer antigen) CA 15-3, CA19-9, CA125, CA 72-4 Autres : CYFRA 21.1 (fragment de cytokératine 19), thyroglobuline, Ig monoclonales, polyamines 23

24 Dosages immunologiques sérum (sang) Sérum Prélèvement sanguin Dosage immunologique Méthode «compétition» Méthode «sandwich» 24

25 PRINCIPALES INDICATIONS DES PRINCIPAUX MARQUEURS TUMORAUX SÉRIQUES Localisation Marqueur Valeurs normales Diagnostic Indications cliniques Pronostic Surveillance Colon/Rectum Sein Prostate Pancréas Ovaire Foie Testicule Thyroïde (diff) Thyroïde (méd) ACE CA15.3 PSA CA19.9 CA125 AFP AFP βhcg Thyroglobuline Calcitonine 5-10 ng/ml U/ml 2,5-5 ng/ml U/ml U/ml ng/ml ng/ml 0,1-1 ng/ml 60 ng/ml 10 pg/ml

26 II-2.2. Marqueurs circulants accompagnant le développement tumoral Molécules/signes de l inflammation : ferritine, Protéine C réactive, VS pas spécifiques mais facilement dosables «aide» au suivi des patients Molécules issues de la lyse ou nécrose cellulaire : LDH (lactate deshydrogénase) β2 microglobuline 26

27 II-2.3. Marqueurs tissulaires marqueurs protéiques : récepteurs oestrogènes/progestérone, produits d oncogènes (récepteurs HER2, HER1) immuno histo sur tumeur marqueurs génomiques : amplification Her2/Neu mutations de KRas, Her1, Braf translocation 9-22 extraction ADN /PCR cytogénétique 27

28 utilisation clinique HER2 statut HER2 + mauvais pronostic capacité proliférative agressivité / dissémination moins sensible chimiothérapie / hormonothérapie è FISH traitement Herceptine (traztuzumab = anti-her2 mab) centromères du chromosome 17 : vert HER2/Neu : rouge ratio Her2/Neu / Cr17 > 2,2 è surexpression de HER2/Neu 28

29 Utilisation clinique K-ras Statut K-RAS muté : pas de réponse aux anti-egfr Cetuximab (Erbitux ) Panitumumab (Vectibix ) muté Activation constitutive

30 Séquençage (déterminer l ordre des nucléotides): à 1 ère génération : méthode de Sanger à 2 ème génération : séquençage haut débit ou NGS à 3 ème génération : séquencage d une seule molécule d ADN (single molecule sequencing : SMS) 30

31 Altérations génomiques somatiques Mutations somatique de gènes à réponse thérapeutique 2 exemples : nouvelles thérapies ciblées : voie de signalisation de l EGFR Colo-rectal : anticorps thérapeutiques anti-egfr à cetuximab (ERBITUX ) à panitumumab (VECTIBIX sauf si mutations de K-Ras Cancer NSCLC : mutations EGFR / inhibiteurs TK de l EGFR à gefitinib (IRESSA ) à erlotinib (TARCEVA ) Problème : Coût très élevé Hétérogénéité de la réponse thérapeutique à Identifier les patients répondeurs? Tests compagnons

32 II.4. Conclusion Bilan biomarqueurs tumoraux cliniques : imparfait è nécessité de disposer de nouveaux BT plus spécifiques è définir des profils génomiques, transcriptomiques, protéomiques spécifiques de tumeur par approches de criblage différentiel à haut débit génome gènes transcriptome mrna / protéome protéines / «Signatures» transcriptomiques et génomiques. nouvelles classifications Ex : cancers de l ovaire séreux de haut grade: - mésenchymateux (fibroblastes infiltrants) - immunoréactifs - différenciés - prolifératifs Disposer de biobanques 32