Prédispositions génétiques au cancer colorectal: aujourd hui et demain

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1 Prédispositions génétiques au cancer colorectal: aujourd hui et demain Pierre Hutter HUG/Genève; ICHV/Sion ARL, Bourguillon, 30 septembre 2010

2 Progression du cancer colorectal APC b-catenin MMR CIN PIK3CA KRAS PIK3CA TP53 SMAD4 (e.g., CDC4) BRAF PTEN BAX TGFBR2 cas sporadiques: ans (>120 gènes impliqués)

3 Paul Broca : Chirurgien français 1849 «agrégation familiale suggérant une composante héréditaire (selon les lois de Mendel)»

4 Prédispositions génétiques au cancer: diagnostic prédictif Agrégation familiale variants à faible pénétrance Syndromes héréditaires autosomal dominant forte pénétrance individus " à haut risque "

5 Syndromes de cancers héréditaires Syndromes Cancer du sein/ovaire héréditaire Syndrome de Lynch (Cancer colo-rectal sans polypose héréditaire ; HNPCC) Polypose adénomateuse familiale (FAP) Li-Fraumeni (sein, leucémie, sarcome) Rétinoblastome (rétine, os) Néoplasie endocrinienne multiple (MEN) 2 von Hippel-Lindau Mélanome familial Cancer gastrique familial Maladie de Cowden Peutz-Jeghers Gènes BRCA1 BRCA2 MSH2 MLH1 MSH6, PMS1, PMS2 APC / MUTYH TP53 / CHEK2 RB1 RET VHL CDKN2 CDK4 CDH1 PTEN STK11 Chromosomes 17q 13q 2p 3p 2p, 2q, 7p 5q / 1p 17p / 22q 13q 10q 3p 9p 12q 16q 10q 19p

6 Processus altérés dans les cancers Croissance Réparation Sénescence Division d ADN Apoptose

7 Accélérateurs: Activation Proto-oncogènes Oncogènes Développement de cancer Freins: Inactivation Suppresseurs de tumeurs Perte de protection contre le cancer

8 Gènes suppresseurs de tumeurs mutés prédispositions au cancer Première copie altérée dès la conception= prédisposition «Longévité» de la deuxième copie? Abolition de la fonction

9

10 Méthylation de l ADN et modification de la configuration de la chromatine d un gène suppresseur de tumeur a. Cellule normale 1 MBP MBP 2 3 MBP HDAC HDAC HDAC b. Cellule tumorale HDAC X 1 MBP 2 3 MBP HDAC n exon CpG non méthylé histone acétylée site d initiation de la transcription HDAC: histone déacétylase CpG méthylé histone déacétylée MBP: methyl binding proteins

11 Répartition des CCR «héréditaires» 3-5%

12 Cancer Colorectal Héréditaire Sans Polypose (HNPCC) ou s. de Lynch Environ 1/800 dans la population générale porteur d une mutation constitutionnelle Différents organes sont affectés Le test génétique sauve des vies

13 TUMEURS s. Lynch «hors-côlon» Endomètre Estomac Ovaires Intestin grêle Voies urin. sup. Syst. hépatobiliaire Reins Urètre Pancréas Peau

14 s. Lynch: risque cumulatif à 75 ans Côlon et rectum H: % F: % Endomètre: % Ovaire: % (souvent formes épithéliales endométroïdes et mucineuses)

15 Le s. Lynch résulte d un défaut du système de MisMatch Repair (MMR)

16 MSH6 MSH2 MutSα MSH2 MSH6 MLH1 PMS2 MutLα MLH1 PMS2

17 G T 5' 3' 3' MSH6 5' MSH2 G T ADP ATP hmlh1/hpms2 PCNA MSH6 MSH2 G T ATP ADP MLH1 PMS2 ATP ADP G 3-5 exonuclease DNA helicase (?) G C 5' 3' 3' DNA polymerase δ PCNA DNA ligase 5'

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20 Deux types d instabilité génétique dans les CCR familiaux Instabilité de microsatellites (MSI) Côlon droit, indolent, diploïdie, mutations dans TGFβRII et BAX s. Lynch Instabilité chromosomique (CIN) Côlon gauche, agressif, aneuploïdie, mutations dans APC,K-ras, PIK3CA, p53 PAF

21 MICROSATELLITES CHEZ l HOMME! Répétitions de 1-5 paires de bases Séries de ~ 6-30 unités répétées Distribués à travers l ensemble du génome >100,000 microsatéllites dans notre génome Une grande partie sont polymorphiques

22 APC (D5S346) MSI Negative N T N T MSI Positive BAT25 BAT26 D2S123 Mfd15CA (D17S250)

23 Principales protéines s. Lynch MLH1 PMS2 MSH2 MSH6

24

25 Modèle de décision pour analyse de mutations MLH1 et MSH2 Particularités cliniques âge moyen au diagnostic des cancers colorectaux présence des critères d Amsterdam présence de patient(s) avec cancer de l endomètre forte Probabilité de détecter une mutation MLH1 ou MSH2 faible Recherche de mutations si résultat positif Analyses MSI/IHC

26 Critères d Amsterdam II Trois apparentés avec tumeurs de type s. de Lynch Un apparenté au 1 er degré aux 2 autres Au moins 2 générations concernées Au moins 1 ca diagn. avant 50 ans Exclusion de polypose adénomateuse

27 Critères d Amsterdam I/II - + IHC/MSI tests + + IHC/MSI tests Directives de Bethesda II - - Pas d analyse des 4 gènes Analyse des gènes MLH1, MSH2, MSH6, PMS2

28 Famille s. de Lynch + = mutation confirmée = mutation absente côlon - 57 côlon - 55 can. bil., 34 côlon, 31,51 estomac 33 côlon, 32,51 côlon côlon, 21,41 sein côlon 35 caecum 40 côlon poumon,

29 Quatre mutations s. Lynch fondatrices en Suisse romande MLH1: 1 mutation non-sens en Valais (>plus de 300 ans d âge) MLH1: 1 mutation faux-sens en Valais central (>200 ans d âge) MLH1: 1 mutation d épissage en Valais (>200 ans d âge) MSH2: 1 grande délétion en amont affectant le promoteur, au canton de Vaud (>300 ans d âge)

30 Syndrome de Lynch en Valais: MLH1 gène MLH1 Conthey Bagnes Isérables Sierre Episs. Insert. F. sens N. sens 85% de l ensemble des mutations Lynch en Valais? 10%* 9% 24%* 42%* * : 3 mutations fondatrices (>250 ans)

31 Grandes délétions MSH2/MLH1 Dans env. 10 % des familles AC + Dans > 40 % des familles AC + sans mutation ponctuelle identifiée Points de ruptures souvent % rétrotransposons (séquences Alu ) Souvent des mutations fondatrices?

32 Sondes MLPA chaque exon de MLH1/MSH2 Synthetic oligonucleotide bp M13-derived oligonucleotide bp PCR primer sequence Y PCR primer sequence X Hybridization sequence Stuffer sequence (different for each probe) Hybridization sequence

33 Hybridisation & Ligation 1. The MLPA probemix is added to denatured genomic DNA 2. The two parts of each probe hybridize to adjacent target sequences 3. Probes are ligated by a thermostable ligase X 5 Y X 5 Y 3 Target A 5 3 Target B 5

34 Amplification A universal primer pair is used to amplify all ligated probes The amplification product of each probe has a unique length ( bp)

35 Profils d amplification par MLPA

36 Mutation ancestrale MSH2 du canton de Vaud: nouveau mécanisme de mutation! EPCAM MSH2 allèle normal allèle mutant déletion 29 kb SA85 (Vaud) méthylation

37 IMPLICATIONS CLINIQUES Eviter des examens inutiles pour des individus nonporteurs d une mutation Cibler la surveillance et la prévention sur les porteurs d une mutation

38 S. de Lynch: recommandations de surveillance Type Coloscopie Ex. gynéco., US transvaginal, biopsie endomètre, Ca 125 Gastroscopie * US rénal, cytologie urines * Dès a a a a Fréquence 1x / 1-2a 1x / a 1x / 1-2a 1x / 1-2a * si un parent atteint

39 Hétérogénéité des cancers colorectaux familiaux Instabilité de microsatellites (MSI) Côlon droit, indolent, diploïdie, mutations dans TGFβRII et BAX s. Lynch Instabilité chromosomique (CIN) Côlon gauche, agressif, aneuploïdie, mutations dans APC,K-ras, p53, PIK3CA PAF

40 POLYPOSE ADENOMATEUSE FAMILIALE Incidence de mutations : ~ 1/8 000 ~ 850 patients en Suisse Mutations germinales du gène APC Autosomal dominant, très forte pénétrance 25% mutations de novo

41 PAF : Clinique Développement de centaines -> 5 milliers de polypes adénomateux tout au long du tube digestif Âge moyen : 16 ans (5-38 ans) Â 35 ans : > 95% des patients ont des polypes Pas de colectomie : ~ 100% Ca colorectal Âge moyen : ~ 40 ans

42 PAF : spectre clinique Forme CLASSIQUE Forme ATTENUEE [ hereditary flat adenoma syndrome ] < 100 adénomes; côlon proximal; Ca colorectal : ans Syndrome de GARDNER PAF + ostéomes + tumeurs tissus mous (desmoïde) Syndrome de TURCOT Ca colorectal + Ca SNC (médulloblastome)

43 APC : del ex (spécifique/ CH) a: Ca digestif Ca estomac? a: Ca côlon Ca côlon M a: colectomie prophylactique a: colectomie prophylactique a: colectomie prophylactique a: colectomie prophylactique a: colectomie prophylactique a: Ca côlon a: colectomie prophylactique a: colectomie prophylactique a: colectomie prophylactique a: colectomie tumeur desmoïde

44 Suppression tumorale par la protéine APC APC+ GSK3-β Destruction de la β-caténine β-caténine APC- Tcf et lef activés Signal Wg-Wnt Cycle cellulaire Myc activé Prolifération des cellules

45 APC Corrélations Génotype/Phénotype FUNCTION Homodimerization!! Catenin-Binding Catenin-Binding and Downregulation Tubulin - Binding Conductin Binding DLG-Binding EXON POLYP PHENOTYPE Mild <177 Classical Profuse Mild >1580 EXTRACOLONIC PHENOTYPE CHRPE Desmoids

46 MUTYH: mutations bi-allèliques MAP adénomes CR avec/sans cancer ~ 1 % de l ensemble des CCR=MUTYH - /MUTYH % des patients FAP négatifs/apc cancer chez > 97% des porteurs à 60 ans mutations p.y165c et p.g382d prédominent

47 GWAS : analyse d association portant sur l ensemble du génome

48 GWAS et désert 8q24: 10 SNPs analysés sur 1.18 Mb Cancer de la prostate: 1,854 cas et 1,894 contrôles Cancer du sein: 2,270 cas et 2,280 contrôles Cancer colorectal: 2,299 cas et 2,284 contrôles Cancer de l ovaire: 1,975 cas et 3,411 contrôles Cancer de la vessie: 1,803 cas et 34,336 contrôles

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50 Région 8q24: un désert de gènes????? que cachent ces trous noirs de notre génome?

51 Ma proie est à grande distance

52 Régulation des gènes de cancer: ADN non codant

53 10 SNPs en 8q24 POU5F1P1 6.1 FAM84B C-MYC R1: Prostate R2: Sein R3: Prostate Colon Ovaire R4: Prostate R5: Prostate R6: Vessie 600 Kb Centr. «Haplo-vue» de 1.18 Mégabases Télom.

54 SNP rs situé dans 1,083 pb très conservées chez les vertébrés très bon potentiel de fonction régulatrice (UCSC browser) contient un candidat d amplificateur (vista enhancer track db)

55 Profil d expression des gènes réseaux de co-expression Correlation entre les niveaux de transcripts Vue en trois dimensions de gènes co-exprimés

56 Activités de vastes réseaux de de gènes co-exprimés! Deux éléments majeur d un réseau: Noeuds (cercles) = gènes (ou sondes sur une puce à ADN) Lignes reliant les noeuds = correlations entre les niveaux d expression de 2 gènes Plus la distance entre 2 noeuds (gènes) est grande, plus faible est la corrélation entre les niveaux d expression des 2 gènes

57 Propriété topologique d un réseau de co-expression Module rouge Les gènes forment des groupes, correspondant à des modules Chaque module représente un groupe de gènes fortement coexprimés Module turquoise

58 Dans chaque module certains gènes sont particulièrement corrélés entre eux PIGNONS (HUBS) Les gènes des PIGNONS sont essentiels à la survie et à la croissance d un organisme Des variations de gènes des PIGNONS permettent de prédire l évolution de tumeurs PIGNON dans le module turquoise PIGNON dans le module gris

59 > de 15 gènes de cancer mutés (parmi > 120 gènes)

60 10-20% Normal Méthyl. BRAF Adénomes dentelés MLH1 MSI Cancer côlon proximal assez bon pronostic, mauvaise réponse à la thérapie adjuvante 10-30% Normal Méthlyl. KRAS APC Adénomes villeux Méthyl. Cancer mauvais pronostic, mauvaise réponse au 5-Fu et au Cetuximab 50-70% Normal APC Adénomes tubuleux P53 CIN Cancer cancer typique du côlon distal

61 Diagnostic et intervention thérapeutique Hier et? aujourd hui : diagnostic thérapie suivi thérapeut. Identif de prédisp. génétique action ciblée prévention diagnostic ablation de polypes suivi thérapeut. Choix individuel mode de vie surveillance médicaments

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