14/04/2015 BOUILLOUX Elsa L2 (CR : Hamza Berguigua) BMCP Pr.OUAFIK 8 pages Cancérogenèse vs Tumorigenèse (suite) Plan A. Angiogenèse tumorale I. Sources des facteurs angiogéniques II. Régulation des facteurs angiogéniques B. Application à la thérapeutique C. Résistance thérapeutique A. Angiogenèse tumorale I. Sources des facteurs angiogéniques 1. Les cellules tumorales 2. Les cellules endothéliales 3. La matrice extracellulaire (MEC) : Les cellules tumorales comme les cellules stromales vont exprimées leur facteurs sous forme de précurseurs biologiquement inactifs jusqu'à subir un processus de maturation. Les cellules stromales au contact des cellules tumorales vont sécréter des facteurs angiogéniques qui vont être attrapés par la MEC. Lors de la dégradation de la MEC il va y avoir une libération de ces facteurs ainsi que leur maturation et ils vont pouvoir retrouver leurs récepteurs au niveau des cellules tumorales pour induire la vascularisation au sein de la tumeur. La MEC sert de lieu de stockage pour les facteurs angiogéniques. 4. Les cellules de stroma tumoral : - Macrophages associés à la tumeur (TAM): Il y a un contact entre la composante vasculaire, tumorale et macrophagique via l'expression de différents facteurs. 1/8
- Fibroblastes : Ils sont capable d interagir avec la composante épithéliale normale et cancéreuse et la composante vasculaire. Lors de la cancérogenèse, les fibroblastes associés à la tumeur vont changer de phénotype pour devenir des myofibroblastes. - Cellules myéloïdes Lors de leur recrutement au niveau du site tumoral, ces cellules vont se mettre à exprimer et sécréter des facteurs angiogéniques leur permettant de rentrer en interaction avec la tumeur. II. Régulation des facteurs angiogéniques HIF-1α et l'hypoxie joue un rôle très important dans la régulation de ces facteurs angiogéniques. La transcription du facteur HIF-1α est active tout le temps que l'on soit en hypoxie ou en normoxie. On a tout le temps la même quantité d'arn Ce qui diffère c'est la stabilité de la protéine selon que l'on soit en normoxie ou en hypoxie. En normoxie (oxygénation normale) : L'ARNm est exprimé, et va rentrer dans le cytoplasme pour être traduit et donner la protéine HIF-1α. La prolyl-hydroxylase utilise l'o2 comme cofacteur et provoque une hydroxylation de la proline et asparagine au niveau de la protéine HIF-1α. La protéine VHL (gène suppresseur de tumeur) reconnaît HIF-1α hydroxylée et provoque son ubiquitinilation et par conséquent sa dégradation par le protéasome. En hypoxie (manque d'oxygène) : La prolyl-hydroxylase se retrouve sans oxygène, elle est donc inactive. Elle ne va donc pas pouvoir hydroxyler HIF-1α. Par conséquent il n'y aura pas de dégradation de la protéine HIF-1α puisque qu'elle ne va pas être reconnue par la protéine VHL. Il va y avoir translocation de HIF-1α dans le noyau pour aller rencontrer la protéine ARNt (ou HIF-1β) pour former un hétérodimère qui va reconnaître la séquence CACGTG. Par conséquent tous les gènes avec cette séquence vont être transcrit. Moins il y aura d'oxygène, plus il y aura une bonne stabilité de la protéine HIF-1α au niveau cytoplasmique. Il y a entre 120 et 140 facteurs angiogéniques qui possèdent la séquence CACGTG dans leur promoteur. Lorsque la cellule tumorale arrive en hypoxie elle arrête la transcription d'environ 70 % des facteurs qui ne sont pas nécessaires à sa survie. 2/8
B. Application à la thérapeutique Les cellules cibles : 1. Cellule endothéliale car elle est responsable de la néo-angiogénèse lors de la croissance tumorale 2. Péricyte 3. Fibroblaste 4. Macrophages 5. Membrane basale 6. Matrice extracellulaire Toutes ces cellules participent à la croissance tumorale c'est pourquoi différentes thérapeutiques ciblent ces cellules Si on a une thérapie qui est capable de reconnaître les différents types cellulaires alors on l'utilisera en monothérapie. Sinon on peut utiliser une bithérapie comme par exemple une thérapie qui cible la cellule tumorale et une autre qui cible la cellule endothéliale Exemple : le glioblastome (tumeur cérébrale) Sur cette coupe de 5μm on a fait un marquage à l'éosine et à l'hématoxyline : On observe la présence d'une région nécrotique (cellules qui ont souffert de l'hypoxie et qui en sont mortes) au centre entourée d'un mur constitué de cellules proliférantes (= cellules palissadiques) qui sous la pression de l'hypoxie vont stabiliser le facteur HIF-1α d'où la présence d'une région très riche en facteurs angiogéniques (signal d'alerte qui va activer les cellules endothéliale) Le glioblastome fait partie des tumeurs les plus vascularisées qui existent (la vascularisation peut se voir même sans marquage) Le VEGF joue un rôle fondamental dans l'activation de la cellule endothéliale et par conséquent peut être utilisé comme cible thérapeutique. 3/8
Bevacizumab (anticorps anti-vegf) : Oligo IIIb de 5ème ligne Avastin : nom commercial du médicament Avec l'utilisation de ce médicament en trois mois on observe sur l'irm une quasi disparition de la vascularisation tumorale. Seulement comme toute thérapeutique il y a toujours de la résistance. C. Résistance thérapeutique Model expérimetal : On prend une lignée de cellules de glioblastome que l'on va injecter à des souris. On va suivre la survie des souris en fonction du traitement avec l'ac anti-vegf (Avastin) ou pas Résultats : Entre le 18ème et le 20ème jour après l'injection de 100 000 cellules tumorales mort de toutes les souris Groupe de souris traitées trois fois par semaine ou tous les jours avec un AC anti-vegf mort des souris entre le 45ème et le 50ème jour On compare les cerveaux des souris du groupe contrôle (sans tratement) et du groupe traité en utilisant un marqueur spécifique des cellules endothéliales : Hypervascularisation des tumeurs des souris contrôles Quasiment plus de vascularisation dans les tumeurs des souris traités L'angiogénèse a un rôle très important dans la prolifération et la survie tumorale. Coupe de tumeur de la souris contrôle : Marquage avec de l'hématoxyline et de l'éosine On observe une frontière nette entre le tissus normal et le tissus tumoral très dense. Dans le groupe traité avec un AC anti-vegf on observe parfois des foyers tumoraux qui commencent à se reconstituer sous le traitement. 4/8
Au début la tumeur est circonscrite et sous la pression de l'ac anti-vegf, cette tumeur va se retrouver sans vascularisation et une bonne partie des cellules tumorales vont mourir. Cependant il y a quelques cellules tumorales qui vont essayer de s'échapper pour aller trouver des nutriments ailleurs et vont donc être à l'origine de nouveaux foyers tumoraux. Ce phénomène s'observe chez 1 à 3 % des patients humains traité avec l'ac anti-vegf. Ces nouveaux foyers tumoraux fabriquent une nouvelle vascularisation VEGF indépendant apparition de l'expression de nouveau facteurs angiogéniques comme le PDGF Apparition d'une résistant au traitement anti-vegf Les modes de resistance à la thérapie : La majorité des tumeurs solides expriment le VEGF : plus de 70 % de l'angiogénèse observé dans un premier temps est due à l'expression du VEGF on décide de traiter le patient avec un AC anti-vegf qui est l'avastin mais on ne peut pas prédire la réponse à l'avastin. Recherche d'un marqueur sérique qui va prédire la réponse à l'avastin (pour l'instant inconnu) On traite le patient pendant 3 mois et on vérifie la réponse du patient à l'avastin par imagerie. Deux situations au moment de la radio contrôle : le patient répond au traitement le volume tumoral à diminuer, l'angiogénèse tumorale a disparu donc on garde le même traitement Il y a une résistance augmentation du volume tumoral et revascularisation de la tumeur donc soit un bascule vers une nouvelle thérapie ciblée soit vers la radiothérapie Mais au bout 6 ou 9 mois de traitement à l'avanstin chez le patient qui avait une réponse positive au traitement on observe une nouvelle résistance. Hypothèses de cette nouvelle résistance : 1. La tumeur s'est revascularisée grâce à un nouveau facteur angiogénique (PDGF, angiopoiétine, éphrin) qui s'est mis à s'exprimer soit par les cellules stromales soit par les cellules tumorales nouvelle vascularisation VEGF indépendant 2. Le traitement anti-vegf a fait diminuer la vascularisation, et a donc provoqué des régions de nécrose et des zones d'hypoxie qui vont être à l'origine de l'expression de différents facteurs par les cellules tumorales sous hypoxie (via hétérodimère HIF-1α et HIF-1β). Des cellules tumorales vont se déverser dans la vascularisation ce qui va activer le système hématopoïétique et grâce à la circulation globale sanguine ces cellules vont arriver au niveau de nouvelles niches tumorales et ce sont les cellules de la moelle osseuse qui vont être à l'initiative de la nouvelle vascularisation dont dépendra les cellules tumorales. 3. Couverture très important de la composante vasculaire avec une meilleure couverture des cellules tumorales grâce aux cellules musculaires lisses (les péricycles) et donc les AC anti-vegf auront du mal à attaquer la composante vasculaire : on a donc une couverture anormale au niveau de la vascularisation tumorale (même couverture que les artères : plusieurs couches péricytaires). La vascularisation de la tumeur, avec une forte densité cellulaire, est attaquée avec l'avastin (la vascularisation 5/8
normale est épargnée car elle est quiescente donc insensible au traitement) du fait de la disparition de cette vascularisation dans la zone tumorale, il y a donc quelques cellules tumorale (cluster de cellules tumorales) qui vont se détacher de cette masse tumorale et s'évader pour venir rechercher l'oxygène et les nutriments au niveau des vaisseaux des tissus normaux apparition de différents foyers tumoraux Autre exemple : rôle joué par le fibroblaste (cellule mésenchymateuse qui fait partie au stroma tumorale) On injecte des cellules tumorales du cancer du sein dans une souris immunodéprimée et à partir d'un certain volume tumoral on la traite avec l'ac anti-vegf. Toujours la même observation : Diminution du volume tumoral dans un premier temps. Mais après un certain temps de traitement on se retrouve avec un échappement thérapeutique (voir courbe anti-vegf) et ainsi le volume tumoral augmente de façon très significative alors que l'on traite avec l'ac anti-vegf. Petit rappel du prof : Une tumeur ne pourra jamais progresser au-delà de 3 à 4mm 3 si elle n'a pas de vascularisation. Conclusion : cette tumeur a pu s'échapper à l'avastin parce qu'elle a trouvé un autre moyen de faire exprimer des facteurs angiogéniques On prend la tumeur qui a progressé sous avastin extraction des ARNm + microaway pour rechercher les gènes exprimés sous avastin par la tumeur Observation : ARNm surexprimé par la tumeur sous avastin porte le nom de PDGF-c (facteur angiogénique) et serait donc à l'origine de cette croissance tumorale observée sous avastin. 6/8
Immunohistochimie avec la tumeur sous avastin : le PDGF-c est fortement exprimé par la composante stromale et plus particulièrement par les fibroblastes devenus des myofibroblastes (et non par la composante tumorale) dans le but de revasculariser la tumeur de façon indépendante du VEGF Solution : Développement d'une bithérapie : Avastin + AC monoclonal anti-pdgf-c Sur la courbe verte ci-dessus (anti-vegf + anti-pdgf-c) : on observe que au moment où il y avait un échappement thérapeutique sous Avastin seul, on garde le contrôle de la tumeur avec la combinaison des deux traitement Sur le marché on peut voir apparaître des AC bispécifiques : On prend la partie variable (ou neutralisante) de l'ac anti-vegf + la partie neutralisante de l'ac anti-pdgf-c et on séquence les gènes codant pour ces deux parties. Ensuite on fait un clonage en mettant les deux séquences ensembles tout en laissant de l'espace entre les deux séquences. Ce nouvel AC est donc capable de neutraliser deux facteurs à la fois (VEGF + PDGF-c). Cette nouvelle technique donne de très bon résultant en phase pré-clinique. 7/8
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