Temps d animation scientifique sur des compétences et des outils locaux dans le but de transmettre un savoir-faire sur le site bordelais

Workshop 1 Temps d animation scientifique sur des compétences et des outils locaux dans le but de transmettre un savoir-faire sur le site bordelais Particularité des essais cliniques à l heure du screening moléculaire 5 septembre 2014

Intervenants Carlo Lucchesi, bio-informaticien, employé à l Institut Bergonié dans le cadre du SIRIC BRIO, en charge de projets bio-informatiques à forte composante NGS. Il a travaillé pendant 8 ans à l Institut Curie à Paris dans l équipe d Olivier Delattre où il a conduit l analyse bio-informatique des données génétiques de la tumeur d Ewing, le cancer du sein et les sarcomes, en utilisant les technologies CHG, SNP and Expression arrays et l NGS. Projets : Dans le SIRIC BRIO il est en charge de la partie bio-informatique sur les données du Programme International de Recherche Biologique ICGC Leiomyosarcome (Frédéric Chibon) Et du Programme de Recherche Clinique Sarcome et Mécanisme de Résistance aux Médicaments (Antoine Italiano). Il participe aux activités bio-informatiques du protocole de Thérapie Ciblée SAFIR02 pour l équipe Bergonié (Isabelle Soubeyran) Et aux activités du programme Bases de Données Cliniques et Biologiques du Sarcome (Jean-Michel Coindre). 2

2ième partie Applications et limites des technologies actuelles dans l interprétation pour la prise de décisions thérapeutiques Carlo Lucchesi Chef Projet Bioinformatique Institut Bergonié, SIRIC BRIO Carlo Lucchesi Workshop1 SIRIC BRIO, 05/09/2014 3

Les thérapies ciblées: le processus type Plan Les technologies disponibles Séquençage Bio-informatique Banques de Données Cliniques et Biologiques Systèmes de Support à la prise de décision Adéquation des protocoles courants par rapport aux possibilités technologiques Le défis technologique et organisationnel à relever pour la mise en place des nouvelles générations de protocoles ciblés 4

Plan Limites des technologies actuelles par rapport au potentiel des «thérapies ciblées» courantes? Limites des «thérapies ciblées» courantes par rapport au potentiel des technologies actuelles 5

Le processus «type» des thérapies ciblées courantes Cliniciens Pathologistes Biologistes moléculaires Généticiens 4 6 Semaines Bio-informaticien Eligibilité Patient Détection des marqueurs biomoléculaires Panel de gènes Données Patient Drogues Cibles Etudes Pathologie Cible «druggable»? MTB (15 ) Thérapie ciblée Thérapie standard SEQUENCAGE BIOLOGIE MOLECULAIRE BASES CLINIQUES et BIOLOGIQUES SYSTEME DE SUPPORT A LA PRISE DE DECISION BIOINFORMATIQUE MTB=Molecular Tumor Board 6

Quel type de Technologies sont à disposition? Séquençage + Bioinformatique Marqueurs bio-moleculaires Bases Cliniques et Biologiques Données «Omiques», Phenotypiques et des Drogues Systèmes de support à la prise de décision Algorithmes décisionnels 7

Séquençage Les Technologies NGS sont désormais utilisées de façon standard dans le domaine de la Recherche Biologique, Clinique et Diagnostique Médicale ADN Whole Genome (6Gb 30X 200X) ExomeSeq (33-90Mb 60-100X) Target Reseq (régions génomiques ou panel de gènes:100x- 10,000X) ARN RnaSeq, Whole Transcriptome PolyA ou RiboDepletion, Strand specific 8

Séquençage Depuis le site http://www.biorigami.com Biorigami, site francophone de biotechnologie 9

Séquençage Les protocoles «Fresh Frozen» vont évoluer pour supporter différents types d échantillons biologiques «Formalin Fixed Paraffin Embedded» - Wong SQ et al, Sci Rep. 2013, Targeted-capture massively-parallel sequencing enables robust detection of clinically informative mutations from formalinfixed tumours. - Hedegaard J et al, PLoS One. 2014, Next-generation sequencing of RNA and DNA isolated from paired fresh-frozen and formalin-fixed paraffin-embedded samples of human cancer and normal tissue. Single Cells (Biopsies Liquides, marqueurs de surface, nanobiotechnologies) - Navin N et al, Tumor evolution inferred by single-cell sequencing, Nat 2011 Cell-Free DNA (ctdna dans serum) - Leary R. et al. Sci Tran Med 2012, Detection of Chomosomal Alterations in the Circulation of Cancer Patients [with Whole-Genome Sequencing] - Murtaza et al. Nat Letter 2013, Non-invasive analysis of acquired resistance to cancer therapy by sequencing of plasma DNA [ExomeSeq] 10

Analyse génomique de l ADN tumoral circulant Cell-free DNA) pour la détection d altérations structurelles Leary R. et al. OncoTarget 2013, Cancer Detection using Whole Genome sequencing of Cell-free DNA Carlo Lucchesi Workshop1 SIRIC BRIO, 05/09/2014 11

A la base de l analyse bioinformatique NGS méthodes de comptage du nombre de séquences qui couvrent une région génomique (ADN) ou codante (ARN) chr1 Profil de couverture * Sequences NGS NRAS James T et al, Integrative Genomics Viewer. Nature Biotechnology 2011 http://www.broadinstitute.org/igv/home 12

A la base de l analyse bioinformatique NGS T C méthodes d estimation de la fréquence des variants nucléotidiques couvrant une position données 13

RnaSeq DnaSeq Les applications de la bioinformatique Détection de variation génétiques Polymorphismes Mutations somatiques C A/B A/A T A/B A/B génomiques Aneuploïdies Pertes d hétérozygotie Disomies Translocations A/A A/B A/BB -/B géniques d expression Expression allélique Genès de fusion Epissage alternatif Par gène Par exon 14

Etude par larges cohortes ICGC https://icgc.org/ or Davoli T et al, Cumulative haploinsufficiency and triplosensitivity drive aneuploidy patterns and shape the cancer genome, Cell 2013 Design des études Bioinformatique T=Tumor, C=Constit DnaSeq RnaSeq T / C T Instabilité génomique + Expression génique Haplo-insufficience Triple-Sensitivity Etude de la cinétique de résistance aux médicaments Schuh A et al, Monitoring CLL progression by whole genome, Blood 2012 DnaSeq RnaSeq T / C T A/A Mutations somatique avant après A/B Traitement Etude d hétérogénéité intra-tumorale Yashida S et al, Distant metastasis occurs late during the genetic evolution of pancreatic cancer Nat 2010 DnaSeq RnaSeq T / C T f 1 f 2 -/B f 3 A/A A/B Organisation spatiale des clones Tissu tumoral 15

Technologie Sex Date naissance PCR Western Blot CGH Microarray Librairie NGS WGS WTS Target Seq. Bases Cliniques et Biologiques (BcB) Biologie («Omics») Nucléotide Acide Aminé Chromosome Exon Intron Gène Pathway Allèle Etude Drogue Chimiothérapie Délétion Amplification LOH SNP SNV Translocation Expérience Thérapie ciblée Anomalie Ontologies Classes Attributs Relations Standards Terminologies, Valeurs, Normes Plateformes I2b2 / TranSMART Canuel V. et al, Translational research platforms integrating clinical and omics data: a review of publicly available solutions, Briefings in Bioinformatics Advance, 2014 16

Systèmes de support à la prise de décisions clinique Data Base of Facts («BcB») Les Données Cliniques, Omiques et des Médicaments consistants avec Ontologies et Standards (BcB) et supportant le «Whole Genome Sequencing» Knowledge base Les expertes (Cliniciens, Biologistes) identifient les règles de support à la prise de décision clinique Les règles sont vérifiées formellement et enregistrées dans la base des règles Inference Mechanism Des règles complexes sont construites à partir de règles de base (forward, backward) Explanation System La justification du pourquoi (par ex. ) on a choisie une drogue X pour un individu Y Artificial Intelligence 1960 Expert Systems 1980 (Clinical) Decision Support 2000 Welch BM et al, A proposed clinical decision support architecture capable of supporting whole genome sequence information. J Pers Med 2014 17

Adéquation des protocoles courants par rapport aux possibilités technologiques 4 6 Semaines Cliniciens Pathologistes Biologistes moléculaires Généticiens Bio-informaticien Eligibilité Patient Détection des marqueurs biomoléculaires Panel de gènes Données Patient Drogues Cibles Etudes Pathologie Cible «druggable»? MTB (15 ) Thérapie ciblée Thérapie standard SEQUENCAGE BIOLOGIE MOLECULAIRE BASES CLINIQUES et BIOLOGIQUES SYSTEME DE SUPPORT A LA PRISE DE DECISION BIOINFORMATIQUE MTB=Molecular Tumor Board 18

Protocoles Adéquation des protocoles courants par rapport aux possibilités technologiques Carlo Lucchesi Workshop1 SIRIC BRIO, 05/09/2014 19

Protocole Adéquation des protocoles courants par rapport aux possibilités technologiques Carlo Lucchesi Workshop1 SIRIC BRIO, 05/09/2014 20

Protocole Adéquation des protocoles courants par rapport aux possibilités technologiques Carlo Lucchesi Workshop1 SIRIC BRIO, 05/09/2014 21

Un défis important pour la médicine personnalisée Cliniciens Pathologistes L ORGANISATION des EQUIPES Bio-informaticien Généticiens courant Unité Clinique - Cliniciens connaissances Biologistes moléculaires futur (?) Unité Biologie -Biologistes Unité Bioinformatique -Bio-infos connaissances Cas clinique à étudier MTB (15 ) MTB = Partage en continu des connaissances 4 6 semaines connaissances MTB=Molecular Tumor Board 22