Docteur P. de Cremoux Institut Curie, Paris
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
Historique Sir G Beatson, Lancet 1896; 2: 104 07 Benson, Lancet Oncol, 2008!
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 1999-2000's: Inhibiteurs d aromatase
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!
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
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
Récepteurs d'œstrogènes
La famille des récepteurs d'hormones stéroïdes
Récepteurs d œstrogènes Action Nucléaire ERE-dependent / independent transcriptional regulation
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)!
Les domaines Fonctionnels (% d'homologie entre RE-α et RE-β)
Cellule épithéliale du cancer du sein Œstrogènes! NOYAU! Activation de la transcription! HSP90! RE! ERE! AF2! AF1! (Gènes hormonodépendants)! Cellule! CYTOPLASME!
Transactivation du REα AF1 AF2 E2 + + Tamoxifène + Antiœstrogènes purs
Site d'activation de la transcription (1) [classique] "Estrogen Responsive Element" (ERE) E2 RE RE ADN Transcription Activation des gènes
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
Signalisation du RE Osborne & Schiff, 2005
Bases moléculaires de l'agonisme et de l'antagonisme
Interaction du ligand avec le LBD Œstrogènes Antiœstrogènes Le ligand modifie la conformation du LBD
La conformation du LBD (REα) dépend du ligand K362 H11 H6 H5 K362 H11 H5 H3 H6 H3 Brzozowski et al, 1997
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
Co-activateurs et co-répresseurs
Transactivation des REs
Co-régulateurs: co-activateurs (AIB1, SRC1, TIF2 ) TAM E2 From Ali & Coombes, 2002
Co-régulateurs TAM E2 From Ali & Coombes, 2002
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?
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
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
REβ
Les domaines Fonctionnels (% d'homologie entre RE-α et RE-β)
Affinités de liaison de différents ligands pour REα and REβ Ligand Estrogen receptor α Estrogen receptor β 17β estradiol 100 100 17α estradiol 58 11 Estrone 60 37 Estriol 14 21 Tamoxifen 4 3 Raloxifen 69 16 Genisteine 4 87 Coumestrol 20 140 From Gruber et al, 2006
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
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
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
Distribution cellulaire des RE (α et β) Utérus Hypophyse Testicules Prostate Vessie Ovaires Foie Rein REα ++ ++ + + + ++ ++ REβ + + ++ ++ ++ ++ From Kuiper et al, 1997
Récepteurs d'hormone ERE Site AP1 REα REβ REα REβ E2 ++ ++ ++ DES ++ ++ ++ Tam ++ ++ ICI + ++ Ral + ++ d! D'après K. Paech (1997) Science 277, 1508-1510
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)
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
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?
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
Effets non-génomiques RE
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
Mechanisms of rapid non-genomic receptordependent actions of estrogen in four cell types Collins P, Nature Medicine 1999
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
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
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
Interactions entre RE et récepteurs des facteurs de croissance
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
Réseaux RE (RFC)
Modèles Précliniques de résistance SERMs Iressa! + Randomisation! E2! -! E2! _! +! E2! -! MCF7/HER2! TAM! +! -! d après Shou, Massarweh, Osborne, 2004
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
Phosphorylation de RE, HER2 et MAPK +E2 Tam E2 Iressa R + + preα ++ ++ ++ + pher2 + +/ pmapk + + d après Shou, Massarweh, Osborne, 2004
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 098059) sont efficaces dans des modèles hormono-résistants
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 196 64 563 813 Dowsett et al, 2001
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
Récepteurs d'œstrogènes comme cibles de traitement hormonal dans les cancers du sein
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
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
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
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
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?)