Voies de signalisation intra-cellulaire: nouvelles cibles thérapeutiques P.Fumoleau Oncologie...

Voies de signalisation intra-cellulaire:nouvelles cibles thérapeutiques

P.Fumoleau

Oncologie Médicale, Centre Georges-François Leclerc, Dijon

Plan

1/ La transduction du signal & cellules tumorales

2/ La transduction du signal & l’angiogénèse

Introduction:Transduction du Signal• Le passage d’une cellule eucaryote de la phase quiescente

(G0) à la phase de mitose (M), en réponse à des stimuli extérieurs est un processus multi-étape

• Il requiert la transduction de signaux divers et l’activation de protéines intracellulaires

• Ce processus finement régulé est altéré au sein des cellules néoplasiques, engendrant une prolifération, une migration et une différenciation cellulaire non contrôlée

• 3 étapes:1. Fixation sur un récepteur trans-membranaire d’un signal extra-

cellulaire

2. Activation de seconds messagers intra-cellulaires aboutissant à l’activation de facteurs de transcriptions qui vont pouvoir agir directement sur la transcription de gènes

3. Cycle cellulaire

HER-1(EGFR)Homodimères

HER-2HER-3HER-4Hétérodimères

K K K KShc

Grb2

Sos

Ras-GTP

Ras-GDP

Raf-1

Erk-2 Erk-1

Facteurs detranscription

Prolifération

PI3K

Gab-1

Akt

Survie

PLCγIP3

DAGPKC

STATs

STATs C-Src

AdhésionMigration

FAK

HEREndocytose

Dégradationlysosomale

β1α

Importin α & β1interaction

E2F1STAT3

ProliférationSurvie

Cycline D1

Membrane

Cytoplasme

Noyau

Domaine extracellulaire(liaison avec le ligand)

Domainetransmembranaire

Domaine cytoplasmique (Activité tyrosine

kinase)

Récepteur Tyrosine Kinase R-TK

Les Récepteurs Trans-Membranaires, des Cibles Thérapeutiques

• Il est actuellement décrit plusieurs familles de récepteurs tyrosine kinase (R-TK) qui se différencient par leur ligand et leur structure chimique mais qui possèdent des caractéristiques communes

Famille de récepteur

Classe I : ErbB / HER

Classe IIFGF

Classe IIIHGF

Classe IV Insuline

Classe VNeurotrophin

s

Classe VIPDGF

Ligand EGF, TGF, AR, HB-

EGF, SDGF, Heregulin,

Betacellulin

FGF 1 à 8 HGF Insuline,IGF-1IGF-2

NGFBDNF

NT-3 à 5

PDGF-A et BVEGFCSF-1SCFPIGF

Récepteur HER-1HER-2HER-3HER-4

FGFR-1FGFR-2FGFR-3FGFR-4

MET IRIGFI-R

TRKATRKBTRKC

PDGFR alpha et bétaCSF-1RSCFRFLTKDR

HER-1(EGFR)Homodimères

HER-2HER-3HER-4Hétérodimères

K K K KShc

Grb2

Sos

Ras-GTP

Ras-GDP

Raf-1

Erk-2 Erk-1

Facteurs detranscription

Prolifération

1/ Voie Ras/Raf/mitogen-activated protein kinase (MAPK)Erk = MAPK

HER-1(EGFR)Homodimères

HER-2HER-3HER-4Hétérodimères

K K K KShc

Grb2

Sos

Ras-GTP

Ras-GDP

Raf-1

Erk-2 Erk-1

Facteurs detranscription

Prolifération

PI3K

Gab-1

Akt

Survie

2/ Voie Phosphatidylinositol 3-kinase/Akt

R-TK (HER/IGF-R)

PI 3-kinase PIP 3 PTEN

Akt

PDK

- T308- S473

FKHRGSK3BADIKKa

Survie cellulaireApoptose

Acides Aminés

mTOR

Cycle cellulaire- cyclin D1

- P27kip-1

P70 S6K4E-BP1

eIF4G, eIF4B Recrutement des Ribosomes& Traduction des Protéines

Raptor

HER-1(EGFR)Homodimères

HER-2HER-3HER-4Hétérodimères

K K K KShc

Grb2

Sos

Ras-GTP

Ras-GDP

Raf-1

Erk-2 Erk-1

Facteurs detranscription

Prolifération

PI3K

Gab-1

Akt

Survie

PLCγIP3

DAGPKC

3/ Voie Phospholipase Cγ

HER-1(EGFR)Homodimères

HER-2HER-3HER-4Hétérodimères

K K K KShc

Grb2

Sos

Ras-GTP

Ras-GDP

Raf-1

Erk-2 Erk-1

Facteurs detranscription

Prolifération

PI3K

Gab-1

Akt

Survie

PLCγIP3

DAGPKC

STATs

STATs

4/ Voie STATSignal transducers and activator of transcription

HER-1(EGFR)Homodimères

HER-2HER-3HER-4Hétérodimères

K K K KShc

Grb2

Sos

Src; nine-gene family of nonreceptor TK

Ras-GTP

Ras-GDP

Raf-1

Erk-2 Erk-1

Facteurs detranscription

Prolifération

PI3K

Gab-1

Akt

Survie

PLCγIP3

DAGPKC

STATs

STATs C-Src

AdhesionMigration

FAK

5/ Voie Src kinase

Famille HER

TyrosineKinase

LigandBinding

EGFRHER1C-erbB

HER2C-erbB2 HER3 HER4

TGF

alph

a

HB

-E

GF

EG

F

Ep

i

BT

C

AR

NR

G1

NR

G2

Ep

i HB

-GF

NR

G1

NRG2

NRG3

NRG4

BT

C

K K K

Pas de ligand

Activation de la transduction du

signal

Boucle autocrine

• Mutationex, EGFR; mutations au niveau de 4 exons TK, 18 – 19 – 20 - 21 pas de liaison à un ligand, mais activation constitutive du domaine kinase

• Modifications génomiques avec hyperexpression du récepteur

• Augmentation de la production de EGF ou TGF-α par les celules tumorales: création d’une boucle autocrine entrainant une activation constitutive de ErbB-1

Les récepteurs TK, des cibles thérapeutiquesLes mécanismes d’activation

HyperexpressionHER-2

≈ 20% Cancers du sein

1/ Des anticorps monoclonaux dirigés vers le domaine extracellulaire du récepteur peut être utilisé pour prévenir les liaisons avec le ligand. Cette approche peut ainsi moduler la signalisation, la dimérisation ou l’expression du récepteur au niveau de la surface cellulaire aussi bien que le cytotoxicité anticorps dépendante ou faisant intervenir le complément

2/ Des petites molécules se liant au domaine kinase peuvent inhiber la phosphorylation et l’activation de la voie de signalisation en amont

Les stratégies pour inhiber ErbB

3 Antagoniste1 Ac

monoclonal2 Inhibiteur

dekinase

4/ Toxineligand

3/ Des antagonistes des récepteurs peuvent être utilisés en bloquant de façon compétitive la liaison avec le ligand

4/ Des ligands ou des anticorps spécifiques des récepteurs peuvent être couplés à des toxines létales. Après liaison avec le récepteur, la toxine est internalisée et tue la cellule tumorale

Les stratégies pour inhiber ErbB

3 Antagoniste1 Ac monoclonal

2 Inhibiteurde

kinase

4/ Toxineligand

Les récepteurs TK, des cibles thérapeutiques

3 Antagoniste1 Ac monoclonal

2 Inhibiteurde

kinase

4/ Toxineligand

cetuximab

Panitunumab IgG2, total. Hum.Matuzumab IgG1, total. Hum.

HER-1

Les récepteurs TK, des cibles thérapeutiques

3 Antagoniste1 Ac monoclonal

2 Inhibiteurde

kinase

4/ Toxineligand

trastuzumabpertuzumab

HER-2

Les récepteurs TK, des cibles thérapeutiques

3 Antagoniste1 Ac monoclonal

2 Inhibiteurde

kinase

4/ Toxineligand

GefitinibErlotinibLapatinibNeratinib…

HER-1,2

Les récepteurs TK, des cibles thérapeutiques

3 Antagoniste1 Ac monoclonal

2 Inhibiteurde

kinase

4/ Toxineligand

HER-2

TDM-1:Trastuzumab+ Maytansine

La transduction du signal : les seconds messagers

• Une fois le récepteur trans-membranaire activé, il va s’en suivre une cascade d’évènements. Une molécule adaptatrice va se fixer sur le site phosphorylé du récepteur via un domaine d’homologie SH2. Cette molécule Shc activée va activer à son tour une protéine G intracytoplasmique. Cette protéine G va recruter une protéine « d’échange de guanine nucléotide » la protéine SOS 1

Grb2 Sos

Shc Grb2Sos

PI3KAkt

Ras

Raf

MEK1/2

MAPKBAD

Survie Prolifération

PTEN

mTOR

Progression du cycle cellulaire

FKHRGSK3p27

Cyclin D1, E

La voie Ras/Raf/MEK/MAPK-ERK

1. Molécules agissant sur Ras

Grb2 Sos

ShcGrb2

Sos

PI3KAkt

Ras

Raf

MEK1/2

MAPKBAD

Survie Prolifération

PTEN

mTOR

Progression du cycle cellulaire

FKHRGSK3p27

Cyclin D1, E

X

La voie Ras/Raf/MEK/MAPK-ERK

2. Inhibiteurs de Raf Kinase et de MEK

Grb2 Sos

ShcGrb2

Sos

PI3KAkt

Ras

Raf

MEK1/2

MAPKBAD

Survie Prolifération

PTEN

mTOR

Progression du cycle cellulaire

FKHRGSK3p27

Cyclin D1, E

X ISIS 5132BAY 43-9006PLX 4720

X CI-1040

La voie PI3K/PTEN/AKT/mTor

1. Inhibition de la PI 3Kinase et restauration de PTEN

Grb2 Sos

ShcGrb2

Sos

PI3KAkt

Ras

Raf

MEK1/2

MAPKBAD

Survie Prolifération

PTEN

mTOR

Progression du cycle cellulaire

FKHRGSK3p27

Cyclin D1, E

X+

La voie PI3K/PTEN/AKT/mTor

2. Inhibiteurs de mTor

Grb2 Sos

ShcGrb2

Sos

PI3KAkt

Ras

Raf

MEK1/2

MAPKBAD

Survie Prolifération

PTEN

mTOR

Progression du cycle cellulaire

FKHRGSK3p27

Cyclin D1, E

XTemsirolimusEverolimus

4/ Les inhibiteurs du cycle cellulaire

Grb2 Sos

ShcGrb2

Sos

PI3KAkt

Ras

Raf

MEK1/2

MAPKBAD

Survie Prolifération

PTEN

mTOR

Progression du cycle cellulaire

FKHRGSK3p27

Cyclin D1, E

PTEN

XFlavopiridolUCN-01E7070

Integrative Genomic & Biomarkers in Solid Tumors

Tumor Type Driven Genomic Pathway

Biomarker

RationaleTherapeutic

ResponseAdvanced disease

Biomarker ofResistance

RationaleTherapeuticResistance

Breast HER2 (15-20%) Trastuzumab* Trastuzumab + CT1

?Ongoing

Lapatinib*Pertuzumab

NeratinibT-DM1

GIST c-Kit (CD117)mutation exon 11

Imatinib* Yes1 c-Kitmutation exon 9 or

secondary mutations

exons 13-14

c-Kitmutation exon 17

PDGFRA D842V mutation

Imatinib 800 mgor

sunitinib*

Nilotinib

CP-868,596

Melanoma BRAF V600E Mutation (50%)

PLX4720 Yes1 NRas mutationMAP3K mutation

COT upregulation

ERK inhib.

*AMM 1publication (PubMed) Italique (AACR 2011)

Tumor Type Driven Genomic Pathway

Biomarker

RationaleTherapeutic

ResponseAdvanced disease

Biomarker ofResistance

RationaleTherapeuticResistance

Colon KrasWild-Type

Cetuximab* Yes1 BRAF mutation

LungAdenocarcinoma

Mutations activ.EGFR (15%)

exons 19 & 21

EML4/ALKfusion (5%)

Gefitinib*

Crizotinib

Yes1

Yes1

EGFR mutation T790

ALK mutationsL1196M & C11564

BIBW-2992PF 00299804

WZ 4002

X-396HSP90 inh.

Lungsqamous cell

DDR2 mutation

FGFR1 amplification

(20%)

Dasatinib(Src inh.)

FGFR inbh.

Advanced Basal Cell Carcinoma

BCC

PITCH/SMOmutation

GDC-0449*Hedgehog inhib.

*AMM 1publication (PubMed) Italique (AACR 2011)

Le tissu tumoral

1.Les cellules tumorales

2.Les cellules endothéliales et les péricytes

3.Le stroma: cellules de l'inflammation, fibroblastes

L ’angiogénèse tumorale: un processus complexe (1)

L ’angiogénèse tumorale: un processus complexe (1)

• Incluant plusieurs étapes successives

• 1/ Production de facteurs de croissance angiogénique

• 2/ Activation des cellules endothéliales par ces facteurs

• 3/ Hyperperméabilité des vaisseaux sanguins

• 4/ Dégradation des membranes basales et invasion par les cellules endothéliales

• 5/ Prolifération des cellules endothéliales

• 6/ Stabilisation des nouveaux vaisseaux sanguins via la migration des péricytes

• 7/ Croissance tumorale et métastases

L ’angiogénèse tumorale: un processus complexe (2)

L ’angiogénèse tumorale: un processus complexe (2)

• Chaque étape fournit une opportunité pour une intervention thérapeutique

Facteurs impliqués dans la promotion de l'Angiogénèse Tumorale

CellulesTumorales

CellulesStromales

Péricytes

GlobulesRouges

VaisseauxSanguins

TGFa

2

PDGF

bFGF

CellulesEndothéliales

1

3

Stress métabolique

Stress mécanique

Inflammation

Altération génique

TGFIl1β, Il6PGE2COX2

EGFFGFIGFPDGF

P53VHL

VEGF Angiogenèse

+

RasRaf

Stress oxydatif

Hypoxie

HIF-1

+

+

MODULATEURS DE L’EXPRESSION DE VEGF

-

-

Heat shock Inducing Factor

Neutralisation des facteurs angiogèniques

Inhibition VEGF et VEGF-R

Transduction du signal activée par VEGF

CellulesTumorales

CellulesStromales

CellulesEndothéliales

Facteurs de transcriptionProtéases

Protéines de structureMétabolisme enzymatique

ProliférationDifférentiationDégradationenzymatique

SurvieMigration

Angiogénèse

VEGF TrapVEGF Trap

bevacizumab bevacizumab

AVASTIN™ (AC RECOMBINANT HUMANISÉ ANTI VEGF)

• 93% humain, 7% murin

• Reconnait tous les isoformes du VEGF

• Kd = 8 x 10-10 M

• Demi-vie 17-21 jours

Inhibiteur de l’activité TK intra cellulaire : VEGFR

Inhibition spécifique de l'activité de VEGFR's

CellulesTumorales

CellulesStromales

CellulesEndothéliales

Facteurs de transcriptionProtéases

Protéines de structureMétabolisme enzymatique

ProliférationDifférentiationDégradationenzymatique

SurvieMigration

Angiogénèse

AcAnti-VEGF

AcAnti-VEGFR

Inhibiteurs de la transduction du signal

RTKVEGFR

Inhibiteurs

SU5416SU5416VatanalibVatanalibAGO13736AGO13736AGO28262AGO28262

GW786034GW786034(VEGR1-2-3)(VEGR1-2-3)

IMC-1121B IMC-1121B VEGFR1 VEGFR1 IMC-18F1 IMC-18F1 VEGFR2VEGFR2 IMC-3C5 IMC-3C5 VEGFR3VEGFR3

Inhibition de plusieurs facteurs de croissance RTK

CellulesTumorales

CellulesEndothéliales

Péricytes

RTK

Inhibiteurs

à large spectre

FGFR Inh

VEGFR Inh

PDGFR Inh

C-kit, autres kinases….

Exemple;Exemple;Sunitinib ….Sunitinib ….