Prédispositions génétiques au cancer colorectal: aujourd’hui et demain

Pierre Hutter HUG/Genève; ICHV/Sion

ARL, Bourguillon, 30 septembre 2010

CIN PIK3CA KRAS PIK3CA TP53 SMAD4 (e.g., CDC4) BRAF PTEN BAX TGFBR2 APC

b-Catenin MMR

Progression du cancer colorectal

cas sporadiques: 25-35 ans (>120 gènes impliqués)

« agrégation familiale suggérant une composante héréditaire (selon les lois de Mendel) »

Paul Broca : 1824-1880 Chirurgien français

1849

Prédispositions génétiques au cancer: diagnostic prédictif

Agrégation familiale •  variants à faible pénétrance

Syndromes héréditaires

•  autosomal dominant •  forte pénétrance •  individus " à haut risque "

. . . . . . . . .

Syndromes de cancers héréditaires

19p STK11 Peutz-Jeghers 10q PTEN Maladie de Cowden 16q CDH1 Cancer gastrique familial

9p 12q

CDKN2 CDK4

Mélanome familial

3p VHL von Hippel-Lindau 10q RET Néoplasie endocrinienne multiple (MEN) 2 13q RB1 Rétinoblastome (rétine, os)

17p / 22q TP53 / CHEK2 Li-Fraumeni (sein, leucémie, sarcome) 5q / 1p APC / MUTYH Polypose adénomateuse familiale (FAP)

2p 3p

2p, 2q, 7p

MSH2 MLH1

MSH6, PMS1, PMS2

Syndrome de Lynch (Cancer colo-rectal sans polypose héréditaire ; HNPCC)

17q 13q

BRCA1 BRCA2 Cancer du sein/ovaire héréditaire

Chromosomes Gènes Syndromes

Processus altérés dans les cancers

……………

……………

……………

……………

Croissance Réparation Sénescence Division d’ADN Apoptose

Accélérateurs:

Proto-oncogènes Oncogènes Développement de cancer

Freins:

Activation

Suppresseurs de tumeurs

Perte de protection contre le cancer

Inactivation

Gènes suppresseurs de tumeurs mutés prédispositions au cancer

Première copie altérée dès la conception= prédisposition

« Longévité » de la deuxième copie?

Abolition de la fonction

2 3 1 MBP MBP

HDAC HDAC HDAC

2 3 1

HDAC HDAC MBP MBP

a. Cellule normale

b. Cellule tumorale

histone déacétylée

histone acétylée CpG non méthylé

CpG méthylé

n exon

X

site d’initiation de la transcription

HDAC: histone déacétylase MBP: methyl binding proteins

Méthylation de l’ADN et modification de la configuration de la chromatine d’un gène suppresseur de tumeur

MBP

Répartition des CCR « héréditaires »

3-5%

Cancer Colorectal Héréditaire Sans Polypose (HNPCC) ou s. de Lynch

Différents organes sont affectés

Environ 1/800 dans la population générale porteur d’une mutation constitutionnelle

Le test génétique sauve des vies

TUMEURS s. Lynch « hors-côlon »

Endomètre Syst. hépatobiliaire Estomac Reins Ovaires Urètre Intestin grêle Pancréas Voies urin. sup. Peau

s. Lynch: risque cumulatif à 75 ans

Côlon et rectum H: 80-85 %

F: 40-60 %

Endomètre: 21-71 %

Ovaire: 10-12 % (souvent formes épithéliales endométroïdes et mucineuses)

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

MSH2

MSH6

PMS2

MLH1

MutSα MSH6 MSH2

MutLα MLH1

PMS2

hMLH1/hPMS2 PCNA

ATP ADP

MSH6

MSH6 MSH2

G T

5' 3'

5' 3'

MSH2 ADP ATP

G T

MLH1 PMS2

ATP ADP G

G C

5' 3'

5' 3'

DNA polymerase δ PCNA DNA ligase

3‘-5’ exonuclease DNA helicase (?)

G T

Deux types d’instabilité génétique dans les CCR familiaux

Instabilité de microsatellites (MSI) Côlon droit, indolent, diploïdie, mutations

dans TGFβRII et BAX

Instabilité chromosomique (CIN) Côlon gauche, agressif, aneuploïdie,

mutations dans APC,K-ras, PIK3CA, p53

s. Lynch

PAF

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

MSI Negative MSI Positive

APC (D5S346)

BAT25

BAT26

D2S123

Mfd15CA (D17S250)

N T N T

Principales protéines s. Lynch

• MLH1

• MSH2

•  PMS2

•  MSH6

Particularités cliniques  âge moyen au diagnostic des cancers colorectaux

 présence des critères d’Amsterdam  présence de patient(s) avec cancer de l’endomètre

Probabilité de détecter une mutation MLH1 ou MSH2 forte

Recherche de mutations

faible

Analyses MSI/IHC

si résultat positif

Modèle de décision pour analyse de mutations MLH1 et MSH2

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

Critères d’Amsterdam I/II

Directives de Bethesda II

IHC/MSI tests

Pas d’analyse des 4 gènes

Analyse des gènes MLH1, MSH2, MSH6, PMS2

+

+

+

-

-

-

IHC/MSI tests

Famille s. de Lynch

3 3 4

côlon - 57

côlon - 55

can. bil., 34 côlon, 31,51 estomac 33

poumon, 19 18

côlon, 32,51

côlon, 21,41 sein 41

17

20 21 22

49 côlon 35 caecum 40

côlon 41

47

côlon 39

+ = mutation confirmée

= mutation absente

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)

Syndrome de Lynch en Valais: MLH1

gène MLH1

85% de l’ensemble des mutations Lynch en Valais?

10%* 9% 24%* 42%*

: 3 mutations fondatrices (>250 ans) *

Conthey Bagnes Isérables Sierre

Episs. Insert. F. sens N. sens

Grandes délétions MSH2/MLH1

• Dans env. 10 % des familles AC+

• Dans > 40 % des familles AC+ sans mutation ponctuelle identifiée

• Points de ruptures souvent % rétro- transposons (séquences Alu …)

• Souvent des mutations fondatrices?

Sondes MLPA chaque exon de MLH1/MSH2

PCR primer sequence Y

Hybridization sequence

PCR primer sequence X

Stuffer sequence

(different for each probe) Hybridization sequence

Synthetic oligonucleotide 50-60 bp

M13-derived oligonucleotide 60-450 bp

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’

5’ 3’ Target A

Y

Target B

5’

5’ 3’

Y

X

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

(130 - 480 bp)

1

2

3

45

Profils d’amplification par MLPA

Mutation ancestrale MSH2 du canton de Vaud: nouveau mécanisme de mutation!

EPCAM MSH2

allèle normal

méthylation allèle mutant

déletion 29 kb SA85 (Vaud)

IMPLICATIONS CLINIQUES

• Eviter des examens inutiles pour des individus non-porteurs d’une mutation

• Cibler la surveillance et la prévention sur les porteurs d’une mutation

S. de Lynch: recommandations de surveillance

1x / 1-2a 20-25 a Coloscopie

1x / 1-2a 30-35 a US rénal, cytologie urines *

1x / 1-2a 30-35 a Gastroscopie *

1x / a 30-35 a Ex. gynéco., US transvaginal, biopsie endomètre, Ca 125

Fréquence Dès Type

* si un parent atteint

Hétérogénéité des cancers colorectaux familiaux

Instabilité de microsatellites (MSI) Côlon droit, indolent, diploïdie, mutations

dans TGFβRII et BAX

Instabilité chromosomique (CIN) Côlon gauche, agressif, aneuploïdie,

mutations dans APC ,K-ras, p53, PIK3CA

s. Lynch

PAF

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

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

PAF : spectre clinique

•  Forme CLASSIQUE

•  Forme ATTENUEE [“hereditary flat adenoma syndrome”]

< 100 adénomes; côlon proximal; Ca colorectal : 50-55 ans

•  Syndrome de GARDNER PAF + ostéomes + tumeurs tissus mous (desmoïde)

•  Syndrome de TURCOT Ca colorectal + Ca SNC (médulloblastome)

1889-1959 50a: Ca digestif

1889-1959 Ca estomac?

1918-68 50a: Ca côlon

1912-50 Ca côlon M+

1946- 1948- 35a: colectomie prophylactique

1974- 1980-

1910-85

1947- 34a: colectomie prophylactique

1950- 31a: colectomie prophylactique

1944- 38a: colectomie prophylactique

1942- 50a: colectomie prophylactique

1976- 22a:

Ca côlon

1973- 26a: colectomie prophylactique

1971- 25a: colectomie prophylactique

1938-

1967- 31a: colectomie prophylactique

1970- 26a: colectomie tumeur desmoïde

1882-1982 1882-1952

1908-62

1946- 1954-

APC : del ex 11-13 (spécifique/ CH)

Suppression tumorale par la protéine APC

APC+ GSK3-β

β-caténine

Destruction de la β-caténine

APC- Tcf et lef activés

Prolifération des cellules

Signal Wg-Wnt

Cycle cellulaire Myc activé

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011121314 15 EXON

FUNCTION Homodimerization

! ! Catenin-Binding and Downregulation Tubulin - Binding

Mild Classical

Catenin-Binding

Conductin Binding DLG-Binding

<177

POLYP PHENOTYPE

178-1249 Profuse 1250-1580

EXTRACOLONIC PHENOTYPE

CHRPE 463-1387

Desmoids 1403-1587

Corrélations Génotype/Phénotype

Mild >1580

APC

MUTYH: mutations bi-allèliques MAP

•  10-100 adénomes CR avec/sans cancer

•  ~ 1 % de l’ensemble des CCR=MUTYH-/MUTYH-

•  7-8 % des patients FAP négatifs/APC

•  cancer chez > 97% des porteurs à 60 ans

•  mutations p.Y165C et p.G382D prédominent

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

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

Région 8q24: un désert de gènes

?

?

? ?

?

…que cachent ces trous noirs de notre génome?

Ma proie est à grande distance…

Régulation des gènes de cancer: ADN non codant

POU5F1P1

C-MYC FAM84B

R1: Prostate

R5: Prostate R4:

Prostate

R2: Sein

R3: Pros- tate

Colon Ovaire

« Haplo-vue » de 1.18 Mégabases Centr. Télom.

10 SNPs en 8q24

600 Kb

R6: Vessie

6.1

SNP rs6983267

• 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)

Profil d’expression des gènesréseaux de co-expression

Correlation entre les niveaux de transcripts

Vue en trois dimensions de gènes co-exprimés

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

Propriété topologique d’un réseau de co-expression

Les gènes forment des groupes, correspondant à des “modules “

Chaque module représente un groupe de gènes fortement co-exprimés

Module turquoise

Module rouge

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

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

APC

Méthlyl.

KRAS APC

Méthyl.

BRAF

MLH1

MSI

Méthyl.

P53

CIN

Cancer

Cancer

Cancer

côlon proximal assez bon pronostic, mauvaise réponse à

la thérapie adjuvante

mauvais pronostic, mauvaise réponse

au 5-Fu et au Cetuximab

cancer typique du côlon distal

Adénomes dentelés

Adénomes villeux

Adénomes tubuleux

Normal

Normal

Normal

10-20%

10-30%

50-70%

Diagnostic et intervention thérapeutique

suivi

thérapeut. thérapie diagnostic

médicaments

surveillance

Identif de prédisp.

génétique

mode de vie

action ciblée prévention

suivi

thérapeut.

ablation de

polypes diagnostic

Choix individuel

Hier et ? aujourd’hui :