Séminaire National Programme d Actions Intégrées de ... · Séminaire National . Programme d ’ Actions Intégrées de Recherche Sur les Formes Précoces du Cancer du Sein (PAIR-Sein)

Séminaire National

Programme d’Actions Intégrées de Recherche

Sur les Formes Précoces du Cancer du Sein

(PAIR-Sein)

Boulogne-Billancourt - 5 juillet 2013

Axe 1

Améliorer la connaissance de l’histoire naturelle de la maladie pour diminuer le

surdiagnostic et le surtraitement (modèles, biologie de la carcinogenèse,

initiation tumorale…)

Coordination et présentation Emmanuelle Charafe Jauffret

Axe 1: Plan thèmes

•Initiation tumorale:

- Aspects genétiques (polymorphismes) (D Cox) - Aspects moléculaires (génome, epigent, NGS) (H Gronemeyer)

- Biopsies « liquides » (D Cox/H Gronemeyer) - Carcinogenèse radio-induite (C Bourgier/D Azria) - Aspects cellulaires (cellule d’origine) (E Charafe-Jauffret)

•Progression tumorale:

- Biologie des lésions atypiques et modèles de progression Tm (S Delaloge)

- Biologie des in situ et progression (F Penault-Llorca) - Stroma (S Delaloge, E Charafe-Jauffret)

Normal

breast Preneoplasia

Invasive carcinoma

invasif

Metastasis In situ

carcinoma

Oncogenèse mammaire

Initiation of carcinogenesis

Screening and Prevention

PAIR SEIN Axe 1 Initiation Tumorale

Aspects genetiques: polymorphismes D Cox

Polymorphismes Identifiés

o Plus 70 SNPs montrent une association avec le risque de cancer du sein

o Mécanismes responsables pour ses associations peu connus • Nombreux SNPs intergéniques

• Certains loci avec multiples SNPs indépendants

o Associations faible – modéré • Probable que leur influence sur la biologie soit faible – difficile à détecter dans des modèles in vitro

Polymorphimes constitutionnels: gigantesque travail de consortia internationaux

Easton et al, SABCS 2012; Michailidou Nat genet 2013


Polymorphismes constitutionnels

Michailidou Nat genet 2013


Polymorphimes constitutionnels: spécifiques de sous types

o Quels mécanismes d’action en carcinogenèse? • pas/peu de modèles pré-cliniques associés

• gènes impliqués dans la réparation ADN ++, divers métabolismes dont les oestrogènes, les régulations cellulaires…

• certains sont protecteurs!

o Quelles applications cliniques?

Polymorphimes constitutionnels: questions ouvertes

Cancer du sein – Analyse des données de séquençage de nouvelle génération H Gronemeyer

• Génomique, épigénomique et transcriptomique du cancer

• “Régulomes” de facteurs de transcription clés (ex. ER)

Avancées technologiques et enjeux

o Développement spectaculaire et réduction des coûts des technologies de séquençage • NGS: 1 génome humain / jour; 600Gb/run avec Q30; multiplexage • Séquenceurs de 3ème génération ou de molécule unique (PacBio, Nanopore)

o Echantillons • Des études globales avec cellules tumorales circulantes / chromatine / ADN • Génome-épigénome-cistrome-transcriptome de cellule unique (pour le diagnostic et le suivi de la réponse thérapeutique)

• Cellules initiatrices de tumeurs • Amplification non-biaisée (sans PCR) • Sections (banques de tissus) pour des études omiques globales

o Défis – Obstacles • Stockage de données (cloud?) • L'analyse des données (intégration et analyses multidimensionnelles) • Expertise (bioinformaticiens, biologistes des systèmes)

Génomique du cancer du sein

o Les cartographies génomiques établies à partir de 2000 échantillons de cancer du sein ont révélé o Des changements dans la séquence d’ADN o Des anomalies structurales (ex. des translocations) o Des variabilités dans le nombre de copies (CNVs)

o Curtis, C. et al. Nature 486, 346–352 (2012); Shah, S. P. et al. Nature 486, 395–399 (2012); Stephens, P. J. et al. Nature 486, 400–404 (2012); Ellis, M. J. et al. Nature 486, 353–360 (2012); Banerji, S. et al. Nature 486, 405–409 (2012)

o Des études ont révélé quelques anomalies caractérisées fonctionnellement ainsi que des dizaines à des milliers d'autres changements qui sont rares, voire uniques à une tumeur donnée

o On a besoin de comprendre

o lesquelles de ces aberrations contribuent comment, à la tumorigenèse et la progression tumorale o comment ces anomalies coopèrent au cours de l'évolution tumorale o Comment elles affectent la réponse à la thérapie

Impact sur l'épigénome du cancer du sein

Plusieurs mutations potentiellement «drivers» affectent des facteurs épigénétiques • CREBBP; ARID1A, 1B, 2; MLL2, 3; NCOR1; SMARCD1

Des mutations rares sont observées pou plusieurs facteurs épigénétiques • ASXL2; ARID5B; KDM3A; SETD1A; CHD1; NCOR2; HDAC9; CTCF

L’expression de EZH2 • Est corrélée positivement avec le grade tumoral

• favorise l'expansion des cellules initiatrices du cancer du sein

Ces facteurs épigénétiques ont des effets importants sur la signalisation (par exemple, par ERα) et la régulation du transcriptome

On a besoin de comprendre • L’ interaction (‘crosstalk’) entre le génome et l'épigénome

• Les conséquences de cette interaction sur la régulation des réseaux de gènes et les voies de transduction du signal

Défis: les Questions ouvertes

o Intégration des altérations du génome, épigénome et transcriptome • Définition des réseaux de gènes altérés et caractérisation fonctionnelle, y compris les cistromes et régulomes de facteurs de transcriptions clés

• Identification de régulateurs épigénétiques (« epi-drugs ») ciblant les facteurs clés dans ces réseaux; de nouveaux types « d’epi-drugs » prometteuses ont été récemment décrits

Filippakopoulos et al. Nature 468, 1068 (2010); Delmore et al. Cell 146, 904 (2011); Dawson et al. Nature 478, 529 (2011); Kruidenier et al. Nature 488, 404 (2012); McCabe et al. Nature 492, 108 (2012)

o La nécessité de développer des technologies et des concepts abordables pour une approche de «médecine personnalisée / individualisée»

Biopsies « liquides » Cf DNA, CTC

H Gronemeyer/D Cox


ADN, chromatine et cellules tumorales circulantes

o Les biomarqueurs sanguins circulants promettent de devenir des substituts non invasifs en temps réel pour les biomarqueurs tumoraux tissulaires • ADN (mutation, le suivi de la dynamique tumorale; quantités: ng / ml de plasma)

• Fragments de chromatine - l'ADN méthylé, la chromatine avec des modifications des histones spécifiques • Profilage des cellules tumorales circulantes uniques (quantités: 5 à 1000 CTC / ml)

o Enjeux • Des méthodes robustes et standardisées pour l'évaluation de biomarqueurs circulants sont nécessaires pour le développement de la médecine personnalisée

• Hétérogénéité génétique intra-tumorale • Génome, épigénome et analyses du transcriptomes des CTC uniques

cfDNA

o Connu depuis ~1940 o Mécanisme inconnu

• Peut arriver tôt dans la carcinogénèse

• Utilisé plutôt en progression

o Représentation du génome de la tumeur • Ex. Epigénétiques

- AUC BC vs Tém. = 0.70 - AUC BC vs Ben = 0.77

• Peu de mutations fréquentes dans le cancer du sein

cfDNA

Gormally et al. Mut Res 2007

o Connu depuis ~1940 o Mécanisme inconnu

• Peut arriver tôt dans la carcinogénèse

• Utilisé plutôt en progression

o Représentation du génome de la tumeur • Ex. Epigénétiques

- AUC BC vs Tém. = 0.70 - AUC BC vs Ben = 0.77

• Peu de mutations fréquentes dans le cancer du sein

CTC

o Plus utilisées en phase métastatique o CTCs peuvent exister tôt dans la maladie o CTCs ne sont pas forcément associées avec la taille de la

tumeur (Husseman et al. 2008) o CTCs présentes entre 9 et 50% des « early breast

cancers » o CTCs peuvent avoir des phénotypes discordants (Graves

et Czernieki 2011)

Questions ouvertes

o Exploitation de nouvelles approches diagnostiques •Utilisation d'ADN tumoral / fragments de chromatine en circulation

- Identification de mutations contrebalancant la thérapie

•Des cellules tumorales circulantes capturées

- Des études au niveau du génome entier (génome, épigenome, transcriptome)

o Mieux caractériser l’hétérogénéité tumorale


Carcinogenèse radio-induite Céline Bourgier/David Azria

Axe 1: carcinogenèse radio-induite

o Radiations ionisantes dans la carcinogenèse mammaire - Données épidémio

Après irradiation d’un cancer du sein

* Expérience I. Curie (Kirova IJROBP 2007): Incidence=4,4% après XRT contre 3,5% en l’absence de XRT (sarcome et cancers pulmonaires secondaires) MAIS pas d’augmentation du risque de cancer du sein controlatéral

o Radiations ionisantes dans la carcinogenèse mammaire

- Données épidémio

Après irradiation / maladie de Hodgkin



- Données épidémio

Après irradiation / maladie de Hodgkin


Rôle de l’âge / ttt maladie Hodgkin


o Radiations ionisantes dans la carcinogenèse mammaire - Données épidémio

- Rôle des faibles doses et implications cliniques: controversé

• mammographie et patientes porteuses d’une mutation BRCA1/2

• Mammographie dans la population générale???

nouvelles techniques de radiothérapie – radiothérapie par modulation d’intensité…

Limiter les mammographies ou radiations si contexte de susceptiilité (Li Fraumeni…)



- Quelles sont les hypothèses biologiques ? Rôle des micro-RNA?


« Surprisingly, DSBs induced in cultures of nondividing primary human fibroblasts by very low radiation doses (1 mGy) remain unrepaired for many days, in strong contrast to efficient DSB repair that is observed at higher doses. However, the level of DSBs in irradiated cultures decreases to that of unirradiated cell cultures if the cells are allowed to proliferate after irradiation, and we present evidence that this effect may be caused by an elimination of the cells carrying unrepaired DSBs. The results presented are in contrast to current models of risk assessment that assume that cellular responses are equally efficient at low and high doses, and provide the opportunity to employ -H2AX foci formation as a direct biomarker for human exposure to low quantities of ionizing radiation. »


o Radiations ionisantes dans la carcinogenèse mammaire - Quelles sont les hypothèses biologiques ?

o Radiations ionisantes dans la carcinogenèse mammaire - Existe-t-il des marqueurs prédictifs?


Questions ouvertes

o Rôle de l’irradiation à faible dose sur la carcinogenèse

o Mieux comprendre les mécanismes de carcinogenèse radio-induite (facteurs biologiques, modèles pertinents)

o Définir des facteurs prédictifs pour guider le traitement/le dépistage


Cellule d’origine E Charafe-Jauffret

From Ousset, Blanpain et al SABCS 2012

DIF

FER

ENTI

ATIO

N

Early Progenitor

Late Progenitor

Luminal cells

Myoepithelial cells

Alveolar cells

Stem cell

Quiescent pool of stem cell

Luminal cells

Myoepithelial cells

DIF

FER

ENTI

ATIO

N

Early Progenitor

Late Progenitor

Luminal cells

Myoepithelial cells

Alveolar cells

Stem cell

Quiescent pool of stem cell

Cancer stem cell

Cancer stem cell

?

?

?

Prat et al., Nature Med, 2009 •Les sous-types sont-ils un leurre?

?

BRCA1 Basal breast Cancer

Luminal A/B breast Cancer

Claudin-low breast Cancer

Luminal progenitor origin of BRCA1 breast cancer

?

Lim et al, Nature Medicine 2009

?

Blg-Cre Brca1f/f p53+/- 300 days

Molyneux et al., Cell stem cell, 2010

Ce que l’on sait des modèles murins

Blg-Cre Brca1f/f p53+/- ER- prog

Blg-Cre Brca1f/f p53+/- 300 days



Tumeurs qui phénocopient le Tm BRCA1 humaines

K14-Cre Brca1f/f p53+/-



Basal /Stem cells





Tumeurs non BRCA (type myoépithélial ou carcino sarcomes)

BRCA1 Basal breast Cancer

Luminal A/B breast Cancer ?

Lim et al, Nature Medicine 2009

BRCA1 Carcinosarcome/ tm Myoepith

Keller et al., PNAS 2012

Inititation tumorale: modèles Human-in-Mice (HIM)

CD10+

EpCAM+CD10-

EpCAM+/CD49f+

EpCAM+/CD49f-

4Onc ou SV40/Ras

Les Questions:

• Mieux connaître la hierarchie du sein normal afin de décrire au mieux la cellule d’origine-pas de consensus

Les Questions:

• Mieux connaître la hierarchie du sein normal afin de décrire au mieux la cellule d’origine-pas de consensus

• Si le progéniteur luminal est la cellule d’origine des cancers basaux, qu’en est- il des autres sous-types?

?

?

?

Les Questions:

• Mieux connaître la hierarchie du sein normal afin de décrire au mieux la cellule d’origine

• Si le progéniteur luminal est la cellule d’origine des cancers basaux, qu’en est- il des autres sous-types?

• Ce qui fait le phenotype: cellule d’origine, anomalie oncogénique, microenvironnement?

PAIR SEIN Axe 1 Progression tumorale

Normal

breast

Preneoplasia

Hyperplasia

Invasive carcinoma

invasif

Metastasis In situ

carcinoma

Oncogenèse mammaire

Tumoral progression and Cancer

growth

Initiation of carcinogenesis

Screening and Prevention

Biologie des lésions atypiques et modèles de progression S Delaloge


Les hyperplasies atypiques du sein

o Sont associées à un carcinome concomitant dans 10-20% des cas: chirurgie reste le standard → surtraitement

o Sont considérées comme lésions à risque ultérieur de carcinome (RR 4-5, risque absolu 15-20% au cours de la vie). Biologie de ce risque?

o Présentent une hyperplasie épithéliale avec un aspect pathologique de ces cellules et de leur agencement.

o 3 groupes : les hyperplasies canalaires atypiques (HCA), les néoplasies lobulaires (NL) et les métaplasies cylindriques avec atypies (MCA)

HCA NL MCA Description Prolifération cellulaire monomorphe

intracanalaire avec une partie des caractéristiques cytologiques et architecturales des carcinomes canalaires in situ

Prolifération de cellules monomorphes, de petite taille et non cohésives (du fait de l’absence d’expression de la E-Cadhérine) qui distendent l’unité terminale ductulolobulaire avec possible extension pagétoïde dans les canaux galactophores

Remplacement des cellules luminales normales de l’unité terminale ductulolobulaire par 1 à 3–5 couches de : (1) cellules cylindriques (cellules à pôle apical proéminent et présentant des sécrétions intra luminales) ; (2) avec des atypies légères Absence d’atypies architecturales

IHC E-Cadhérine+ E-Cadhérine– E-Cadhérine+ 34BE12± 34BE12+ 34BE12− RE+ et RP+ RE+ et RP+ RE+ et RP+ Ki Ki 67 bas Ki67 bas CK5− et CK18+ CK 5− et CK18+

Âge moyen (ans) 46 46 ? Risque relatif de cancer du sein

4 4,2 ?

Lésions prénéoplasiques et atypiques

Bombonati and Sgroi Pathol 2011

Models of cancer progression

Bombonati and Sgroi J Pathol 2011

Models of cancer progression

D’après Boecker et al., J Pathol, 2002

Lésions atypique: HCA

HCA/CCIS

o Nécessité d’identifier lésions et risque dans des

études prospectives

o Pas de modèles expérimentaux

o Peu de biologie: enjeu des NGS pour établir la phylogénie de ces lésions

les questions ouvertes

Carcinomes in Situ F Penault-Llorca

Progression Tumorale


ETAT DES LIEUX: Carcinomes canalaires in situ (CCIS)

o Augmentation de la prévalence par le dépistage o Représentent 15-25% des cancers du sein o Révélés par la présence de microcalcifications dans (90-

95% des cas) o Maladie hétérogène, différente morphologie, différente

biologie o Différentes évolutions o Très probable sur-traitement pour une partie des

patientes o Les enjeux: ADAPTER la thérapeutique au risque

(rechute locale/infiltrant)

Allred et al Clin Can Res 2008

Classification intrinsèque se retrouve dans CCIS

Yu, K. et al. Clin Cancer Res 2004

Dalgin et al BMC Bioinformatics, 2007 Vincent-Salomon et al Clin Can Res 2008

IHC intrinsic subtype surrogates

Luminal = ER+ and HER2- HER2+ = ER- and HER2+ (3+) Basal-like = ER-, HER2-, CK5/6+ and/or HER1+ Unclassified = negative for all 4 markers

CIS (250)

62% 25% 7% 6%

Carolina Breast Cancer Study

IBC (486)

53% 20% 20% 7%

T.O. Nielsen et al., Clinical Cancer Research 10, 5367-74 (2004).

Facteurs de risque de rechute locale

AGE

DIAGNOSIS MODALITY

MARGIN WIDTH (EXCISION QUALITY) +++++

SIZE

NUCLEAR GRADE

DIFFERENTIATION

EXCISION VOLUME

RT DOSE

TAMOXIFEN

PATIENT-RELATED

TUMOR-RELATED

TREATMENT-RELATED

Prédicteurs de rechute invasive

Prédicteurs de survie globale

Les sous types moléculaires définis par IHC prédisent les risques de rechute

Luminal A : ER/PR+ HER2-, 144pts (42,4%) luminal B ER/PR+ HER2+ 88ptes (28%), HER2 ER/PR- 50 ptes (15,9%); HER2+, basal like ER/PR- HER2 43ptes (13,7%)

Attention 50% des ptes dans groupe HER2+ : mastectomie

San Antonio Breast Cancer Symposium – December 6-10, 2011

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DCIS Score

327 patientes, chir seule

Risque de développer une récidive locale/invasive

Signatures moléculaires à l’étude (Nanostring) pour risque de récidive

Invasive carcinoma Hyperplasia In situ carcinoma Normal duct

Luminal Myoepithelial

Modélisation de la progression

Place 2011 Breast cancer Research

MCF10F

MCF10A MCF10M

Fibrocystic disease

Infect with T-24 ras

MCF10AneoT

100 days (pre-malignant lesion)

MCF10AT1 Pre-malignant lesion

MCF10DCIS.com

DCIS comedo carcinoma

Derivation of the MCF10 Cell Line

Invasive carcinoma

Hyperplasia

In situ carcinoma

Normal duct

Modèle de progression

La progression vers l’invasif est liée à l’interaction des éléments du microenv, les cellules ME et la mb basale

Hu et al, Cancer cell 2008

Modélisation de la progression

o Identifier les lésions précurseurs qui risquent d’évoluer vers CCIS (impact sur la surveillance et la sur-médicalisation pour certaines patientes et impact sur prescription ou non de THS)

o Définir le risque de rechute d’un CCIS (locale ou invasive) pour éviter le sur traitement •Eviter certaines chirurgie radicales •Eviter la radiothérapie dans certains cas •Instaurer un traitement médical dans certains à fort risque de rechute (trastuzumab, tamoxifène)


Comprendre les mécanismes de la progression pour mieux prévenir/traiter


Invasive carcinoma Hyperplasia In situ carcinoma Normal duct

Luminal Myoepithelial

Microenvironment

?

STROMA ET INFLAMMATION S Delaloge


Tlsty SABCS 2012

Les acteurs du stroma et de l’inflammation

Stroma

Interaction avec cellules épithéliales pour moduler:

o Progression tumorale!

o Métabolismes o Immunosuppression o Angiogenèse o Remodelage de la

matrice, invasion, métastases

74

Joyce and Pollard Nat Rev cancer 2009; Park SABCS 2012

STROMA ET INFLAMMATION S Delaloge

Wang et al, Cancer Letters 2012

Role des Adipocytes associés au cancer

↑ Estrogen synthesis Insulin resistance Altered adipokine and cytokine production

adipocytes macrophages

↓ Adiponectin ↑ leptin

↑ IL-6, IL-1β ↓ TNFα

Cell survival Cell proliferation Angiogenesis

↑ insulin, IGF-1

VEGF induction

↓ Plasma SHBG

↑ bioavailable estradiol

Adapted from Sinicrope et al, J Clin Oncol 2011

Inflammation, adipocytes, métabolismes

Obesity

Fibroblastes: rôle dans la dissémination précoce et la tumorigenèse par une

altération du microenvironement

Dumont et al, neoplasia 2013

Questions ouvertes

o Thématique émergente: rôle du stroma dans l’initiation et la progression o Modèles complexes car beaucoup d’acteurs et d’interactions o Modèles expérimentaux inexistants

oSuzette Delaloge

oHeinrich Gronemeyer

oDavid Cox

oFrédérique Penault-Llorca

oCéline Bourgier/David Azria

oMembres du COPIL

Remerciements à

Documents

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