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
Easton et al, SABCS 2012; Michailidou Nat genet 2013
Polymorphismes constitutionnels
Michailidou Nat genet 2013
Easton et al, SABCS 2012; 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
PAIR SEIN Axe 1 Initiation Tumorale
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
PAIR SEIN Axe 1 Initiation 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
Axe 1: carcinogenèse radio-induite
o Radiations ionisantes dans la carcinogenèse mammaire
- Données épidémio
Après irradiation / maladie de Hodgkin
Axe 1: carcinogenèse radio-induite
Rôle de l’âge / ttt maladie Hodgkin
Axe 1: carcinogenèse radio-induite
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…)
Axe 1: carcinogenèse radio-induite
o Radiations ionisantes dans la carcinogenèse mammaire
- Quelles sont les hypothèses biologiques ? Rôle des micro-RNA?
Axe 1: carcinogenèse radio-induite
« 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. »
Axe 1: carcinogenèse radio-induite
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?
Axe 1: carcinogenèse radio-induite
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
PAIR SEIN Axe 1 Initiation Tumorale
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
Molyneux et al., Cell stem cell, 2010
Ce que l’on sait des modèles murins
Tumeurs qui phénocopient le Tm BRCA1 humaines
K14-Cre Brca1f/f p53+/-
Molyneux et al., Cell stem cell, 2010
Ce que l’on sait des modèles murins
Basal /Stem cells
K14-Cre Brca1f/f p53+/-
K14-Cre Brca1f/f p53+/-
Molyneux et al., Cell stem cell, 2010
Ce que l’on sait des modèles murins
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
PAIR SEIN Axe 1 Progression tumorale
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
PAIR SEIN Axe 1 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)
les questions ouvertes
Comprendre les mécanismes de la progression pour mieux prévenir/traiter
les questions ouvertes
Invasive carcinoma Hyperplasia In situ carcinoma Normal duct
Luminal Myoepithelial
Microenvironment
?
STROMA ET INFLAMMATION S Delaloge
PAIR SEIN Axe 1 Progression tumorale
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