Voie de signalisation des Récepteurs Tyrosine kinase Pierre LAURENT-PUIG Oncologie et Biologie Moléculaire Université Paris Descartes Hôpital Européen Georges Pompidou, Paris INSERM U775

La prolifération : une des caractéristiques de la cellule cancéreuse La plupart des cancers, au travers de stratégies mécanistiques diverses, acquièrent un panel similaire de fonctions au cours de leur développement Les principales fonctions acquises sont : Résistance à la mort cellulaire programmée Maintien des signaux de prolifération Echappement aux suppresseurs de croissance Induction de l’angiogenèse Capacité de réplication et d’immortalité Capacité d’invasion et de dissémination métastatique Hanahan D, Weinberg RA. The hallmarks of cancer. Cell. 2000;100(1):57-70.

Récepteurs de facteurs Protéines adaptatrices Voie de signalisation Facteurs de croissance Récepteurs de facteurs de croissance Protéines adaptatrices PK1i PK1a P ATP ADP PK2a PK2i P PK3a ADP PP PK1i : phosphokinase 1 inactive PP : phosphatase P : phosphate ATP : Adénosine triphosphate ; ADP : adénosine diphosphate Le ligand interagit avec les récepteurs tyrosine kinase (TK) → des protéines adaptatrices viennent se lier à la partie intracytoplasmique de ces récepteurs TK → se déclenche une cascade de phosphorylations. Généralement il y a eu autophosphorylation des récepteurs → liaison de protéines adaptatrices → activation des premières protéines kinases → phosphorylation d’une autre série de protéines kinases → phosphorylation d’autres protéines et ainsi de suite → transduction du signal de la membrane extracellulaire au noyau → activation de facteurs de transcription → transcription de gènes impliqués dans la prolifération cellulaire, l’inhibition de l’apoptose, ou favorisant l’angiogenèse donc toute propriété qui favorise la croissance tumorale. ATP PK3i Protéine active P PP P Protéine inactive Création personnelle P. Laurent-Puig

La voie EGFR : les partenaires MEK ERK Raf Ras Cbl PI3K mTOR IRS SOS PDK AKT FOXO Sur cette diapositive sont représentés les éléments importants du dispositif de transduction de signalisation de l'EGFR dans un état ​​inactif, en l'absence de stimulation par un facteur de croissance. Les récepteurs TK activent en général plusieurs réseaux de signalisation. Chandarlapaty S. Negative feedback and adaptive resistance to the targeted therapy of cancer. Cancer Discov. 2012;2(4):311-9.

Les ligands activent les voies de signalisation Progression du cycle cellulaire Inhibition de l'apoptose Augmentation de la motilité, de l’invasion cellulaire, de la taille des cellules Stimulation de la traduction des protéines P P IRS SOS Cbl Ras PI3K mTOR Raf Raf AKT PDK MEK FOXO ERK Sur cette deuxième diapositive, l'addition de facteur de croissance déclenche le changement conformationnel du récepteur, la dimérisation du récepteur, la transphosphorylation du récepteur, la liaison de protéines adaptatrices, l'activation de cascades de kinases, et la stimulation de programmes cellulaires impliqués dans la transformation (progression du cycle cellulaire, évasion de l'apoptose, motilité et invasion, augmentation de la taille des cellules, stimulation de la traduction des protéines). 2 voies de signalisation sont présentées : La voie des MAPkinases avec les partenaires les plus connus ras, raf, les protéines MEK et ERK La voie PI3K ou PI3-AKT qui induit IRS, PI3K, mTOR, AKT, FOXO mTOR Chandarlapaty S. Negative feedback and adaptive resistance to the targeted therapy of cancer. Cancer Discov. 2012;2(4):311-9.

Les régulations négatives Cbl P P IRS SOS Ras PI3K mTOR Raf Raf AKT PDK MEK FOXO ERK Sur cette diapositive sont représentés les programmes de rétrocontrôle négatif, y compris la phosphorylation de ERK, de SOS et de RAF qui régule à la baisse leur activité, l'induction de la ligase E3 CBL qui diminue l'expression de l'EGFR, FOXO répression médiée par l'expression de récepteurs à tyrosine kinase tels que HER3 et mTOR médiation déstabilisation de la protéine IRS-1 adaptateur via l'activation S6K. Ces rétrocontrôles négatifs expliquent l’échec d’un certain nombre de thérapies ciblées. mTOR Chandarlapaty S. Negative feedback and adaptive resistance to the targeted therapy of cancer. Cancer Discov. 2012;2(4):311-9.

Comprendre la régulation de ces voies Ras PI3K P IRS-1 Raf Raf AKT P MEK 1/2 FOXO Ces boucles de rétrocontrôle négatif sont des éléments importants à intégrer dans la réflexion lorsque l’on cherche à inhiber ces voies de signalisation par des agents pharmacologiques. L’inhibition d’un élément partenaire de ces voies de signalisation peut induire de manière paradoxale l’activation de la voie de signalisation que l’on voulait inhiber en levant une boucle de rétrocontrôle négatif. P ERK 1/2 mTOR RTK Transcription du récepteur Membrane nucléaire Chandarlapaty S. Negative feedback and adaptive resistance to the targeted therapy of cancer. Cancer Discov. 2012;2(4):311-9.

Inhibiteurs AKT P P P P P P PI3K Ras IRS-1 Raf Raf AKT MEK 1/2 FOXO C’est le cas des inhibiteurs d’AKT qui lèvent 2 voies de rétrocontrôle négatif, induisant globalement une activation de la voie des MAPkinases. En donnant un inhibiteur d’AKT, on supprime l’activation de mTOR qui est induite par AKT. mTOR exerçait un rétrocontrôle négatif sur la voie de signalisation. Ce rétrocontrôle n’existant plus, l’activation de la voie va augmenter. Il y aura un effet positif sur l’effecteur terminal qui va activer par un rétrocontrôle positif la voie de signalisation du récepteur. mTOR P ERK 1/2 RTK Transcription du récepteur Membrane nucléaire Chandarlapaty S. Negative feedback and adaptive resistance to the targeted therapy of cancer. Cancer Discov. 2012;2(4):311-9.

Inhibiteurs mTOR P P P P P P P Ras PI3K IRS-1 Raf Raf AKT MEK 1/2 FOXO On donne un inhibiteur de mTOR → induction de la voie de signalisation PI3K en amont de l’inhibition de mTOR. Par un effet sur la voie Ras, on va avoir une activation du récepteur TK. P ERK 1/2 mTOR Inhibiteur RTK Transcription du récepteur Membrane nucléaire Chandarlapaty S. Negative feedback and adaptive resistance to the targeted therapy of cancer. Cancer Discov. 2012;2(4):311-9.

Inhibiteurs ERK P P P P P Ras PI3K IRS-1 Raf Raf AKT MEK 1/2 FOXO On donne un inhibiteur de ERK. Par effet d’un rétrocontrôle qu’on inhibe, on peut avoir un emballement de signalisation expliquant en partie les échecs des inhibiteurs de Raf qui ont été observés dans certains types tumoraux. P ERK 1/2 mTOR Inhibiteur RTK Transcription du récepteur Membrane nucléaire Chandarlapaty S. Negative feedback and adaptive resistance to the targeted therapy of cancer. Cancer Discov. 2012;2(4):311-9.

Les interactions : un mécanisme complexe entre les voies Signalisation cellulaire Survie Prolifération Traduction de protéines Biogenèse de ribosomes Ces schémas sont bien évidemment trop simples ; et la connaissance de l’ensemble des voies de régulation largement incomplète, et probablement dépendante du type cellulaire. Par ailleurs, plusieurs voies de signalisation sont interconnectées ce qui rend difficilement prévisible l’effet d’un inhibiteur d’un des partenaires. Saini KS, Loi S, de Azambuja E, et al. Targeting the PI3K/AKT/mTOR and Raf/MEK/ERK pathways in the treatment of breast cancer. Cancer Treat Rev 2013;39(8): 935–46.

Fréquence des altérations de la voie des MAPkinases dans l’adénocarcinome bronchique EGFR GRB2 SOS1 SHC1/2/3 Ras P P Raf MAP2K1 Prolifération Survie MAP2K2 MAPK3 Les mutations présentes dans les tumeurs ciblent de manière préférentielle ces voies de signalisation. MAPK1 Whirl-Carrillo M, McDonagh EM, Hebert JM, et al. Pharmacogenomics knowledge for personalized medicine. Clin Pharmacol Ther. 2012;92(4):414-7.

Fréquence des altérations de la voie des MAPkinases dans l’adénocarcinome bronchique EGFR M: 14,3% M : mutations M : 1% M : 28,2% GRB2 SOS1 SHC1/2/3 Ras P P M : 1% M : 2% Raf 7,2% MAP2K1 2,4% Prolifération Survie MAP2K2 0,5% MAPK3 Un séquençage complet des séquences codantes des tumeurs permet de chiffrer de façon précise les mutations au niveau des adénocarcinomes pulmonaires. Sur 200 tumeurs séquencées, 14,3% sont mutées EGFR. Les autres sont indiquées sur le schéma. MAPK1 0,5% Whirl-Carrillo M, McDonagh EM, Hebert JM, et al. Pharmacogenomics knowledge for personalized medicine. Clin Pharmacol Ther. 2012;92(4):414-7. Imielinski M, Berger A, Hammerman P et al. Mapping the hallmarks of lung adenocarcinoma with massively parallel sequencing. Cell. 2012;150:1107-20.

Fréquence des altérations de la voie des MAPkinases dans l’adénocarcinome bronchique EGFR A : 2,5% A : amplifications A : < 0,5% A : 3,8% SOS1 SHC1/2/3 GRB2 Ras P P A : 1% A : 10% Raf A : 1% MAP2K1 0% Prolifération Survie MAP2K2 0% MAPK3 Il peut y avoir des amplifications des différents partenaires. MAPK1 0,5% Whirl-Carrillo M, McDonagh EM, Hebert JM, et al. Pharmacogenomics knowledge for personalized medicine. Clin Pharmacol Ther. 2012;92(4):414-7. Imielinski M, Berger A, Hammerman P et al. Mapping the hallmarks of lung adenocarcinoma with massively parallel sequencing. Cell. 2012;150:1107-20.

Fréquence des altérations de la voie des MAPkinases dans l’adénocarcinome bronchique EGFR M: 14,3% M : mutations M : 1% M : 28,2% GRB2 SOS1 SHC1/2/3 Ras P P M : 1% M : 2% Activation de la voie de signalisation par mutation dans 61% des adénocarcinomes bronchiques et par amplification dans 19% des cas (Données TCGA – Données Broad Institute). Raf 7,2% MAP2K1 2,4% Prolifération Survie MAP2K2 0,5% MAPK3 MAPK1 0,5% Whirl-Carrillo M, McDonagh EM, Hebert JM, et al. Pharmacogenomics knowledge for personalized medicine. Clin Pharmacol Ther. 2012;92(4):414-7. Imielinski M, Berger A, Hammerman P et al. Mapping the hallmarks of lung adenocarcinoma with massively parallel sequencing. Cell. 2012;150:1107-20.

Des altérations qui peuvent être redondantes Les mutations ne sont pas forcément exclusives. Les 200 tumeurs sont ici représentées par les colonnes et les gènes de la voie de signalisation en ligne. EGFR a un certain nombre de mutations (en vert) et d’amplifications (en rouge). On note qu’il y a des associations de mutations et d’amplifications. Amplification Délétion homozygote Mutation Imielinski M, Berger A, Hammerman P et al. Mapping the hallmarks of lung adenocarcinoma with massively parallel sequencing. Cell. 2012;150:1107-20.

Des altérations qui peuvent être redondantes Au total : 60% d’activation de la voie de signalisation dans les adénocarcinomes bronchiques (Données Imielinski M et al. Mapping the hallmarks of lung adenocarcinoma with massively parallel sequencing. Cell 2012;150:1107-20). Amplification Délétion homozygote Mutation Imielinski M, Berger A, Hammerman P et al. Mapping the hallmarks of lung adenocarcinoma with massively parallel sequencing. Cell. 2012;150:1107-20.

Fréquence des altérations de la voie PI3K AKT mTOR dans l’adénocarcinome bronchique EGFR M : mutations A : amplifications PTEN M : 2% M : 15% P P PI3Ks PIP3 LKB1 M : 22% PDK1/2 AMPK M : 3% M : 1% AKT1/2 TSC1 M : 1% M : 4% Prolifération Survie A : 4% TSC2 mTOR M : 6% NFKB Whirl-Carrillo M, McDonagh EM, Hebert JM, et al. Pharmacogenomics knowledge for personalized medicine. Clin Pharmacol Ther. 2012;92(4):414-7.

Des altérations qui peuvent être redondantes Pour des raisons de clarté, sur les 200 tumeurs ne sont reportées ici que celles qui portaient au moins une altération. Les mutations touchant les PI3K sont fréquentes. Il y a quelques mutations de mTOR, quelques amplifications des AKT et une mutation d’AKT1. Les mutations de STK11 sont fréquentes. Amplification Délétion homozygote Mutation Imielinski M, Berger A, Hammerman P et al. Mapping the hallmarks of lung adenocarcinoma with massively parallel sequencing. Cell. 2012;150:1107-20.

Des altérations qui peuvent être redondantes Au total : 38% d’activation de la voie de signalisation dans les adénocarcinomes bronchiques (Données Imielinski M et al. Mapping the hallmarks of lung adenocarcinoma with massively parallel sequencing. Cell 2012; 150:1107-20). Amplification Délétion homozygote Mutation Imielinski M, Berger A, Hammerman P et al. Mapping the hallmarks of lung adenocarcinoma with massively parallel sequencing. Cell. 2012;150:1107-20.

Conclusion Activation de la voie des MAPKinases, de la voie PIK3CA AKT mTOR centrale dans la carcinogenèse des adénocarcinomes pulmonaires Redondance des altérations génétiques somatiques de ces 2 voies Connexions importantes entre ces voies de signalisation Importance de la caractérisation de ces voies de signalisation pour comprendre les différents mécanismes de résistance et de sensibilité aux thérapies ciblées 14-0358 05/2014 Boehringer Ingelheim France SAS