Evolution Darwinienne du Cancer Michael Hochberg CNRS - Université Montpellier II Santa Fe Institute

Darwinian Evolution of Cancer Consortium GDR3530 Urszula Hibner IGMM, Montpellier Frédéric Thomas MIVEGEC, Montpellier Benoît Perthame INRIA, Paris Eric Solary INSERM, Villejuif Jean-Pierre Marie INSERM, Paris Vitaly Volpert INRIA, Lyon Daniel Fisher IGMM, Montpellier Christoph Grunau Université Perpignan Philippe Fort CRBM, Montpellier Darwinian Evolution of Cancer Consortium GDR3530 Michael Hochberg ISEM, Montpellier Jean Clairambault INRIA, Paris

Qu’est ce que le cancer? Des maladies caractérisées par l’autonomie démographique : y compris la prolifération cellulaire incontrôlée, l'évasion de l’apoptose et la migration (créant les métastases) Hanahan & Weinberg. 2000. Cell

rupture dans “le pacte” de multicellularité autonomie = rupture dans “le pacte” de multicellularité

Un phénomène écologique et évolutif   Un phénomène écologique et évolutif  La sélection somatique cellulaire est moteur de la malignité, l'induction de l'angiogenèse, l'évasion du système immunitaire, les métastases et la résistance aux thérapies

Sélection et l'évolution intra-individuelle Podlaha et al. 2012. Trends in Genetics

L'expansion clonale et la dérive Clonal evolution. X axis, time; Y axis, the extent of a neoplasm, in this case Barrett’s segment length. Barrett’s esophagus arises in a subset of patients in response to the harsh environment of gastroesophageal reflux. Loss of one or both alleles of CDKN2A provides a selective advantage leading to clonal expansion. Neutral mutations also arise during clonal evolution. If they arise in a clone that has a selected mutation such as those affecting CDKN2A. the neutral mutation can expand as a hitchhiker on the selected mutation. Otherwise, neutral mutations expand or contract through a random process of genetic drift. TP53 mutations and LOH are selected as later events in neoplastic evolution, but TP53 variants seem to be selected almost exclusively in the genetic background of CDKN2A variants. TP53 variants have pleiotropic effects including loss of cell cycle checkpoint control, evasion of apoptosis and genomic instability that increase genetic diversity within the neoplasm, and they are permissive for subsequent evolution of tetraploid and aneuploid clones. The sizes of genetically unstable clones with TP53 abnormalities and aneuploidy are predictive of future progression to esophageal adenocarcinoma. A panel of chromosomal instability biomarkers (9p, 17p LOH, tetraploidy, aneuploidy) provides independent cancer risk prediction in Barrett’s esophagus, but mutations in CDKN2A and TP53 and methylation of the CDKN2A promoter do not. TP53 variants have pleiotropic effects including loss of cell cycle checkpoint control, evasion of apoptosis and genomic instability that increase genetic diversity within the neoplasm, and they are permissive for subsequent evolution of tetraploid and aneuploid clones. Reid B. J Cancer Prev Res 2008

Plusieurs Systèmes Complexes

Système complexe nécessitant une approche interdisciplinaire   Système complexe nécessitant une approche interdisciplinaire 

  Expliquer Emergence: càd la sélection naturelle sur les oncogènes et gènes suppresseurs de tumeurs Progression: l'interaction entre micro-environnement et le processus évolutif ; déterminisme versus stochasticité Thérapies: stratégies novatrices dans "l'ingénierie évolutionnaire" pour prévenir et traiter les cancers

Réunion du GDR 3580 – Darwinian Cancer Evolution – le 10 avril 2012 Colloque International –le 11 avril 2012 - http://www.darevcan.univ-montp2.fr/

PUBLICATIONS 1- Lorz A, Lorenzi T, Hochberg ME, Clairambault J & B Perthame. 2012. Populational adaptive evolution, chemotherapeutic resistance and multiple anti-cancer therapies. Accepted Mathematical Modelling and Numerical Analysis http://hal.archivesouvertes. 2- Roche B, Hochberg ME, Caulin AF, Maley C, Gatenby RA, Missé D & F Thomas. Natural resistance to cancers: a Darwinian hypothesis to explain Peto's paradox. In press. BMC cancer   2- Roche B, Hochberg ME, Caulin AF, Maley C, Gatenby RA, Missé D & F Thomas. Natural resistance to cancers: a Darwinian hypothesis to explain Peto's paradox. In press. BMC cancer   3- Thomas F et DarEvCan consortium. Applying ecological and evolutionary approaches to cancer research: A long and winding road. Accepted Evolutionary Applications   4- Roche B, Hbid H, Missé D & F Thomas. Peto’s paradox revisited: Theoretical profiles of evolutionary cancer dynamics in wildlife. Submitted to Evolutionary Applications 5- Hochberg ME, Thomas F, Assenat E & U Hibner. Preventative Evolutionary Medicine of Cancers. Submitted to Evolutionary Applications

NO D’avantage de cancers? Le « Paradoxe de Peto » Les animaux qui ont évolué pour être plus grand en tant qu'espèce ont développé des mécanismes pour compenser le risque accru de cancer

Principales causes de décès? Other causes Cancer

Principales causes de décès? Cancer Other causes Cancer Other causes

Summary of the current knowledge on Peto’s paradox Summary of the current knowledge on Peto’s paradox . Body mass seems to be a relevant surrogate for cancer prevalence at an intra-species level, but not an inter-species level Roche et al. 2012. BMC Cancer

Le réseau d'interactions entre le cancer et diverses variables qui agissent sur ​​les individus et les espèces dans les écosystèmes Roche et al. 2012. BMC Cancer

Sans murs Darwinian Evolution of Cancer Consortium GDR3530 Urszula Hibner IGMM, Montpellier Frédéric Thomas MIVEGEC, Montpellier Benoît Perthame INRIA, Paris Eric Solary INSERM, Villejuif Jean-Pierre Marie INSERM, Paris Vitaly Volpert INRIA, Lyon Daniel Fisher IGMM, Montpellier Christoph Grunau Université Perpignan Philippe Fort CRBM, Montpellier Sans murs Darwinian Evolution of Cancer Consortium GDR3530 Michael Hochberg ISEM, Montpellier Jean Clairambault INRIA, Paris

CENTRE DE RECHERCHES ECOLOGIQUES ET EVOLUTIVES SUR LE CANCER CREEC CENTRE DE RECHERCHES ECOLOGIQUES ET EVOLUTIVES SUR LE CANCER Michael.Hochberg@um2.fr (CNRS - UM2) Frédéric Thomas (CNRS – IRD) Ula Hibner (INSERM - IGMM)