Récepteur des œstrogènes et traitements hormonaux

Historique 1896: Sir G Beatson: Ovariectomie chez deux patientes présentant un cancer du sein métastatique 1905: de Coumelles: Irradiation des ovaires (1948) 1955: Huggins, Jensen: Antiestrogènes 1975: Horwitz, McGuire: [ER-PR] 1975: Tamoxifen mis sur le marché (UK) 1980: Kumar-Chambon: clonage de ERa 1982: LH-RH agonists (patientes préménopausées) 1996: Gustavson: un second ER est cloné: ERb 1999-2000's: Inhibiteurs d’aromatase

Le cancer du sein est un cancer hormono-dépendant Les œstrogènes induisent la prolifération de 60 à 70% des cancers du sein Cancers du sein hormono-dépendants = tumeurs présentant des récepteurs hormonaux (RE +/- RP) Les RE sont des cibles de traitement

Hormono-dépendance des cancers du sein Cibles de l'hormonothérapie ? Les patientes dont les tumeurs expriment des récepteurs hormonaux (RE et/ou RP) répondent en règle à une privation hormonale Tumeurs hormono-dépendantes

Récepteurs d'œstrogènes

La famille des récepteurs d'hormones stéroïdes

ERa A/B C D E F E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 E8 E = Exon Estradiol receptor (gene) Estradiol receptor (protein) A/B C D E F Transcriptional Activation 1 (TAF1) Ligand Binding Domain (LBD) Dimerisation Transcriptional activation 2 (TAF 2) DNA Binding Domain (DBD)

(Gènes hormono-dépendants) Cellule épithéliale du cancer du sein Œstrogènes NOYAU Activation de la transcription AF2 (Gènes hormono-dépendants) RE HSP90 ERE AF1 Cellule CYTOPLASME

Transactivation du ERa Tamoxifène + – Antiœstrogènes purs – – AF1 AF2

Site d'activation de la transcription (1) [classique] "Estrogen Responsive Element" (ERE)  E2 Transcription RE RE ERE ADN Activation des gènes

Site d'activation de la transcription (2) [non classique] Une autre voie d'activation de la transcription via le site AP1 RE E2 Transcription Fos Jun AP1 Element AP1 Activation des gènes

Bases moléculaires de l'agonisme et de l'antagonisme

Le ligand modifie la conformation du LBD Interaction du ligand avec le LBD Œstrogènes Antiœstrogènes Le ligand modifie la conformation du LBD

La conformation du LBD (Rea) dépend du ligand H11 H5 H6 H3 K362 Brzozowski et al, 1997

La conformation du LBD (Rea) dépend du ligand + antiœstrogène AE + œstrogène H9 H9 H8 H8 N N C H5 H4 H5 H4 C H1 H1 S1 S1 H10 H7 H10 H3 H7 H12 H3 AE E H12 H2 S2 H2 S2 H6 H6 H11 H11

Co-activateurs et Co-répresseurs

Transactivation des REs

Co-régulateurs Coactivateurs Corépresseurs L'activité de histone acetyltransferase facilite l'initiation de la transcription (SRC-1, AIB1….) Corépresseurs L'activité de deacetylase inhibe la transcription (Ncor, SMRT….) Modification du recrutement ou de l'expression d'un co-régulateur résistance ?

Co-régulateurs TAM E2 From Ali & Coombes, 2002

Proteins interacting with ER Protein Function Reference SRC-1, TIF2 (GRIP1, SRC2), Co-activators Bevan et al, 1999 AIB1(ACTR, RAC3, PCIP, SRC3) Recruitment HATs McKenna et al, 1999 ARN70, BRG-1 histone acetyl transferase Fuqua, 2001 P300, CBP, pCAF,p68 NcoR, SMRT (TRAC2) (RIP13) Co-repressors Westin et al, 2000 REA, SSM3 Recruitment HADs Sommer and Fuqua, 2001 (déacétylase)

Co-régulateurs: co-activateurs et co-répresseurs Transcription Co act RE RE Pol ERE DNA gène activé La balance co-activateur/co-répresseur peut expliquer les effets agonistes ou antagonistes du même ligand dans différents tissus L'équilibre co-activateur/co-répresseur peut expliquer la résistance au traitement hormonal

REb

REb isoformes ARN m RE b1 RE b2 = bcx RE b3 RE b4 RE b5 149 aa 215 aa A/B C D E F 447 645 774 1479nt 1590 NL AF-2 AF-1 DBD 469 aa 495aa RE b2 = bcx 1407 1485nt 469 aa 513 aa RE b3 1407 409 aa 469 aa 481 aa RE b4 1227 469 aa 472 aa RE b5 1227

ERb ERa and ERb ERa and ERb are distinct gene products ERa and ERb are distributed in different tissues Regulate different genes and may sometimes have opposite effects Have common and specific ligands Homo- and heterodimers ERa/ERb

ERb expression in mammary gland ERa and ERb Overall, ERb is expressed at much lower rates than ERa in mammary gland ERb expression is lower in tumors than in healthy mammary glands (Erbtb< ERbnb) ERb is often co-expressed with ERa

Distribution cellulaire des RE (a et b) Utérus Hypophyse Testicules Prostate Vessie Ovaires Foie Rein REa ++ ++ + + + ++ ++ – REb + + ++ ++ ++ ++ – – From Kuiper et al, 1997

'après K. Paech (1997) Science 277, 1508-1510 Récepteurs d'hormone ERE Site AP1 REa REb REa REb E2 ++ ++ ++ – DES ++ ++ ++ – Tam – – ++ ++ ICI – – + ++ Ral – – + ++ d 'après K. Paech (1997) Science 277, 1508-1510

Schematic representation of wildtype human ERb and variant isoforms Variant b2 (bcx) neutralise l'effet de Rea fonctionnel Speirs, Lancet Oncol 2004

Spécificité de la réponse biologique Type of récepteur (REa, REb,…) Type de cellule, tumeur, organe Ligand (E2, SERMs, SERDs),… Co-régulateurs (activateurs, répresseurs) Type d'action

Actions génomiques et non-génomiques (rapides)

Activité RE non génomique (REa et REb) Les hormones stéroïdes peuvent avoir une action rapide sur des cellules (trop rapides pour invoquer des mécanismes transcriptionnels) Les RE liés sont identifiés dans la membrane des cellules (os CNS, col utérin, cellules endothéliales). Complexes stables du ligand-récepteur Membrane RE : action de RE non génomique ou membrane initiated steroid signaling (MISS): sec or min Représente 5% des effets biologique du RE

Mechanisms of rapid non-genomic receptor-dependent actions of estrogen in four cell types Collins P, Nature Medicine 1999

Activité RE non génomique (2) Les réponses biologiques sont médiées par un système de second-messager MAP kinase Tyr kinases et phosphatases Récepteur de Facteur de Croissance SRC kinase… Activation de facteurs de croissance

Effets non génomiques Osborne & Schiff, 2005

Interactions entre RE et récepteurs des facteurs de croissance

Réseau intracellulaire La signalisation RE ne peut plus être considérée indépendamment Des facteurs de croissance peuvent modifier la réponse RE et peuvent être modifiés par E Des facteurs de croissance peuvent être des éléments d’action dans la réponse hormonale Réseaux interactifs

Résistance à la privation en œstrogènes

Résistance à la privation en œstrogènes Modèles expérimentaux Privation à long terme en œstrogènes entraîne une hypersensibilité aux œstrogènes Augmentation de phosphorylée ERa (ser118) Augmentation de l'activité aromatase Augmentation de l'activité MAPK en raison de l'augmentation de l'expression erbB-2 Augmentation de l'expression IGF1-R Ces effets sont supprimés par un inhibiteur MEK (U0126) Mécanisme non unique Berstein et al, 2003; Martin, Dowsett et al, 2004

Récepteurs d'œstrogènes Médie les effets pléiotropiques des hormones stéroïdes Facteur nucléaire de transcription activé par leurs ligands Agonistes purs : Œstrogènes (17b E2 , ...) SERMs (Selective Estrogen Receptor Modulators) Tamoxifène, Torémifène, Raloxifène, ….. SERD (Selective Estrogen Receptor Down regulators) antagonistes purs : (EM 800; Fulvestrant; ICI 164,184 ….) Deux récepteurs distincts : REa et REb

Traitements anti-hormonaux

Hormonothérapie Pour l’essentiel, deux cancers hormonodépendants: Cancer du sein Cancer de la prostate  cancer de l’endomètre Empêcher l’action ou la sécrétion d’hormones qui agissent comme des facteurs de croissance ou qui interfèrent avec des facteurs de croissance dans la carcinogenèse

Principaux agents Agonistes LH-RH: Ce sont des peptides qui ont une structure proche de la LH-RH naturelle, après une stimulation initiale des sécrétions hormonales, blocage hypothalamo-hypophysaire et chute des gonadotrophines et arrêt de la sécrétion des estrogènes ou des androgènes. Cet effet est réversible. Les principaux agents utilisés sont : la Gosériline (Zoladex), la triptoréline (Décapeptyl) et la leuproréline (Enantone)

Principaux agents Effets indésirables des analogues LH-RH : castration Chez la femme, troubles de la ménopause: BVM, sécheresse vaginale, libido , ostéoporose, troubles urologiques… Chez l’homme: impuissance, andropause Blocage périphérique des sécrétions hormonales Chirurgical: ovariectomie, pulpectomie, surrénalectomie, hypophysectomie… (rapidité, coût, irréversibilité) radiothérapie

Principaux agents Anti-aromatases: enzymes qui bloquent la conversion des androgènes en estrogènes au niveau du tissu adipeux et en intra-tumoral. Chez la femme ménopausée permettent de bloquer la formation des oestrogènes. Les principaux agents sont: Le létrozole (Fémara), l’anastrozole (Arimidex), l’exemestane (Aromasine)

Principaux agents Effets indésirables des inhibiteurs de l’aromatase: BVM, sueurs, douleurs musculaires et articulaires, ostéoporose, rares troubles digestifs Blocage des récepteurs hormonaux: bloquer le récepteur pour empêcher l’hormone d’agir Anti-androgènes: ils bloquent la conversion de la testostérone en dihydrotestostérone. Les principaux agents sont: le flutamide (Eulexine), le nilutamide (Anandron), le bicalutamide (Casodex)

Principaux agents Effets indésirables des anti-androgènes: troubles de la libido, élévation des transaminases, troubles digestifs, gynécomastie… Antiestrogènes: ils se fixent sur les récepteurs de l’oestradiol, action antagoniste mais aussi agoniste partiel des estrogènes en fonction des tissus (tamoxifène: Nolvadex, Kessar, Tamofène…, torémifène: Fareston, raloxifène: Evista… ) Antiestrogènes purs: Faslodex Notion de SERM Effets indésirables du tamoxifène: BVM, leucorrhées, phlébite, cancer de l’endomètre, troubles oculaires

Principaux agents Progestatifs: agiraient par un effet central, les principaux agents sont l’acétate de médroxyprogestérone (Farlutal) et l’acétate de mégestrol (Megace) Effets indésirables: HTA, phlébite, embolie pulmonaire, prise de poids, cushing Oestrogènes: agiraient par un effet central . Diethylstilboestrol (Distilbène) Effets indésirables: HTA, accidents cardiovasculaires et thromboemboliques, ictère …gynécomastie, impuissance

Indications Cancer du sein hormono-dépendant métastasé Récepteurs hormonaux: si RE-: moins de 10% de TR, si RE + et RP + : 60% de TR Critères cliniques d’hormonosensibilité: âge, long intervalle libre, localisations osseuses ou cutanées, réponse à une première hormonothérapie, tumeur d’évolution lente Tamoxifène molécule de première intention, puis les inhibiteurs de l’aromatase, puis les progestatifs et les ant-estrogènes purs

Indications Cancer du sein non métastasé: Uniquement si RE + Tamoxifène, seul ou en association séquentielle avec la chimiothérapie, ou en association simultanée avec les analogues LH-RH avant la ménopause Chez les patientes ménopausées : inhibiteurs de l’aromatase

Indications Cancer de la prostate métastasé: Pulpectomie ou Analogues LH-RH et anti-androgènes, on débute par un anti-androgène pour éviter une stimulation hormonale, l’intérêt d’une association au long cours n’est pas démontré, le taux de réponse est d’environ 60% avec une durée de la réponse de 18 mois, après échappement moins de 10% d’efficacité Cancer de l’endomètre à un stade avancé: Progestatifs

JE VOUS REMERCIE

Corrélations ERa, ERb Etude rétrospective de 98 tumeurs du sein non traitées Analyses de REa, REb, RP par RT-PCR quantitative Validation clinique du dosage REa, RP par RT- PCR (corrélation avec EIA) REb et dépendance avec hormone

Temps-réel PCR (REb) Courbe d'amplification Courbe de régression Efficacité : 99% de Cremoux et al, 2002

Temps-réel PCR vs EIA (REa/ REa) 2 4 6 8 log(ERa/RT-PCR) 2 4 6 8 Log (ERa-EIA) de Cremoux et al, 2002

Temps-réel PCR vs EIA (REb/ REa) 4 Log (ddctREb/RT-PCR) 2 2 4 6 8 Log (REa-EIA) de Cremoux et al, 2002

Modèles in vitro de résistance endocrinienne (A Lykkesfeldt et al) Selection Resistant cell lines Wild cell line MCF7 TamR1 Tam ICI 164,384 MCF7 164R1 MCF7 wt ICI 182.780 MCF7 182R1

Résultats (1) RE +++ Decrease Decrease Decrease Decrease MCF-7 control MCF-7/TAM R-1 MCF-7/164 R-5 MCF-7/182 R-6 MCF-7/ 182 R-7 RE +++ Decrease Decrease Decrease Decrease RE + NC NC NC NC PR ++ Decrease Decrease Decrease Decrease AIB1 +++ NC NC Increase NC BCAR1 ++ NC NC NC NC CYP19 Low level Increase NC Increase NC EGFR Low level Increase Increase Increase Increase ErbB-2 ++ NC NC NC NC de Cremoux, Lykkesfeldt,et al. Endoc Rel Cancer, 2003

Modèles Précliniques de résistance SERMs MCF7/HER2 E2 TAM Iressa® + - Randomisation _ Pour étudier ces mécanismes de résistance, les souris MCF7/HER2-18 ont été traitées avec des estrogènes, du tamoxifène ou une suppression estrogénique avec ou sans Iressa® , inhibiteur de la tyrosine kinase bloquant la voie de l’EGF. d’après Shou, Massarweh, Osborne, 2004

Résultats : Tamoxifen ± ZD1839 (Iressa®) 30 60 90 120 Jours Volume tumoral (mm3) 1 200 800 400 1 400 1 000 600 200 TAM + Iressa® TAM E2 + Iressa® E2 Iressa® est peu actif en cas de stimulation estrogénique alors qu’il inhibe complètement la croissance des tumeurs HER2-18 stimulées par le tamoxifène. De plus, Iressa® semble retarder l’apparition du phénomène de résistance à la déprivation estrogénique. d’après Shou, Massarweh, Osborne, 2004

Phosphorylation de RE, HER2 et MAPK +E2 Tam –E2 IressaR – + – + – pREa ++ ++ ++ + – pHER2 + – +/– – – pMAPK + – + – – d’après Shou, Massarweh, Osborne, 2004

Réseaux RE (RFC)

Synthèse EGFR et HER-2 sont impliqués dans la résistance tumorale MAPK phosphorylée est augmentée dans les modèles résistants Des anticorps dirigés contre EGFR, HER-2 et des inhibiteurs de erk1/2 (PD 098059) sont efficaces dans des modèles hormono-résistants

Expression de HER2 et RE dans les cancers du sein Les niveaux RE et HER2 sont inversement corrélés RE HER2 Négatif Faible Positif Total Positif 63 (68%) 17 (27%) 51 (9%) 131 (16%) Négatif 133 (32%) 47 (73%) 502 (91%) 682 (84%) Total 196 64 563 813 Dowsett et al, 2001

Etudes rétrospectives positives Données cliniques (1) Etudes rétrospectives positives HER-2 amplification et résistance à l'hormono-thérapie (Southwest Oncology study group) [Arpino et al, 2004] 349 pts (Tam), HER1 et HER2 (IHC) HER2 (FISH), RE, PR (EIA) Amplification HER-2 corrélée à RE, HER1+, HER2+ Taux de réponses objectives : HER2- (56%) vs HER2+ (47%), HER1- (50%) vs HER1+ (36%). TTP et OS significantly # by combining HER1 et HER2 Pts HER1+ et HER2+ taux de réponse faible à Tam Traitement néoadjuvant [Ellis et al, 2001] BK RE et /ou PR+ et EGFR et HER2 overexpressed letrozole 60% OU/et 48% lumpectomy vs tamoxifène 41% OU/et 36% lumpectomy

Etude rétrospective négative Données cliniques (2) Etude rétrospective négative HER2 Overexpression [Love et al, 2003] 282 patientes préménopausées, RH+, épreuve de randomisation 1993-1997 oophorectomy + tam vs Oophorectomy HER2 (IHC, Dako) HER2+ et meilleure réponse au traitement d'hormone (mais analyses de sous-groupe !...) Les épreuves éventuelles sont en cours de développement (Traitement combiné : ITK ou inhibiteurs mTor et hormono-thérapie…)

Rôle de HER2 et AIB1 dans la résistance hormonale

HER2 et AIB1 expression /DFS 187 pts, N+ BK, tam AIB1 and HER2 (WB), RE (LBA) Suivi median 95 mois DFS diminué si HER2 et AIB1 sont surexprimés Osborne CK, J Natl Cancer Inst, 2003

Plan 1/ Introduction 2/ Récepteur des œstrogènes (RE) Structure Fonction (LBD, DBD, co-activateurs) ERa and ERb Génomique et non-génomique (rapide) RE 3/ Intéractions entre RE et récepteurs de facteur de croissance 4/ Les RE : cibles du traitement hormonal des cancers du sein