Actualités dans le domaine des gliomes.

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1 Actualités dans le domaine des gliomes.
OH HO + CO2 NADP NADPH IDH1/IDH2 La « Pression Moléculaire » Cours de post graduat du 12 janvier 2017

2 Epidémiologie Le GBM est la tumeur primitive cérébrale la plus fréquente, avec une fréquence de 5 à 8 cas pour 100,000 par an (575 à 920 cas par an en Belgique) C’est la seconde tumeur chez l’enfant après les leucémies. 75 % sont de haut grades, soit de grade histologique III ou IV. Le traitement multi-modal comprend la réssection chirurgicale la plus complète possible, la radiothérapie et la chimiothérapie basée sur le témozolomide (protocole de Stupp). Après protocole de Stupp, la survie à deux ans dépend du type histologique: Glioblastome (IV) : 9% Gliomes anaplasiques (III) : 31% Astrocytomes diffus (II) : 52% La survie à deux ans dépend aussi de l’âge : Moins de 40 ans : 50% De 41 à 60 ans : 14% Au delà de 61 ans : 4% Glioblastome secondaire (avant 45 ans) Glioblastome primaire

3 Classification OMS (2007) Quatre grades Histologiques :
L’astrocytome pilocytique ou de grade I (tumeur bien limitée, non infiltrante, peu d’atypies cellulaires, peu de mitoses) L’astrocytome diffus ou de grade II (tumeur aux limites parfois floues, quelques atypies cellulaires, mitoses repérables) L’astrocytome anaplasique ou de grade III (tumeur infiltrante, nombreuses atypies cellulaires, nombreuses mitoses) Le glioblastome de grade IV (nombreuses mitoses, zones de nécrose, cellules polyploïdes, angiogenèse, tumeur très infiltrante). Selon le caractère morphologique prédominant, on parle : D’astrocytome D’oligodendrogliome D’oligodendrogliome ou d’astrocytome mixte.

4 Les autres tumeurs primitives du système nerveux
Ependymomes : Classification entre bénin et malin Classification sur la localisation, soit périventriculaire ou de fosse postérieure. Médulloblastomes qui prédominent nettement chez l’enfant et se retrouvent dans la fosse postérieure. Lymphomes Méningiomes et les schwannomes.

5 Astrocytome pilocytique

6 Astrocytome pilocytique

7 Astrocytome diffus (grade II)

8 L’astrocytome diffus (grade II)

9 Astrocytome diffus (grade II)

10 L’astrocytome anaplasique (grade III)

11 L’astrocytome anaplasique (grade III)

12 Le glioblastome (grade IV)

13 Le glioblastome (grade IV)

14 Le glioblastome (grade IV)

15 Sous-types histopathologiques de glioblastomes (GBM)
GBM à cellules géantes. GBM à petites cellules. Gliosarcomes (haute fréquence de cellules d’allure fibroblastiques; la méthylation du promoteur de MGMT est cependant très rare). GBM-O ou avec une composante d’oligodendrogliome.

16 GBM primaires vs. secondaires
Mutations du promoteur de TERT (télomérase) Mutation de PTEN (une phosphatase) Amplifications de certains oncogènes comme EGFR. GBM secondaires : Mutations de IDH1/2. Mutations de TP53. Mutations de ATRX (Alpha Thalassémie / mental Retardation X-linked protein ou Rad54, une hélicase de Swi/Snf). On rencontre également ces anomalies dans les gliomes de grade II ou III

17 Classification 2016 David N Louis Mass. General Hospital,
Boston, Harvard Louis et al., Acta Neuropathologica, 131, 803, 2016

18 Classification 2016 (2) Louis et al., Acta Neuropathologica,
131, 803, 2016

19 Key Learning Outcomes Quelle est l’importance de ces gènes dont les
mutations sont à la base de la nouvelle classification ? 2) Peut-on faire une classification plus simple ? 3) La classification modifie-t-elle la prise en charge ?

20 Comment doit-on faire un diagnostic de gliome ?
Recommandations OMS 2016 1) classer le type histologique de la tumeur: Gliome ou autre ? Si gliome : astrocytome ou oligodendrogliome ? 2) classer le grade histologique OMS classique (I, II, III ou IV ?) 3) récolter les informations moléculaires. 4) intégrer le tout. Reifenberger et al., Nature Rev.Clin.Oncol., AOP

21 Classification moléculaire
La classification histologique classique ne reflète pas les modifications moléculaires associées à ces tumeurs. Il devient de plus en plus évident que la classification moléculaire est plus efficace pour avoir une idée pronostique plus juste mais aussi pour envisager le traitement le mieux adapté. Les gènes dont la mutation pourrait rentrer en ligne de compte pour raffiner la classification sont : IDH1/2,(H3F3A chez l’enfant), EGFR, PDGFRA et NF1. On doit aussi tenir compte du degré de méthylation du promoteur de MGMT et des mutations de hTERT.

22 Internationalisation des données moléculaires
La première base de données a été mise sur pied aux USA par le NIH : le TCGA (The Cancer Genome Atlas) qui regroupe 20 types de cancers et 10,000 échantillons. Au niveau mondial, on a plus récemment créé l’ICGC (International Cancer Genome Consortium). Ces bases de données regroupent des données variables : mRNA, miRNA, DNA copy number, mutational data, protein expression, DNA methylation… On peut actuellement distinguer deux types de données utiles : Les biomarqueurs Les Cancer Drivers Nucleic Acids Lesions.

23 La classification moléculaire et le traitement des cancers – rôles des kinases.
Les cancers pulmonaires à petites cellules et la mutation de l’EGFR. Les cancers du sein et l’amplification HER2. Les cancers pulmonaires et la translocation EML4-ALK (Echinoderm Microtubule-associated protein-Like 4 et Anaplastic Lymphoma Kinase). La leucémie myéloïde chronique et la translocation BCR-ABL. Les mélanomes et les mutations de BRAF.

24 La phosphorylation de protéines

25 Les kinases et le GBM Souvent muté et/ou délété dans les gliomes
de l’enfant et les gliomes du pont chez l’adulte. Fig. 1 Alterations in the RTK/RAS/PI3 K signaling pathway in GBM. Several genes that encode proteins involved in the RTK/RAS/PI3 K signaling pathway are considerably altered in GBM. Genes that are most frequently amplified in this pathway are epidermal growth factor receptor (EGFR) and platelet-derived growth factor receptor α (PDGFRA), two transmembrane receptors with tyrosine kinase activity. The most commonly deleted gene in the RTK pathway is phosphatase and tensin homolog (PTEN), a tumor suppressor that inhibits phosphatidylinositol-3 kinase (PI3 K) signaling such as retinoblastoma (RB1), a cell cycle inhibitor of PARK2, a regulator of dopaminergic cell death, and neurofibromin 1 (NF1), a negative regulator of the RAS signal transduction pathway. The most commonly mutated genes in this pathway are PTEN, NF1, EGFR, and PIK3R1, and PIK3CA. Souvent, plusieurs gènes de RTK ou ces voies sont mutés ensembles, ce qui rend illusoire le ciblage thérapeutique d’une seule voie par des inhibiteurs ou des anticorps. NF1 ets le gène muté dans la neurofibromatose de Von Recklinghausen, qui prédispose aux gliomes. On le retrouve muté dans 15% des gliomes « isolés ». NF1 est souvent muté dans le sous-type « mésenchymateux » de Verhaak Aladape et al., Acta Neuropathol., 129, 829, 2015

26 EGFR et EGFRvIII 3 1 2 Sécrétion d’Il-6 et de LIF pour un effet
paracrine 3 Figure 1. Mechanism of Cooperation between EGFR and EGFRvIII (perte des exons 2 à 7 du gène). The binding of EGF to its cognate receptor, EGFR, leads to activation of downstream kinase pathways, including RAS/RAF/MEK/MAPK and PI3K/AKT. The EGFRvIII mutant is constitutively active and can induce signal transduction in the absence of EGF by heterodimeric association with WT EGFR. The cooperative activity of EGFR and EGFRvIII is not restricted to the membrane since numerous studies have shown cytoplasmic and nuclear functions of these growth factor receptors that become internalized via endocytic vesicles. Fan et al. (2013) show a heterodimerization-independent mechanism of oncogenesis induced by an EGFR-EGFRvIII-STAT3 signaling axis. In the presence of EGF, EGFR undergoes dimerization (not shown) and activation, as multiple Tyr residues are phosphorylated (shown as yellow circle). Activated WT EGFR subsequently phosphorylates EGFRvIII (shown as orange circle), triggering nuclear transport of EGFRvIII, enhanced phosphorylation of STAT3, and increased EGFRvIII-STAT3 interaction in the nucleus, which drive transformation. The EGFRvIII mutation has become clinical relevance as this deletion mutation generates a novel peptide sequence that may serve as an immunogenic tumorspecific target, which can be exploited in a peptide-based vaccination strategy. Initial results from single-arm trials employing EGFRvIII-specific vaccination provided promising results in comparison to historical controls [138 ]. The efficacy of EGFRvIII-targeted vaccination in newly diagnosed GBM patients is currently being investigated in the prospective randomized ACT IV trial (EUDRA-CT#: ). 1 2 EGFR est amplifié dans 40% des GBM En cas d’amplification, on recense 50% de mutation EGFRvIII Zadeh et al., Cancer Cell, 24, 403, 2013.

27 IDH1/2 et les modifications métaboliques
Otto Wardburg, Prix Nobel en 1931 IDH1/2 et les modifications métaboliques Les cellules de Glioblastome (et principalement, les cellules initiatrices) sont plus résistantes à l’hypoxie : elles ont une glycolyse très active et une respiration mitochondriale diminuée due à un ralentissement du complexe II (Zhou et al., J.Biol.Chem., 286, 32843, 2011). Cette prédominance de la glycolyse sur la respiration n’est pas spécifique aux gliomes ou aux GBM mais sont le fait des cellules cancéreuses : c’est l’effet Warburg qui est à la base de l’efficience du PET-Scan au fluoro-2-deoxy-glucose dans le diagnostic des cancers. L’isocitrate déshydrogénase existe soit trois formes codées par trois gènes IDH1/2/3: IDH3 code pour une forme mitochondriale impliquée dans le cycle de Krebs IDH2 code pour une forme nucléaire (et aussi partiellement mitochondriale) IDH1 code pour une forme cytoplasmique.

28 Les modifications métaboliques
Glucose 3 Pyruvate Acétyl-coA (Mitoch.) Rôles d’IDH1/2 : Détection du glucose Métabolisme de la glutamine Lipogenèse Régulation du statut rédox Cellule

29 Les modifications métaboliques
D-2-hydroxyglutarate Les mutations sont toujours des mutations hétérozygotes faux sens qui concernent les Arg des sites actifs. Le gain de fonction est dominant.

30 Waitkus et al., Neuro-Oncology, 18, 16, 2016
3 Fig. 3. Cellular effects of elevated D2HG levels in glioma cells. IDH1 normally catalyzes the oxidative decarboxylation of isocitrate to generate aKG. Mutant IDH enzymes generate D2HG, which can accumulate in glioma cells to levels .100-fold compared with normal tissue. aKG functions as a cofactor for several cellular dioxygenases, including histone lysine demethylases, TET cytosine hydroxylases, and HIF prolyl hydroxylases. Excessive D2HG accumulation disrupts the normal function of aKG-dependent enzymes causing increases trimethylation of multiple histone lysine residues and decreased 5-hydoxymethlcytosine abundance as well as a concomitant increased in global 5-methylcytosine levels. Several reports also suggest that D2HG can inhibit HIF hydroxylases, preventing HIF1a degradation and increasing HIF1a-dependent transcription. Waitkus et al., Neuro-Oncology, 18, 16, 2016

31 Waitkus et al., Neuro-Oncology, 18, 16, 2016
Fig. 4. Altered metabolism in gliomas with IDH1 mutations. In the presence of an IDH mutation, normal aKG flux is diverted to generate the oncometabolite D2HG, which acts as a competitive inhibitor of aKG-dependent enzymes. Elevated D2HG ultimately increases genome-wide levels of DNA methylation by inhibition TET cytosine hydroxylases, key enzymes that promote the active demethylation of 5-methylcytosine. D2HG also inhibits histone lysine demethylases and prolyl hydroxylase, thus increasing histone H3 trimethylation and disrupting normal collagen maturation. Glioma cells maintain normal levels of key metabolites in the presence of IDH mutations by increasing the relative anaplerotic flux of glutamine and glutamate into the TCA cycle. This pathway of reductive glutamine metabolism maintains levels of TCA metabolites that are critical for biosynthetic processes. Waitkus et al., Neuro-Oncology, 18, 16, 2016

32 GBM primaires vs. secondaires
Mutations du promoteur de TERT (télomérase) Mutation de PTEN (une phosphatase) Amplifications de certains oncogènes comme EGFR. Monosomie du chromosome 10. GBM secondaires et gliomes II ou III : Mutations de IDH1/2. Mutations de TP53. Mutations de ATRX (Alpha Thalassémie / mental Retardation X-linked protein ou Rad54, une hélicase de Swi/Snf). 1p/19q co-délétions Depuis la découverte de la mutation du codon 132 de IDH1/2, on est certain que Nous avons affaire au plan moléculaire à deux maladies différentes.

33 Depuis trois ou quatre ans, on ne parle plus de GBM
primaire ou secondaire mais de GBM IDH1/2 wt ou muté. Cette mutation d’IDH1/2 n’est pas exclusif au GBM; on la retrouve aussi dans : La leucémie myéloïde aiguë Le cholangiocarcinome intra-hépatique Le mélanome Les chondrosarcomes

34 La méthylation du promoteur MGMT
CDKN2A : cyclin-dependent kinase inhibitor 2A Les promoteurs de PTEN, TP53, RB1 et CDKN2A sont aussi régulièrement hyperméthylés dans le GBM

35 La méthylation du promoteur MGMT
MGMT code pour l’O6-méthylguanine-DNA methyltransférase. Dans 40% des GBM, le promoteur du gène qui code pour cet enzyme est méthylé et l’enzyme est absent. Or l’activité méthyltransférase de MGMT est nécessaire pour réparer l’ADN éventuellement modifié par des agents alkylants comme le témozolomide. La méthylation du promoteur de MGMT est donc un facteur de réponse au témozolomide et donc, un facteur de survie allongée.

36 Nature Reviews Neurology 10, 372 (2014)
The alkylating chemotherapeutic agent TMZ can cause potentially cytotoxic DNA modifications such as conversion of guanine to O6-meG (red circle), which are corrected by MGMT protein. a | MGMT sequesters the methyl group from O6-meG via covalent transfer, thereby restoring the guanine to its normal state. This process leaves MGMT irreversibly inactivated and subject to ubiquitin-mediated degradation. b | If an O6-meG DNA adduct is not repaired by MGMT—for example, because of low protein expression by epigenetically silenced MGMT—O6-meG forms a base pair with thymine (blue circle) during DNA replication. The mismatched O6-meG–thymine base pair is recognized by the mismatch repair pathway (which includes the MLH1, MSH2, MSH6 and PMS2 proteins), potentially resulting in futile cycles of repair and leading to cell death. For more detail, see Liu and Gerson (2006).48 Abbreviations: MGMT, O6-methylguanine-DNA methyltransferase; O6-meG, O6-methylguanine; TMZ, temozolomide. Wick et al., Nature Reviews Neurology 10, 372 (2014)

37 La méthylation du promoteur MGMT
Dans les GBM avec mutation IDH1/2, on observe assez systématiquement une méthylation du promoteur MGMT Aladape et al., Acta Neuropathol., 129, 829, 2015

38 Les télomères des chromosomes linéaires

39 Les mutations du promoteur hTERT
Il existe fréquemment des mutations dans le promoteur de TERT dans les cellules cancéreuses, ce qui accroît son expression. C’est le cas dans 70-80% des GBM avec, encore une fois, une fréquence moindre en cas de mutations de IDH1/2. Actuellement, on tente de définir la place de cette anomalie moléculaire dans le calcul du pronostic des GBM avec ou sans mutations.

40 Les sous-types transcriptionnels de GBM
A l’heure actuelle, cela ne pose plus de problèmes de faire du séquençage d’ARN en masse. En 2006, Phillips et coll. ont appliqué cette technique pour corrélé des signatures transcriptionnelles à des évolutions cliniques. Il a ainsi défini trois sous-types de GBM : Proneural : de meilleur pronostic; IDH1/2 muté ou délété. Prolifératif : de pronostic médian. Mésenchymal : de pronostic mauvais; mutation de VEGF et de YLK40 (qui code pour une glycoprotéine sécrétée). Verhaak a affiné cette classification en 2009.

41 Les sous-types transcriptionnels de GBM
Transcriptional subtypes of glioblastomas based on Phillips and Verhaak classification. Gene expression-based molecular classification of GBM into proneural, neural, classical, and mesenchymal subtypes by Verhaak et al. and into proneural, proliferative, and mesenchymal subtypes by Phillips et al. Integrated genomic analysis demonstrate patterns of somatic mutations and DNA copy number alterations. Aberrations in EGFR, NF1, and PDGFRA/IDH1 genes each define the classical, mesenchymal, and proneural subtypes, respectively. IDH1/2 Aladape et al., Acta Neuropathol., 129, 829, 2015

42 La progression des deux types de GBM
Fig. 3 Progression of IDH-wild type and IDH-mutant gliomas. IDHmutant gliomas (right) go through an ordered sequence of genetic modifications. Upon acquisition of IDH1/2 mutations and hypermethylation of CpG islands (CIMP) in the glial progenitor cells, a subset of these cells acquires secondary mutations in TP53 and ATRX, which result in the development of astrocytomas and eventual progression to ‘secondary’ glioblastoma. Co-deletion of 1p and 19q occurs in the other subset of glial cells, along with TERT promoter mutation, leading to formation of oligodendrogliomas. IDH-wild type gliomas (left) progress via acquisition of different molecular alterations and most commonly present as glioblastoma. However, the designation as ‘primary’ glioblastoma may not be entirely accurate, as IDH-wild type lower grade astrocytoma, although not common, is well-described Aladape et al., Acta Neuropathol., 129, 829, 2015

43 Comment aborder le diagnostic ?
Reifenberger et al., Nature Rev.Clin.Oncol., AOP

44 Classification moléculaire et pronostic
Reifenberger et al., Nature Rev.Clin.Oncol., AOP

45 Classification 2016 et traitement après chirurgie de résection (IDH muté)
Reifenberger et al., Nature Rev.Clin.Oncol., AOP

46 Classification 2016 et traitement après chirurgie de résection (IDH sauvage)
Reifenberger et al., Nature Rev.Clin.Oncol., AOP

47 Classification 2016 et traitement après chirurgie de résection (le reste)
Reifenberger et al., Nature Rev.Clin.Oncol., AOP