Dr Francois GhiringhelliCentre Georges Francois Leclerc

Dijon

1. Les thérapies ciblées

Plan

1/ La transduction du signal & cellules tumorales

2/ La transduction du signal & l’angiogénèse

Introduction:Transduction du Signal• Le passage d’une cellule eucaryote de la phase

quiescente (G0) à la phase de mitose (M), en réponse à des stimuli extérieurs est un processus multi-étape

• Il requiert la transduction de signaux divers et l’activation de protéines intracellulaires

• Ce processus finement régulé est altéré au sein des cellules néoplasiques, engendrant une prolifération, une migration et une différenciation cellulaire non contrôlée

• 3 étapes:1. Fixation sur un récepteur trans-membranaire d’un signal extra-

cellulaire

2. Activation de seconds messagers intra-cellulaires aboutissant à l’activation de facteurs de transcriptions qui vont pouvoir agir directement sur la transcription de gènes

3. Cycle cellulaire

HER-1(EGFR)Homodimères

HER-2HER-3HER-4Hétérodimères

K K K KShc

Grb2

Sos

Ras-GTP

Ras-GDP

Raf-1

Erk-2 Erk-1

Facteurs detranscription

Prolifération

PI3K

Gab-1

Akt

Survie

PLCγIP3

DAGPKC

STATs

STATs C-Src

Adhésion

Migration

FAK

HEREndocytose

Dégradationlysosomale

β1α

Importin α & β1

interaction

E2F1STAT3

Prolifération

Survie

Cycline D1

Membrane

Cytoplasme

Noyau

Domaine extracellulaire(liaison avec le ligand)

Domainetransmembranaire

Domaine cytoplasmique

(Activité tyrosine kinase)

Récepteur Tyrosine Kinase R-TK

Les Récepteurs Trans-Membranaires, des Cibles Thérapeutiques

• Il est actuellement décrit plusieurs familles de récepteurs tyrosine kinase (R-TK) qui se différencient par leur ligand et leur structure chimique mais qui possèdent des caractéristiques communes

Famille de récepteur

Classe I : ErbB / HER

Classe IIFGF

Classe IIIHGF

Classe IV Insuline

Classe VNeurotrophi

ns

Classe VIPDGF

Ligand EGF, TGF, AR, HB-

EGF, SDGF,

Heregulin,Betacelluli

n

FGF 1 à 8 HGF Insuline,IGF-1IGF-2

NGFBDNF

NT-3 à 5

PDGF-A et BVEGFCSF-1SCFPIGF

Récepteur HER-1HER-2HER-3HER-4

FGFR-1FGFR-2FGFR-3FGFR-4

MET IRIGFI-R

TRKATRKBTRKC

PDGFR alpha et bétaCSF-1RSCFRFLTKDR

HER-1(EGFR)Homodimères

HER-2HER-3HER-4Hétérodimères

K K K KShc

Grb2

Sos

Ras-GTP

Ras-GDP

Raf-1

Erk-2 Erk-1

Facteurs detranscription

Prolifération

1/ Voie Ras/Raf/mitogen-activated protein kinase (MAPK)Erk = MAPK

HER-1(EGFR)Homodimères

HER-2HER-3HER-4Hétérodimères

K K K KShc

Grb2

Sos

Ras-GTP

Ras-GDP

Raf-1

Erk-2 Erk-1

Facteurs detranscription

Prolifération

PI3K

Gab-1

Akt

Survie

2/ Voie Phosphatidylinositol 3-kinase/Akt

R-TK (HER/IGF-R)

PI 3-kinase PIP 3 PTEN

Akt

PDK

- T308- S473

FKHRGSK3BADIKKa

Survie cellulaireApoptose

Acides Aminés

mTOR

Cycle cellulaire- cyclin D1

- P27kip-1

P70 S6K4E-BP1

eIF4G, eIF4B Recrutement des Ribosomes& Traduction des Protéines

Raptor

HER-1(EGFR)Homodimères

HER-2HER-3HER-4Hétérodimères

K K K KShc

Grb2

Sos

Ras-GTP

Ras-GDP

Raf-1

Erk-2 Erk-1

Facteurs detranscription

Prolifération

PI3K

Gab-1

Akt

Survie

PLCγIP3

DAGPKC

3/ Voie Phospholipase Cγ

HER-1(EGFR)Homodimères

HER-2HER-3HER-4Hétérodimères

K K K KShc

Grb2

Sos

Ras-GTP

Ras-GDP

Raf-1

Erk-2 Erk-1

Facteurs detranscription

Prolifération

PI3K

Gab-1

Akt

Survie

PLCγIP3

DAGPKC

STATs

STATs

4/ Voie STATSignal transducers and activator of transcription

HER-1(EGFR)Homodimères

HER-2HER-3HER-4Hétérodimères

K K K KShc

Grb2

Sos

Src nine-gene family of nonreceptor TK

Ras-GTP

Ras-GDP

Raf-1

Erk-2 Erk-1

Facteurs detranscription

Prolifération

PI3K

Gab-1

Akt

Survie

PLCγIP3

DAGPKC

STATs

STATs C-Src

Adhesion

Migration

FAK

5/ Voie Src kinase

Famille HER

TyrosineKinase

LigandBinding

EGFRHER1C-erbB

HER2C-erbB2 HER3 HER4

TG

F a

lpha

HB

-E

GF

EG

F

Epi

BT

C

AR

NR

G1

NR

G2

Epi

HB

-GF

NR

G1

NRG2

NRG3

NRG4

BT

C

K K K

Pas de ligand

R-TK: Dimérisation

• L’interaction avec un ligand induit une dimérisation du récepteur, élément critique pour l’initiation du signal intracellulaire. Les récepteurs dimérisés sont alors activés via à la fois une autophosphorylation ou une transphosphorylation transmoléculaire des résidus de type tyrosine kinase au niveau des domaines cytoplasmiques

Domaine extracellulaire(Liaison avec le ligand)

Domainetransmembrannaire

Domaine cytoplasmique

(Activité tyrosine kinase)

Dimérisation

1 + 21 + 1

R-TK: Dimérisation

• HER-2 qui n’apparaît pas avoir de ligand est le partenaire favori de dimérisation des autres récepteurs HER. Les hétérodimères contenant HER -2 ont des caractéristiques particulières comme une dissociation avec le ligand et une endocytose plus lentes induisant un signal d’amont plus prolongé et plus puissant permettant une prolifération cellulaire plus importante.

Domaine extracellulaire(Liaison avec le ligand)

Domainetransmembrannaire

Domaine cytoplasmique

(Activité tyrosine kinase)

Dimérisation

1 + 21 + 1

Activation de la

transduction du signal

Boucle autocrine

• Mutationex, EGFR; mutations au niveau de 4 exons TK, 18 – 19 – 20 - 21 pas de liaison à un ligand, mais activation constitutive du domaine kinase

• Modifications génomiques avec hyperexpression du récepteur

• Augmentation de la production de EGF ou TGF-α par les celules tumorales: création d’une boucle autocrine entrainant une activation constitutive de ErbB-1

Les récepteurs TK, des cibles thérapeutiquesLes mécanismes d’activation

HyperexpressionHER-2

≈ 20% Cancers du sein

1/ Des anticorps monoclonaux dirigés vers le domaine extracellulaire du récepteur peut être utilisé pour prévenir les liaisons avec le ligand. Cette approche peut ainsi moduler la signalisation, la dimérisation ou l’expression du récepteur au niveau de la surface cellulaire aussi bien que le cytotoxicité anticorps dépendante ou faisant intervenir le complément

2/ Des petites molécules se liant au domaine kinase peuvent inhiber la phosphorylation et l’activation de la voie de signalisation en amont

Les stratégies pour inhiber ErbB

3 Antagoniste1 Ac

monoclonal2 Inhibiteur

dekinase

4/ Toxineligand

3/ Des antagonistes des récepteurs peuvent être utilisés en bloquant de façon compétitive la liaison avec le ligand

4/ Des ligands ou des anticorps spécifiques des récepteurs peuvent être couplés à des toxines létales. Après liaison avec le récepteur, la toxine est internalisée et tue la cellule tumorale

Les stratégies pour inhiber ErbB

3 Antagoniste1 Ac monoclonal

2 Inhibiteurde

kinase

4/ Toxineligand

Les récepteurs TK, des cibles thérapeutiques

3 Antagoniste1 Ac monoclonal

2 Inhibiteurde

kinase

4/ Toxineligand

Panitunumab.

cetuximab

HER-1

Les récepteurs TK, des cibles thérapeutiques

3 Antagoniste1 Ac monoclonal

2 Inhibiteurde

kinase

4/ Toxineligand

trastuzumabpertuzumab

HER-2

Les récepteurs TK, des cibles thérapeutiques

3 Antagoniste1 Ac monoclonal

2 Inhibiteurde

kinase

4/ Toxineligand

GefitinibErlotinibLapatinib…

HER-1,2

Les récepteurs TK, des cibles thérapeutiques

3 Antagoniste1 Ac monoclonal

2 Inhibiteurde

kinase

4/ Toxineligand

HER-2

TDM-1:Trastuzumab+ Maytansine

La transduction du signal : les seconds messagers

• Une fois le récepteur trans-membranaire activé, il va s’en suivre une cascade d’évènements. Une molécule adaptatrice va se fixer sur le site phosphorylé du récepteur via un domaine d’homologie SH2. Cette molécule Shc activée va activer à son tour une protéine G intracytoplasmique. Cette protéine G va recruter une protéine « d’échange de guanine nucléotide » la protéine SOS 1

Grb2 Sos

Shc Grb2Sos

PI3KAkt

Ras

Raf

MEK1/2

MAPKBAD

Survie Prolifération

PTEN

mTOR

Progression du cycle cellulaire

FKHR GSK3

p27

Cyclin D1, E

La voie Ras/Raf/MEK/MAPK-ERK

1. Molécules agissant sur Ras

Grb2 Sos

ShcGrb2

Sos

PI3KAkt

Ras

Raf

MEK1/2

MAPKBAD

Survie Prolifération

PTEN

mTOR

Progression du cycle cellulaire

FKHRGSK3p27

Cyclin D1, E

X

La voie Ras/Raf/MEK/MAPK-ERK

2. Inhibiteurs de Raf Kinase et de MEK

Grb2 Sos

ShcGrb2

Sos

PI3KAkt

Ras

Raf

MEK1/2

MAPKBAD

Survie Prolifération

PTEN

mTOR

Progression du cycle cellulaire

FKHRGSK3p27

Cyclin D1, E

X ISIS 5132BAY 43-9006PLX 4720 X CI-1040

La voie PI3K/PTEN/AKT/mTor

1. Inhibition de la PI 3Kinase et restauration de PTEN

Grb2 Sos

ShcGrb2

Sos

PI3KAkt

Ras

Raf

MEK1/2

MAPKBAD

Survie Prolifération

PTEN

mTOR

Progression du cycle cellulaire

FKHRGSK3p27

Cyclin D1, E

X+

La voie PI3K/PTEN/AKT/mTor

2. Inhibiteurs de mTor

Grb2 Sos

ShcGrb2

Sos

PI3KAkt

Ras

Raf

MEK1/2

MAPKBAD

Survie Prolifération

PTEN

mTOR

Progression du cycle cellulaire

FKHRGSK3p27

Cyclin D1, E

XTemsirolimusEverolimus

4/ Les inhibiteurs du cycle cellulaire

Grb2 Sos

ShcGrb2

Sos

PI3KAkt

Ras

Raf

MEK1/2

MAPKBAD

Survie Prolifération

PTEN

mTOR

Progression du cycle cellulaire

FKHRGSK3p27

Cyclin D1, E

PTEN

XFlavopiridolUCN-01E7070

Tumor Type

Driven Genomic Pathway

Biomarker

RationaleTherapeutic

ResponseAdvanced disease

Biomarker of

Resistance

RationaleTherapeuticResistance

Breast HER2 (15-20%) Trastuzumab* Trastuzumab + CT1

?Ongoing

Lapatinib*Pertuzumab

NeratinibT-DM1

GIST c-Kit (CD117)mutation exon

11

Imatinib* Yes1 c-Kitmutation exon

9 or secondary mutations

exons 13-14

c-Kitmutation exon

17

PDGFRA D842V mutation

Imatinib 800 mgor

sunitinib*

Nilotinib

CP-868,596

Melanoma BRAF V600E Mutation

(50%)

PLX4720 Yes1 NRas mutationMAP3K mutation

COT upregulation

ERK inhib.

*AMM 1publication (PubMed) Italique (AACR 2011)

Tumor Type

Driven Genomic Pathway

Biomarker

RationaleTherapeutic

ResponseAdvanced disease

Biomarker of

Resistance

RationaleTherapeuticResistance

Colon KrasWild-Type

Cetuximab* Yes1 BRAF mutation

LungAdenocarcino

ma

Mutations activ.

EGFR (15%)exons 19 & 21

EML4/ALKfusion (5%)

Gefitinib*

Crizotinib

Yes1

Yes1

EGFR mutation

T790

ALK mutationsL1196M &

C11564

BIBW-2992PF 00299804

WZ 4002

X-396HSP90 inh.

Lungsqamous

cell

DDR2 mutation

FGFR1 amplification

(20%)

Dasatinib(Src inh.)

FGFR inbh.

Advanced Basal Cell Carcinoma

BCC

PITCH/SMOmutation

GDC-0449*Hedgehog

inhib.*AMM 1publication (PubMed) Italique (AACR 2011)

En pratique:1. Cible inconnue par de biomarker (ex sunitinib,

sorafenib)

2. Cible connue et hyperexprimée (HER2)

3. Cible mutante et sensible au médicament (Braf, EGFR)

4. Cible connue mutation en aval (Kras)

L ’angiogénèse tumorale: un processus complexe (1)

L ’angiogénèse tumorale: un processus complexe (1)

• Incluant plusieurs étapes successives

• 1/ Production de facteurs de croissance angiogénique

• 2/ Activation des cellules endothéliales par ces facteurs

• 3/ Hyperperméabilité des vaisseaux sanguins

• 4/ Dégradation des membranes basales et invasion par les cellules endothéliales

• 5/ Prolifération des cellules endothéliales

• 6/ Stabilisation des nouveaux vaisseaux sanguins via la migration des péricytes

• 7/ Croissance tumorale et métastases

L ’angiogénèse tumorale: un processus complexe (2)

L ’angiogénèse tumorale: un processus complexe (2)

• Chaque étape fournit une opportunité pour une intervention thérapeutique

Facteurs impliqués dans la promotion de l'Angiogénèse Tumorale

CellulesTumorales

CellulesStromales

Péricytes

GlobulesRouges

VaisseauxSanguins

TGFa

2

PDGF

bFGF

CellulesEndothéliales

1

3

Stress métabolique

Stress mécanique

Inflammation

Altération génique

TGFIl1β, Il6PGE2COX2

EGFFGFIGFPDGF

P53VHL

VEGF Angiogenèse

+

RasRaf

Stress oxydatif

Hypoxie

HIF-1

+

+

MODULATEURS DE L’EXPRESSION DE VEGF

-

-

Heat shock Inducing Factor

Neutralisation des facteurs angiogèniques

Inhibition VEGF et VEGF-R

Transduction du signal activée par VEGF

CellulesTumorales

CellulesStromales

CellulesEndothéliales

Facteurs de transcriptionProtéases

Protéines de structureMétabolisme enzymatique

ProliférationDifférentiation

Dégradationenzymatique

SurvieMigration

Angiogénèse

VEGF TrapVEGF Trap

bevacizumab bevacizumab

AVASTIN™ (AC RECOMBINANT HUMANISÉ ANTI VEGF)

• 93% humain, 7% murin

• Reconnait tous les isoformes du VEGF

• Kd = 8 x 10-10 M

• Demi-vie 17-21 jours

Inhibiteur de l’activité TK intra cellulaire :

VEGFR

Inhibition spécifique de l'activité de VEGFR's

CellulesTumorales

CellulesStromales

CellulesEndothéliales

Facteurs de transcriptionProtéases

Protéines de structureMétabolisme enzymatique

ProliférationDifférentiation

Dégradationenzymatique

SurvieMigration

Angiogénèse

AcAnti-VEGF

AcAnti-VEGFR

Inhibiteurs de la transduction du signal

RTKVEGFR

Inhibiteurs

SU5416SU5416VatanalibVatanalibAGO13736AGO13736AGO28262AGO28262

GW786034GW786034(VEGR1-2-3)(VEGR1-2-3)

IMC-1121B IMC-1121B VEGFR1 VEGFR1 IMC-18F1 IMC-18F1 VEGFR2VEGFR2 IMC-3C5 IMC-3C5 VEGFR3VEGFR3

Inhibition de plusieurs facteurs de croissance RTK

CellulesTumorales

CellulesEndothéliales

Péricytes

RTK

Inhibiteurs

à large spectre

FGFR Inh

VEGFR Inh

PDGFR Inh

C-kit, autres kinases….

Exemple;Exemple;Sunitinib ….Sunitinib ….

2. Profil de tolérance

3. La thérapie génique dans le glioblastome

Introduction

BUT: insérer un gène dans la cellule malade dans le but de reverser

le phénotype

Distribution of gene-transfer clinical protocols approved by or submitted to regulatory authorities in North America and Europe

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------Disease Number Vector Number of of protocols protocols---------------------------------------------------------------------------------------------------------------Cancer 216 Retrov 159Infectious diseases 24 Ad 58Monogenic diseases 49 AAV 4Cardivascular diseases 8 Poxviruses 19Rheumatoid arthritis 2 HSV 1Cubital tunnel syndrome 1 Naked DNA 16----------------------------------------Total 300 Lipids 40----------------------------------------In vivo transfer 144 Gene gun 1Ex vivo transfer 156 Electroporation 1 Naked RNA 1 -------------------------------------------------------- Total 300-------------------------------------------------------------------------------------------------------------

La thérapie génique reste une technique expérimentale

Le problème majeur repose sur la

capacité à transférer le gène dans la

cellule cible

Les resultats sont actuellement

modestes.

SPECIFICITE DU CNS

La barrière hémato-encéphalique

Absence de promoteurs spécifiqu e des

cellules gliales

Necessité d’infecter toutes les cellules

Le plus performant est l’injection du traitement via une injection stéréotaxique.AdénovirusHSV (utile pour la technique du gène suicide)RetrovirusLentivirus (HIV Like)ADN nuLiposome

Méthode d’infection

3 types de mechanismesCorrection d’une anomalie génique: ex

induction de p53

Infection avec un virus contenant un gene suicide

•Utilisation d’un virus Oncolytique

4. Immunothérapie et glioblastomeLes différents types d’immunothérapie:

Injection d’adjuvant un situ (Cpg)Vaccin contre un Ag de tumeur (EGFRvIII)Transfert de lc T (abandonné)

5. Thérapies ciblées en neurooncologie V Lorgis

Communication entre vaisseaux et le SNC

Lu P, Werb Z : Science 2008; 322-1506-9

Hypothèse du Switch Angiogenique

Brem S. Clin Neurosurg 1975

Le glioblastome est une tumeur vasculaire

Brem S, Cotran R, Folkman J, JNCI, 1972

Antiangiogénique d’usage clinique

Bevacizumab (Avastin™)Sunitinib (Sutent™) Sorafenib (Nexavar™)Cediranib (Recentin™ - AZD- 2171) (inhib

VEGFR)Cilengitide (Inhibe integrin alphaV béta 3)

Bevacizumab- Efficacy in Clinical Trials – Metastatic Colorectal Cancer

From Ferrara N, Nat Rev Drug Discovery, 2004; Hurwitz et al, NEJM, 2004

Batchelor T, Brem S, Sorensen G, ANGIOGENESIS FOUNDATION, 2008

Mécanisme d’action

Folkman J, Nature Drug Discovery 6:274, 2007

Bevacizumab + Irinotecan

AVANT ET 2 MOIS APRES

Courtesy Dr. Sajeel Chowdhary, Moffitt Cancer Center

Outcome

Drug

Bev AZD2171

NABTC Target

ed

Enzastaurin

CCNU

Median PFS, wks 23 17 6-8 6 6

Median TTS 39 32 26 25 30.5

6-mo PFS, % 43 26 9 15 19

Response rate, % 28 56 NA 3 4

Wagner SA, et al. ASCO 2008. Abstract 2021.Batchelor T, et al. AACR 2008. Abstract LB-247.Fine HA, et al. ASCO 2008. Abstract 2005.

Taux de réponse

Friedman HS, et al. J Clin Oncol. 2009;27:4733-4740.

Outcome Bev Alone(n = 85)

Bev + Irinotecan(n = 82)

Median OS, mos (95% CI) 9.2 (8.2-10.7) 8.7 (7.8-10.9)

PFS at 6 mos, % (97.5% CI) 42.6 (29.6-55.5) 50.3 (36.8-63.9)

Median PFS, mos (95% CI) 4.2 (2.9-5.8) 5.6 (4.4-6.2)

ORR, % (97.5% CI) 28.2 (18.5-40.3) 37.8 (26.5-50.8)

CR 1.2 2.4

PR 27.1 35.4

Median duration of response, mos (95% CI)

5.6 (3.0-5.8) 4.3 (4.2-NR)

Echec du Beva40% de non répondeursPour les répondeures la récurrence donne

lieu à un changement de phénotype: la gliomatose diffuse

40 ans homme GBM.6.2008 IRM preop T-1 Gd.

4 Mois post-op. RTX + temo. KPS-90

MAIS apparition d’un contraste. KPS-90

6 Mois postop – Confirmation de la récurrence

Image a 2 mois de CPT-11+ bevacizumab.

A 4 mois RC en T1 gado mais anomalie en FLAIR

A 6 mois toujours RC en gado mais augmentation du FLAIR

A 10 mois de Beva: ,progression clinique et radiologique en T2 mais pas de T1 gado

Une possibilité: l’apparition d’autres proangiogénique

Folkman J, Nature Drug Discovery 6:274, 2007

VEGF : facteur limitant l’invasion des gliomes

Du R et al, HIF1alpha induces recruitment of BMDC to regulate tumor angiogenesis and invasion. Cancer Cell 13:206-220, 2008.

En conclusion:l’inibitiond e l’angiogénèse favorise l’invasion

Du R et al: Cancer Cell 13:206-220, 2008.

The Clinical and Biological Imperative- Specific, Immediate, and Long-Term Objective

“It will, therefore, be instrumental to identify pathways that simultaneously block perivascular invasion and angiogenesis to improve current antiangiogenic therapy in GBM and potentially other tumors”.Du R et al: Cancer Cell 13:206-220, 2008.