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Voies de signalisation intra-cellulaire:nouvelles cibles thérapeutiques
P.Fumoleau
Oncologie Médicale, Centre Georges-François Leclerc, Dijon
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
AdhésionMigration
FAK
HEREndocytose
Dégradationlysosomale
β1α
Importin α & β1interaction
E2F1STAT3
ProliférationSurvie
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 VNeurotrophin
s
Classe VIPDGF
Ligand EGF, TGF, AR, HB-
EGF, SDGF, Heregulin,
Betacellulin
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
AdhesionMigration
FAK
5/ Voie Src kinase
Famille HER
TyrosineKinase
LigandBinding
EGFRHER1C-erbB
HER2C-erbB2 HER3 HER4
TGF
alph
a
HB
-E
GF
EG
F
Ep
i
BT
C
AR
NR
G1
NR
G2
Ep
i HB
-GF
NR
G1
NRG2
NRG3
NRG4
BT
C
K K K
Pas de ligand
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
cetuximab
Panitunumab IgG2, total. Hum.Matuzumab IgG1, total. Hum.
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
GefitinibErlotinibLapatinibNeratinib…
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
FKHRGSK3p27
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
Integrative Genomic & Biomarkers in Solid Tumors
Tumor Type Driven Genomic Pathway
Biomarker
RationaleTherapeutic
ResponseAdvanced disease
Biomarker ofResistance
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 ofResistance
RationaleTherapeuticResistance
Colon KrasWild-Type
Cetuximab* Yes1 BRAF mutation
LungAdenocarcinoma
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)
Le tissu tumoral
1.Les cellules tumorales
2.Les cellules endothéliales et les péricytes
3.Le stroma: cellules de l'inflammation, fibroblastes
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
ProliférationDifférentiationDégradationenzymatique
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
ProliférationDifférentiationDégradationenzymatique
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 ….