Neuro Oncologie expérimentale

L’équipe de Neuro-oncologie Expérimentale assure une activité de diagnostic moléculaire et développe en parallèle des projets de recherche translationnelle, sur deux axes : les tumeurs cérébrales et les syndromes paranéoplasiques.

 

Les tumeurs cérébrales

L’équipe s’intéresse plus particulièrement à trois types de tumeurs cérébrales : les gliomes, mais aussi les lymphomes cérébraux primitifs, et les méningiomes. La recherche se développe suivant deux grands axes : tout d’abord la caractérisation histo-moléculaire des tumeurs, à partir des prélèvements tumoraux obtenus chez les patients et d’autre part le développement de lignées cellulaires et de modèles murins permettant de mieux comprendre le mécanisme de développement des tumeurs et de tester de nouveaux médicaments.

 

Carte d’identité moléculaire des tumeurs

Les tumeurs gliales ou gliomes sont les tumeurs cérébrales primitives les plus fréquentes de l'adulte. Elles constituent un groupe tumoral très hétérogène tant sur le plan clinique, radiologique qu'histologique, et posent des problèmes pour la prise en charge médicale des patients.

La classification des gliomes a été totalement remaniée, notamment depuis la découverte en 2008 de la mutation du gène IDH1 (plus rarement IDH2) qui a révolutionné notre vision de l’oncogénèse des gliomes. Cette mutation modifie la fonction de l’enzyme IDH (1 ou 2) et aboutit à une « néoenzyme » produisant en grande quantité un métabolite, le D2hydroxyglutarate (D2HG) qui va profondément remanier l’épigénétique de la tumeur, induisant une hyperméthylation de l’ADN et des protéines histones. Par opposition à la génétique, l’épigénétique recouvre l’ensemble des modifications chimiques réversibles apportées sur les brins d’ADN (méthylation) ou sur les protéines qui lui sont associées, les histones (méthylation et acétylation). Ces modifications déterminent l’expression des gènes. L’exemple le plus emblématique est celui de la méthylation du gène MGMT, que l’on recherche en pratique courante. Lorsque la séquence promotrice de ce gène est méthylée, MGMT n’est pas exprimée et la tumeur est plus sensible à la chimiothérapie.

La mutation IDH affecte 40% des gliomes, elle est beaucoup plus fréquente dans les gliomes de bas grade. Les gliomes avec mutation IDH  se divisent en deux groupes suivant la présence d’une perte des chromosomes (codélétion) 1p et 19q (oligodendrogliomes) ou non (astrocytomes).

 

Évolution de la classification

Ainsi, à la classification morphologique traditionnelle en astrocytomes (grades 1 à 4 ou glioblastome), oligodendrogliomes (grades 2,3), qui péchait par son caractère subjectif et un manque de reproductibilité, se superpose une classification moléculaire en trois groupes principaux qui apportent une information pronostique cruciale, groupe 1 de meilleur pronostic avec mutation IDH1/2 et codélétion des chromosomes 1p et 19q, groupe 2 avec mutation IDH1/2 seule, groupe 3 sans mutation IDH1/2, de pronostic décroissant.

D’autres marqueurs génétiques viennent compléter cette classification, par exemple la mutation H3K27M des gènes codant pour des protéines histones (autour desquelles s’enroule le brin d’ADN) et caractérisant des gliomes de la ligne médiane.

A côté de ces marqueurs qu’il est de bonne pratique de rechercher systématiquement, d’autres altérations génétiques même si elles ne participent pas à la classification des gliomes, peuvent être importantes à rechercher, parce qu’elles ont un rôle clé dans l’oncogénèse et que l’on dispose de médicaments pour les cibler (elles constituent une cible « actionnable »). La plus connue est le gène EGFR, fréquemment amplifié dans les glioblastomes. Plus récemment ont été identifiés des gènes de fusion faits d’un gène A fusionné avec un gène B et produisant une protéine chimérique, hautement oncogénique, la plus fréquente étant la fusion FGFR3-TACC3.

 

Amélioration de la caractérisation

La caractérisation de ces principales altérations est réalisée au laboratoire par différentes techniques, le séquençage essentiellement par la technique du NGS (Next Generation Sequencing) qui fournit en seule expérimentation une caractérisation assez complète non seulement des mutations au niveau des gènes d’intérêt, mais aussi des gains (notamment chromosome 7) voire des amplifications géniques (EGFR, MDM2, CDK4) le nombre de copies du gène étant multiplié par 10, 20, 30 ou davantage), ou des pertes (chromosome 9p, ou 10). Nous avons ainsi développé un outil dédié « braincap », permettant de détecter ces altérations à partir d’un échantillon d’ADN tumoral.

En pratique la prise en charge du patient résulte de la confrontation entre les données cliniques et radiologiques, et ces données histo-moléculaires. Ces dernières sont obtenues dans un délai de quinze jours suivant le geste chirurgical et sont discutées et interprétées au cours de réunions de concertations pluridisciplinaires (RCP) « moléculaires » et participent ainsi à la prise de décision médicale.

 

Identifier de nouvelles cibles thérapeutiques

A côté de cette activité de diagnostic moléculaire sur des gènes connus, notre objectif est aussi d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques, notamment dans des types rares de gliomes. Nous bénéficions en effet d’une collection unique de tumeurs cérébrales collectées depuis plus de 20 ans (banque de tissu OnconeuroteK, certifiée 96-900, Dir Pr JY. Delattre), dûment caractérisées sur le plan morphologique (Dr K. Mokhtari, Dr F. Bielle). L’analyse par des techniques de séquençage à haut débit de la totalité des séquences codantes (Whole Exome sequencing=WES) et des ARN correspondants (RNAseq) de ces tumeurs rares se révèle souvent très fructueuse, et nous a permis d’identifier des « signatures » génétiques très spécifiques d’un type tumoral donné (par exemple la mutation du gène PRKCa dans les gliomes chordoïdes) ou une anomalie « actionnable » (notamment un gène de fusion peu ou pas connu) qui nous a permis de proposer à de jeunes patients des thérapies ciblées.

De nouvelles analyses génomiques

Les lymphomes cérébraux primitifs sont des tumeurs 10 fois moins fréquentes que les gliomes. Sur le plan clinique, des progrès remarquables ont été accomplis au cours des 25 dernières années, notamment sur le développement de la chimiothérapie. Cependant, en raison de leur rareté, peu d’études d’envergure ont été menées sur la génétique de ces tumeurs. Notre groupe est centre de référence tumeurs rares pour cette pathologie (réseau LOC : lymphomes oculo-cérébraux) et représente l’un des premiers centres Européens. Nous avons donc l’atout d’un recrutement unique, et d’une des plus importantes collections au monde de ce type de tumeur. Nous avons réalisé des analyse génomiques et mis en évidence des anomalies récurrentes comme la perte du chromosome 6 et le gain du chromosome 12, les mutations des gènes MYD88, CD79B, TBL1XR1, et des gènes de fusion. De façon intéressante, certaines de ces anomalies (perte 6q22, délétion CDKN2A) ont une valeur pronostique.

 

Etablissement de modèles de tumeurs in vitro

A côté de l’établissement de cette carte d’identité tumorale, qui reste descriptive, il est important de disposer de modèles de tumeurs au laboratoire qui permettent de tester nos hypothèses et d’élaborer de nouvelles stratégies thérapeutiques. Pour répondre à ce besoin, le projet GlioTex dirigé par le Dr Ahmed Idbaih, financé par la fondation ARC et par l’ARTC a mis en place une plateforme unique de gliomes humains, cultivés in vitro (en boite de culture) et in vivo (greffées chez la souris immunodéficiente pour prévenir le rejet en sous-cutané et en intracérébral). Ces lignées de gliomes humains ont été entièrement caractérisés sur le plan génétique (séquençage complet de l’ADN et de l’ARN) et épigénétique (« methylome ») et reproduisent fidèlement la diversité génétique des gliomes humains. Notre objectif est de tester sur ces « avatars » des thérapies ciblées ou des combinaisons de traitement afin d’identifier des thérapies innovantes pour une population ciblée de gliomes. Par exemple anti MDM2 sur les glioblastomes surexpriment MDM2, anti FGFR sur les glioblastomes exprimant le gène de fusion oncogénique FGFR3-TACC3.

 

Les modèles murins (rongeurs)

Parallèlement, nous développons des modèles murins spontanés de tumeurs cérébrales par des techniques de génie génétique, en invalidant chez la souris dans le type cellulaire adéquat, ou en exprimant fortement le gène anormal (par exemple IDH1) le gène effectivement invalidé dans les tumeurs humaines. Par ces techniques nous essayons de constituer un modèle murin d’oligodendrogliome. Ce projet s’inscrit dans notre programme spécifique de recherche sur les oligodendrogliomes, à la fois clinique (réseau national POLA « Prise en charge des Oligodendrogliomes anaplasiques, coord. Pr J.Y. Delattre), génétique et biologique.

Le Pr Michel Kalamarides et le Dr Matthieu Peyre ont de leur côté développé des modèles murins uniques de méningiomes spontanés chez la souris, en inactivant le gène NF2 dans les cellules méningées, mais aussi en reproduisant chez la souris des altérations plus rares, comme la mutation Smo dans les méningiomes de la base du crâne. Ces modèles murins permettent de comprendre la tumorigénèse méningée et seront des outils absolument uniques pour tester de nouvelles thérapies ciblées dans ces tumeurs.

Les syndromes neurologiques paranéoplasiques

Chez les patients atteints de cancer, des troubles neurologiques peuvent apparaitre et sont souvent liés à l’envahissement du système nerveux ou des méninges par les cellules cancéreuses. Beaucoup plus rarement le cancer provoque des désordres neurologiques en déclenchant une réaction immunitaire anti-tumorale en soi salutaire, mais qui va se retourner contre des tissus normaux, et en premier lieu le système nerveux central, on parle alors de syndrome neurologique paranéoplasique. Cette réaction immunitaire va détruire des populations de neurones, par exemple les neurones chargés de véhiculer la sensibilité, ou bien les neurones du cervelet chargés de la coordination des mouvements et de l’équilibre, ou encore les neurones de l’hippocampe, impliqués dans la mémoire. Les conséquences fonctionnelles sont considérables et le retentissement sur la qualité de vie au premier plan, alors que le cancer, lui, est le plus souvent petit et parfois même indétectable, et indolent.

Ces syndromes paranéoplasiques sont caractérisés sur le plan clinique, et aussi biologique, par la présence d’auto-anticorps (HU, Yo, Ri..), témoins de cette réaction immunitaire malencontreusement dirigée contre le système nerveux. En cas de suspicion de syndrome neurologique paranéoplasique, ces anticorps sont recherchés dans le plasma (parfois dans le liquide céphalo-rachidien) des patients. Cette activité diagnostique poursuivie au laboratoire depuis plus de 20 ans s’articule aussi avec la recherche clinique, avec la mise en place de protocoles thérapeutiques à visée immunologique et la recherche fondamentale, en collaboration avec d’autres équipes, à Lyon et Barcelone notamment, dans le but d’identifier de nouveaux auto-anticorps.