Voies de signalisation intra-cellulaire : nouvelles cibles thérapeutiques

1. Voies de signalisation intra-cellulaire:nouvelles cibles thérapeutiques P.Fumoleau OncologieMédicale, Centre Georges-François Leclerc, Dijon

2. Plan 1/ La transduction du signal & cellules tumorales 2/ La transduction du signal & l’angiogénèse

3. 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: • Fixation sur un récepteur trans-membranaire d’un signal extra-cellulaire • Activation de seconds messagers intra-cellulaires aboutissant à l’activation de facteurs de transcriptions qui vont pouvoir agir directement sur la transcription de gènes • Cycle cellulaire

4. Endocytose HER Ras-GDP PI3K K K K K α IP3 Sos DAG β1 PKC Ras-GTP STAT3 STATs Dégradation lysosomale C-Src E2F1 Importin α & β1 interaction Facteurs de transcription FAK Gab-1 Shc STATs Akt Raf-1 Grb2 Erk-2 Erk-1 Adhésion Migration Prolifération Prolifération Survie Survie Cycline D1 HER-1 (EGFR) Homodimères HER-2 HER-3 HER-4 Membrane Hétérodimères PLCγ Cytoplasme Noyau

5. Domaine extracellulaire (liaison avec le ligand) Domaine transmembranaire Domaine cytoplasmique (Activité tyrosine kinase) Récepteur Tyrosine Kinase R-TK

6. 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

7. Ras-GDP K K K K Sos Ras-GTP Facteurs de transcription Shc Raf-1 Grb2 Erk-2 Erk-1 Prolifération HER-1 (EGFR) Homodimères HER-2 HER-3 HER-4 Hétérodimères 1/ Voie Ras/Raf/mitogen-activated protein kinase (MAPK) Erk = MAPK

8. Ras-GDP PI3K K K K K Sos Ras-GTP Facteurs de transcription Gab-1 Shc Akt Raf-1 Grb2 Erk-2 Erk-1 Prolifération Survie HER-1 (EGFR) Homodimères HER-2 HER-3 HER-4 Hétérodimères 2/ Voie Phosphatidylinositol 3-kinase/Akt

9. Acides Aminés PTEN PI 3-kinase Akt Raptor FKHR GSK3b BAD IKKa mTOR P70 S6K 4E-BP1 Cycle cellulaire - cyclin D1 - P27kip-1 Survie cellulaire Apoptose eIF4G, eIF4B Recrutement des Ribosomes & Traduction des Protéines R-TK (HER/IGF-R) PIP 3 PDK -T308 - S473

10. PLCγ Ras-GDP PI3K K K K K IP3 Sos DAG PKC Ras-GTP Facteurs de transcription Gab-1 Shc Akt Raf-1 Grb2 Erk-2 Erk-1 Prolifération Survie HER-1 (EGFR) Homodimères HER-2 HER-3 HER-4 Hétérodimères 3/ Voie Phospholipase Cγ

11. Ras-GDP PI3K K K K K IP3 Sos DAG PKC Ras-GTP STATs Facteurs de transcription Gab-1 Shc STATs Akt Raf-1 Grb2 Erk-2 Erk-1 Prolifération Survie HER-1 (EGFR) Homodimères HER-2 HER-3 HER-4 Hétérodimères PLCγ 4/ Voie STAT Signal transducers and activator of transcription

12. Ras-GDP PI3K K K K K IP3 Sos DAG PKC Ras-GTP STATs C-Src Facteurs de transcription FAK Gab-1 Shc STATs Akt Raf-1 Grb2 Erk-2 Erk-1 Adhesion Migration Prolifération Survie HER-1 (EGFR) Homodimères HER-2 HER-3 HER-4 Hétérodimères PLCγ Src; nine-gene family of nonreceptor TK 5/ Voie Src kinase

13. NRG1 BTC HB-GF NRG1 NRG2 NRG2 Epi NRG3 NRG4 K K K HER3 HER4 FamilleHER Epi TGF alpha HB-EGF BTC Pas de ligand EGF AR Ligand Binding Tyrosine Kinase EGFR HER1 C-erbB HER2 C-erbB2

14. Les récepteurs TK, des cibles thérapeutiques Les mécanismes d’activation • Mutation • ex, 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 Activation de la transduction du signal Hyperexpression HER-2 ≈ 20% Cancers du sein Boucle autocrine

15. Les stratégies pour inhiber ErbB 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 1 Ac monoclonal 2 Inhibiteur de kinase 3 Antagoniste 4/ Toxine ligand

16. Les stratégies pour inhiber ErbB 2 Inhibiteur de kinase 1 Ac monoclonal 4/ Toxine ligand 3 Antagoniste 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

17. Les récepteurs TK, des cibles thérapeutiques cetuximab Panitunumab IgG2, total. Hum. Matuzumab IgG1, total. Hum. HER-1 1 Ac monoclonal 2 Inhibiteur de kinase 3 Antagoniste 4/ Toxine ligand

18. Les récepteurs TK, des cibles thérapeutiques 1 Ac monoclonal 2 Inhibiteur de kinase 3 Antagoniste 4/ Toxine ligand trastuzumab pertuzumab HER-2

19. Les récepteurs TK, des cibles thérapeutiques 1 Ac monoclonal 2 Inhibiteur de kinase 3 Antagoniste 4/ Toxine ligand HER-1,2 Gefitinib Erlotinib Lapatinib Neratinib …

20. Les récepteurs TK, des cibles thérapeutiques 1 Ac monoclonal 2 Inhibiteur de kinase 3 Antagoniste 4/ Toxine ligand TDM-1: Trastuzumab + Maytansine HER-2

21. Ras Grb2 Sos Grb2 Shc Raf Sos PI3K Akt MEK1/2 PTEN FKHR mTOR p27 MAPK GSK3 BAD Cyclin D1, E Survie Prolifération Progression du cycle cellulaire 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

22. Ras Grb2 Sos Grb2 Shc Raf Sos PI3K Akt MEK1/2 PTEN FKHR mTOR p27 MAPK GSK3 BAD Cyclin D1, E Survie Prolifération Progression du cycle cellulaire La voie Ras/Raf/MEK/MAPK-ERK • Molécules agissant sur Ras X

23. X ISIS 5132 BAY 43-9006 PLX 4720 X CI-1040 Ras Grb2 Sos Grb2 Shc Raf Sos PI3K Akt MEK1/2 PTEN FKHR mTOR p27 MAPK GSK3 BAD Cyclin D1, E Survie Prolifération Progression du cycle cellulaire La voie Ras/Raf/MEK/MAPK-ERK • Inhibiteurs de Raf Kinase et de MEK

24. + X Ras Grb2 Sos Grb2 Shc Raf Sos PI3K Akt MEK1/2 PTEN FKHR mTOR p27 MAPK GSK3 BAD Cyclin D1, E Survie Prolifération Progression du cycle cellulaire La voie PI3K/PTEN/AKT/mTor • Inhibition de la PI 3Kinase et restauration de PTEN

25. X Temsirolimus Everolimus Ras Grb2 Sos Grb2 Shc Raf Sos PI3K Akt MEK1/2 PTEN FKHR mTOR p27 MAPK GSK3 BAD Cyclin D1, E Survie Prolifération Progression du cycle cellulaire La voie PI3K/PTEN/AKT/mTor • Inhibiteurs de mTor

26. PTEN Flavopiridol UCN-01 E7070 X Ras Grb2 Sos Grb2 Shc Raf Sos PI3K Akt MEK1/2 PTEN FKHR mTOR p27 MAPK GSK3 BAD Cyclin D1, E Survie Prolifération Progression du cycle cellulaire 4/ Les inhibiteurs du cycle cellulaire

27. Integrative Genomic & Biomarkers in Solid Tumors

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

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

31. Le tissu tumoral • Les cellules tumorales • Les cellules endothéliales et les péricytes • Le stroma: cellules de l'inflammation, fibroblastes

32. 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

33. L ’angiogénèse tumorale: un processus complexe (2) • Chaque étape fournit une opportunité pour une intervention thérapeutique

34. 3 Stress métabolique Stress mécanique Inflammation bFGF PDGF Altération génique 1 2 Cellules Endothéliales Facteurs impliqués dans la promotion de l'Angiogénèse Tumorale Cellules Stromales Cellules Tumorales TGFa Globules Rouges Péricytes Vaisseaux Sanguins

35. MODULATEURS DE L’EXPRESSION DE VEGF P53 VHL Ras Raf - + Hypoxie + VEGF HIF-1 Angiogenèse Stress oxydatif + - EGF FGF IGF PDGF TGF Il1β, Il6 PGE2 COX2 Heat shock Inducing Factor

36. Neutralisation des facteurs angiogèniques Inhibition VEGF et VEGF-R

37. VEGF Trap bevacizumab Transduction du signal activée par VEGF Cellules Stromales Cellules Tumorales Prolifération Différentiation Dégradation enzymatique Survie Migration Facteurs de transcription Protéases Protéines de structure Métabolisme enzymatique Angiogénèse Cellules Endothéliales

38. 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

39. Inhibiteur de l’activité TK intra cellulaire : VEGFR

40. IMC-1121B VEGFR1 IMC-18F1 VEGFR2 IMC-3C5 VEGFR3 SU5416 Vatanalib AGO13736 AGO28262 GW786034 (VEGR1-2-3) RTK VEGFR Inhibiteurs Inhibition spécifique de l'activité de VEGFR's Ac Anti-VEGF Cellules Stromales Ac Anti-VEGFR Cellules Tumorales Inhibiteurs de la transduction du signal Prolifération Différentiation Dégradation enzymatique Survie Migration Facteurs de transcription Protéases Protéines de structure Métabolisme enzymatique Angiogénèse Cellules Endothéliales

41. Inhibition de plusieurs facteurs de croissance RTK C-kit, autres kinases…. Cellules Tumorales Exemple; Sunitinib …. RTK Inhibiteurs à large spectre Péricytes Cellules Endothéliales FGFR Inh VEGFR Inh PDGFR Inh