Gènes de fusion et cancer de la prostate. De la découverte à la valeur pronostique et aux perspectives thérapeutiques

28 novembre 2009

Mots clés : Cancer de la prostate, Gènes de fusion, TEMPSS2-ERG
Auteurs : P. Beuzeboc, M. Soulié, P. Richaud, L. Salomon, F. Staerman, M. Peyromaure, P. Mongiat-Artus, F. Cornud, P. Paparel, J.-L. Davin, V. Molinié
Référence : Prog Urol, 2009, 19, 11, 819-824
La mise en évidence de gènes de fusion constitue un progrès majeur dans la connaissance des événements moléculaires précoces de la carcinogenèse du cancer de la prostate. L’existence de fusion TMPRSS2–ETS dans plus de 50 % des cancers de la prostate en fait probablement le réarrangement génétique le plus fréquent des tumeurs épithéliales humaines. La présence de gènes de fusion TMPRSS2–ERG pourrait avoir une valeur pronostique péjorative dans les tumeurs localisées traitées par prostatectomie totale. Cette découverte devrait conduire dans un proche avenir à des traitements ciblés.

Introduction

L’identification d’altérations géniques impliquées dans le développement des cancers constitue un des axes principaux de la recherche fondamentale. Les réarrangements de gènes observés sont généralement de deux types. Dans le premier cas, des éléments promoteurs ou « enhancers » sont situés de façon aberrante près d’un proto-oncogène entraînant l’expression d’une protéine oncogénique (l’apposition de gènes d’immunoglobuline, de récepteur T et de MYC conduisant à l’activation de cet oncogène dans des hémopathies B et T en constitue un exemple). Dans le second cas, la fusion de gènes génère une activité nouvelle ou altérée (le prototype est la fusion BCR–ABL dans les leucémies myéloïdes chroniques).
Les translocations et la fusion de gènes correspondant jouent un rôle important dans les étapes initiales de la carcinogenèse. Plus de 350 fusions de gènes ont été identifiées . Leur intérêt diagnostique et pronostique est important, notamment, dans les hémopathies et les sarcomes des enfants.
Jusqu’à présent, les gènes de fusion étaient considérés comme des événements rares dans les tumeurs épithéliales qui se caractérisent habituellement par des altérations chromosomiques complexes, non spécifiques.
La mise en évidence récente de gènes de fusion TMPRSS2–ETS dans une majorité des cancers de la prostate représente une véritable révolution dans la connaissance biologique de ces tumeurs . Le variant le plus habituel implique deux gènes situés sur le chromosome 21 : TMPRSS2 et ERG.
Le gène TMPRSS2 code pour une sérine protéase (sérine protéase transmembranaire 2) fortement exprimée à la fois dans les cellules prostatiques normales et cancéreuses. Possédant dans ses promoteurs des séquences androgénodépendantes, son expression est régulée par les androgènes. Les gènes de la famille ETS (ERG, ETV1, ETV4) codent pour des facteurs de transcription intervenant dans les voies de signalisation régulant la croissance cellulaire, la différenciation, la cancérogenèse (sarcomes d’Ewing).
De nombreux auteurs ont confirmé ces travaux et actuellement la recherche se focalise sur les retombées biologiques et cliniques de cette découverte. De nombreuses données expérimentales suggèrent que ces fusions représentent des événements moléculaires clés dans le développement et la progression d’une classe unique de cancers de la prostate ouvrant le champ à de futurs traitements ciblés .

Circonstances de découverte

Dès 2004, des profils inhabituels pour ERG et ETV1, deux gènes codant pour des facteurs de transcription de la famille ETS ont été mis en évidence dans les cancers de prostate. Petrovics et al. avaient aussi rapporté des surexpressions de facteurs de transcription codés par des gènes de la famille ETS.
C’est en 2005 que Tomlins et al. ont identifié des gènes de fusion récurrents dans les cancers de la prostate grâce à une approche bioinformatique en microarrays appelée cancer outlier profile analysis (COPA) recherchant des aberrations chromosomiques oncogéniques à partir de l’analyse de profils d’expression génique se distinguant des profils habituels [2,5]. Ils se sont focalisés sur l’analyse de l’expression de gènes impliqués dans des cancers. Dans un premier temps, ils ont identifié par des techniques de PCR quantitative des lignées cellulaires et des échantillons tumoraux qui surexprimaient ERG ou ETV1. En caractérisant les transcripts ERG et ETV1, ces auteurs ont découvert que les parties terminales en 5′ de ces deux gènes étaient remplacées par la région 5′ non traduite de TMPRSS2. Par des techniques de fluororescence in situ hybridization (FISH), il a été confirmé qu’une majorité de cancers de la prostate présentaient des gènes de fusion TMPRSS2–ERG plus rarement TMPRSS2–ETV1.

Types et fréquence des gènes de fusion dans les cancers de la prostate

Ce sont des délétions introniques sur les chromosomes 21q,22.2-3 qui sont à la base de ces fusions récurrentes (). Ces gènes de fusion impliquent la région 5′ non codante de TMPRSS2 (21q22.3) et des membres de la famille de facteurs de transcription ETS qui sont soit ERG (21q22.2), ETV1 (7p21.2) ou ETV4 (17q21). Ils entraînent la surexpression de protéines tronquées ou anormales.
Tableau 1 : Principales publications.
Auteurs Année n Tissu Fixation Technique Incidence (%)
Tomlins et al. 2005 29 Prostatectomie radicale qRT-PCR/FISH 55
Cerveira et al. 2006 34 Prostatectomie radicale Congélation RT-PCR/qRT-PCR 50
Hermans et al. 2006 11 FISH/qPCR 45
Iljin et al. 2006 19 Prostate congelée Congélation RT-PCR/CGH array 37
Laxman et al. 2006 42 qRT-PCR/ FISH 42
Perner et al. 2006 136 Prostatectomie radicale FISH/qRT-PCR 49
Soller et al. 2006 29 Biopsies prostatiques Nested RT-PCR 77
Wang et al. 2006 59 RT-PCR 59
Yoshimoto et al. 2006 15 RT-PCR/FISH 40
Attard et al. 2007 445 RTUP paraffine Paraffine FISH 30
Barry et al. 2007 32 RT-PCR 53
Clarck et al. 2007 26 RT-PCR/Nested PCR 73
Demichelis et al. 2007 111 RTUP FISH/qRT-PCR 15
Hessels et al. 2007 29 RT-PCR 59
Lapointe et al. 2007 54 Prostatectomie radicale Congélation CGH array/RT-PCR 70
Lapointe et al. 2007 64 Prostate et métaganglionnaires Congélation CGH array 34
Mehra et al. 2007 43 FISH 70
Mehra et al. 2007 96 Prostatectomie radicale Paraffine FISH 65
Mosquera et al. 2007 253 FISH 47
Nami et al. 2007 26 Prostatectomie radicale, score de Gleaon : 7 Congélation RT-PCR 42
Nami et al. 2007 165 Prostatectomie radicale Congélation RT-PCR 49
Perner et al. 2007 300 Prélèvements en paraffine Paraffine FISH 51
Rajput et al. 2007 101 FISH/qRT-PCR 36
Tu et al. 2007 82 Prostatectomie radicale Paraffine qRT-PCR/FISH 45
Tue et al. 2007 52 RT-PCR/FISH 48
Winnes et al. 2007 50 Biopsies prostatiques, RTUP, PR Congélation RT-PCR 36
Clarck et al. 2008 31 FISH 58
Furusato et al. 2008 45 Prostatectomie radicale Paraffine qRT-PCR 67
Jahvar et al. 2008 27 RT-PCR 55
Mao et al. 2008 27 RT-PCR 44
Mehra et al. 2008 27 Métastases Ca prostate hormonoréfractaire FISH 37
Près de la moitié des 1500 cas de cancers de la prostate localisés analysés dans plus de 12 séries publiées ont des gènes de fusion TMPRSS2–ERG [6–11]. Il existe environ 15 variants de ce type de gène de fusion. D’autres comme TEMPRSS2–ETV1 ou TEMPRSS2–ETV4 sont présents dans environ 5 % et 1 %, respectivement. Il existe d’autres variants. Tomlins et al. viennent récemment de publier dans Nature quatre autres différentes classes de réarrangements chromosomiques créant des gènes de fusion ETS dans les cancers de prostate autres que les gènes TMPRSS2–ERG.
Considérant l’incidence des cancers de la prostate et la fréquence des gènes de fusion dans les cancers de la prostate, les gènes TMPRSS2–ERG représentent les aberrations géniques les plus fréquentes des tumeurs humaines décrites jusqu’à présent.

Mise en évidence

Elle fait appel en pratique à des techniques de FISH ou de RT-PCR.
Une équipe française de Nice vient de montrer dans une étude rétrospective que la détection par RT-PCR était réalisable sur des blocs fixés en paraffine ou dans le formol et a mis en évidence la présence de gène de fusion dans 72 % des cas de cancers prostatiques (40/55 cas) . Des trancripts de fusion ont même été retrouvés par PCR dans les urines de patients atteints de cancer localisé de la prostate après massage prostatique, leur présence étant bien corrélée aux transcripts détectés au niveau de la tumeur .

Gènes de fusion et carcinogenèse, recherche dans les PIN de haut grade

Cerveira et al. ont montré les premiers que des gènes de fusion TMPRSS2–ERG pouvaient être présents dans des prostatic intraepithelial neoplasia (PIN) de haut grade (4/19, soit 21 %). Ces réarrangements moléculaires apparaissaient comme des événements précoces de la carcinogenèse prostatique . Différents transcripts ont été mis en évidence dans des régions distinctes de la prostate suggérant que des gènes de fusion peuvent être retrouvés indépendamment au sein d’une même prostate . Enfin, d’autres auteurs ont confirmé la présence de gène de fusion dans 16 % des 143 PIN de haut grade analysés, suggérant que leur présence pourrait être un signe précurseur de lésions plus agressives .

Gènes de fusion et caractéristiques phénotypiques

Seuls, pour le moment, les travaux de Mosquera et al. sur 235 cas de cancers prostatiques ont montré de possibles relations entre ces altérations moléculaires et des caractéristiques phénotypiques. L’effet biologique de la surexpression de TMPRSS2–ERG pourrait privilégier des voies favorisant ces caractéristiques morphologiques observées par les pathologistes.
Cinq caractéristiques morphologiques particulières apparaissant statistiquement significatives ont été décrites. Ces données si elles étaient validées par de plus larges études pourraient avoir dans le futur des implications diagnostiques, pronostiques et thérapeutiques.

Gènes de fusion et caractéristiques pronostiques

Des sous-types moléculaires distincts pourraient définir des populations à risques de progression différents (). Plusieurs études ont évalué la signification pronostique de l’existence de gènes de fusion avec des résultats contradictoires et peu interprétables du fait de la taille limitée des effectifs. Deux études de cohortes de patients présentant une tumeur localisée sous simple surveillance (« watchful waiting ») ont retrouvé un impact négatif de ces gènes de fusion sur la survie spécifique [19,20].
Tableau 2 : Fusion TMPRSS2–ERG et facteurs pronostiques.
Auteurs Année n Technique Conclusion Remarques
Attard et al. 2007 445 FISH Corrélé au stade au score et à la survie spécifique : 25 % de survie à 8 ans vs 90 % (p = 0,042) Sous-groupe 2 + Edel : 3′ ERG sans 5′ ERG
Demichelis et al. 2007 111 FISH/qRT-PCR Cohorte surveillance, corrélé à la survie spécifique
Furusato et al. 2008 45 qRT-PCR Pas de corrélation avec le score de Gleason, ni avec le stade, ni le stade métastatique Hétérogénéité d’expression au sein des différents foyers tumoraux, les seuls facteurs prédictifs de récidive sont le score de Gleason et le volume tumoral
Lapointe et al. 2007 64 CGH array Délétion 21q22 (TMPRSS2–ERG) n’est pas corrélée à la survie Sous-groupe -21q22 et -8q21 (NKX3-1) corrélé à l’agressivité tumorale
Lapointe et al. 2007 54 CGH array/RT-PCR Pas de corrélation avec le score de Gleason, ni avec le stade, ni le stade métastatique, ni avec la survie
Mehra et al. 2007 96 FISH Pas de corrélation avec la récidive biologique. Association avec pT3 (p = 0,04)
Nami et al. 2007 26 RT-PCR Corrélé à la présence de marges positives (80,8 % vs 19,2 %) et à récidive biologique (63,6 % vs 13,3 %) Haut risque de récidive
Nami et al. 2007 165 RT-PCR Corrélation avec la récidive biologique (45,7 vs 7,1 %). Facteur indépendant du stade, grade et taux de PSA Analyse multivariée : grade et statut de fusion sont les seuls facteurs indépendants de récidive biologique
Perner et al. 2007 300 FISH Pas de corrélation avec le score de Gleason
Perner et al. 2006 136 FISH/qRT-PCR Corrélé au stade et au N +
Petrovics et al. 2005 Microarray RT-PCR Corrélé au bas stade, bas grade et marges négatives
Rajput et al. 2007 101 FISH/qRT-PCR Corrélé au score de Gleason (intermédiaire et élevé)
Tu et al. 2007 82 qRT-PCR/FISH RTPCR : 45 %, FISH : 46 %, pas de corrélation au stade, inversement corrélé au score de Gleason Deux sous-groupes morphologiques TMPRSS2–ERG+ mucine (p = 0,004), cribriforme, cytoplasme basophile, TMPRSS2–ERG− : carcinome à cellules psumeuses, cellules indépendantes, extension intraductale
Winnes et al. 2007 50 RT-PCR Corrélation avce un score de Gleason bas et survie
Yoshimoto et al. 2006 15 RT-PCR/FISH Pas de corrélation avec le survie, cancer de prostate de haut grade SG 6-9
Par ailleurs, les premières données de Nam et al. à Toronto, suggérant que la présence de gène de fusion TMPRSS2–ERG des patients traités par chirurgie était un important facteur pronostique de récidive, ont été confirmées dans une série plus importante de 165 patients avec une tumeur localisée traitée par prostatectomie totale entre 1998 et 2006 . L’expression d’un gène de fusion était retrouvée dans 81 cas (49,1 %). Le sous-groupe présentant un gène de fusion avait un risque de rechute à cinq ans significativement très supérieur (58,4 % versus 8,6 %, p<0,0001). Il représentait en analyse multivariée le facteur pronostique le plus important (HR : 8,6, IC 95 % : 3,6–20,6) indépendant du grade, du stade et du taux de PSA. Vu la complexité liée à la présence de différents variants et le peu de puissance des études, la valeur pronostique de ces transcripts de fusion reste encore à être confirmée.

Perspectives

Les progrès de la biologie moléculaire et la découverte des gènes de fusion vont probablement dans le futur bouleverser la prise en charge diagnostique et thérapeutique du cancer de prostate. L’étude de biomarqueurs moléculaires devrait aider à la détection précoce . Ils devraient aussi permettre de mieux sélectionner les patients devant bénéficier de biopsies prostatiques ou de rebiopsies. Ils devraient également ouvrir de nouvelles perspectives thérapeutiques par une meilleure connaissance du rôle de ces fusions de gènes.
À partir de l’analyse des données d’expression génique de 410 échantillons (178 témoins normaux, 232 tumeurs et métastases), Iljin et al. ont mis en évidence une forte association avec l’expression élevée d’histone déacétylase 1 (HDAC1). La fusion TMPRSS2–ERG serait responsable sous l’influence d’une stimulation androgénique de la surexpression de facteurs de transcription qui pourrait conduire à une reprogrammation épigénétique, une signalisation de WNT et une downregulation des voies de l’apoptose ().
Figure 1 : La fusion TMPRSS2–ERG est responsable, sous l’influence d’une stimulation androgénique, de la surexpression de facteurs de transcription. L’activation d’ERG par la fusion avec TMPRSS2 pourrait conduire à une surexpression d’HDAC1, une reprogrammation épigénétique, une signalisation de WNT et une downregulation des voies de l’apoptose.
Ces fusions de gènes conduisent à l’induction androgénique d’expression de gènes dépendant d’ETS. Cependant, les fonctions biologiques d’une surexpression d’ERG demeurent en grande partie inconnues. Les données de transcriptomes et de signatures d’expression de gènes ont pu très récemment révéler que ces altérations pouvaient activer en particulier l’oncogène C-MYC et annihiler la différenciation épithéliale des cellules prostatiques .
Une meilleure connaissance des retentissements biologiques de ces gènes de fusion pourrait avoir d’importantes implications cliniques ouvrant la voie vers de nouveaux traitements ciblés, des traitements « épigénétiques » dont certains font déjà l’objet d’essais cliniques comme les inhibiteurs d’HDAC1.