UNIVERSITE LIBRE DE BRUXELLES
Faculté de Médecine
LES ASTROCYTOMES DE BAS-GRADE : CARACTERISATION MOLECULAIRE ET
IMPLICATIONS CLINIQUES
Sandrine Rorive
Laboratoire d’Anatomie Pathologique Hôpital Erasme
Thèse présentée en vue de l’obtention du titre de Docteur en Sciences Médicales
Année Académique 2009-2010
UNIVERSITE LIBRE DE BRUXELLES
Faculté de Médecine
LES ASTROCYTOMES DE BAS-GRADE : CARACTERISATION MOLECULAIRE ET
IMPLICATIONS CLINIQUES
Sandrine Rorive
Laboratoire d’Anatomie Pathologique Hôpital Erasme
Thèse présentée en vue de l’obtention du titre de Docteur en Sciences Médicales
Promoteur : Professeur Isabelle Salmon
Compositon du jury : Stéphane Louryan, Président, Isabelle Salmon, Secrétaire, Jean-Pierre Brion, Serge Goldman et Pierre Roger. Experts étrangers : Dominique Figarella-Branger et Catherine Godfraind
Remerciements
Ce travail n’aurait pu être réalisé sans l’aide, le dévouement et les encouragements de nombreuses personnes. Que chacun trouve dans ces quelques mots le témoignage de ma gratitude.
J’adresse mes remerciements les plus vifs au Professeur Isabelle Salmon qui m’a accueillie dans son Service, dans son Laboratoire, avec tant d’humanité. Chère Isabelle, merci d’avoir cru en moi, certainement plus que je ne croyais moi-même en moi. Merci de m’avoir permis d’être libre dans la recherche, d’avoir aidé ce projet à se développer et de m’avoir donné les moyens pour concrétiser les objectifs que nous nous étions fixés. Merci pour ta générosité, pour la lumière que tu as apportée à ce travail, lui permettant de grandir continuellement ; merci pour ton excellence, qui m’a aidé à aller toujours plus loin dans le raisonnement et à puiser dans des ressources insoupçonnées. Tu as pu dompter mes angoisses, écouter mes doutes, me conseiller et m’aider à construire. Tu m’as transmis le plus immuable des virus : la passion pour la recherche.
J’aimerais témoigner une reconnaissance particulière au Professeur Christine Decaestecker pour ses précieux conseils, sa précision, sa disponibilité et sa bienveillance.
Je remercie tout particulièrement Nathalie Watteau pour sa générosité, sa disponibilité et l’aide apportée au cours de la rédaction de ce travail.
Je remercie Alix Berton, Olivier Debeir, Xavier Moles Lopez, Audrey Verellen, Flavienne Sandras, Isabelle Roland, Sébastien Sauvage, Tanja Mijatovic, Ivan Bièche, Michel Vidaud, Constantin Nicolae Takacs, Anne-Laure Trepant, Andra Negulescu, Dina Milowic, Françoise Hulot et Delphyn Hastir pour l’aide apportée au cours de ce travail.
Mes remerciements vont aussi aux Docteurs Calliope Maris, Nicky D’Haene, Xavier Catteau, Sarah Norrenberg, et Anne Mathieu ainsi qu’aux Professeurs Myriam Remmelink et Pieter Demetter qui m’ont soutenu tant d’un point de vue professionnel qu’amical. J’ai bénéficié du soutien, de la compréhension et de l’enthousiasme de tous les membres du Service d’Anatomie Pathologique, qu’ils en soient remerciés.
Je tiens à remercier les Professeurs Jacques Brotchi, Guy Van Regemorter, Claude Schulman et Olivier Dewitte ainsi que tous les membres des Services de Neurochirurgie et d’Urologie pour leur soutien constant. Je remercie également le Docteur Niloufar Sadeghi pour sa disponibilité et son aide lors de la révision des données d’imagerie cérébrale.
Que le « Fonds Erasme » et le « Fonds Yvonne Boël » trouvent ici ma reconnaissance profonde pour la bourse qui me fut accordée et sans laquelle ce travail n’aurait pu voir le jour.
Merci à ma famille, à mes parents, à mes sœurs, Isabelle et Célia, à mes amis et à toi Frédéric, pour votre présence, votre chaleur et vos mots rassurants qui m’ont aidé à traverser mes moments de doutes et de découragements.
Enfin, merci à toi Anastasia, « mon petit rayon de soleil », pour avoir compris combien ce travail était important pour moi.
Je dédie ce travail de thèse à la mémoire de mon Grand-Père, Le Docteur Jean-Jacques Mohnen,
TABLE DES MATIERES
ABREVIATIONS ... 7
RESUME ... 9
CHAPITRE I : INTRODUCTION ... 11
1. LESTUMEURSASTROCYTAIRES ... 11
1.1. Facteurs épidémiologiques... 11
1.2. Classification histologique ... 12
1.2.1. Principe de classification ... 12
1.2.2. Le grade tumoral, un outil pronostique... 12
1.3. Les « Astrocytomes de bas-grade », controverse d’une terminologie inadéquate... 13
1.3.1. L’astrocytome pilocytique (Grade I) ... 13
1.3.1.1. Incidence, caractéristiques cliniques et neuroradiologiques ... 13
1.3.1.2. Critères anatomo-pathologiques... 14
1.3.1.3. Facteurs pronostiques ... 15
1.3.2. L’astrocytome diffus (Grade II)... 15
1.3.2.1. Incidence, caractéristiques cliniques et neuroradiologiques ... 15
1.3.2.2. Critères anatomo-pathologiques... 16
1.3.2.3. Facteurs pronostiques ... 16
1.3.3. Traitement des astrocytomes pilocytiques (Grade I) et diffus (Grade II)... 17
1.4. Les astrocytomes anaplasiques et les glioblastomes... 18
1.4.1. L’astrocytome anaplasique (Grade III)... 18
1.4.2. Le glioblastome (Grade IV)... 18
1.4.3. Traitement des astrocytomes anaplasiques et des glioblastomes ... 19
1.5. Profils génomiques décrits dans la classification de l’OMS... 20
1.5.1. Profils génomiques associés aux astrocytomes pilocytiques (Grade I) ... 21
1.5.2. Profils génomiques associés aux astrocytomes diffus (Grade II-IV) ... 21
1.5.2.1. La voie TP53/MDM2/p14ARF... 22
1.5.2.2. La voie p16INK4a/CDK4-6/Rb1 ... 23
1.5.2.3. Le gène EGFR... 23
1.5.2.4. La voie PI3K/PTEN/AKT ... 24
1.5.2.5. Le gène IDH1... 25
1.6. Résumé des anomalies génétiques des astrocytomes, en comparaison aux autres entités de gliomes diffus ... 25
1.6.1. Description succincte des oligodendrogliomes ... 26
1.6.2. Description succincte des oligoastrocytomes ... 27
2. BIOLOGIEDESASTROCYTOMES ... 29
2.1. La Migration cellulaire... 29
2.1.1. Définition et description ... 29
2.1.2. La matrice extracellulaire du cerveau normal : composition et fonctions... 30
2.1.3. Modifications du tissu hôte induites par les cellules astrocytaires tumorales ... 31
2.1.3.1. Modifications des constituants de la matrice extracellulaire... 32
2.1.3.2. Interactions entre la matrice extracellulaire et la cellule tumorale : le rôle des intégrines ... 32
2.1.3.3. Protéolyse de la matrice extracellulaire et invasion tumorale... 34
2.1.3.3.1. Les métalloprotéinases matricielles (MMPs)... 35
a. Structure et fonctions ... 35
b. Contrôle de l’activité des MMPs ... 37
c. Implication des MMPs et des TIMPs dans la biologie des astrocytomes... 42
2.1.3.3.2. Le système uPA / uPAR / plasmine ... 44
a. Généralités ... 44
b. Implication dans la biologie des astrocytomes ... 45
2.1.3.3.3. Les cathepsines ... 46
a- Généralités ... 46
b- Implication dans la biologie des astrocytomes... 46
2.2. La croissance cellulaire... 47
2.2.1. Définition et description ... 47
2.2.1.1. Prolifération et cycle cellulaire... 47
2.2.1.1.1. Généralités ... 47
2.2.1.1.2. Particularités des astrocytomes ... 48
2.2.1.3. Mort cellulaire ... 49
2.2.1.3.1. Généralités ... 49
2.2.1.3.2. Particularités des astrocytomes ... 50
3. LESYSTEMEDESINSULIN-LIKEGROWTHFACTORS ... 52
3.1. Généralités... 52
3.2. Les ligands IGFI et IGFII... 53
3.2.1. Structure des IGFI et II ... 53
3.2.2. Synthèse des IGFI et II ... 53
3.3. Les récepteurs impliqués ... 54
3.3.1. Le récepteur de type I (IGF-IR)... 54
3.3.1.1. Structure ... 54
3.3.1.2. Régulation de l’expression du gène IGF-IR... 54
3.3.1.3. Activation, signalisation intracellulaire et fonctions... 55
3.3.2. Le récepteur à l’insuline (IR) et les récepteurs hybrides (IR/IGF-IR)... 57
3.3.3. Le récepteur de type II/mannose-6-phosphate (IGFII-R/Man-6-P)... 57
3.4. Actions biologiques des IGFs ... 58
3.4.1. Sur la croissance cellulaire ... 58
3.4.2. Sur la migration cellulaire ... 59
3.4.3. Au niveau du système nerveux central ... 60
3.5. Modulation de l’action biologique des IGFs : les IGFBPs ... 61
3.5.1. Généralités sur les IGFBPs... 61
3.5.2. La formation du complexe IGFBP-IGF... 63
3.5.2.1. Affinités de liaison ... 63
3.5.2.2. Modulation des actions biologiques des IGFs... 63
3.5.2.3. Effets des modifications post-traductionnelles des IGFBPs ... 64
3.5.2.3.1. La protéolyse des IGFBPs... 64
a. Protéolyse des IGFBPs par les MMPs ... 64
b. Protéolyse des IGFBPs par les sérines protéases... 65
c. Protéolyse des IGFBPs par les cathepsines ... 65
3.6. Implication du système des IGFs dans la biologie des astrocytomes... 65
CHAPITRE II : OBJECTIFS DU TRAVAIL ... 68
CHAPITRE III : RESULTATS ... 69
1. Exploring the Distinctive Biological Characteristics of Pilocytic and Low-Grade Diffuse Astrocytomas by means of a Compilation of Microarray Gene Expression Profiles. ... 70
2. Matrix Metalloproteinase-9 Interplays with the IGFBP2-IGFII Complex to Promote Cell Growth and Motility in Astrocytomas... 75
3. TIMP-4 and CD63: New Prognostic Biomarkers in Diffuse Gliomas. ... 81
CHAPITRE IV : CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES ... 89
BIBLIOGRAPHIE ... 92
THESE ANNEXE... 122
ABREVIATIONS
ADN : Acide désoxyribonucléique AKT : Proteine kinase B
ANA : Astrocytome anaplasique de grade III AP-1 : Activator protein 1
APC : Adenomatous polyposis coli APMA : 4-aminophenylmercuric acetate APOD : Apolipoproteine D
ARNm : Acide ribonucléique messager AST II : Astrocytome diffus de grade II
ATM : Ataxia telangiectasia mutated kinase protein BCL-2 : B-cell CLL/lymphoma 2
c-myb : v-myb myeloblastosis viral oncogene homolog
C1NH : Serpin peptidase inhibitor, clade G (C1 inhibitor), member 1 CD63 : CD63 antigen
CDC42 : Cell division control protein 42 homolog CDK : Kinase cycline-dépendante
CHAD : Chondroadhérine
CSPG2 : Chondroïtine sulfate proteoglycan 2, versican CZ: Zymographie à la caséine
E2F : Facteur de transcription E2F EEC : Espace extracellulaire
EGF(R): Epidermal growth factor (receptor)
EORTC: European Organisation for Research and Treatment of Cancer ERK : Mitogen-activated protein kinase 1
FAK : Focal adhesion kinase
Fas : TNF receptor superfamily, member 6 β-FGF : Basic fibroblast growth factor GBM : Glioblastome
GZ : Zymographie à la gélatine GDP : Guanosine diphosphate GH : Growth hormone
Glut 1 : Glucose transporter isoform 1 GPI : Glycosylphosphatidylinositol Grb-2 : GRB2-related adaptor protein 2 GTP : Guanosine triphosphate
GZ : Zymographie à la gélatine HBD : Heparin-binding domain H&E: Hématoxyline éosine IDH1 : Isocitrate déhydrogenase 1 IGF : Insulin-like growth factor
IGF-IIR/Man-6-P : Mannose-6-phosphate/insulin-like growth factor II receptor IGF-IR : Insulin-like growth factor receptor type I
IGFBP : Insulin-like growth factor binding protein IHC : Immunohistochimie
IR : Insulin receptor
IRS-1 : Insulin receptor substrate 1 LCR : Liquide céphalo-rachidien LI : labelling index
LOH : Loss of heterozygosity LPL : Lipoprotein lipase Man-6-P : mannose-6-phosphate
MAPK : Mitogen activated protein kinase MC: milieu conditionné
MDM2 : Mdm2 p53 binding protein homolog MEC : Matrice extracellulaire
MMP : Métalloprotéinase matricielle mSOS : Son of Sevenless
MT-MMP : Métalloprotéinase matricielle de type membranaire mTOR : Mammalian target of rapamycin
MTT : Bromure de 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl tetrazolium NADPH : Nicotinamide adénine dinucléotide phosphate (forme réduite) NF-κB : Nuclear factor-kappa B
NF1 : Neurofibromatose de type 1 NF2 : Neurofibromatose de type 2
NGAL : Neutrophil gelatinase-associated lipocalin NGF : Nerve growth factor
OA: Oligoastrocytome OLIGO: Oligodendrogliome
OMS : Organisation Mondiale de la Santé PA : Plasminogène
PAI-1 : Inhibiteur endogène de l’activateur du plasminogène de type urokinase 1 PAI-2 : Inhibiteur endogène de l’activateur du plasminogène de type urokinase 2 PDGF(R): Platelet-derived growth factor (receptor)
PI3K : Phosphatidylinositol 3-kinase PIP2 : Phosphatidylinositol-4,-5-biphosphate PIP3 : Phosphatidylinositol-3,-4,-5-triphosphate PKC : Protéine kinase C
PMA : Phorbol myristate acétate
PTEN : Phosphatase and tensin homolog Rb1 : Retinoblastoma-related protein 1
RGD : séquence de reconnaissance pour les intégrines de type (Arginine[R]-Glycine[G]-Aspartate[D]) RMN: Résonnance magnétique nucléaire
RT-PCR : Reverse transcription polymerase chain reaction RTK : Récepteur tyrosine kinase
RTOG: Radiation Therapy Oncology Group
Shc : Src homology 2 domain containing transforming protein 2 SHP-2 : Protein tyrosine phosphatase, non-receptor type 11 SNC : Système Nerveux Central
Sp1 : Stable Protein 1
Src virus : Rous sarcoma virus SV40: Simian virus 40
TGF-α€: Transforming growth factor, alpha THBS4 : Thrombospondine 4
TIMP : Tissue Inhibitor of Metalloproteinases TLE2 : Transducin-like enhancer of split 2 TMA : Tissue-microarrays
TNF-α : Tumor necrosis factor alpha TP53 : Tumor protein p53
tPA : Tissue-type plasminogen activator
TRAIL : TNF-related apoptosis-inducing ligand TSC : Sclérose Tubéreuse de Bourneville uPA : Plasminogen activator, urokinase
uPAR : Plasminogen activator, urokinase receptor VEGF : Vascular endothelial growth factor WB : Western Blot
WT1 : Wilms' tumor suppressor protein
RESUME
La malignité des astrocytomes est établie sur base de critères morphologiques définis au sein de la classification de l’Organisation Mondiale de la Santé (OMS). Ce système de gradation, qui s’échelonne de I à IV, constitue actuellement l’outil pronostique le plus fiable.
Par facilité, les cliniciens regroupent les astrocytomes de grade I (astrocytomes pilocytiques) et les astrocytomes diffus de grade II sous le terme d’« Astrocytomes de bas-grade » par opposition aux astrocytomes de haut-grade, constitués des astrocytomes anaplasiques (grade III) et des glioblastomes (GBM ; grade IV). Cette terminologie conduit à des prises en charge cliniques inadéquates car elle englobe des tumeurs très différentes en terme d’agressivité : les astrocytomes de grade I, majoritairement non infiltrants, non évolutifs et indolents et les astrocytomes diffus de grade II, toujours infiltrants et évolutifs, progressant systématiquement en astrocytomes de haut-grade et entraînant le plus souvent le décès prématuré du patient.
Bien que ces tumeurs soient définies par la classification de l’OMS comme des entités clinicopathologiques distinctes, peu de données sont disponibles dans la littérature pour expliquer leurs particularités biologiques et la pratique quotidienne montre que les différencier peut être difficile.
Le but des études entreprises au cours de ce travail de thèse est d’apporter une contribution à la compréhension des mécanismes de tumorigenèse qui différencient l’astrocytome de grade I des astrocytomes diffus (grade II-IV), de manière à identifier des voies biologiques qui permettraient, au moins en partie, d’expliquer ces différences de comportement.
Au cours de la première partie de ce travail, nous avons caractérisé les profils d’expression génomique des astrocytomes de grade I et de grade II, en comparant les données d’expression de gènes (évaluées par des technologies de micropuces d’ADN) de travaux publiés entre 2000 et 2005. L’expression des gènes identifiés a été validée par des analyses de RT-PCR quantitative sur une série indépendante d’astrocytomes de grade I, II et IV. Les fonctions biologiques des protéines codées par chacun de ces gènes ont fait l’objet de recherches bibliographiques détaillées afin de proposer un modèle permettant d’approcher les différences de comportement de ces tumeurs. Cette analyse nous a permis d’identifier TIMP4 (tissue inhibitor of metalloproteinases 4) et IGFBP2 (insulin-like growth factor binding protein 2) comme gènes candidats pour améliorer la caractérisation biologique et clinique des astrocytomes de grade I par rapport aux astrocytomes diffus. TIMP4 et IGFBP2 codent respectivement pour un inhibiteur endogène des métalloprotéinases matricielles (MMPs) et une protéine de liaison capable d’inhiber l’action des « insulin-like growth factors » (IGFs, dont IGFI et IGFII), des facteurs impliqués dans la croissance et la migration des astrocytes normaux et tumoraux.
Sur base de la surexpression de TIMP4 et d’IGFBP2 dans les astrocytomes de grade I, en comparaison aux astrocytomes diffus de grade II, nous avons posé l’hypothèse suivante :
« L’absence d’agressivité des astrocytomes de grade I, en comparaison aux astrocytomes diffus (grade II-IV) pourrait en partie être liée à l’inhibition par TIMP-4 de la protéolyse des complexes IGFBP2-IGFII au sein de ces tumeurs ». Cette protéolyse, qui diminue l’affinité d’IGFBP2 pour IGFII, pourrait contribuer à libérer IGFII dans la matrice extracellulaire (MEC), favoriser la liaison d’IGFII à son récepteur IGF-IR et stimuler la croissance et la
migration des cellules astrocytaires tumorales. Pour tester cette hypothèse, nous avons réalisé différentes analyses biochimiques afin i) de caractériser les actions protéolytiques de MMP-2, MMP-9 et MT1-MMP sur le complexe IGFBP2-IGFII, ii) d’identifier la libération d’IGFII lors du clivage de ce complexe, et iii) d’étudier l’action inhibitrice de TIMP-4. A l’aide d’un modèle cellulaire in vitro (lignée astrocytaire tumorale LN229), nous avons ensuite observé l’influence de la protéolyse du complexe IGFBP2-IGFII sur la croissance et la motilité cellulaire. Cette étude a montré : (1) la protéolyse du complexe IGFBP2-IGFII par MMP-9, (2) l’inhibition partielle de cette protéolyse par TIMP-4, (3) la libération d’IGFII résultant de cette protéolyse et (4) les effets stimulants de la libération d’IGFII sur la croissance et la motilité des cellules LN229. Cette étude souligne le rôle important de la protéolyse des complexes IGFBP2-IGFII dans l’agressivité des astrocytomes diffus. Elle confirme les effets stimulants propres d’IGFII, d’IGFBP2 et de MMP-9 sur la motilité et/ou la croissance des cellules astrocytaires tumorales. Enfin, elle identifie un rôle inhibiteur potentiel de TIMP-4 sur la protéolyse du complexe IGFBP2-IGFII, qui pourrait contribuer à expliquer le caractère plus indolent des astrocytomes de grade I en comparaison aux astrocytomes diffus.
Au cours de la troisième partie de ce travail, nous avons caractérisé l’expression de TIMP-4 et de son récepteur potentiel, la tétraspanine CD63, sur une série de 471 gliomes, dont 354 astrocytomes de grade I à IV par la méthode d’immunohistochimie quantitative appliquée aux « tissue-microarrays ». Pour chaque patient, les variables cliniques suivantes ont été collectées : âge, localisation tumorale et multifocalité, comportement infiltrant de la tumeur, étendue de la résection chirurgicale, grade histologique, type de traitement adjuvant, et suivi, évalué en termes de récidive tumorale et de durée de survie spécifiquement liée à la tumeur. Cette troisième étude confirme la surexpression de TIMP-4 dans les astrocytomes de grade I, en comparaison aux astrocytomes diffus de grade II, et montre que CD63 suit un profil d’expression similaire. Par conséquent, nous proposons l’utilisation de la co-expression TIMP-4/CD63 comme un nouveau marqueur diagnostique de l’astrocytome pilocytique de grade I dans la prise en charge anatomo-pathologique des « Astrocytomes de bas-grade ».
Cette étude souligne également l’intérêt d’utiliser TIMP-4 et CD63 pour différencier le phénotype astrocytaire du phénotype oligodendroglial des gliomes diffus. Enfin, ce travail identifie CD63 et le profil de co-expression TIMP-4/CD63 comme nouveaux marqueurs pronostiques indépendants associés à une évolution défavorable des astrocytomes diffus et des oligoastrocytomes.
Ce travail nous a donc permis, à partir de données de micropuces d’ADN, d’identifier TIMP4 et IGFBP2 comme gènes d’intérêt dans l’étude des astrocytomes. A partir de ces deux gènes, nous avons posé une hypothèse visant à expliquer le caractère non infiltrant des astrocytomes de grade I. Les tests in vitro menés dans le cadre de cette hypothèse confirment l’intérêt des protéines TIMP-4, IGFBP2 et IGFII dans la tumorigenèse des astrocytomes.
Enfin, la caractérisation clinique de l’expression de TIMP-4 et de CD63, son récepteur potentiel, valide l’intérêt clinique que ces protéines représentent pour la prise en charge des patients porteurs d’un gliome. Il reste toutefois la nécessité d’approfondir nos connaissances sur les voies de signalisation utilisées par TIMP-4 et/ou CD63. Ces recherches permettraient de proposer de nouvelles stratégies thérapeutiques visant à améliorer le traitement de ces tumeurs et ainsi pallier au pronostic sombre des patients porteurs de gliomes diffus.
CHAPITRE I : INTRODUCTION
1. LES TUMEURS ASTROCYTAIRES
Les gliomes regroupent les astrocytomes, les oligodendrogliomes, les oligoastrocytomes et les épendymomes. Ils représentent 36% de l’ensemble des tumeurs primitives du système nerveux central (SNC) ; 75% d’entre eux sont des astrocytomes (Bondy ML et coll., 2008 ; CBTRUS 2008 (www.cbtrus.org) ; Figure 1). Les tumeurs astrocytaires regroupent un large spectre de tumeurs dont la présentation clinique, anatomo-pathologique et, in fine, le pronostic sont très différents. Le mauvais pronostic associé à la majorité des sous-groupes histologiques est essentiellement lié aux importantes capacités d’invasion qui caractérisent les cellules tumorales(Giese A et coll., 2003).
1.1. Facteurs épidémiologiques
Les facteurs de risque influençant la survenue d’un astrocytome sont peu connus. Des syndromes génétiques familiaux ont été décrits tels que la neurofibromatose de type 1 et 2 (mutations des gènes NF1 (17q11) ou NF2 (22q12)), la sclérose tubéreuse de Bourneville 1 et 2 (mutations des gènes TSC1 (9q34) ou TSC2 (16p13)), le syndrome du rétinoblastome 1 (mutations du gène Rb1 (13q14)), le syndrome de Li-Fraumeni (mutations du gène TP53 (17p13)) et le syndrome de Turcot (mutations du gène APC (5q21)) (Bondy ML et coll., 2008). Bien que ces syndromes génétiques soient rares, leur étude a permis d’identifier des gènes et des voies de signalisation impliqués dans la tumorigenèse des astrocytomes. Ces voies sont exposées au chapitre 1.5.
Les causes épidémiologiques exogènes sont peu nombreuses. L’exposition aux radiations ionisantes favorise la survenue de ces tumeurs (Yonehara S et coll., 2004 ; Bondy ML et coll., 2008). Une étude récente montre que des enfants traités par radiothérapie (seule ou en association à une chimiothérapie) dans un contexte de leucémie ou de tumeur cérébrale ont un risque 7 fois plus élevé de développer secondairement un gliome; le pic de survenue est de 5 à 9 ans après le traitement et ce risque augmente pour les enfants âgés de moins de 5 ans au moment de l’irradiation (Neglia JP et coll., 2006). L’existence d’un lien causal entre
certains virus et la survenue d’un astrocytome n’est actuellement pas validée dans la littérature (Bondy ML et coll., 2008).
1.2. Classification histologique
1.2.1. Principe de classification
La classification des tumeurs cérébrales, publiée par l’Organisation Mondiale de la Santé (OMS), représente actuellement la référence en terme de classification de ces tumeurs (Louis DN et coll., 2007). Chaque entité est définie sur base de critères cliniques et histopathologiques (entités anatomo-cliniques). A chaque type histologique est associé un grade de malignité (voir ci-dessous) et un code ICD-O dont l’utilisation internationale permet la réalisation d’études épidémiologiques (Table 1). Depuis 1993, la classification de l’OMS décrit le profil antigénique de chaque entité, celui-ci n’étant utilisé que pour valider le diagnostic anatomo-pathologique réalisé sur base des critères cliniques et morphologiques (Kleihues P et coll., 1993). Le profil génétique des tumeurs cérébrales est de plus en plus étudié (Kleihues P et Cavenee WK, 2000). Néanmoins, actuellement, aucune entité anatomo- clinique n’est reconnue uniquement sur cette base (Louis DN et coll., 2007). Dans un futur proche, la signature génomique permettra probablement d’améliorer cette classification (Figarella-Branger D et coll., 2008).
1.2.2. Le grade tumoral, un outil pronostique
Selon la classification de l’OMS, les tumeurs astrocytaires comportent 7 sous-groupes histologiques (Louis DN et coll., 2007 ; Table 1). Chacun de ces sous-groupes est associé à un grade tumoral. Ce système de gradation, qui correspond à une échelle de malignité allant de I à IV, constitue actuellement l’outil pronostique le plus adéquat. Les tumeurs de grade I sont considérées comme indolentes et associées à un bon pronostic ; à l’opposé, les tumeurs de grade IV sont rapidement évolutives et associées à un pronostic très sombre. Les tumeurs de grade II et III présentent un comportement intermédiaire. Les critères anatomo-pathologiques utilisés pour cette gradation sont la densité cellulaire, les atypies cellulaires, l’activité mitotique, la prolifération vasculaire et la nécrose (Table 2). Au sein de ces sous-groupes histologiques, il est impératif de reconnaître les tumeurs astrocytaires infiltrantes (astrocytomes diffus de grade II) qui constituent un spectre biologique dont les
caractéristiques majeures sont la transformation anaplasique (grade III) et la dédifférenciation en glioblastome (GBM ; grade IV). Ces transformations successives ont déjà abondamment été documentées dans la littérature et les voies de signalisation empruntées par les cellules astrocytaires malignes sont partiellement connues (voir chapitre 1.5). La biologie des tumeurs astrocytaires de grade I, constituées majoritairement des astrocytomes pilocytiques, est nettement moins connue, leur diagnostic anatomo-pathologique est parfois difficile et nécessite toujours une confrontation radiologique. La majorité des astrocytomes pilocytiques (grade I) sont caractérisés par un aspect bien délimité par rapport au parenchyme adjacent lié aux faibles capacités d’invasion des cellules tumorales. Les critères anatomo-pathologiques utilisés pour la gradation des astrocytomes diffus ne sont pas applicables aux astrocytomes pilocytiques (Giannini C et Scheithauer BW, 1997 ; Louis DN et coll., 2007, Table 2).
1.3. Les « Astrocytomes de bas-grade », controverse d’une terminologie inadéquate
Par facilité, les cliniciens regroupent les astrocytomes de grade I (astrocytomes pilocytiques) et les astrocytomes de grade II (astrocytomes diffus) sous le terme d’ « Astrocytomes de bas- grade » par opposition aux astrocytomes de haut-grade, constitués des astrocytomes anaplasiques (grade III) et des GBM (grade IV). Cette terminologie conduit à des prises en charge clinique inadéquates car elle englobe des tumeurs très différentes en terme d’agressivité : les astrocytomes de grade I, majoritairement non infiltrants, non évolutifs et indolents et les astrocytomes diffus de grade II, toujours infiltrants et évolutifs, progressant systématiquement en astrocytomes de haut-grade et entraînant le plus souvent le décès prématuré du patient. Bien que ces tumeurs soient bien définies par la classification de l’OMS, la pratique quotidienne montre que les différencier peut être difficile comme l’illustre la Figure 2.
1.3.1. L’astrocytome pilocytique (Grade I)
1.3.1.1. Incidence, caractéristiques cliniques et neuroradiologiques
Les astrocytomes pilocytiques représentent 5-6% de l’ensemble des gliomes et sont les tumeurs du SNC les plus fréquentes de l’enfant (Bondy ML et coll., 2008 ; CBTRUS 2008).
Ces tumeurs apparaissent le plus souvent au cours des 2 premières décades de vie, l’âge moyen du patient au moment du diagnostic étant de 12 ans (Bondy ML et coll., 2008 ;
CBTRUS 2008). De rares cas sont diagnostiqués après l’âge de 50 ans. Ces tumeurs se développent préférentiellement au niveau du parenchyme cérébelleux, du nerf optique, de la région diencéphalique (chiasma optique, hypothalamus, thalamus et noyaux de la base) mais peuvent aussi s’observer au niveau des hémisphères cérébraux, du tronc cérébral et de la moelle épinière. Ces tumeurs se développent le plus souvent dans un contexte sporadique.
Certains cas sont associés au syndrome de neurofibromatose de type 1 (NF1). Ainsi, 15% des patients souffrant de NF1 vont développer un astrocytome pilocytique, celui-ci se localisant préférentiellement au niveau des voies optiques (von Deimling A et coll., 1993). A l’imagerie, l’astrocytome pilocytique est une tumeur bien délimitée, souvent kystique, s’accompagnant d’une prise de contraste (Figure 2).
1.3.1.2. Critères anatomo-pathologiques
Les critères histologiques de diagnostic de l’astrocytome pilocytique décrits dans la classification de l’OMS (Louis DN et coll., 2007) sont :
- une tumeur biphasique caractérisée par une composante microkystique alternant avec une composante compacte,
- des cellules tumorales astrocytaires bipolaires,
- des fibres de Rosenthal et des corps granulaires éosinophiles.
De nombreuses atypies cellulaires (anisonucléose, pléomorphisme, multinucléation) sont observées, les mitoses sont peu nombreuses et l’endothélium vasculaire est souvent hyperplasié. Dans certains cas, on observe de la nécrose. Se référant à la Table 2, l’application des critères classiques aboutirait à une gradation III ou IV de la malignité de ces tumeurs, or l’observation clinique démontre qu’elles sont parfaitement indolentes (Bondy ML et coll., 2008 ; CBTRUS 2008). Il faut néanmoins souligner que certains astrocytomes pilocytiques présentent une évolution clinique moins favorable caractérisée par des récidives tumorales, un essaimage leptoméningé (Buschmann U et coll., 2003) et/ou un envahissement focal du parenchyme cérébral, les capacités d’invasion de ces tumeurs étant toutefois moindres que celles des astrocytomes diffus de grade II (Fernandez C et coll., 2003 ; Coakley KJ et coll., 1995). De rares cas de transformation maligne des astrocytomes pilocytiques ont été rapportés dans la littérature. Ils concernent majoritairement des patients ayant préalablement bénéficié d’une radiothérapie (Dirks PB et coll., 1994). Selon la classification de l’OMS, ces tumeurs ne doivent pas être classées en GBM ; le terme d’ « astrocytome pilocytique anaplasique ou malin » est préféré (Louis DN et coll., 2007).
La classification de l’OMS (2007) reconnaît l’astrocytome pilomyxoïde comme variant de l’astrocytome pilocytique. Cet astrocytome présente des caractéristiques anatomo-cliniques spécifiques et est associé à une évolutivité clinique similaire à celle des astrocytomes diffus de grade II (Tihan T et coll., 1999 ; Louis DN et coll., 2007).
1.3.1.3. Facteurs pronostiques
L’astrocytome pilocytique est une tumeur indolente associée à une évolutivité clinique favorable. Les taux de survie des patients à 5 et 10 ans atteignent respectivement 92% et 90,3% (Bondy ML et coll., 2008 ; CBTRUS 2008). Plusieurs cas de régression tumorale spontanée ont été rapportés (Schmandt SM et coll., 2000). Comme décrit ci-dessus, certains astrocytomes pilocytiques récidivent ou disséminent le long des espaces leptoméningés. Les récidives tumorales s’observent le plus souvent endéans les 5 années qui suivent la résection chirurgicale initiale (Fernandez C et coll., 2003). Les facteurs cliniques associés à la récidive tumorale sont : la résection chirurgicale partielle, la localisation hypothalamo-chiasmatique, l’infiltration tumorale et le variant pilomyxoïde (Pencalet P et coll., 1999 ; Fernandez C et coll., 2003 ; Stüer C et coll., 2007). Plusieurs travaux montrent que les tumeurs caractérisées par un indice de prolifération cellulaire >1% ou ≥ à 2% (calculé en terme de MIB-1/Ki-67 labelling index (LI)) récidivent plus vite (Fernandez C et coll., 2003 ; Bowers DC et coll., 2003) ; cet indice représente le pourcentage de cellules tumorales présentes dans les phases G1, S, G2 et M du cycle cellulaire (voir en détail le chapitre 2.2.1.1). Récemment, Takei H et ses collaborateurs ont subdivisé une série d’astrocytomes pilocytiques en se basant sur leur niveau d’expression du récepteur alpha du « Platelet-Derived Growth Factor » (PDGFR-α) et de la protéine basique de la myéline (MBP). Ils montrent que les tumeurs qui surexpriment PDGFR-α récidivent plus rapidement que celles qui surexpriment MBP (Takei H et coll., 2008). Les études basées sur l’expression immunohistochimique de la protéine p53 et de la cycline D1 n’apportent pas d’aide pronostique (Haapasalo H et coll., 1999 ; Machen SK et coll., 1998).
1.3.2. L’astrocytome diffus (Grade II)
1.3.2.1. Incidence, caractéristiques cliniques et neuroradiologiques
Les astrocytomes diffus de grade II représentent 10 à 15% des astrocytomes (Louis DN et coll., 2007). Ces tumeurs s’observent le plus souvent chez l’adulte jeune, 60% étant
préférentiellement au niveau du compartiment supratentoriel (lobes frontaux, pariétaux et temporaux) mais peuvent s’observer dans toutes les régions du SNC (Louis DN et coll., 2007). Comme l’illustre la Figure 2, les astrocytomes de grade II se caractérisent à l’imagerie par des tumeurs mal délimitées et infiltrantes ; ces tumeurs sont homogènes et ne prennent pas le contraste.
1.3.2.2. Critères anatomo-pathologiques
La caractéristique majeure de ces astrocytomes est l’infiltration diffuse du parenchyme cérébral. Les limites de ces tumeurs sont difficiles à définir et aucun plan de clivage n’est observé par le chirurgien. Microscopiquement, l’astrocytome diffus de grade II est constitué d’astrocytes bien différenciés agencés au sein d’une matrice fibrillaire. La cellularité est plus élevée que celle du parenchyme cérébral normal et des atypies cellulaires discrètes sont observées. L’activité mitotique est faible ou absente, l’endothélium des vaisseaux n’est pas hyperplasié et la nécrose est absente (Table 2). Trois variants histologiques sont classiquement décrits : les variants fibrillaire, protoplasmique et gémistocytique. Ils se définissent en fonction du type cellulaire prédominant. Le variant fibrillaire est le plus fréquent ; il se compose de cellules comportant des prolongements cytoplasmiques multipolaires formant une matrice fibrillaire riche. Le variant protoplasmique est rare et moins bien défini. Il se compose de cellules de petite taille, de forme étoilée, comportant des prolongements cytoplasmiques courts et agencées dans une matrice lâche microkystique.
Chez l’enfant, ce variant peut être difficile à différencier de l’astrocytome pilocytique ou pilomyxoïde. Le variant gémistocytique se caractérise par la présence de plus de 20%
d’astrocytes de type gémistocytique. Ce variant est associé à un comportement tumoral plus agressif et à une transformation anaplasique plus rapide (Watanabe K et coll., 1997).
1.3.2.3. Facteurs pronostiques
Les astrocytomes diffus de grade II se caractérisent par des taux de survie à 5 et 10 ans de 38% et 31% respectivement (Bondy ML et coll., 2008 ; CBTRUS 2008). L’agressivité de ces tumeurs est liée à leur comportement infiltrant et à leur capacité à se transformer en astrocytomes anaplasiques et in fine en GBM. L’évolution des astrocytomes de grade II et la rapidité avec laquelle ces tumeurs vont progresser en astrocytomes de haut-grade sont actuellement impossible à évaluer (Louis DN et coll., 2007 ; Broniscer A et coll., 2007).
Plusieurs facteurs cliniques sont associés à une survie plus longue : un âge jeune (≤ 40 ans), un volume tumoral réduit et une résection chirurgicale large (Peraud A et coll., 1998). Le
variant gémistocytique est associé à une progression tumorale plus rapide que les variants fibrillaire et protoplasmique (Peraud A et coll., 1998 ; Watanabe K et coll., 1997). Un indice de prolifération élevé (MIB-1/KI-67 LI > 5%) est associé à une survie plus courte (Jaros E et coll., 1992). L’implication pronostique des mutations du gène TP53 dans les astrocytomes de grade II est controversée (Ständer M et coll., 2004 ; Watanabe K et coll., 1997). La surexpression du récepteur à l’ « Epidermal Growth Factor » (EGFR) et celle du PDGFR-α sont associées à une survie plus courte (Varela M et coll., 2004 ; Andersson U et coll., 2004).
1.3.3. Traitement des astrocytomes pilocytiques (Grade I) et diffus (Grade II).
Le traitement des astrocytomes de grade I et de grade II est chirurgical. Dans 90% à 95% des astrocytomes pilocytiques, le chirurgien peut obtenir une ablation complète de la tumeur et la guérison du patient. Pour ce type de tumeur, un traitement adjuvant par gamma-knife, irradiation ou chimiothérapie n’est qu’exceptionnellement nécessaire. A l’inverse, une exérèse curative d’un astrocytome diffus de grade II n’est jamais obtenue, compte tenu de leur nature infiltrante. L’acte chirurgical reste néanmoins un élément important de la prise en charge de ces patients (Piepmeier JM et coll., 2009). Des travaux récents montrent que les pourcentages de récidive tumorale et de survie des patients porteurs d’un astrocytome de grade II sont positivement corrélés à l’étendue de l’exérèse chirurgicale (Shaw EG et coll., 2008 ; Smith JS et coll., 2008). Après la chirurgie, une attitude attentiste est préférée aux traitements adjuvants et le patient est suivi par imagerie. L’irradiation en post-opératoire immédiat n’est plus considérée comme un traitement de choix pour les patients porteurs d’un astrocytome de grade II, les résultats des études randomisées récentes Européenne (EORTC) et Américaine (RTOG) n’ayant pas montré de bénéfice en terme de survie (van den Bent MJ et coll., 2005 ; Shaw E et coll., 2002). Pour les astrocytomes de grade I et de grade II en progression, la radiothérapie et/ou la chimiothérapie (vincristine (PCV) ou témozolomide) sont utilisées comme traitements adjuvants (Schiff D et coll., 2007 ; Tosoni A et coll., 2008 ; Gururangan S et coll., 2007).
1.4. Les astrocytomes anaplasiques et les glioblastomes
1.4.1. L’astrocytome anaplasique (Grade III)
Les astrocytomes anaplasiques représentent 10% des astrocytomes et 7,6% de l’ensemble des gliomes (Bondy ML et coll., 2008 ; CBTRUS 2008). L’âge moyen de diagnostic est de 45 ans (Louis DN et coll., 2007). Les localisations tumorales correspondent à celles des astrocytomes diffus de grade II touchant préférentiellement les hémisphères cérébraux. Similairement aux astrocytomes diffus de grade II, ces tumeurs se caractérisent par une infiltration diffuse du parenchyme cérébral (Figure 3). Elles s’en différencient par une cellularité augmentée, des atypies cytologiques majorées et une activité mitotique élevée, l’indice de prolifération (MIB- 1/KI-67 LI) atteignant 5 à 10% (Raghavan R et coll., 1990). Les vaisseaux de ces tumeurs peuvent être caractérisés par une hyperplasie endothéliale mais la nécrose est toujours absente (Louis DN et coll., 2007 ; Table 2 ; Figure 3).
Les astrocytomes anaplasiques représentent un stade intermédiaire de progression vers le GBM. Ces tumeurs se caractérisent par un taux de survie à 5 ans de 29% (Bondy ML et coll., 2008 ; CBTRUS 2008). La durée moyenne de progression en GBM est de 2 ans (Ohgaki H et coll., 2004). L’amplification du gène EGFR est rarement observée dans les astrocytomes anaplasiques (<10% cas), mais sa présence est associée à une survie plus courte des patients (Järvelä S et coll., 2006 ; Louis DN et coll., 2007).
1.4.2. Le glioblastome (Grade IV)
Le GBM représente 69% des astrocytomes et 52% des gliomes (Bondy ML et coll., 2008 ; CBTRUS 2008). Il se rencontre le plus souvent chez l’adulte et se localise préférentiellement au niveau des hémisphères cérébraux. Son pic d’incidence varie de 45 à 75 ans. Dix pourcents des GBM se développent à partir d’un astrocytome diffus de grade II qui se transforme. Il s’agit des GBM secondaires en opposition aux GBM primaires ou « de novo ». Ces derniers, qui représentent la majorité des GBM, se manifestent chez des patients plus âgés (Ohgaki H et Kleihues P, 2007). Les anomalies génétiques qui caractérisent la tumorigenèse des GBM primaires et secondaires sont différentes comme l’illustre la Figure 4 (voir chapitre 1.5).
Morphologiquement, les GBM primaires et secondaires sont identiques. Ce sont des tumeurs invasives, mal délimitées à l’imagerie, caractérisées par un centre nécrotique et une prise de contraste en cocarde (Figure 3). Microscopiquement, ces tumeurs sont hétérogènes, richement cellularisées et composées d’astrocytes pléomorphes peu différenciés. Les atypies cellulaires
sont marquées et les mitoses sont nombreuses. Ces tumeurs se caractérisent toujours par une hyperplasie endothéliale de type pseudoglomérulaire et la présence de foyers de nécrose (Louis DN et coll., 2007 ; Table 2 ; Figure 3). L’activité proliférative des GBM est marquée, caractérisée par un MIB1/ KI67 LI de 15 à 20% (Burger PC et coll., 1986 ; Johannessen AL et coll., 2006).
La survie moyenne des patients porteurs d’un GBM est faible avec un taux de survie à 5 ans estimé à 3,4% (Bondy ML et coll., 2008 ; CBTRUS 2008). L’âge constitue le facteur pronostic le plus significatif, une survie plus longue étant observée chez les patients de moins de 50 ans (Ohgaki H et coll., 2004). L’indice de prolifération déterminée par le MIB1/ KI67 LI n’est pas considéré comme un marqueur pronostic indépendant chez les patients porteurs d’un GBM (Moskowitz SI et coll., 2006).
1.4.3. Traitement des astrocytomes anaplasiques et des glioblastomes
La prise en charge clinique des astrocytomes anaplasiques et des GBM consiste en une résection chirurgicale large suivie d’un traitement adjuvant par radiothérapie et/ou chimiothérapie. Le traitement adjuvant de première ligne administré aux patients porteurs d’un GBM consiste en une radiothérapie et une chimiothérapie concomitante à base de témozolomide (protocole EORTC 26981/NCIC Stupp R et coll., 2005). La radiothérapie doit débuter dans un délai maximum de 5 semaines après la chirurgie. Ce protocole clinique a permis d’améliorer la survie moyenne des patients de 2,5 mois en comparaison au protocole précédent consistant en une exérèse chirurgicale suivie d’une radiothérapie seule (12,1 versus 14,6 mois) (Stupp R et coll., 2005 ; Stupp R et coll., 2009).
Face à ces progrès modestes, le pronostic des patients porteurs d’un GBM reste sombre et un besoin urgent de développement de nouvelles stratégies thérapeutiques persiste. Ce besoin est à l’origine des nombreuses études fondamentales et cliniques portant sur le développement des thérapies ciblées (Sathornsumetee S et coll., 2007 ; Huang TT et coll., 2009). Cette approche, qui constitue une thérapeutique personnalisée, est intimement associée à une caractérisation anatomo-pathologique et moléculaire précise de ces tumeurs. Cette caractérisation dépasse l’évaluation classique des critères diagnostiques et pronostiques et s’étend à l’évaluation théranostique, c’est-à-dire la mise en évidence de cibles potentiellement atteignables par les thérapies ciblées. Au cours des dernières décennies, de nombreux travaux ont permis de mieux appréhender les principales voies de signalisation affectées dans les
astrocytomes diffus (voir chapitre 1.5). Parmi ces voies, la surexpression ou la mutation des récepteurs à activité tyrosine kinase (RTK), dont le récepteur EGFR, a été identifiée comme un mécanisme essentiel résultant en une stimulation des processus de prolifération et de survie cellulaire dans les GBM (Sathornsumetee S et coll., 2007). Ces données ont conduit au développement de thérapies ciblées anti-EGFR, dont les inhibiteurs Gefitinib (Iressa®, ZD1839; AstraZeneca, Wilmington) et Erlotinib (Tarceva®, OSI-774 ; Genentech, San Francisco) ciblant spécifiquement l’activité tyrosine kinase du récepteur EGFR. Malgré les résultats encourageants des études précliniques démontrant des effets anti-prolifératifs in vitro (Guillamo JS et coll., 2009), les essais cliniques réalisés chez des patients porteurs de GBM n’ont, à ce jour, pas montré de bénéfice en terme de survie en comparaison aux traitements classiques (Rich JN et coll., 2004 ; Sathornsumetee S et coll., 2007 ; Voelzke WR et coll., 2008). Plusieurs travaux rapportent que l’acquisition de la résistance aux thérapies ciblées anti-EGFR pourrait être liée à l’amplification des voies de signalisation associées à l’activation du récepteur de type I des « Insulin-like Growth Factors » (IGF-IR) (Chakravarti A et coll., 2002 ; Steinbach JP et coll., 2004). Ces résultats précliniques suggèrent que l’inhibition simultanée de ces deux voies de signalisation pourrait représenter une stratégie intéressante pour le traitement futur des patients porteurs d’un GBM. A notre connaissance, cette approche n’a pas encore été évaluée en clinique.
D’autres essais cliniques, associant la radiothérapie et/ou la chimiothérapie à différentes thérapies ciblées, sont actuellement en cours d’investigation. Ces thérapies visent à bloquer des effecteurs des voies de signalisation intracellulaire (dont les protéines RAS, RAF, AKT et mTOR) et des récepteurs membranaires (dont les intégrines) impliquées dans les processus de migration des cellules astrocytaires tumorales (voir chapitre 2.1) (Sathornsumetee S et coll., 2007).
1.5. Profils génomiques décrits dans la classification de l’OMS
Les anomalies génétiques, successivement acquises par les cellules astrocytaires tumorales au cours de leur tumorigenèse, contribuent à favoriser la progression et la transformation de ces tumeurs. Nous sommes conscients que la majorité des études publiées portent sur les GBM, qui, il ne faut pas l’oublier, représentent le stade ultime de dédifférenciation des astrocytomes diffus. A l’inverse, peu d’études se sont focalisées sur les astrocytomes pilocytiques. Comme l’illustre ce chapitre (qui se limite majoritairement aux profils génomiques décrits dans la classification de l’OMS), il est étonnant de constater que les anomalies classiquement décrites
dans les livres de références, touchent majoritairement les voies de signalisation associées aux processus de prolifération et d’apoptose, et peu aux processus de migration cellulaire.
1.5.1. Profils génomiques associés aux astrocytomes pilocytiques (Grade I)
La biologie des astrocytomes pilocytiques est peu connue en comparaison de celle des astrocytomes diffus. Les profils cytogénétiques analysés par les équipes de Sanoudou D et Jones DT montrent que 75% des astrocytomes pilocytiques ont un caryotype normal, les autres se caractérisant majoritairement par des gains de chromosomes, dont des trisomies 5 et 7 (Sanoudou D et coll., 2000 ; Jones DT et coll., 2006 ; Louis DN et coll. 2007). Les anomalies génomiques classiquement décrites dans la tumorigenèse des astrocytomes diffus ne sont pas rapportées dans celle des astrocytomes pilocytiques, à l’exception de quelques cas isolés rapportés (Cheng Y et coll., 2000 ; Tada K et coll., 2003). Les astrocytomes pilocytiques sporadiques sont génétiquement différents des astrocytomes pilocytiques associés au syndrome NF1, ces derniers se caractérisant par une délétion ou une mutation du gène NF1 qui résulte en une activation constitutive de l’effecteur RAS et une stimulation permanente de la voie des « Mitogen Activated Protein Kinase » (MAPK) (Kluwe L et coll., 2001). Récemment, une duplication tandem du locus BRAF (7q34) a été identifiée dans 53 à 93% des astrocytomes pilocytiques (Jones DT et coll., 2008 ; Pfister S et coll., 2008 ; Forshew T et coll., 2009). Ce réarrangement conduit à la formation d’une protéine de fusion BRAF tronquée (KIAA1549-BRAF) dont l’activité kinase est constitutivement active et s’accompagne d’une stimulation de la voie des MAPK en aval de RAS (Jones DT et coll., 2008 ; Pfister S et coll., 2008 ; Forshew T et coll., 2009). La duplication du locus BRAF se retrouve dans 5 à 15% des astrocytomes diffus de grade II et n’est, à ce jour, pas décrite dans les astrocytomes anaplasiques et les GBM (Jones DT et coll., 2008 ; Pfister S et coll., 2008 ; Forshew T et coll., 2009).
1.5.2. Profils génomiques associés aux astrocytomes diffus (Grade II-IV)
Sans vouloir être exhaustif, ce chapitre décrit les principales anomalies génétiques rencontrées dans la tumorigenèse des astrocytomes diffus de grade II à IV (Figures 4 et 5). Bien que morphologiquement similaires, il est intéressant de noter que les GBM primaires et secondaires se distinguent par des anomalies génétiques différentes. Les anomalies du gène EGFR sont caractéristiques des GBM primaires et celles des gènes TP53 et IDH1 sont
caractéristiques des GBM secondaires et des astrocytomes diffus de grade II et III (Ohgaki H et Kleihues P, 2007, Figures 4, 5 et 7).
1.5.2.1. La voie TP53/MDM2/p14ARF Description succincte :
Le gène TP53 (17p13) code pour une protéine impliquée dans le cycle cellulaire, la réponse au dommage de l’ADN et l’apoptose (Bögler O et coll., 1995 ; voir Figures 5, 23 et 24).
Comme il sera détaillé au chapitre 2.2.1.2., p53 est activée en réponse à un dommage de l’ADN et stimule la transcription du gène p21, responsable de l’arrêt du cycle cellulaire au niveau des phases G1 ou G2 (Figures 22 et 23). MDM2 se lie à p53, l’inhibe et favorise sa dégradation (Momand J et coll., 1992). p14ARF se lie à MDM2, inhibe la dégradation de p53 par MDM2 et favorise la dégradation de MDM2 (Kamijo T et coll., 1998).
Anomalies génétiques observées :
- Les mutations du gène TP53 s’observent dans 59% des astrocytomes diffus de grade II, 53%
des astrocytomes anaplasiques et 63% des GBM secondaires. Ces mutations sont significativement moins fréquentes dans les GBM primaires, touchant 28% de ces tumeurs (Ohgaki H et Kleihues P, 2007). 57% des mutations retrouvées dans les GBM secondaires sont localisées au niveau des codons 248 et 273. Les mutations retrouvées dans les GBM primaires touchent l’ensemble du locus, 17% seulement étant localisées au niveau des codons 248 et 273 (Ohgaki H et Kleihues P, 2005).
- L’amplification du gène MDM2 est observée dans moins de 10% des GBM primaires, et touche exclusivement ceux qui ne présentent pas de mutation du gène TP53 (Biernat W et coll., 1997).
- Les anomalies du gène p14ARF se retrouvent dans 76% de l’ensemble des GBM (primaires et secondaires confondus) ; elles résultent soit d’une délétion homozygote du gène p14ARF, soit de la méthylation du promoteur du gène p14ARF. La fréquence de ces anomalies respectives n’est pas corrélée au type de GBM (Nakamura M et coll., 2001). La méthylation du promoteur du gène p14ARF est présente dans un tiers des astrocytomes diffus de grade II et III avant leur progression en GBM (Nakamura M et coll., 2001)
1.5.2.2. La voie p16INK4a/CDK4-6/Rb1 Description succincte :
La protéine Rb1 contrôle la progression des phases G1→S du cycle cellulaire. Rb1 est liée au facteur de transcription E2F et l’inactive. La phosphorylation de Rb1 par les complexes CDK4/6-cycline D libère le facteur E2F qui active la transcription des gènes nécessaires à la transition G1→S du cycle cellulaire. Le gène p16INK4a, code pour une protéine qui se lie à CDK4 ou 6, inhibe la formation des complexes CDK4-6/cycline D et bloque la progression G1→S du cycle cellulaire (Figures 5 et 22).
Anomalies génétiques observées :
- La méthylation du promoteur du gène Rb1 est observée dans 14% des GBM primaires et 43% des GBM secondaires. Cette anomalie n’est pas retrouvée dans les astrocytomes diffus de grade II et de grade III (Nakamura M et coll., 2001).
- L’amplification des gènes CDK4 et CDK6 est observée dans 15% des GBM (primaires et secondaires confondus) qui ne présentent pas de délétion du gène p16INK4a (Nishikawa R et coll., 1995).
- La délétion du gène p16INK4a est observée dans 31% des GBM primaires et 19% des GBM secondaires (Ohgaki H et Kleihues P, 2007).
1.5.2.3. Le gène EGFR Description succincte :
Le gène EGFR code pour un récepteur transmembranaire de type tyrosine kinase. Comme l’illustre la Figure 5, ce récepteur, activé par un de ses ligands (EGF ou TGF-α), stimule la prolifération et la survie cellulaire.
Anomalies génétiques observées :
- L’amplification du gène EGFR est observée dans 36% des GBM primaires et seulement 8%
des GBM secondaires. 70 à 90% des GBM qui montrent une amplification du gène EGFR ont une surexpression du récepteur EGFR (Ohgaki H et coll., 2004).
- Les mutations du gène EGFR peuvent conduire à la formation de récepteurs tronqués. La mutation la plus fréquente est retrouvée dans 20 à 50% des GBM primaires qui possèdent une amplification du gène EGFR. Cette mutation conduit à la formation du variant EGFRvIII, un
récepteur constitutivement actif agissant indépendamment de la présence de ligand pour stimuler la croissance cellulaire (Nagane M et coll., 2001).
1.5.2.4. La voie PI3K/PTEN/AKT Description succincte :
L’activation des récepteurs de type tyrosine kinase (RTK, dont les récepteurs EGFR, PDGFRα et IGF-IR) recrute la phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) au niveau de la membrane cellulaire. PI3K activée convertit le phosphatidylinositol-4,-5-biphosphate (PIP2) en phosphatidylinositol-3,-4,-5-triphosphate (PIP3). PIP3 active ensuite la protéine kinase B (AKT) ce qui in fine stimule la prolifération et la survie cellulaire (Knobbe CB et coll., 2002).
Le gène PTEN (10q23) code pour une tyrosine phosphatase qui déphosphoryle PIP3 et inhibe la voie de signalisation PI3K/AKT (Myers MP et coll., 1997). PTEN joue également un rôle important dans la régulation de la migration cellulaire en déphosphorylant la kinase des adhérences focales (FAK) (voir chapitre 2.1., Figures 12 et 30).
Anomalies génétiques observées :
- La délétion du chromosome 10q (LOH 10q) est l’anomalie génétique la plus fréquente, s’observant dans 63% des GBM secondaires et 70% des GBM primaires. Le locus 10q23-24 (correspondant au gène PTEN) représente un des 3 loci les plus souvent délétés (Ohgaki H et Kleihues P, 2007) ; sa délétion est associée à une survie réduite des patients (Terada K et coll., 2002).
- Les mutations du gène PTEN sont observées dans 25% des GBM primaires et 4% des GBM secondaires. Ces mutations ne sont pas retrouvées dans les astrocytomes diffus de grade II ou de grade III (Duerr EM et coll., 1998).
- La méthylation du promoteur du gène PTEN est observée dans 43% des astrocytomes de grade II, 68% des astrocytomes de grade III et 82% des GBM secondaires. A l’inverse, elle est rare dans les GBM primaires (9%) (Wiencke JK et coll., 2007). La méthylation du promoteur du gène PTEN et les mutations du gène PTEN sont mutuellement exclusives (Wiencke JK et coll., 2007). Une étude réalisée sur des échantillons microdisséqués de GBM montre que la méthylation du promoteur du gène PTEN est hétérogène et corrélée à l’absence d’expression immunohistochimique de la protéine PTEN (Baeza N et coll., 2003).
1.5.2.5. Le gène IDH1 Description succincte :
Le gène IDH1 code pour l’isocitrate déhydrogénase 1, une enzyme impliquée dans le cycle de Krebs, qui catalyse la conversion de l’isocitrate en α-cétoglutarate (Figure 6). Cette enzyme est localisée dans le cytoplasme et les peroxysomes où elle représente la seule source de NADPH. NADPH est un cofacteur impliqué dans la protection cellulaire contre les dommages oxydatifs, intervenant dans la régénération du glutathion oxydé en glutathion réduit par la glutathion transférase (Lee SM et coll., 2002). Par conséquent, IDH1 agirait en protégeant les cellules contre le stress oxydatif et en diminuant leur sensibilité à l’apoptose (Lee SM et coll., 2009).
Anomalies génétiques observées :
- Les mutations du gène IDH1 (identifiées récemment, Parsons DW et coll., 2008) entrainent majoritairement la substitution de l’arginine132 d’IDH1 par une histidine (90%). Ces mutations ont pour conséquence une diminution de l’affinité d’IDH1 pour l’isocitrate et l’inhibition de l’activité enzymatique d’IDH1.
Les mutations du gène IDH1 sont décrites (à ce jour) comme étant spécifiques des gliomes.
Elles s’observent dans 59% à 88% des astrocytomes diffus de grade II, 50% à 78% des astrocytomes anaplasiques et 50% à 88% des GBM secondaires. Elles sont, par contre, rarement observées dans les astrocytomes pilocytiques de grade I (0% à 10%) et dans les GBM primaires (3% à 12%) (Balss J et coll., 2008 ; Bleeker FE et coll., 2009 ; Hartmann C et coll., 2009 ; Sanson M et coll., 2009 ; Watanabe T et coll., 2009 ; Ichimura K et coll., 2009 ; Yan H et coll., 2009). Deux études récentes montrent que la présence de ces mutations est associée à une augmentation de la survie des patients porteurs de gliomes de grade II, III et IV (Sanson M et coll., 2009 ; Nobusawa S et coll., 2009). L’impact de la présence de ces mutations sur la réponse thérapeutique n’a, à ce jour, pas encore été étudié.
1.6. Résumé des anomalies génétiques des astrocytomes, en comparaison aux autres entités de gliomes diffus
Les gliomes diffus regroupent les astrocytomes diffus (voir ci-dessus), les oligodendrogliomes et les oligoastrocytomes (Louis DN et coll., 2007). Ils se caractérisent tous par un comportement infiltrant des cellules tumorales et une tendance à se transformer en tumeurs anaplasiques (Gupta M et coll., 2005). Ces tumeurs sont associées à des pronostics
cliniques différents en termes de survie et de réponse thérapeutique (voir ci-dessous, Louis DN et coll., 2007). Par conséquent, il est impératif de les différencier au cours de l’analyse anatomo-pathologique. Cette approche nécessite de distinguer les cellules tumorales exhibant un phénotype astrocytaire, des cellules tumorales exhibant un phénotype oligodendroglial ; un diagnostic parfois difficile à réaliser sur le plan histologique (Gupta M et coll., 2005). Comme l’illustre la Figure 7, qui résume les anomalies génétiques principales observées dans les différentes entités de gliomes (à l’exception des épendymomes), les gliomes diffus ne partagent pas globalement les mêmes anomalies génétiques, bien que certaines (dont les mutations du gène IDH1) soient communes à la majorité de ces tumeurs (à l’exception des GBM primaires). Malgré ces différences, il n’existe pas, actuellement, d’outil spécifique utilisable en pratique journalière anatomo-pathologique (marqueur immunohistochimique), permettant une distinction fiable entre les phénotypes astrocytaire et oligodendroglial. Cette problématique sera soulevée dans la troisième partie de ce travail de thèse, au cours de laquelle nous proposerons une nouvelle caractérisation immunohistochimique des différentes entités de gliomes diffus.
1.6.1. Description succincte des oligodendrogliomes
Les oligodendrogliomes représentent 5-6% de l’ensemble des gliomes (Louis DN et coll., 2007 ; CBTRUS 2008). Ces tumeurs se localisent préférentiellement au niveau des hémisphères cérébraux, avec une prédominance pour le lobe frontal (50-65%). A l’imagerie, ces tumeurs sont mal délimitées et infiltrantes (Figure 8). Microscopiquement, les oligodendrogliomes sont constitués de cellules monomorphes caractérisées par des prolongements cytoplasmiques courts et des noyaux ronds uniformes bordés d’un halo périnucléaire. Les cellules tumorales sont agencées au sein d’un réseau vasculaire dense et branché (Figure 8). Des atypies cellulaires sont observées et des mitoses sont présentes. La transformation anaplasique de ces tumeurs (grade III) se caractérise par : une activité mitotique marquée, une hyperplasie endothéliale des vaisseaux et la présence de foyers de nécrose (Louis DN et coll., 2007). Certains oligodendrogliomes contiennent également des cellules tumorales de petite taille (microgémistocytes), dont les profils morphologique et immunohistochimique sont similaires à ceux des gémistocytes associés aux astrocytomes diffus (voir chapitre 1.3.2.). Par ailleurs, des astrocytes réactionnels sont souvent présents au sein de ces tumeurs, ce qui peut accroître la difficulté diagnostique.
L’anomalie génétique classiquement retrouvée dans les oligodendrogliomes est la délétion du bras court du chromosome 1 associée à celle du bras long du chromosome 19 (co-délétion 1p/19q) (Figure 7). Cette anomalie génétique caractérise 60-80% des oligodendrogliomes (grade II et III). A l’inverse, elle n’est observée que dans 8-14% des astrocytomes diffus de grade II et 2-3% des GBM (Fontaine D et coll., 2008 ; Ichimura K et coll., 2009). Les mutations du gène TP53 ne sont observées que dans 10-30% des oligodendrogliomes (Ueki K et coll., 2002 ; Watanabe T et coll., 2009). Par contre, les mutations du gène IDH1 sont fréquentes dans les oligodendrogliomes, atteignant 79% de ces tumeurs (Watanabe T et coll., 2009 ; Figure 7).
Les oligodendrogliomes se caractérisent par un taux de survie à 10 ans de 54% pour les tumeurs de grade II et de 34% pour les tumeurs de grade III (CBTRUS 2008). Les facteurs cliniques associés à une meilleure survie sont : l’âge jeune, la localisation frontale et la résection chirurgicale large (Louis DN et coll., 2007). Plusieurs études montrent que la présence d’une co-délétion 1p/19q est associée à une survie plus longue et à une meilleure sensibilité aux agents thérapeutiques (Cairncross G et coll., 1998 ; Cairncross G et coll., 2006).
1.6.2. Description succincte des oligoastrocytomes
Les oligoastrocytomes représentent 1,8% de l’ensemble des gliomes et 5 à 10% des gliomes diffus (Gupta M et coll., 2005 ; Louis DN et coll., 2007). Ces tumeurs se caractérisent par un profil mixte associant des cellules tumorales au phénotype astrocytaire et des cellules tumorales au phénotype oligodendroglial (Figure 8). Le pourcentage minimal de chacune des deux composantes tumorales, nécessaire pour établir un diagnostic d’oligoastrocytome, n’est pas clairement établi dans la classification de l’OMS, compte tenu de la difficulté à estimer morphologiquement leur étendue respective. Cette difficulté est responsable d’une subjectivité diagnostique importante dans la prise en charge anatomo-pathologique de ces tumeurs et d’une faible reproductibilité inter observateur (Gupta M et coll., 2005 ; Louis DN et coll., 2007). Comme décrit ci-dessus, l’absence d’outil diagnostique fiable complique le diagnostic anatomo-pathologique.
Les anomalies génétiques retrouvées dans les oligoastrocytomes sont : des mutations du gène IDH1 (74% à 94%), des mutations du gène TP53 (28% à 58%) et une co-délétion 1p/19q (24% à 58%) (Mueller W et coll., 2002 ; Watanabe T et coll., 2009 ; Hartmann C et coll.,
