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Home All issues Volume 34 / No 5 (Mai 2018) Med Sci (Paris), 34 5 (2018) 407-416 Full HTML
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Issue
Med Sci (Paris)
Volume 34, Number 5, Mai 2018
Page(s) 407 - 416
Section M/S Revues
DOI https://doi.org/10.1051/medsci/20183405013
Published online 13 June 2018

© 2018 médecine/sciences – Inserm

La mise en place du lignage mélanocytaire

Les mélanocytes cutanés (dits « classiques ») sont des cellules dendritiques qui sont responsables, par leur capacité de synthétiser la mélanine, de la pigmentation de la peau, des poils, et des cheveux. À côté des mélanocytes classiques, des mélanocytes appelés « non classiques », ont été découverts [1]. Ces cellules sont retrouvées, entre autres, dans l’œil, au niveau de la rétine, de la choroïde et de l’iris, dans l’oreille, au niveau de la cochlée, dans le cerveau, au niveau des enveloppes méningées et du bulbe olfactif, et dans le cœur, au niveau des valves cardiaques [1–4]. Les fonctions de ces mélanocytes restent mal définies, mais leur absence a été associée à des déficits sensoriels (vision, olfaction et audition) ainsi qu’à des dysfonctions cardiaques. Les mélanocytes sont principalement dérivés de la crête neurale. Ils se délaminent à partir du toit du tube neural. Les mélanocytes de l’épithélium pigmentaire de la rétine dérivent, eux, de l’ectoderme céphalique. Chez les mammifères, les mélanocytes cutanés sont localisés principalement dans l’épiderme, au niveau de la couche basale et des follicules pileux. Quelques-uns sont situés dans le derme (Figure 1). Ces cellules ont pour fonction de synthétiser la mélanine, qui protège les cellules de la peau des stress causés par l’environnement, dont les ultra-violets. La mélanine, produite dans des organelles spécialisées des mélanocytes, les mélanosomes, est transférée dans les kératinocytes environnants, permettant ainsi la pigmentation de la peau, des poils et des phanères.

thumbnail Figure 1.

Classification histologique et événements cellulaires et moléculaires. Les niveaux de Clark et indice de Breslow sont indiqués en abscisse et ordonnées du schéma. Ces éléments de classification prennent en compte le développement de la tumeur ainsi que sa profondeur dans le tissu dermique. Les événements cellulaires notables sont indiqués. Certains événements moléculaires comme les mutations du gène BRAF, la perte d’expression de p16 ou PTEN sont indiqués. Il est à noter que l’organisation temporelle de ces événements moléculaires n’est pas rigide et l’ordre de ces événements n’est pas fixé.

Des dysfonctionnements de la mise en place des mélanocytes au cours du développement embryonnaire, ou de leur fonction, sont responsables d’hypo- ou d’hyper-pigmentations locales ou générales. Ainsi, la perte de fonction de gènes impliqués dans l’établissement ou le maintien du lignage mélanocytaire s’accompagne d’une diminution ou d’une absence de pigmentation de la peau, des yeux et des poils. Le piébaldisme1, le syndrome de Tietz2 et les syndromes de Waardenburg3, sont trois pathologies héréditaires caractérisées par des absences de pigmentation locales congénitales [5–7]. Une dépigmentation est également observée dans le vitiligo4 ou la canitie5. Dans le vitiligo, les mélanocytes interfolliculaires et, éventuellement ceux des poils, sont absents. Dans la canitie, les cellules souches mélanocytaires et les mélanocytes des follicules pileux disparaissent [8]. Le gain de fonction de gènes impliqués dans la prolifération des mélanocytes lors du développement embryonnaire ou après la naissance, peut également conduire à la formation de nævi (ou grains de beauté) congénitaux qui peuvent être limités ou géants [9].

Mélanome cutané, aspects cliniques

Le mélanome cutané, résultat de la transformation tumorale des mélanocytes, ne représente que 10 % des cancers cutanés. Il est cependant responsable d’environ 80 % de la mortalité associée aux cancers de la peau. L’incidence des mélanomes n’a cessé d’augmenter au cours des quatre dernières décennies. Elle atteint aujourd’hui un taux de mortalité globale d’environ 20 %. Les dernières statistiques mondiales, publiées en 2012, révèlent que les cas de mélanomes représentent désormais environ 1,6 % de l’ensemble des cancers dépistés annuellement [10]. Le phototype6 et la localisation géographique sont deux critères importants dans l’épidémiologie du mélanome cutané : l’incidence maximale de mélanome est retrouvée en Australie/Nouvelle-Zélande, suivie par les États-Unis et l’Europe du nord, touchant des populations de type caucasien présentant des phototypes I et II.

L’initiation du développement du mélanome cutané est associée à des facteurs génétiques, épigénétiques et environnementaux. Les facteurs génétiques incluent des mutations touchant le gène MC1R (melanocortin 1 receptor), qui détermine la couleur de la peau et pouvant être associé à une peau claire (phototypes d’indice faible), ou des mutations du gène CDKN2A (cyclin- dependent kinase inhibitor 2A) codant INK4a (ou p16), à l’origine possible d’un très grand nombre de grains de beauté. Le facteur environnemental le plus connu est bien évidemment l’exposition inconsidérée au soleil. Les études épidémiologiques ont également révélé un rôle possible des métaux lourds et des pesticides.

La plupart des mélanomes naissent à partir d’un mélanocyte « normal », et non d’un grain de beauté, qui génère un grain de beauté atypique évolutif. Le premier diagnostic repose sur l’aspect clinique de la lésion qui est évalué selon l’abécédaire suivant : (A) asymétrie ; (B) bords irréguliers ; (C) couleur, souvent hétérogène ; (D) diamètre, supérieur à 5 mm ; et (E) évolution, le plus souvent prenant en compte les modifications des quatre critères précédents en fonction du temps. L’exérèse chirurgicale de la lésion suspecte reste l’acte clinique le plus efficace contre l’évolution du mélanome primitif. L’analyse histopathologique de la lésion permet de poser le diagnostic des patients.

Classes anatomiques et histologiques

Les mélanomes peuvent être classés en cinq niveaux selon la classification proposée par Clark et al. qui est un indicateur du stade d’avancement [11]. L’étape d’initiation conduit à la prolifération et à l’agrégation de mélanocytes pour former un nævus bénin ou atypique. Ces mélanocytes peuvent entrer en sénescence pendant un temps plus ou moins long. Cependant, l’acquisition d’un mécanisme de contournement de la sénescence par les mélanocytes leur permet de reprendre leur prolifération. La tumeur s’étend alors horizontalement dans le plan de l’épiderme (phase de croissance radiale ou RGP). Elle s’étend ensuite perpendiculairement au plan de l’épiderme ; c’est la phase de croissance verticale (ou VGP) au cours de laquelle les mélanocytes envahissent le derme. En acquérant différentes caractéristiques, dont la capacité d’invasion, la perte d’adhérence et la résistance à l’anoïkis7, les mélanocytes peuvent disséminer vers des sites secondaires et former ainsi des métastases. La classification de Clark est remise en question par les pathologistes. L’indice de Breslow est une classification anatomique considérée comme un facteur pronostique majeur du mélanome. Il correspond à l’épaisseur maximale de la tumeur exprimée en millimètres. Une relation quasi linéaire existe entre la profondeur de la tumeur et le taux de survie des patients [12].

Lorsque le diagnostic est posé, la classification TNM (préconisée par l’AJCC - American joint committee on cancer) est utilisée afin d’en établir le stade parmi les cinq existants (de 0 à IV) [13]. L’épaisseur de la tumeur (T), associée ou non à une ulcération, sera déterminée sur une biopsie. Le nombre de cellules tumorales et la présence de métastases dans les ganglions lymphatiques drainants seront également évalués, et conduiront à une gradation (N). Enfin, la présence de métastases, leur taille, leur localisation et leur nombre permettront leur classification (M). Le stade 0 sera ainsi un stade d’excellent pronostic tandis que le stade IV reste incurable à ce jour.

Classes moléculaires

Le consortium collaboratif américain The cancer genome atlas (TCGA) qui rassemble les efforts du National cancer institute et du National human genome research institute a proposé une classification des mélanomes cutanés selon quatre classes moléculaires [14]. Les trois premières regroupent des altérations des oncogènes BRAF et NRAS et du suppresseur de tumeur NF1 (neurofibromin), qui sont fréquentes dans le mélanome (Figure 2). Elles sont à l’origine d’une activation constitutive de la voie des MAPK (mitogen-activated protein kinases) qui participe à la prolifération cellulaire. La quatrième classe correspond à des cas ne faisant pas partie des trois premières classes.

thumbnail Figure 2.

Résumé des principales voies de signalisation d’intérêt thérapeutique dans le mélanome. Les principales molécules et voies de signalisation impliquées dans l’initiation et la progression du mélanome sont présentées dans ce schéma. Les molécules d’intérêt thérapeutique sont représentées. Elles peuvent déjà faire partie de l’arsenal thérapeutique ou en être à différents stades d’essai clinique (source : www.clinicaltrials.gov). Ce schéma n’est pas exhaustif.

Les mélanomes « BRAF »

Le gène BRAF est muté dans 50 % des mélanomes. La mutation activatrice BRAF V600E est la plus fréquente. Elle se retrouve dans 39 % des mélanomes. La seconde mutation la plus fréquente affectant BRAF est la mutation BRAF V600K. Elle est rencontrée dans environ 15 % des cas. Les mutations BRAF V600R et BRAF K601E sont plus rares.

Les mélanomes « NRAS »

Le gène NRAS est muté dans environ 30 % des mélanomes. La très grande majorité (90 %) de ces mutations activatrices concerne la glutamine en position 61 (Q61). Dans 45 % des cas, cette glutamine est remplacée par une arginine (Q61R), et dans 35 %, par une lysine (Q61K) ; les mutations Q61L (leucine) et Q61H (histidine) sont moins fréquentes. Étonnamment, les mutations touchant la glycine en position 12 (G12R/D/A) sont très rares et ne représentent que 5 %. Des mutations dans les gènes KRAS et HRAS sont également détectées, mais à des taux plus faibles. Elles sont mutuellement exclusives avec les mutations NRAS et BRAF. Il est important de noter que dans les autres types de cancers associés à des mutations RAS, 85 % des mutations concernent le gène KRAS. Quelle est la raison de cette spécificité ? Il est possible d’imaginer un effecteur spécifique de NRAS exprimé dans les cellules de mélanome et ayant une fonction centrale dans l’ontogenèse des mélanocytes.

Les mélanomes « NF1 »

Les altérations délétères de NF1 sont repérées dans environ 15 % des mélanomes. Il a récemment été montré que la réduction de l’expression de NF1 dans des cellules ES (cellules souches embryonnaires) était à l’origine d’une augmentation de l’activité des voies de signalisation impliquant l’AMPc (adénosine monophosphate cyclique) et les MAPK [15].

Les mélanomes « triples négatifs »

Cette classe de mélanomes regroupe des mutants qui induisent différentes voies de signalisation. La voie des MAPK est impliquée avec le récepteur à activité tyrosine kinase (KIT) et les protéines GNAQ (G protein subunit alpha Q) et GNA11, des sous-unités α de protéines G associées aux récepteurs à sept domaines transmembranaires. Ces protéines pourraient activer la voie YAP (Yes-associated protein)/TAZ (transcriptional coactivator with PDZ-binding motif). Les voies PI3K (phosphatidylinositol-3-kinase)/AKT (protéine kinase A) et WNT/β-caténine sont également des voies de signalisation largement décrites pour être activées lors de la mélanomagenèse [16–18]. Des mutations des gènes CDKN2A, CDK4 (cyclin-dependent kinase 4), BAP1 (BRCA1-associated protein 1), TERT (telomerase reverse transcriptase), MC1R et MITF (microphthalmia-associated transcription factor) induisent également une prédisposition. Environ 10 % des patients présentent un historique de mélanome familial, parmi lesquels près de 40 % sont porteurs d’une altération du gène CDKN2A.

Une analyse transcriptomique de grande ampleur réalisée chez l’homme (TCGA, the cancer genome atlas) a révélé trois groupes de mélanomes : « immune », « keratin » (considéré également comme « épithélial » ou « pseudo-épithélial »), et « Mitf-low » [14]. Ces groupes fournissent des indications de pronostic. Ils définissent également différents degrés d’hétérogénéité génétique des tumeurs. Ainsi, l’analyse in silico de ces données révèle que les mélanomes « Mitf-low » présentent généralement un niveau faible de β-caténine, et les mélanomes « keratin », un niveau élevé.

Hétérogénéité tumorale

Le mélanome cutané est le type de cancer le plus hétérogène au niveau génétique et épigénétique, et de l’expression génique. Au niveau génétique, les mélanomes cutanés peuvent accumuler entre 0,1 et 300 mutations somatiques par million de bases [19]. Au niveau épigénétique, les modifications sont très nombreuses et diverses. Elles incluent des méthylations et déméthylations de l’ADN, des modifications post-traductionnelles de certaines histones, un remodelage de la chromatine, et des altérations des niveaux d’expression d’ARN non codants [20]. Enfin, concernant l’expression génique, la modulation du niveau des ARN messagers et des protéines est très plastique au sein de chaque cellule d’une même tumeur. Les cellules possèdent deux signatures extrêmes : « proliférative » et « invasive ». Elles seraient capables de passer d’un état à un autre, et vice-versa [21, 22]. Ce « switch » phénotypique serait contrôlé par les facteurs de transcription MITF, BRN2 et le gène AXL qui code un récepteur tyrosine kinase [23, 24]. La β-caténine contrôle à la fois la transcription de MITF et BRN2. Dans d’autres systèmes cellulaires, la β-caténine serait reliée à l’expression d’AXL. La complexité des fonctions physiologiques et physiopathologiques de la β-caténine a été décrite de manière détaillée dans une revue récente [25].

L’hétérogénéité phénotypique se révèle également à travers la morphologie des cellules : « épithélioïde » et « mésenchymateuse », associée à la présence respective de la E-cadhérine et de la N-cadhérine. Ainsi, le type de cadhérines présent à la surface des cellules serait un indicateur du « switch » phénotypique. Ces deux protéines d’adhérence interagissent avec la β-caténine à la membrane des cellules [25]. L’hétérogénéité phénotypique est également modulée par l’interaction cellule-matrice.

Les cytokines et les facteurs de croissance présents dans le micro-environnement des cellules jouent un rôle important dans l’hétérogénéité phénotypique intra-tumorale. Par exemple, la production de cytokines pro-inflammatoires par des cellules myéloïdes conduit à la suppression de l’expression de MITF par l’activation de c-Jun [26]. Cet antagonisme entre MITF et c-Jun révèle le rôle pro-métastatique que peuvent jouer les neutrophiles infiltrant les tumeurs. Il a en effet été montré que les patients présentant un mélanome primitif infiltré de neutrophiles avaient un risque augmenté de développer des métastases [27]. Inversement, les tumeurs infiltrées par des lymphocytes T sont de meilleur pronostic. Cette observation est le pivot de la recherche clinique en immunothérapie [14].

Approches thérapeutiques

À un stade précoce, le mélanome cutané in situ (non infiltrant) traité chirurgicalement est d’excellent pronostic. Avant 2011, la chimiothérapie conventionnelle reposait sur l’utilisation, en monothérapie ou en thérapie combinée, d’agents cytotoxiques ou cytostatiques tels que la Dacarbazine, le cisplatine, le paclitaxel et la nitroso-urée. Ces approches étaient utilisées malgré leur inefficacité. L’identification des mécanismes moléculaires responsables de l’initiation et de la progression des mélanomes a permis de développer un arsenal thérapeutique innovant.

Les thérapies ciblées

Les thérapies ciblées efficaces du mélanome cutané agissent sur des protéines de la voie des MAPK, reconnaissant soit une forme mutée de BRAF, soit MEK (mitogen-activated protein kinase kinase) (Figure 2).

La modélisation de molécules chimiques de synthèse, fondée sur la structure de la cible (en anglais, structure-based drug-designed), a conduit à la synthèse du Vemurafenib, un inhibiteur spécifique des formes oncogéniques mutées BRAF V600. Les essais cliniques ont montré une réponse globale d’environ 50 % des personnes portant cette mutation avec une survie sans progression de la tumeur de 5,3 mois contre 1,6 mois avec un traitement par la Dacarbazine. Des résultats similaires ont été obtenus avec le Dabrafenib, un autre inhibiteur de BRAF V600. Bien qu’il n’y ait pas eu d’amélioration notable de la survie globale, ces résultats étaient très importants pour montrer que les mélanomes cutanés pouvaient répondre de manière objective à un traitement pharmacologique [28].

Le traitement combiné par le Dabrafenib et le Trametinib, un inhibiteur de MEK, induit une réponse globale de 76 % et une survie globale de 25,1 mois, contre 50 % et 18,7 mois pour la meilleure des monothérapies [29].

Immunothérapies

La découverte de molécules régulatrices du système immunitaire, ces 15 dernières années, a totalement modifié les stratégies thérapeutiques. La première cible identifiée a été la molécule inhibitrice CTLA-4 (cytotoxic T-lymphocyte-associated antigen 4) exprimée par les lymphocytes T cytotoxiques (Figure 3). L’Ipilimumab, un anticorps monoclonal anti-CTLA-4 qui bloque l’interaction de cette molécule avec ses ligands, a montré une efficacité très importante dans la reconstitution de la réponse immune anti-tumorale. Un peu plus de 20 % des patients répondant à l’Ipilimumab survivent plus de trois ans après le début du traitement [30]. Ces résultats extrêmement encourageants doivent cependant être tempérés par le fait que seuls 15 % des patients répondent au traitement, et par l’apparition d’une toxicité chez plus de 25 % des patients, pouvant aller jusqu’au décès. Les anti-PD-1 (programmed death-1), Nivolumab et Pembrolizumab, offrent des taux de réponse d’environ 40 % au-delà d’un an, avec une toxicité de l’ordre de 10 % [31, 32]. La combinaison de l’Ipilimumab et du Nivolumab permet une meilleure réponse globale (60 % versus respectivement 20 % et 40 %, en monothérapie) [33]. Malheureusement, ces thérapies combinées conduisent à une augmentation très nette des effets secondaires chez 53 % des patients contre respectivement 25 % et 10 %, en monothérapie. En dix ans, des progrès majeurs ont été réalisés dans le traitement du mélanome cutané. Cependant, des questions cruciales restent encore sans réponse à ce jour. Ainsi, comment prédire les répondeurs par rapport aux non-répondeurs ? Comment choisir le type de combinaison en fonction du patient ? L’association efficace des cliniciens, des chirurgiens, des pathologistes et des chercheurs fondamentaux devrait nous apporter des réponses à ces questions dans les années à venir.

thumbnail Figure 3.

Mélanome et immunothérapie. Schéma représentant les cellules et les molécules centrales de la réponse immune anti-cancéreuse. A. Au niveau des tissus périphériques, les cellules dendritiques (DC) interagissent avec les cellules tumorales et les phagocytent. B. Activées, les DC rejoignent les ganglions lymphatiques (tissu lymphoïde) où elles présentent les antigènes tumoraux aux lymphocytes T CD4 et CD8. Cette présentation se fait au récepteur T (TcR) exprimé par les lymphocytes dans un contexte CMH (complexe majeur d’histocompatibilité) restreint. Un premier signal d’activation est donné à la suite de l’interaction entre CMH/antigène et TcR. Le second signal d’activation qui suit est dû à l’interaction entre CD28 et B7. Les lymphocytes T CD4 participent à l’activation des lymphocytes T CD8 par des interactions entre CD40 et son ligand CD40L, et par la production de cytokines. C. Au cours de la réponse immune, l’expression de CTLA-4 (cytotoxic T-lymphocyte associated protein 4) par les DC bloque l’activation des lymphocytes T par CD28. Un autre signal d’inhibition repose sur l’interaction entre PD-1 (programmed cell death-1) exprimé par les lymphocytes T et son ligand PD-L1 présent sur les cellules tumorales. C’. L’approche par immunothérapie consiste à utiliser des anticorps monoclonaux bloquants dirigés contre CTLA-4, PD-1 ou PDL-1 et qui auront pour effet de bloquer les signaux inhibiteurs et de favoriser, ou de potentialiser, la réponse immune.

Résistances et mécanismes

La résistance des cellules aux thérapies ciblées et celle aux immunothérapies sont très certainement différentes : la première est principalement d’ordre cellule-autonome ; la deuxième est d’ordre cellule-non-autonome (qui dépend du micro-environnement). Environ 50 % des patients traités en monothérapie par le Dabrafenib ou le Vemurafenib développent une résistance après sept mois [28, 34]. Cette résistance est associée, dans 80 % des cas, à une réactivation de la voie de signalisation MEK/ERK (extracellular signal-regulated kinases) due à des amplifications de RAF, à des mutations de NRAS, ou encore à des pertes d’expression de NF1, qui induisent une forte activité de ERK [35]. Ces résultats désignent ainsi ERK comme une cible de choix pour de nouvelles thérapies en association avec des inhibiteurs de BRAF et MEK. Il est à noter que cette résistance diminue en combinant le Dabrafenib ou le Vemurafenib (inhibiteurs de BRAF) avec le Trametinib (inhibiteur de MEK) et un inhibiteur de la voie IGF1R (insulin-like growth factor 1 receptor)/PI3K [36, 37]. Dans les 20 % des cas restants, la résistance aux thérapies ciblées est associée à une activation illicite des récepteurs des tyrosines kinase (c-MET, IGF1R, EGFR [epidermal growth factor receptor]) et/ou des voies de signalisation PI3K/AKT, WNT/β-caténine, ou YAP/TAZ [38, 39]. Enfin, l’activité du facteur de transcription clé du lignage mélanocytaire, MITF, conduit à une résistance aux inhibiteurs de la voie des MAPK [40].

Les mécanismes de résistance aux immunothérapies semblent plus complexes et sont aujourd’hui peu compris. Environ 30 % des patients ayant répondu à une immunothérapie rechuteront à long terme et développeront une résistance au traitement [28]. Les mécanismes de résistance sont soit cellule non-autonome : ils impliquent une perte de fonction des lymphocytes T associés (par perte d’activité ou perte de la capacité de reconnaissance de la cellule tumorale) ; soit cellule autonome, avec l’échappement des cellules tumorales par l’expression de variants de la cible des anticorps [41]. Dans les deux cas, la résistance à l’immunothérapie peut être primaire, adaptative ou acquise. L’absence de réponse dans le cas des résistances primaires ou adaptatives est plus souvent associée à une absence d’activation de lymphocytes T spécifiques de la tumeur. L’activation de la voie de signalisation PI3K/PTEN (phosphatase and TENsin homolog), qui se produit dans 30 % des mélanomes, serait prédictive de résistances aux immunothérapies et donc de mauvais pronostic [42]. Le développement de la résistance à l’Ipilimumab serait associé à des mutations dans des gènes dont les produits sont impliqués dans la signalisation de l’IFNγ (interféron gamma) via ses récepteurs exprimés par les cellules tumorales [43]. Les cellules échapperaient alors à l’action des lymphocytes T infiltrants. Elles n’exprimeraient plus PD-L1 (programmed death-ligand 1) et seraient donc également résistantes aux traitements par le Nivolumab ou le Pembrolizumab qui ciblent le ligand de cette molécule, PD-1.

Modèles cellulaires et animaux – pertinence

Les modèles cellulaires et animaux sont indispensables pour disséquer les mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués dans la mélanomagenèse et pour évaluer certains traitements (Figure 4).

thumbnail Figure 4.

Stratégie générale pour obtenir des modèles pertinents pour les mélanomes humains. Des tumeurs sont prélevées sur des patients et analysées aux niveaux histologiques et moléculaires (Omics). Ces tumeurs peuvent également être établies en culture et analysées par différentes approches en réponse à des modifications génétiques ou à des traitements. Des souris immunodéficientes sont utilisées afin de recevoir des tumeurs (xénogreffes) issues de patients (PDX) ou des lignées de cellules manipulées. Ces approches permettent d’évaluer les fonctions moléculaires et cellulaires pour prédire la réponse à des traitements in vivo. En parallèle, des modèles de souris génétiquement modifiées sont utilisés afin de mimer au mieux le contexte physiopathologique de l’initiation et de la progression tumorale. Ces modèles permettent d’établir des lignées de cellule murine d’intérêt. Ces lignées peuvent à leur tour être manipulées et réimplantées dans des souris. Cette approche présente l’avantage d’être réalisée dans un contexte syngénique en présence d’un système immunitaire fonctionnel. Ces modèles permettent également de réaliser des analyses cliniques, histologiques, cellulaires et moléculaires qui peuvent être comparées à la situation rencontrée chez l’humain. Dans le contexte du mélanome, un modèle de souris génétiquement modifié peut être un bon modèle pour un type de mélanome. Cette approche permet de s’affranchir du frein expérimental que représente la grande hétérogénéité des mélanomes chez l’homme. GDI : genetically-modified-organism derived isograft.

Les lignées de cellules de mélanomes humains

Les lignées de cellules de mélanomes humains ont été établies au début des années 1980 à partir de tumeurs. La très grande variabilité des mélanomes se retrouve dans la très large panoplie (estimée à 200) de lignées cellulaires qui ont été établies. Ces lignées permettent d’évaluer l’importance de différents acteurs dans les mécanismes moléculaires et cellulaires fondamentaux, leurs caractéristiques oncogéniques in vitro, par des tests d’invasion cellulaire, et in vivo, en mesurant la capacité des cellules de se développer et de métastaser une fois implantées dans des animaux immunodéficients.

Les classifications établies pour typer les mélanomes ont tendance à ne pas être représentatives du comportement des cellules in vivo. Une analyse non-supervisée des signatures d’expression de transcrits (ARNm et microARN) fondée sur la spécificité d’expression du mélanome par rapport à sept autres types de tumeurs a permis d’identifier des signatures moléculaires spécifiques et des réseaux moléculaires communs aux différents modèles cellulaires utilisés, et ainsi d’évaluer l’agressivité des lignées de cellules et des tumeurs des patients ainsi que leurs agressivités relatives [44]. Cette étude a montré clairement que les lignées de cellules cultivées en deux dimensions sur plastique en présence de sérum de veau fœtal et en l’absence de cellules du micro-environnement (dont les cellules immunitaires) ont une certaine pertinence pour comprendre les mécanismes de la mélanomagenèse in vivo. Les conclusions obtenues avec ces modèles de lignées nécessitent cependant d’être appréhendées avec précaution. Les cultures cellulaires en trois dimensions sont réalisables bien que plus complexes. En présence ou en l’absence de cellules hétérologues, elles apportent d’autres informations topologiques en 2D et 3D.

Les xénogreffes dérivées de patients (PDX)

Les tumeurs humaines peuvent être greffées directement dans des souris immunodéficientes, le stroma humain étant remplacé par celui de la souris, pour réaliser des xénogreffes dérivées de patients ou PDX (patient-derived xenograft). Les PDX sont devenues un système de choix pour tester de nouveaux agents thérapeutiques dans les essais précliniques. Cette approche présente cependant deux principales limitations : les tumeurs se développent dans un environnement dépourvu de système immunitaire (l’animal étant immunodéficient) ; et une sélection s’effectue : seules les cellules capables de proliférer dans un contexte murin pourront être évaluées.

Les PDX peuvent être implantées soit en sous-cutané, au niveau du flanc, soit sous la graisse brune, dans la partie dorsale du cou, ou entre le rein et la capsule rénale. Le site de greffe est important : certains sites sont en effet plus favorables à la croissance des PDX. Il est également possible de dissocier les PDX en cellules uniques qui seront injectées soit dans la veine caudale, pour favoriser une croissance dans le poumon, soit dans le ventricule droit, pour faciliter les métastases dans les différents organes.

Les modèles transgéniques

L’importance des modifications géniques retrouvées dans les mélanomes humains peut être évaluée in vivo dans un contexte physiologique chez d’autres mammifères comme la souris, ou chez des vertébrés « inférieurs » comme le poisson-zèbre [50] (→). Des modèles transgéniques permettent d’étudier l’initiation et la progression des mélanomes dans un contexte immunocompétent.

(→) Voir la Synthèsede P. Völkel et al., m/s n° 4, avril 2018, page 345

Les modèles de souris

Les souris ne développent pas spontanément de mélanomes cutanés. Cependant, des souris génétiquement modifiées se sont révélées être d’excellents modèles d’étude [45]. Ainsi, des souris exprimant les formes activées-oncogéniques de BRAF ou NRAS développent des mélanomes. Associées à la perte d’héterozygotie de PTEN ou CDKN2A, l’apparition des mélanomes est plus rapide et la prévalence plus importante. L’activation de la voie des MAPK induit la prolifération, mais entraîne également une sénescence cellulaire. L’inactivation de PTEN ou de CDKN2A, ou l’activation de la β-caténine permet le contournement de sénescence des cellules. Ces modèles de souris transgéniques sont aujourd’hui largement partagés et utilisés dans les laboratoires du monde entier. Ils sont pour la plupart, sur un fond génétique défini, les souris C57BL/6, ce qui permet de réaliser des greffes sur des hôtes de même génotype (syngénique) pour créer des GDI (genetically-modified-organism derived isograft) dans un environnement immunitaire compétent.

Les modèles de poissons zèbres

Un second modèle animal particulièrement utilisé dans le domaine de la recherche sur le développement des mélanocytes et des mélanomes est celui du poisson zèbre (Danio rerio) [50] (→). La manipulation génétique de cet animal est relativement aisée et rapide ; il a ainsi permis de confirmer que la mutation BRAFV600E conduit à la formation de nævi, et que des mutations additionnelles associées à la sénescence sont requises pour initier la formation d’un mélanome [46]. Ce modèle a récemment conduit à l’identification de nouveaux gènes impliqués dans la mélanomagenèse [47] et a montré son utilité pour l’obtention rapide de résultats concernant de nouvelles approches thérapeutiques [46].

(→) Voir la Synthèse de P. Völkel et al., m/s n° 4, avril 2018, page 345

Les lignées de cellules de mélanome de souris

La lignée de cellules de mélanome de souris, B16, obtenue par induction chimique à partir de souris C57BL/6, et les sous-clones qui en ont été dérivés (B16-C3, -F1, et -F10), présentent différentes capacités invasives lorsqu’ils sont injectés à des souris syngéniques. Selon les sous-clones, les cellules peuvent être plus ou moins pigmentées et plus ou moins agressives une fois implantées. Ces lignées de cellules sont très largement utilisées bien que leurs caractéristiques moléculaires soient loin d’être optimales. Des lignées de cellules de mélanome ont été, et seront, établies à partir de différents modèles de mélanome transgéniques. Les lignées de cellules syngéniques issues de souris génétiquement modifiées devraient remplacer les cellules B16 dans les essais précliniques afin de disséquer les mécanismes cellulaires et moléculaires fondamentaux de ce cancer.

Conclusion

L’exérèse chirurgicale du mélanome représente aujourd’hui l’approche thérapeutique précoce la plus efficace face à un cancer en constante progression depuis plus de quarante ans. L’éducation, la médiatisation, le dépistage précoce et, par conséquent, la formation des médecins sont des gages de succès dans la prévention du mélanome.

Le mélanome est devenu un modèle pour la recherche translationnelle sur les immunothérapies et les thérapies ciblées. Les combinaisons d’immunothérapies et/ou de thérapies ciblées ont ainsi permis d’améliorer la réponse globale et la survie des patients. Des traitements séquentiels permettraient d’augmenter leur réponse objective et leur survie. Trouver la séquence d’administration optimale de chaque traitement pour chaque patient reste encore un lointain objectif. Pour autant, une plus grande connaissance fondamentale de l’initiation et la progression des mélanomes cutanés générera sans aucun doute un bénéfice avec, en particulier, la définition de biomarqueurs adaptés pour le traitement de chaque patient.

La thérapie cellulaire adoptive représente également une voie de recherche digne d’intérêt dans le cadre du traitement du mélanome. Cette approche fait appel à la réinfusion de lymphocytes infiltrant les tumeurs, ou à des approches de thérapie cellulaire de type CAR-T (chimeric antigen receptor-T, des lymphocytes T génétiquement modifiés et exprimant un récepteur pour l’antigène spécifique ou chimérique) [48, 49]. Ces approches sont très efficaces dans la lutte contre des cancers hématologiques, leur efficacité restant à démontrer dans le cas de tumeurs solides, et du mélanome cutané en particulier.

L’ensemble de ces approches est le fruit de plus de 50 ans de recherche dans le domaine du cancer, mais également de la chimie organique, l’immunologie, la signalisation cellulaire, la génétique moléculaire des espèces, la signalisation cellulaire, la génomique. Les avancées obtenues dans les domaines de la médecine personnalisée montrent à quel point notre connaissance des mécanismes d’initiation et de progression des tumeurs s’est précisée. Les approches thérapeutiques validées dans la lutte contre le mélanome donnent des résultats très prometteurs et encourageants. La recherche et les essais précliniques de nouvelles approches thérapeutiques nécessitent le raffinement de modèles cellulaires et animaux adaptés et rationnels. Cependant, ces approches, de plus en plus fines et spécifiques, sont également de plus en plus coûteuses. Les enjeux du futur sont non seulement scientifiques et médicaux, mais également économiques.

Liens d’intérêt

Les auteurs déclarent n’avoir aucun lien d’intérêt concernant les données publiées dans cet article.

Remerciements

Ce travail a été financé par la Ligue Contre le Cancer - comité de l’Oise, INCa, Gefluc, ITMO Cancer, ARC et l’ANR Labex CelTisPhyBio (ANR-11-LBX-0038 and ANR-10-IDEX-0001-02 PSL).

1

Le piébaldisme est un trouble congénital rare de la pigmentation cutanée caractérisé par la présence de zones hypopigmentées et dépigmentées.

2

Le syndrome de Tietz est un syndrome autosomique dominant caractérisé par une hypopigmentation et une surdité.

3

Les syndromes de Waardenburg font partie des syndromes de surdité avec anomalies de la pigmentation.

4

Le vitiligo est une maladie acquise, au cours de laquelle des taches blanches apparaissent sur la peau.

5

La canitie est la décoloration des cheveux et des poils qui deviennent grisonnants, puis gris, enfin tout à fait blancs.

6

Les phototypes (de I à IV) définissent la couleur de peau : phototype II (type caucasien), III (type mélangé caucasien) et IV (type méditerranéen).

7

L'anoikis est une mort cellulaire initiée à la suite du détachement d'une cellule de la matrice extracellulaire.

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Liste des figures

thumbnail Figure 1.

Classification histologique et événements cellulaires et moléculaires. Les niveaux de Clark et indice de Breslow sont indiqués en abscisse et ordonnées du schéma. Ces éléments de classification prennent en compte le développement de la tumeur ainsi que sa profondeur dans le tissu dermique. Les événements cellulaires notables sont indiqués. Certains événements moléculaires comme les mutations du gène BRAF, la perte d’expression de p16 ou PTEN sont indiqués. Il est à noter que l’organisation temporelle de ces événements moléculaires n’est pas rigide et l’ordre de ces événements n’est pas fixé.
Dans le texte
thumbnail Figure 2.

Résumé des principales voies de signalisation d’intérêt thérapeutique dans le mélanome. Les principales molécules et voies de signalisation impliquées dans l’initiation et la progression du mélanome sont présentées dans ce schéma. Les molécules d’intérêt thérapeutique sont représentées. Elles peuvent déjà faire partie de l’arsenal thérapeutique ou en être à différents stades d’essai clinique (source : www.clinicaltrials.gov). Ce schéma n’est pas exhaustif.
Dans le texte
thumbnail Figure 3.

Mélanome et immunothérapie. Schéma représentant les cellules et les molécules centrales de la réponse immune anti-cancéreuse. A. Au niveau des tissus périphériques, les cellules dendritiques (DC) interagissent avec les cellules tumorales et les phagocytent. B. Activées, les DC rejoignent les ganglions lymphatiques (tissu lymphoïde) où elles présentent les antigènes tumoraux aux lymphocytes T CD4 et CD8. Cette présentation se fait au récepteur T (TcR) exprimé par les lymphocytes dans un contexte CMH (complexe majeur d’histocompatibilité) restreint. Un premier signal d’activation est donné à la suite de l’interaction entre CMH/antigène et TcR. Le second signal d’activation qui suit est dû à l’interaction entre CD28 et B7. Les lymphocytes T CD4 participent à l’activation des lymphocytes T CD8 par des interactions entre CD40 et son ligand CD40L, et par la production de cytokines. C. Au cours de la réponse immune, l’expression de CTLA-4 (cytotoxic T-lymphocyte associated protein 4) par les DC bloque l’activation des lymphocytes T par CD28. Un autre signal d’inhibition repose sur l’interaction entre PD-1 (programmed cell death-1) exprimé par les lymphocytes T et son ligand PD-L1 présent sur les cellules tumorales. C’. L’approche par immunothérapie consiste à utiliser des anticorps monoclonaux bloquants dirigés contre CTLA-4, PD-1 ou PDL-1 et qui auront pour effet de bloquer les signaux inhibiteurs et de favoriser, ou de potentialiser, la réponse immune.
Dans le texte
thumbnail Figure 4.

Stratégie générale pour obtenir des modèles pertinents pour les mélanomes humains. Des tumeurs sont prélevées sur des patients et analysées aux niveaux histologiques et moléculaires (Omics). Ces tumeurs peuvent également être établies en culture et analysées par différentes approches en réponse à des modifications génétiques ou à des traitements. Des souris immunodéficientes sont utilisées afin de recevoir des tumeurs (xénogreffes) issues de patients (PDX) ou des lignées de cellules manipulées. Ces approches permettent d’évaluer les fonctions moléculaires et cellulaires pour prédire la réponse à des traitements in vivo. En parallèle, des modèles de souris génétiquement modifiées sont utilisés afin de mimer au mieux le contexte physiopathologique de l’initiation et de la progression tumorale. Ces modèles permettent d’établir des lignées de cellule murine d’intérêt. Ces lignées peuvent à leur tour être manipulées et réimplantées dans des souris. Cette approche présente l’avantage d’être réalisée dans un contexte syngénique en présence d’un système immunitaire fonctionnel. Ces modèles permettent également de réaliser des analyses cliniques, histologiques, cellulaires et moléculaires qui peuvent être comparées à la situation rencontrée chez l’humain. Dans le contexte du mélanome, un modèle de souris génétiquement modifié peut être un bon modèle pour un type de mélanome. Cette approche permet de s’affranchir du frein expérimental que représente la grande hétérogénéité des mélanomes chez l’homme. GDI : genetically-modified-organism derived isograft.
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