Common carcinogenesis of cancers
Carcinogenèse commune des cancers
Résumé
Background: Carcinogenesis is the result of the accumulation of constitutional and acquired mutations. Constitutional genetics with high penetrance could be sufficient for carcinogenesis like BRCA mutations. Also, well-known external factors such as smoking are probably sufficient to explain carcinogenesis. However, this only explains about 20% of cancers. Most cancers are the result of a multifactorial combination of constitutional mutations of low to moderate penetrance and acquired mutations induced by external factors of lesser impact. Family segregation studies, and more recently Genome Wide Association Studies (GWAS), generally identify polymorphisms with unknown functional value, and require a lot of resources. In this work I chose to use an innovative individual approach that we have already proved in our laboratory. We have identified a constitutional mutation in the MET gene of unknown functional significance in a young woman with breast cancer, myeloproliferative syndrome and rheumatoid arthritis without a known genetic predisposition syndrome. This mutation allowed us to establish a link between cancer and inflammatory disease in a transgenic mouse model. Methods: By searching the tumor library of the Hôpital Saint-Louis, I identified seven patients with concomitant breast and thyroid cancer without known Cowden-type predisposition syndrome or obvious environmental risk factors. A laser microdissection of the tumor cells was performed for each of the cancer samples followed by a high-throughput genomic analysis using OncoScanTM technology adapted to formalin-fixed samples. In parallel, an NGS analysis was performed on the frozen samples. The aim was to search for common genetic events such as mutation, loss of heterozygosity (LOH) or gene copy number variation. Results: 1) OncoScaneTM analysis first identified two regions of the X chromosome that were predominantly lost in five of the seven patients. The probability that the same region is lost sporadically in several patients is low, and suggests that it is a constitutional event probably involved in carcinogenesis. 2) In one patient among the 7 with an intriguing history of multiple cancers without obvious risk factors, using OncoScanTM and NGS analysis of tumors and constitutional samples, I identified a constitutional mutation of unknown functional value in the PRAME gene. This gene encodes a cancer-associated antigen which is gaining progressively a wide interest as a diagnostic and therapeutic tool for different types of cancer. Conclusions: With the individual approach, we managed to identify constitutional events of low or medium penetrance and potentially involved in carcinogenesis. This approach is possible but it becomes so difficult because of the heterogeneity, and the multiple genes and factors involved. Usual biologic experiences are facing their limits. This raises the question of using mathematical models and artificial intelligence to overcome tumor heterogeneity?
Contexte : La carcinogenèse est le résultat de l’accumulation de mutations constitutionnelles et acquises. La génétique constitutionnelle à forte pénétrance pourrait suffire à la cancérogenèse comme les mutations de BRCA. Également, des facteurs externes bien connus comme le tabac est probablement suffisant pour expliquer la carcinogenèse. Or, ceci n’explique que environ 20 % des cancers. La plupart des cancers sont le résultat d'une association multifactorielle de mutations constitutionnelles de pénétrance faible à modérée et de mutations acquises induites par des facteurs externes de moindre impact. Les études de ségrégation familiale, et plus récemment les études sur de larges populations (Genome Wide Association Studies, GWAS) identifient généralement des polymorphismes dont la valeur fonctionnelle reste souvent inconnue et nécessitent beaucoup de ressources. Dans ce travaille j’ai choisi d’utiliser une approche individuelle innovante que nous avons déjà fait la preuve de concept dans notre laboratoire. Nous avons identifié une mutation constitutionnelle dans le gène MET dont la signification fonctionnelle est inconnue chez une jeune femme atteinte d'un cancer du sein, d'un syndrome myéloprolifératif et d'une polyarthrite rhumatoïde sans syndrome génétique de prédisposition connu. Cette mutation nous a permis d’établir un lien entre cancer et maladie inflammatoire dans un modèle de souris transgénique. Méthodes : en interrogeant la tumorothèque de l’Hôpital Saint-Louis, j’ai identifié sept patientes avec un cancer concomitant du sein et de la thyroïde sans syndrome de prédisposition connu de type Cowden, ni facteur de risque environnemental évident. Une microdissection laser des cellules tumorales a été réalisée pour chacun des prélèvements des cancers puis une analyse génomique à haut débit de type OncoScanTM qui adaptée aux prélèvements fixés en formol. En parallèle, une analyse de type NGS a été faite sur les échantillons congelés. Le but était la recherche des événements génétiques communs de type mutation, perte d’hétérozygotie (LOH) ou variation de nombre de copies des gènes. Résultats : 1) L’analyse OncoScaneTM a permis d’abord d’identifier deux régions du chromosome X qui ont subi essentiellement des pertes de matériel chez cinq patientes parmi les sept. La probabilité qu’une même région soit le siège d’une perte ou gain de matériel sporadique chez plusieurs patientes est faible, et laisse supposer qu’il s’agit probablement d’un évènement constitutionnel impliquées dans la carcinogénèse. 2) Chez une patiente parmi le 7 avec une histoire intriguant de multiple cancers sans facteur de risque évident, j’ai identifié après une analyse par OncoScanTM et NGS des prélèvements tumoraux et constitutionnel une mutation constitutionnelle d’une valeur fonctionnelle inconnue du gène PRAME. Ce gène code pour un antigène associé au cancer qui gagne d’avantage d’intérêt comme un outil diagnostique et thérapeutique pour différentes types de cancer. Conclusions : avec l’approche individuelle, nous avons réussi à identifier des évènements constitutionnels de faible ou moyen pénétrance et potentiellement impliquée dans la carcinogenèse. Cette approche est possible mais c’est de plus en plus compliqué à cause de l’hétérogénéité et la poly génie impliquée. Les méthodes biologiques classiques arrivent à leurs limites d’où la question d’utiliser la modélisation mathématique et l’intelligence artificielle.
Origine : Version validée par le jury (STAR)