Pr

1
Journées pédagogique et scientifique AE2BM
Marseille 2006
S. KAMEL Unité de recherche sur les mécanismes
de la résorption osseuse (URMRO) INSERM ERI
12 Faculté de Pharmacie - Amiens
2

• Métastases osseuses complications de nombreux
  cancers
• Tumeurs solides (sein, prostate)
• hémopathies malignes (myélome multiple)
• Tissu osseux site secondaire (ostéophilie)
• Les métastases sont responsables
• Fractures
• Douleurs osseuses
• syndromes de compression nerveuse
• Episodes dhypercalcémie

Morbidité
- Traitements très difficiles et encore rares
Problème majeur de santé publique
3
EPIDEMIOLOGIE DES METASTASES OSSEUSES
Morbidité osseuse (évènements osseux /an)
Incidence dans la maladie avancée
Myélome 95-100 2 Sein 65-75 3,5-3,8 Prost
ate 65-75 3 Thyroïde 60 Poumon
30-40 Rein 20-25 Mélanome 14-45
4
Processus métastatique général
Tumeur primitive
Métastase ganglionnaire
Dissémination lymphatique
Dissémination hématogène
Métastase secondaire à distance
Métastase primaire à distance
(Pantel, Nat. Rev. Cancer,2004)
5
Physiopathologie de létablissement de la
métastase dans le tissu osseux
Organe cible tissu osseux
Organe cible cavités médullaires
Tumeur primitive
Micro-environnement médullaire
circulation
Prolifération Invasion Angiogenèse Intravasation
Extravasation Adhésion Echanges dinformations
biologiques

• Etablissement de la métastase osseuse
• Ostéolytique
• Ostéocondensante
• Mixte

6
Ostéophilie des cellules tumorales de vieux
concepts
Sir Stephen Paget 1889 le père du
 homing  Théorie du  seed and soil  La
graine cellule cancéreuse propriétés
dadressage vers le tissu osseux. Le sol le
micro-environnement osseux terrain fertile à la
croissance tumorale.
7
Facteurs favorisant ladressage spécifique des
cellules tumorales dans le tissu osseux ? (rôle
des chimiokines, des intégrines)
8

• Etudes avec puces à DNA

Vant Veer et al. Nature 2002 signature génique
de lagressivité dune tumeur du sein (gènes
contrôlant le cycle cellulaire, langiogenèse et
linvasion tumorale).
Kang et al. Cancer cell, 2003 Minn et al. JCI,
2005 étude sur la lignée MDA-MB231 Inoculation
intra-cardiaque des Cellules MDA-MB231à la souris
Nude

• Sélection dun clone cellulaire hautement
  métastatique
• Analyse génique Interleukine 11 (IL11) , le
  connective tissue growth factor (CTGF), MMP1,
  ostéopontine, CXCR4
• Acquisition du phénotype métastatique osseux

9
Rôle de CXCR4

• Récepteur de chimiokines exprimé par les
  cellules fortement invasives
• SDF-1 (stromal derived factor) produit en
  quantité importante par les cellules médullaires
• Anticorps anti-CXCR4 diminue linvasion
  métastatique (organes lymphoïdes, poumon) dans
  un modèle de souris
• Expression de CXCR4 stimulée par des facteurs
  présents dans la matrice osseuse

10
Rôle de lintégrine alpha V ß3
Surexpression alpha V beta 3 ostéolyse intense
Pecheur et al. FASEB, 2002
11
Pecheur et al. FASEB, 2002
12
Conséquences thérapeutiques inhibition des
métastases osseuses par des petits peptides
antagonistes de ?vß3 (Harms JF et coll, Clin Exp
Metastasis, 2004)
13
RANK Ligand régule la migration des cellules
cancereuses et a formation de métastases osseuses
RANK Ligand stimule la migration de cellules
cancéreuses exprimant RANK in vitro
Linhibition du RANKL réduit les métastases
tumorales de los
tumeur
OPG
Holstead Jones et al. Nature Vol 440 (692-696)
2006
14
Le calcium - extracellulaire via le récepteur
sensible au calcium (CaR) régule la migration des
cellules cancéreuses
15
Effets de lacide lysophosphatidique (LPA)
Boucharaba et al, JCI 2004 Boucharaba et al, PNAS
2006
16
Le tissu osseux sol fertile pour les cellules
tumorales
Ostéoclastogenèse Ostéoblastogenèse
Facteurs de croissance et cytokines
Cellules tumorales dans los
Modification du remodelage osseux local

• Cercle vicieux dauto-entretien

Ostéoclaste mature
Résorption osseuse
Os
17
CONSÉQUENCES DU DÉVELOPPEMENT DE LA MÉTASTASE
DANS LE TISSU OSSEUX DÉSÉQUILIBRE DU REMODELAGE
OSSEUX
18
Cellules tumorales dans los
Ostéoblastes
Ostéoclaste mature
Os
Résorption osseuse
Formation osseuse
19
RAPPEL SUR LE REMODELAGE OSSEUX PHYSIOLOGIQUE
20
HOMÉOSTASIE CALCIQUE ET TISSU OSSEUX
Apports alimentaires (1000 mg Ca)
Absorption
Formation
Calcémie (2,2-2,6 mM)
squelette
1000 g
intestin
Sécrétion
Résorption
Compartiment extra-cellulaire
Réabsorption
filtration
Fèces
rein
Urine
Rôle du tissu osseux dans les échanges calciques
vers et à partir des liquides extra-cellulaires
21
LES DIFFÉRENTES SÉQUENCES DU REMODELAGE OSSEUX
ostéoclastes
Cellules bordantes
ACTIVATION
Matrice osseuse
Matrice osseuse
QUIESCENCE
RESORPTION
Ostéoclastes actifs
Os calcifié nouveau
Ostéoblastes
Os calcifié ancien
Durée 12 jours
Durée 3 mois
INVERSION
?
FORMATION
.
.
.
.
Remodelage osseux dépend du nombre de cellules
osseuses (Oc et Ob) activées Léquilibre du
Remodelage osseux assure l intégrité de la masse
osseuse
22
Résorption osseuse et ostéoclaste
monocyte
macrophage
ostéoblaste
M-CSF
Interactions cellule-cellule
CFU-GM
Cellule souche totipotente
prolifération
fusion
activation
CathepsinesMétallo-protéases
H H
Précurseurs ostéoclastiques
Ostéoclaste
Engagement
Matrice osseuse
Ostéoclaste activé résorbant
Régulation 2
Régulation 1
12 j
Régulation 3
Détachement et mort par apoptose
23
RÔLE DES INTERACTIONS OSTÉOBLASTES / OSTÉOCLASTES
DANS LA DIFFÉRENCIATION OSTÉOCLASTIQUE La
triade RANK-RANKL et OPG
M-CSF
RANK
RANK-L
OPG
M-CSF
OPG
Ostéoblastes/Cellules stromales
Précurseur ostéoclastique
RANK
Prolifération et différenciation
Survie, fusion, et activation
Ostéoclaste activé
Pré-ostéoclaste
RANK Receptor Activator of Nuclear factor kappa
B RANK-L RANK ligand OPG Ostéoprotegérine M-C
SF Macrophage Colony Stimulating Factor
24
Le rôle du récepteur RANK et du RANK Ligand dans
la régulation de la densité minérale osseuse
Normal
Absence de RANK Ligand1
Absence de RANK2
DMO accrue (ostéopétrose)
1 Kong YY et al. Nature 1999 397 315323 2 Li
J et al. Proc Natl Acad Sci USA 2000 97
15661571
25
Lexcès de RANKL chez les souris OPG -/- entraîne
des fractures de fragilité spontanées des os longs
Radiographie de souris OPG knockout mouse à un
mois avec fractures de fragilité spontanées
Bucay et al, Genes and Development 12 1260-1268,
1998
26
CONTRÔLE DE LA RÉSORPTION OSSEUSE
Facteur
Effet stimulant
Effet inhibiteur

Calcitriol Parathormone T3 et T4 17ß
oestradiol Calcitonine
Stimule ostéoclastogenèse
HORMONAL


TNF a IL 1 IL 6 Prostaglandines
LOCAL
27
CONTRÔLE DE LA RÉSORPTION OSSEUSE CONTRÔLE DE
LA BALANCE RANK-L/OPG
OPG RANK-L Agents hyper résorbants
Agents hypo résorbants
17 ß oestradiol
17 ß oestradiol

-
-

RANK-L
OPG
Ostéoblastes/Cellules stromales
PTH 1,25 (OH) D3 IL1 TNFa
Glucocorticoïdes
28
L OSTÉOBLASTE ET LA FORMATION OSSEUSE
Cellule souche mésenchymateuse
Myo D
- myoblastes
PPAR g
Expression de Cbfa1 et ostérix
- adipocytes
Cellules ostéoprogénitrices
SOX 9
Cbfa1
Voie ostéoblastique
- chondroblastes
Précurseur ostéoblastique
- Phosphatase alcaline - Collagène type I -
Ostéocalcine - Sialoprotéine osseuse
Ostéoblaste mature
Cellule bordante
ostéocyte
Ostéoblaste apoptotique
29
Facteurs de transcription et différenciation
ostéoblastique
Rôle de CBFA1 (Core Binding Factor alpha 1 ou
RUNX 2)
Souris normale
Souris CBFA1- -
Souris CBFA1- -
Souris normale
30
Contrôle de la formation osseuse par le système
Lrp 5 / Wnt
Souris Lrp5-- diminution (-50) nombre Ob et
FO Wnt (Wingless) stimulation prolifération
et différenciation ob
Wnt
Sfrp (soluble frizzled related protein)
Lrp 5
Lrp 5
Frizzled
Krm (Kremen)
Dkk (dickopf 1)
Kinase ?
P
P
Protéine adaptatrice
Dégradation par le protéasome
ß caténine
Cyclin D1, C myc
Gènes Ob
Ostéoblaste
31
CONTRÔLE DE LA FORMATION OSSEUSE
Facteur
Effet stimulant
Effet inhibiteur

Calcitriol PTH (1-34) 17ß oestradiol Leptine
HORMONAL

BMP (bone morphogenetic protein) TGFß IGF,
FGF Contraintes mécaniques TNFa

LOCAL

32
DÉRÉGULATIONS PATHOLOGIQUES DU REMODELAGE OSSEUX
AU COURS DE LINVASION MÉTASTATIQUE
Résorption (Ostéoclastes)
Formation (Ostéoblastes)
Maintien de la masse osseuse
Cellules tumorales
Formation
Résorption
Résorption
Formation
Perte de masse osseuse
Gain de masse osseuse
Tumeur ostéolytique (sein, myélome)
Tumeur ostéocondensante (sein,prostate)
33
Mécanismes moléculaires responsables de
l atteinte osseuse métastatique des tumeurs
ostéolytiques cas du sein
RANK Ligand médiateur essentiel de la
destruction osseuse dans le cancer métastatique
Cellules cancéreuses dans la métastase osseuse
Cytokines et facteurs de croissance
PTHrp IL-6, 8, 11
Facteurs de croissance
Ostéoclaste
RANK Ligand
Résorption osseuse
Ostéoblaste
Os
Lésions ostéolytiques
Adapté daprès Roodman GD. N Engl J Med 2004
350 16551664
34
Mécanismes moléculaires responsables de
l atteinte osseuse métastatique des tumeurs
ostéolytiques cas du myélome multiple
RANK Ligand médiateur essentiel de la
destruction osseuse dans le myélome multiple
Plamocytes tumoraux médullaires
Cytokines et facteurs de croissance
MIP 1 ? et ß IL-6
Facteurs de croissance
Ostéoclaste
RANK Ligand
Résorption osseuse
Ostéoblaste
Os
Lésions ostéolytiques
35
Pathologie osseuse associée au myélome multiple
Facteurs diminuant la formation osseuse
Il 7
DKK1
cbfa1
Lrp5 wNT
Os
Lésions ostéolytiques
36
Mécanismes moléculaires responsables de
l atteinte osseuse métastatique des tumeurs
ostéoblastiques (Prostate, sein)
Endothelin 1 FGFs, BMP
?
CBFA1
Os
Lésions ostéolytiques
37
CONSÉQUENCES POUR LE TRAITEMENT DES METASTASES
OSSEUSES
38
RANKL Nouvelle cdible thérapeutique dans le
traitement des métastases osseuses
Ostéoclaste
RANK
Ac anti-RANKL
RANKsoluble
RANKL
Ostéoblaste
39
Linhibition du RANK Ligand par LOPG
recombinante bloque lostéolyse tumorale dans un
modèle de cancer du sein
Modèle intracardiaque MDA-231
4
Nombre de lésions par souris
Lésions radiographiques
2


0
0
0,3
1
3
Dose dOPG (mg/kg)
Témoin
OPG
Morony S et al. Cancer Res 2001 61(11)
44324436
40
Linhibition du RANK Ligand par lOPG
recombinante réduit la charge tumorale et
améliore la survie dans un modèle murin de
myélome multiple
3,5
p lt 0,05
3,0

2,5
1,0
plt0,02
Paraprotéine (g/dl)
2,0
0,8
1,5
5T33MM Témoin
0,6
1,0
5T33MM OPG
Survie cumulative
0,4
90
0,2
85

80
0
de cellules tumorales
0
5
10
15
20
25
30
35
40
75
Jours
70
65
Normal
5T33MM Témoin
5T33MM OPG (25 mg/kg)
Vanderken K et al. Cancer Res 2003 63 287289
41
Linhibition du RANK Ligand par le du RANK
soluble diminue la formation des lésions osseuses
ostéoblastiques induites par le cancer de la
prostate
Modèle LuCaP 35 Hu/SCID de cancer de la prostate,
thérapie initiée à 6 semaines
Inhibition du RANK Ligand ( RANK soluble)
Basal
Témoin
PSA sérique en tant que marqueur de substitution
de la charge tumorale dans le cancer de la
prostate
40
35
30
25
Radiographie

20
PSA (ng/ml)
15
10
5
0
Basal
RANK soluble
Témoin
Zhang J et al. Cancer Res 2003 63 78837890
42
Limite dans lutilisation en thérapeutique
humaine de lOPG
Cellules spécialisées
Ostéoclaste
RANK
TRAIL
TRAIL (TNF Related Apoptosis Inducing Lingand)
signal de mort pour les cellules tumorales
RANKL
Ostéoblaste
TRAIL Facteur pro-apoptotique OPG facteur de
survie des cellules cancéreuses
43
UTILISATION EN TH2RAPETIQUE HUMAINE DUN
ANTICORPS DIRIGE CONTRE LE RANKL (DENOSUMAB,
AMGEN)
Pamidronate
Pamidronate
Effet du denosumab dans une population de femmes
atteintes de métastases osseuses (A n 29) et
dans une population de sujets présentant un
myélome avec une ostéolyse (B n 25) sur un
marqueur de résorption osseuse (NTX). Body et
al, Clin Cancer Res, 2006?