Equipe DRUM (Réparation de l’ADN et Mélanome Uvéal)

Marc-Henri Stern

Marc-Henri Stern Chef d'équipe Tél :

Notre équipe DNA Repair and Uveal Melanoma (D.R.U.M.) s’intéresse principalement (i) aux instabilités du génome dans les cancers du sein, de l’ovaire et dans le mélanome uvéal; (ii) et à la génétique et génomique du mélanome uvéal, en utilisant une bioinformatique innovante.

1- Caractérisation génomique du cancer du sein et de l’ovaire.

  • Les mutations germinales délétères des deux gènes majeurs de susceptibilité, BRCA1 et BRCA2, augmentent le risque de développer des carcinomes du sein et de l’ovaire. BRCA1 et BRCA2 codent pour des acteurs clés de la réparation de l’ADN par la voie de la recombinaison homologue (HR) et se comportent comme des gènes suppresseurs de tumeurs classiques dans environ la moitié des cancers du sein « triple négatif » (récepteurs hormonaux négatifs, HER2 non amplifié) et des cancers ovariens de haut grade. Nous avons identifié une signature d’instabilité génomique liée à l’inactivation de la HR (déficit ou HRD, également appelé BRCAness), le plus souvent par l’inactivation de BRCA1 ou BRCA2 (1); brevets publiés: US20150140122A1, US20170260588A1; licence exclusive avec Myriad Genetics, USA). Cette signature mesure le nombre de changements d’état de grande taille (LST), un grand nombre signant l’HRD. Nous avons montré que les LST correspondaient à des translocations entre chromosomes, développé une signature prédictive des mutations BRCA2 et confirmé l’intérêt diagnostique de la signature LST sur des séries indépendantes de cancers du sein et de l’ovaire (2-10). Les développements récents incluent l’adaptation de la signature LST à partir du séquençage de génome entier de faible couverture pour un diagnostic robuste et économique (Eeckhoutte, en préparation).
  • Cependant, l’identification de profils génomiques inhabituels dans le carcinome ovarien nous a amenés à identifier une nouvelle instabilité génomique liée à l’inactivation de CDK12 (11). Cette instabilité est caractérisée par de nombreuses duplications géantes en tandem réparties sur le génome de la tumeur. CDK12 code pour une kinase dépendante de la cycline K qui active l’ARN polymérase II. Son inactivation a pour principal effet de stimuler la polyadénylation prématurée intronique, régulant négativement l’expression de grands gènes, y compris les gènes de réparation de l’ADN.
  • Comme beaucoup de cas de prédisposition au cancer du sein ne sont pas expliqués par les mutations germinales de BRCA1, de BRCA2 ou d’autres gènes HR, nous avons caractérisé de manière approfondie une famille présentant une prédisposition inhabituelle aux cancers du sein et du rein. Ceci nous a conduit à identifier BAP1 comme un nouveau gène prédisposant au carcinome à cellules claires du rein, alors que son rôle dans la prédisposition au cancer du sein était exclu (12). Nous avons cherché à comprendre les fonctions de BAP1 dans les modèles cellulaires et avons montré de profonds changements métaboliques et cellulaires liés à l’expression de BAP1 (13). BAP1 est une déubiquitinase, principalement de l’histone H2A (H2AK119ub1), régulant négativement l’action du complexe répressif Polycomb 1 (PRC1). Nous participons maintenant à des études internationales sur les mutations héréditaires de BAP1 (14).
  • Les maladies liées à des défauts de réparation de l’ADN incluent des syndromes complexes pédiatriques rares, associant souvent une immunodéficience et une prédisposition au cancer. Nous avons caractérisé des formes inhabituelles de ces maladies, notamment l’ataxie télangiectasie, la maladie de Nijmegen et l’ATLD, parfois découvertes chez l’adulte, et mis au point des tests pour faciliter le diagnostic et comprendre les conséquences des mutations sur la réparation de l’ADN (15-18).

2- Caractérisation génétique et génomique du mélanome uvéal (MU).

Le MU choroïdien est la tumeur maligne de l’œil la plus fréquente de l’adulte, mais il s’agit d’une tumeur rare avec un taux d’incidence de 5,6 cas par million d’années-personnes (environ 500 nouveaux cas par an en France). Le pronostic est sombre lorsque la maladie se propage, souvent au foie. Une meilleure compréhension de la maladie est un besoin urgent, compte tenu de l’évolution rapidement défavorable et du manque de chimiothérapie efficace pour sa forme métastatique.

  • En collaboration avec R. Marais (Cancer Research UK), nous avons montré le faible taux de mutations et l’absence de signature liée aux ultra-violets dans le mélanome uvéal, contrairement au mélanome cutané. Nous avons également découvert des mutations récurrentes du gène de l’épissage SF3B1 (19).
  • Nous avons ensuite pu comprendre les conséquences de ces mutations SF3B1 sur l’épissage (20-22). Ce travail est activement poursuivi par une analyse pan-cancers utilisant le cloud computing (en collaboration avec Seven Bridges, États-Unis), ce qui nous a permis d’identifier les mutations de SUGP1 comme une génocopie de SF3B1 (Alsafadi, soumis); l’analyse des conséquences oncogènes de ces mutations SF3B1; et l’exploitation des anomalies d’épissage en tant que source potentielle d’immunogénicité tumorale (collaboration avec O. Lantz).
  • Le MU a une épidémiologie inhabituelle, car la maladie touche principalement des individus d’origine européenne. Dans l’hypothèse de facteurs génétiques de prédisposition au MU dans cette population, nous avons lancé la première étude d’association pan-génomique (GWAS) dans le MU. Nous avons identifié des variants de risque dans la région TERT/CLPTM1L et la région du gène de pigmentation HERC2 (23). Cette étude est actuellement étendue à la recherche de nouveaux loci à risque (collaboration avec CeRePP, CNG, IARC et CLB (Mobuchon et al, en préparation).
  • Nous avons participé au projet TCGA décrivant au niveau –omics les MU primaires (24) et sommes des acteurs clés du projet Horizon2020 visant à comprendre et à cibler les MU métastatiques (25). Nous avons analysé les mécanismes de progression métastatique et de résistance à la chimiothérapie de ces métastases, montré que l’hétérogénéité mutationnelle était très limitée et n’expliquait pas la résistance thérapeutique, alors que la progression métastatique était principalement associée à l’acquisition de gains et de pertes génomiques récurrents (26).

3- Réparation de l’ADN et mélanome uvéal.

  • En explorant un patient atteint de MU métastatique ayant bénéficié d’une réponse exceptionnelle aux inhibiteurs du point de contrôle immunitaire, nous avons découvert le rôle de l’inactivation de MBD4 dans une nouvelle forme d’instabilité génétique (27). Nous avons également exploré la progression tumorale des MU présentant un tel défaut MBD4, montré l’acquisition continue de mutations au cours de l’évolution de la maladie, et utilisé cette horloge biologique pour reconstruire l’histoire naturelle de la maladie (26).
  • La plupart des cas de MU déficients en MBD4 sont associés à des mutations délétères de la lignée germinale MBD4, et nous avons récemment démontré le rôle prédisposant de ce gène dans la MU (Derrien, soumis pour publication).

4- Autres activités de recherche translationnelle.

En collaboration avec O. Lantz, nous avons initié l’analyse de l’ADN tumoral circulant dans l’UM. Nous avons développé plusieurs méthodes dans différents cancers (28-37), et 3 brevets : US20190256921A1, WO2019011971A1, WO2019175323A12017).

 

1. Popova T, Manie E, Rieunier G, Caux-Moncoutier V, Tirapo C, Dubois T, et al. Ploidy and Large-Scale Genomic Instability Consistently Identify Basal-like Breast Carcinomas with BRCA1/2 Inactivation. Cancer Res 2012;72(21):5454-62 doi 10.1158/0008-5472.can-12-1470.
2. Natrajan R, Mackay A, Lambros MB, Weigelt B, Wilkerson PM, Manie E, et al. A whole-genome massively parallel sequencing analysis of BRCA1 mutant oestrogen receptor-negative and -positive breast cancers. J Pathol 2012;227(1):29-41 doi 10.1002/path.4003.
3. Pecuchet N, Popova T, Manie E, Lucchesi C, Battistella A, Vincent-Salomon A, et al. Loss of heterozygosity at 13q13 and 14q32 predicts BRCA2 inactivation in luminal breast carcinomas. Int J Cancer 2013;133(12):2834-42 doi 10.1002/ijc.28315.
4. Gruel N, Benhamo V, Bhalshankar J, Popova T, Freneaux P, Arnould L, et al. Polarity gene alterations in pure invasive micropapillary carcinomas of the breast. Breast Cancer Res 2014;16(3):R46 doi 10.1186/bcr3653.
5. Goundiam O, Gestraud P, Popova T, De la Motte Rouge T, Fourchotte V, Gentien D, et al. Histo-genomic stratification reveals the frequent amplification/overexpression of CCNE1 and BRD4 genes in non-BRCAness high grade ovarian carcinoma. Int J Cancer 2015;137(8):1890-900 doi 10.1002/ijc.29568.
6. Curtit E, Benhamo V, Gruel N, Popova T, Manie E, Cottu P, et al. First description of a sporadic breast cancer in a woman with BRCA1 germline mutation. Oncotarget 2015;6(34):35616-24 doi 10.18632/oncotarget.5348.
7. Manie E, Popova T, Battistella A, Tarabeux J, Caux-Moncoutier V, Golmard L, et al. Genomic hallmarks of homologous recombination deficiency in invasive breast carcinomas. Int J Cancer 2016;138(4):891-900 doi 10.1002/ijc.29829.
8. Weigelt B, Ng CKY, Shen R, Popova T, Schizas M, Natrajan R, et al. Erratum: Metastatic breast carcinomas display genomic and transcriptomic heterogeneity. Modern Pathology 2015;28(4):607- doi 10.1038/modpathol.2014.163.
9. Jdey W, Thierry S, Popova T, Stern MH, Dutreix M. Micronuclei Frequency in Tumors Is a Predictive Biomarker for Genetic Instability and Sensitivity to the DNA Repair Inhibitor AsiDNA. Cancer Res 2017;77(16):4207-16 doi 10.1158/0008-5472.CAN-16-2693.
10. Gentric G, Kieffer Y, Mieulet V, Goundiam O, Bonneau C, Nemati F, et al. PML-Regulated Mitochondrial Metabolism Enhances Chemosensitivity in Human Ovarian Cancers. Cell Metab 2019;29(1):156-73 e10 doi 10.1016/j.cmet.2018.09.002.
11. Popova T, Manie E, Boeva V, Battistella A, Goundiam O, Smith NK, et al. Ovarian Cancers Harboring Inactivating Mutations in CDK12 Display a Distinct Genomic Instability Pattern Characterized by Large Tandem Duplications. Cancer Res 2016;76(7):1882-91 doi 10.1158/0008-5472.CAN-15-2128.
12. Popova T, Hebert L, Jacquemin V, Gad S, Caux-Moncoutier V, Dubois-d’Enghien C, et al. Germline BAP1 mutations predispose to renal cell carcinomas. Am J Hum Genet 2013;92(6):974-80 doi 10.1016/j.ajhg.2013.04.012.
13. Hebert L, Bellanger D, Guillas C, Campagne A, Dingli F, Loew D, et al. Modulating BAP1 expression affects ROS homeostasis, cell motility and mitochondrial function. Oncotarget 2017;8(42):72513-27 doi 10.18632/oncotarget.19872.
14. Walpole S, Pritchard AL, Cebulla CM, Pilarski R, Stautberg M, Davidorf FH, et al. Comprehensive Study of the Clinical Phenotype of Germline BAP1 Variant-Carrying Families Worldwide. J Natl Cancer Inst 2018;110(12):1328-41 doi 10.1093/jnci/djy171.
15. Meneret A, Ahmar-Beaugendre Y, Rieunier G, Mahlaoui N, Gaymard B, Apartis E, et al. The pleiotropic movement disorders phenotype of adult ataxia-telangiectasia. Neurology 2014;83(12):1087-95 doi 10.1212/WNL.0000000000000794.
16. Rieunier G, D’Enghien CD, Fievet A, Bellanger D, Stoppa-Lyonnet D, Stern M-H. ATM Gene Mutation Detection Techniques and Functional Analysis. Methods Mol Biol 2017;1599:25-42 doi 10.1007/978-1-4939-6955-5_3.
17. Fievet A, Bellanger D, Valence S, Mobuchon L, Afenjar A, Giuliano F, et al. Three new cases of ataxia-telangiectasia-like disorder: No impairment of the ATM pathway, but S-phase checkpoint defect. Hum Mutat 2019;40(10):1690-9 doi 10.1002/humu.23773.
18. Fievet A, Bellanger D, Rieunier G, Dubois d’Enghien C, Sophie J, Calvas P, et al. Functional classification of ATM variants in ataxia-telangiectasia patients. Hum Mutat 2019;40(10):1713-30 doi 10.1002/humu.23778.
19. Furney SJ, Pedersen M, Gentien D, Dumont AG, Rapinat A, Desjardins L, et al. SF3B1 mutations are associated with alternative splicing in uveal melanoma. Cancer Discov 2013;3(10):1122-9 doi 10.1158/2159-8290.CD-13-0330.
20. Alsafadi S, Houy A, Battistella A, Popova T, Wassef M, Henry E, et al. Cancer-associated SF3B1 mutations affect alternative splicing by promoting alternative branchpoint usage. Nat Commun 2016;7:10615 doi 10.1038/ncomms10615.
21. Gentien D, Kosmider O, Nguyen-Khac F, Albaud B, Rapinat A, Dumont AG, et al. A common alternative splicing signature is associated with SF3B1 mutations in malignancies from different cell lineages. Leukemia 2014;28(6):1355-7 doi 10.1038/leu.2014.28.
22. Bondu S, Alary AS, Lefevre C, Houy A, Jung G, Lefebvre T, et al. A variant erythroferrone disrupts iron homeostasis in SF3B1-mutated myelodysplastic syndrome. Sci Transl Med 2019;11(500) doi 10.1126/scitranslmed.aav5467.
23. Mobuchon L, Battistella A, Bardel C, Scelo G, Renoud A, Houy A, et al. A GWAS in uveal melanoma identifies risk polymorphisms in the CLPTM1L locus. NPJ Genom Med 2017;2(1) doi 10.1038/s41525-017-0008-5.
24. Robertson AG, Shih J, Yau C, Gibb EA, Oba J, Mungall KL, et al. Integrative Analysis Identifies Four Molecular and Clinical Subsets in Uveal Melanoma. Cancer Cell 2017;32(2):204-20.e15 doi 10.1016/j.ccell.2017.07.003.
25. Rodrigues M, Koning L, Coupland SE, Jochemsen AG, Marais R, Stern MH, et al. So Close, yet so Far: Discrepancies between Uveal and Other Melanomas. A Position Paper from UM Cure 2020. Cancers (Basel) 2019;11(7):1032 doi 10.3390/cancers11071032.
26. Rodrigues M, Mobuchon L, Houy A, Alsafadi S, Baulande S, Mariani O, et al. Evolutionary Routes in Metastatic Uveal Melanomas Depend on MBD4 Alterations. Clin Cancer Res 2019;25(18):5513-24 doi 10.1158/1078-0432.CCR-19-1215.
27. Rodrigues M, Mobuchon L, Houy A, Fievet A, Gardrat S, Barnhill RL, et al. Outlier response to anti-PD1 in uveal melanoma reveals germline MBD4 mutations in hypermutated tumors. Nat Commun 2018;9(1):1866 doi 10.1038/s41467-018-04322-5.
28. Bidard FC, Kiavue N, Ychou M, Cabel L, Stern MH, Madic J, et al. Circulating Tumor Cells and Circulating Tumor DNA Detection in Potentially Resectable Metastatic Colorectal Cancer: A Prospective Ancillary Study to the Unicancer Prodige-14 Trial. Cells 2019;8(6) doi 10.3390/cells8060516.
29. Decraene C, Silveira AB, Bidard FC, Vallee A, Michel M, Melaabi S, et al. Multiple Hotspot Mutations Scanning by Single Droplet Digital PCR. Clin Chem 2018;64(2):317-28 doi 10.1373/clinchem.2017.272518.
30. Cabel L, Proudhon C, Romano E, Girard N, Lantz O, Stern MH, et al. Clinical potential of circulating tumour DNA in patients receiving anticancer immunotherapy. Nat Rev Clin Oncol 2018;15(10):639-50 doi 10.1038/s41571-018-0074-3.
31. Riva F, Bidard F-C, Houy A, Saliou A, Madic J, Rampanou A, et al. Patient-Specific Circulating Tumor DNA Detection during Neoadjuvant Chemotherapy in Triple-Negative Breast Cancer. Clinical Chemistry 2017;63(3):691-9 doi 10.1373/clinchem.2016.262337.
32. Riva F, Dronov OI, Khomenko DI, Huguet F, Louvet C, Mariani P, et al. Clinical applications of circulating tumor DNA and circulating tumor cells in pancreatic cancer. Molecular Oncology 2016;10(3):481-93 doi 10.1016/j.molonc.2016.01.006.
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34. Madic J, Kiialainen A, Bidard FC, Birzele F, Ramey G, Leroy Q, et al. Circulating tumor DNA and circulating tumor cells in metastatic triple negative breast cancer patients. Int J Cancer 2015;136(9):2158-65 doi 10.1002/ijc.29265.
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36. Bidard FC, Madic J, Mariani P, Piperno-Neumann S, Rampanou A, Servois V, et al. Detection rate and prognostic value of circulating tumor cells and circulating tumor DNA in metastatic uveal melanoma. Int J Cancer 2014;134(5):1207-13 doi 10.1002/ijc.28436.
37. Madic J, Piperno-Neumann S, Servois V, Rampanou A, Milder M, Trouiller B, et al. Pyrophosphorolysis-activated polymerization detects circulating tumor DNA in metastatic uveal melanoma. Clin Cancer Res 2012;18(14):3934-41 doi 10.1158/1078-0432.CCR-12-0309.

Publications clés

Année de publication : 2019

Manuel Rodrigues, Lenha Mobuchon, Alexandre Houy, Samar Alsafadi, Sylvain Baulande, Odette Mariani, Benjamin Marande, Khadija Ait Rais, Monique K Van der Kooij, Ellen Kapiteijn, Sieta Gassama, Sophie Gardrat, Raymond L Barnhill, Vincent Servois, Rémi Dendale, Marc Putterman, Sarah Tick, Sophie Piperno-Neumann, Nathalie Cassoux, Gaëlle Pierron, Joshua J Waterfall, Sergio Roman-Roman, Pascale Mariani, Marc-Henri Stern (2019 Jun 23)

Evolutionary Routes in Metastatic Uveal Melanomas Depend on Alterations.

Clinical cancer research : an official journal of the American Association for Cancer Research : 5513-5524 : DOI : 10.1158/1078-0432.CCR-19-1215

Année de publication : 2016

Marie Schoumacher, Stéphanie Le Corre, Alexandre Houy, Eskeatnaf Mulugeta, Marc-Henri Stern, Sergio Roman-Roman, Raphaël Margueron (2016 Jun 9)

Uveal melanoma cells are resistant to EZH2 inhibition regardless of BAP1 status.

Nature medicine : 577-8 : DOI : 10.1038/nm.4098

Année de publication : 2013

Simon J Furney, Malin Pedersen, David Gentien, Amaury G Dumont, Audrey Rapinat, Laurence Desjardins, Samra Turajlic, Sophie Piperno-Neumann, Pierre de la Grange, Sergio Roman-Roman, Marc-Henri Stern, Richard Marais (2013 Jul 16)

SF3B1 mutations are associated with alternative splicing in uveal melanoma.

Cancer discovery : 1122-9 : DOI : 10.1158/2159-8290.CD-13-0330

Année de publication : 2012

Tatiana Popova, Lucie Hebert, Virginie Jacquemin, Sophie Gad, Virginie Caux-Moncoutier, Catherine Dubois-d'Enghien, Bénédicte Richaudeau, Xavier Renaudin, Jason Sellers, André Nicolas, Xavier Sastre-Garau, Laurence Desjardins, Gabor Gyapay, Virginie Raynal, Olga M Sinilnikova, Nadine Andrieu, Elodie Manié, Antoine de Pauw, Paul Gesta, Valérie Bonadona, Christine M Maugard, Clotilde Penet, Marie-Françoise Avril, Emmanuel Barillot, Odile Cabaret, Olivier Delattre, Stéphane Richard, Olivier Caron, Meriem Benfodda, Hui-Han Hu, Nadem Soufir, Brigitte Bressac-de Paillerets, Dominique Stoppa-Lyonnet, Marc-Henri Stern (2012 Dec 27)

Germline BAP1 mutations predispose to renal cell carcinomas.

American journal of human genetics : 974-80 : DOI : 10.1016/j.ajhg.2013.04.012
Tatiana Popova, Elodie Manié, Guillaume Rieunier, Virginie Caux-Moncoutier, Carole Tirapo, Thierry Dubois, Olivier Delattre, Brigitte Sigal-Zafrani, Marc Bollet, Michel Longy, Claude Houdayer, Xavier Sastre-Garau, Anne Vincent-Salomon, Dominique Stoppa-Lyonnet, Marc-Henri Stern (2012 Aug 29)

Ploidy and large-scale genomic instability consistently identify basal-like breast carcinomas with BRCA1/2 inactivation.

Cancer research : 5454-62 : DOI : 10.1158/0008-5472.CAN-12-1470
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