Gène de fusion

a Les fusions de gènes peuvent avoir pour origine des réarrangements chromosomiques équilibrés ou déséquilibrés. Les modifications équilibrées comprennent les translocations (le transfert de segments chromosomiques entre chromosomes), les insertions (un segment chromosomique placé dans une nouvelle position interstitielle sur le même chromosome ou sur un autre) et les inversions (rotation d’un segment chromosomique de 180°). Un exemple de modification déséquilibrée est la délétion d’un segment chromosomique interstitiel. Les petites flèches indiquent les points de cassure, et les grandes flèches indiquent les chromosomes réarrangés qui en résultent. A et B représentent les gènes affectés. À noter qu’une fusion génique réciproque peut être générée sur le chromosome dérivé partenaire à la suite d’une translocation réciproque, mais cela n’est pas représenté.
b Les aberrations équilibrées comme déséquilibrées peuvent conduire à la dérégulation du gène A ou du gène B par la juxtaposition des séquences codantes avec les séquences régulatrices de l’autre gène, ou à la création d’un gène chimérique par fusion de parties des deux gènes.

Le gène de fusion est un gène hybride aussi appelé gène chimérique qui apparaît lorsque deux gènes auparavant distincts sont juxtaposés à la suite de réarrangements de l’ADN. La majorité des fusions oncogéniques affectent des régions exoniques de deux gènes codant pour des protéines [1]. Les fusions oncogéniques incluent des anomalies qui associent un promoteur fort, entraînant une surexpression, à un proto-oncogène [2], conduisant à une dérégulation en aval [3],[4]. Outre la surexpression, la protéine de fusion codée peut induire l’oncogenèse par d’autres mécanismes, tels que l’activation des récepteurs à tyrosine kinase [5],[6],[7]. De plus, les fusions affectant les facteurs de transcription constituent des moteurs oncogéniques importants⁴⁴. Près de 1000 fusions géniques ont été identifiées par la caractérisation génomique des points de cassure dans des anomalies cytogénétiques reconnues, qu’elles soient équilibrées ou non, dans diverses leucémies, lymphomes et tumeurs solides.Toutefois, toutes les fusions géniques n’ont pas de conséquences traductionnelles, et certaines peuvent aboutir à l’inactivation d’un gène [8],[9],[10]. Les protéines de fusion oncogéniques ont démontré leur capacité à induire ou à contribuer au développement tumoral, y compris en provoquant une signalisation aberrante dans des cellules voisines, au-delà des seules cellules cancéreuses porteuses de la fusion, les cellules tumorales peuvent moduler le microenvironnement tumoral pour accroître la motilité des cellules cancéreuses et des cellules voisines, favorisant ainsi la maladie métastatique [11]. L’avènement du séquençage massif parallèle a récemment offert un moyen radicalement nouveau d’identifier les fusions au niveau de l’ADN ou de l’ARN. Plus de 30 000 fusions géniques, dont la grande majorité impliquent des gènes jusque-là insoupçonnés, ont désormais été identifiées par séquençage approfondi dans une grande variété de néoplasmes. Elles sont répertorièes dans des bases de données listées en fin d'article. Il est important de noter que si les fusions géniques constituent une caractéristique des néoplasies, elles peuvent également survenir dans des maladies héréditaires, comme dans la thalassémie bêta-hémoglobine Lepore [12].

Les mécanismes chromosomiques d'un gène de fusion incluent :

  • la translocation réciproque, c’est-à-dire l’échange interchromosomique de segments d’ADN, qui peut être équilibré ou non.
  • les insertions, c’est-à-dire le déplacement inter- ou intrachromosomique d’un fragment d’ADN d’une région à une autre.
  • les délétions.
  • les duplications en tandem (dans lesquelles une région génomique dupliquée fusionne avec un gène de sa région d’origine.
  • les inversions (dans lesquelles des segments d’un chromosome se renversent par rapport au centromère — péricentrique — ou indépendamment de celui-ci — paracentrique).
  • la chromothripsis (c’est-à-dire la fragmentation et la réassemblage incorrect d’un chromosome ou d’une région chromosomique).

Historique et événements marquants dans les fusions protéiques

Les anomalies chromosomiques associées à des fusions oncogéniques spécifiques ont été découvertes dans les années 1960 [13],[14]. La première à être rapportée fut le chromosome de Philadelphie dans la leucémie myéloïde chronique en 1960[13]. En 1973, il a été établi que cette anomalie chromosomique résultait d’une mutation de translocation impliquant les chromosomes 9 et 22 [15]. La même année, un réarrangement des chromosomes 8 et 21 a été rapporté dans la leucémie myéloïde aiguë [16]. L’avènement du séquençage en 1977 a depuis permis le décodage des gènes de fusion [17],[18]. Le premier ADN oncogénique issu de cancers humains a été isolé en 1982 [19],[20]. Des réarrangements donnant naissance à des fusions activées des gènes RET et ROS1 ont été rapportés peu après, respectivement en 1985 et 1986 [21]. Une anomalie chromosomique signalée dans un adénome des glandes salivaires en 1980 a été identifiée en 1997 comme étant associée à une fusion CTNNB1::PLAG1 — la première fusion rapportée dans les tumeurs solides [22],[23]. Un certain nombre de fusions ont été identifiées dans les années suivantes, telles que EWS::FLI dans le sarcome d’Ewing [24], ETV6::NTRK3 dans le fibrosarcome congénital[25] et TMPRSS2::ETS dans le cancer de la prostate [26]. Le gène BCR::ABL a été séquencé pour la première fois en 1995 [27].

Les fusions géniques oncogéniques sont devenues le centre d’intérêt des thérapies ciblées. Dans une avancée majeure pour la médecine personnalisée, l’imatinib, premier inhibiteur de la transduction du signal utilisé en clinique, a été approuvé en 2001 pour le traitement de la leucémie myéloïde chronique positive au BCR::ABL [28].

Prévalence des fusions géniques dans le cancer

Bien qu’un grand nombre de fusions aient été identifiées chez les patients atteints de cancer, seule une fraction a été confirmée comme récurrente, et la plupart ne sont probablement pas fonctionnellement pertinentes [29],[30]. La prévalence des fusions géniques varie selon l’âge, étant plus fréquente dans les cancers pédiatriques (38,8 %) [31] que chez l’adulte (10 %) [32]. En l’absence de méthodes systématiques pour caractériser la fonction des fusions, les investigations se sont historiquement concentrées sur celles touchant des gènes suspectés d’avoir une pertinence pour le cancer [33],[34],[35]. En 2017, une étude portant sur 10 945 tumeurs avancées séquencées a décrit des réarrangements génomiques dans 15 % des tumeurs testées [34]. Parmi les fusions identifiées, 35 % impliquaient des gènes codant pour des kinases, incluant tout ou partie du domaine kinase, les plus fréquentes étant : ALK , BRAF , RET , ROS1 , FGFR2 et FGFR3 [34].

Une investigation systématique portant sur 9 624 tumeurs (33 types de cancer) a montré que les fusions étaient le seul moteur oncogénique dans plus de 1 % des cancers, contribuaient au développement de 16,5 % des cas et étaient susceptibles d’être ciblables par des traitements médicamenteux dans 6 % des cas, avec un potentiel supplémentaire pour des thérapies immunitaires [36].

Méthodes de détection

Différentes techniques pour la recherche de gène de fusion

Méthodes non basées sur le séquençage

Les tests moléculaires pour des aberrations spécifiques sont couramment utilisés dans les cancers présentant des fusions hautement récurrentes, comme la leucémie myéloïde chronique, le cancer de la prostate et le cancer du poumon à petites cellules [37]. Dans la leucémie myéloïde chronique et la leucémie myéloïde aiguë, les méthodes de détection incluent la cytogénétique et la génétique moléculaire ciblée [38]. La hybridation in situ par fluorescence et l’immunohistochimie sont des technologies standards pour détecter les aberrations chromosomiques, respectivement de manière directe et indirecte, dans la pratique clinique courante [39],[40]. Dans le cancer de la prostate, l' hybridation in situ par fluorescence est également utilisée pour détecter TMPRSS2::ERG dans les biopsies [41]. Dans le cancer du poumon à petites cellules, l'hybridation in situ en fluorescence avec sondes de séparation a représenté historiquement la référence pour la détection des fusions ALK et ROS1 [42],[43]. Bien que la hybridation in situ par fluorescence et l’immunohistochimie présentent plusieurs avantages, notamment des résultats rapides et un coût relativement faible, l' hybridation in situ par fluorescence ne peut pas détecter de petits réarrangements intrachromosomiques ni identifier le partenaire de fusion, et l’immunohistochimie n’est que semi-quantitative. De plus, l' hybridation in situ par fluorescence a une sensibilité limitée pour la détection des fusions [44],[45], y compris celles du gène NRG1 [46]. La réaction en chaîne par polymérase est une méthode de détection très sensible, mais elle est limitée par la nécessité d’utiliser des amorces spécifiques, ce qui constitue un problème pour les gènes pouvant avoir de nombreux partenaires de fusion, comme NRG1 [47],[48]. Dans l’ensemble, les tests « gène unique » sont des outils centraux facilement disponibles pour détecter des fusions dans les types de cancers présentant des taux élevés de fusions spécifiques, mais ils sont inadéquats pour détecter des fusions inédites ou pour des tests exploratoires chez les patients négatifs pour les principaux gènes conducteurs.

Méthodes basées sur le séquençage

Bien que les méthodes de séquençage traditionnelles soient utiles dans certaines situations, le séquençage de nouvelle génération est aujourd’hui la technologie prédominante en diagnostic moléculaire du cancer [49]. Le séquençage de nouvelle génération est une technologie relativement récente, avec la première approbation par la FDA d’un séquenceur séquençage de nouvelle génération en 2013 [50]. C’est un outil important et abordable en recherche sur le cancer, permettant la détection rapide et précise de multiples aberrations simultanément. Les approches à l’échelle du génome, comme le séquençage complet du génome ou de l’exome, permettent d’obtenir une vue d’ensemble des altérations présentes, tandis que le séquençage plus ciblé analyse un nombre plus restreint de gènes ou interroge des altérations spécifiques [51]. Les deux principaux types de séquençage de nouvelle génération sont :

  • La capture par hybridation permet de séquencer un plus grand nombre de gènes cibles [52].
  • Le séquençage basé sur les amplicons est plus rapide mais plus ciblé, et ne détectera donc pas les fusions dans des gènes hors du panel de l’essai[52].

Le séquençage de nouvelle génération peut être divisé en méthodes basées sur l’ADN et méthodes basées sur l’ARN [53]. Les méthodes ADN interrogent les exons et introns, tandis que les méthodes ARN analysent uniquement les exons épissés [54].

Séquençage de l'ADN

La détection des fusions par des méthodes basées sur l’ADN peut donner des faux négatifs, et les échantillons négatifs peuvent nécessiter une reprise avec des méthodes basées sur l’ARN [55] entravant l'utilisation en pratique courante en clinique la détection des fusions par séquençage de l'ADN. L’analyse par biopsie liquide présente une haute spécificité et sensibilité et peut détecter avec succès des fusions, mais elle repose sur des méthodes basées sur l’ADN, et la quantité d’ADN tumoral circulant est variable [56]. L’analyse de l’ADN libre circulant par séquençage nouvelle génération pose plusieurs problèmes : faibles concentrations d’ADN, forte fragmentation, parasite aléatoire lié au séquençage nouvelle génération perturbant la détection des mutations rares, et une sensibilité et spécificité inférieures à l’analyse tissulaire [57],[58],[59].

Séquençage de l'ARN

Les méthodes de séquençage de l’ARN sont de plus en plus utilisées pour la détection des fusions [60], et il est recommandé de les utiliser en complément des analyses ADN. Le séquençage ARN s’est montré suffisamment robuste pour la détection des fusions dans le diagnostic courant des cancers pédiatriques et peut guider les décisions thérapeutiques [61]. Les panels existants sont généralement conçus pour capturer un ensemble spécifique de fusions géniques pour un type tumoral particulier, et se concentrent sur les mutations exploitables [62],[63],[64],[65]. Dans le diagnostic de maladies génétiques plus complexes, les patients peuvent bénéficier de méthodes de diagnostic moléculaire orthogonales, c’est-à-dire de l’utilisation parallèle des technologies de séquençage ADN et ARN [66].

La recherche de gène de fusion dans la stratégie de traitement du cancer

Les contraintes économiques et techniques limitent l’utilisation universelle du séquençage en diagnostic, et selon le type de panel utilisé, le séquençage peut ne pas améliorer les résultats cliniques [67]. En 2020, la Société européenne d’oncologie médicale est devenue la première société scientifique à publier des recommandations concernant l’utilisation du séquençage [68]. Elle recommande l’utilisation routinière des panels de séquençage multigènes dans la pratique clinique quotidienne pour certains cancers, tels que : le carcinome bronchique non à petites cellules, le cancer de la prostate, le cancer de l’ovaire, le cholangiocarcinome [69],[68].

Les recommandations du National Comprehensive Cancer Network (NCCN) suggèrent également fortement le séquençage pour le carcinome bronchique non à petites cellules et indiquent que le profilage moléculaire peut être utilisé pour guider la décision thérapeutique dans le cancer de la prostate, de l’ovaire et le cholangiocarcinome [70],[71],[72],[73].

Résistance au traitement dans les cancers porteurs de fusions

Les tumeurs pilotées par des fusions oncogéniques sont souvent résistantes à la chimiothérapie ou présentent une sensibilité réduite aux traitements standard [74],[75],[76],[77] soulignant le besoin de thérapies ciblées. Les mécanismes de résistance aux traitements ciblant les fusions oncogéniques peuvent être classés en deux catégories :

  • Altérations “on-target” : mutations ou amplification de la fusion elle-même
  • Altérations “off-target” : activation de voies de contournement parallèles [78]

Rarement, des fusions peuvent apparaître de novo comme mécanismes de résistance aux traitements systémiques. Leur rôle dans la résistance aux inhibiteurs de tyrosine kinase chez des patients sans mutation driver de fusion a été précédemment étudié [78]. L’apparition de novo de fusions comme voie d’échec thérapeutique a été documentée chez des patients atteints de carcinome bronchique non à petites cellules EGFR-muté recevant des inhibiteurs de la tyrosine kinase du récepteur du facteur de croissance épidermique, y compris l’osimertinib [79],[80]. Ainsi, les fusions oncogéniques de novo représentent un mécanisme potentiel de résistance aux traitements ciblés, mais elles sont relativement rares, leur détection est difficile,les fusions identifiées peuvent ne pas avoir de pertinence fonctionnelle. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour exploiter des thérapies combinées afin de surmonter la résistance médicamenteuse [80],[81].

Fusions oncogéniques avec traitements approuvés

Fusion de la kinase du lymphome anaplasique (ALK)

Cinq inhibiteurs de la kinase du lymphome anaplasique sont approuvés aux États-Unis pour le traitement des carcinomes bronchiques non à petites cellules avancés présentant des fusions ALK : crizotinib, ceritinib, alectinib, brigatinib et lorlatinib [82],[83]. Le crizotinib est le seul traitement approuvé par la FDA pour les tumeurs myofibroblastiques inflammatoires ALK-fusion positives avancées ou non résécables [84].

Fusion BCR:ABL

La fusion BCR:ABL est présente dans presque tous les cas de leucémie myéloïde chronique et dans 20–30 % des leucémies aiguës lymphoblastiques [85],[86]. L'inhibiteur de la tyrosine kinase imatinib a été approuvé en 2001 pour le traitement de la leucémie myéloïde chronique avec réarrangement BCR::ABL [87].

Plusieurs autres inhibiteurs BCR::ABL sont disponibles, avec de nouvelles générations en cours d’investigation. L’utilisation efficace de ces inhibiteurs de la tyrosine kinase a permis d’obtenir une survie proche de celle de la population générale pour les patients diagnostiqués en phase chronique, et un tiers des patients peuvent entrer en rémission sans traitement [88]. L'imatinib est également approuvé pour les maladies myélodysplasiques/myéloprolifératives avec réarrangements PDGFR (Platelet-Derived Growth Factor Receptor), le syndrome hypereosinophilique/leucémie éosinophilique chronique, et le dermatofibrosarcome protubérant non résécable/métastatique [87] .

Banque de données

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