Dossier

Nouveaux traitements épigénétiques

Mis en ligne le 25/10/2018

Mis à jour le 06/11/2018

Auteurs : R. Itzykson

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Depuis une décennie, les agents “hypométhylants” font partie de l'arsenal thérapeutique des hémopathies myéloïdes, y compris des leucémies aiguës myéloblastiques (LAM). De nouveaux agents hypométhylants, notamment la guadécitabine et l'azacitidine orale, ont été développés pour améliorer la pharmacocinétique de cette classe thérapeutique. Des essais de phase III d'enregistrement sont en cours pour déterminer leur bénéfice clinique. L'essor combiné de l'épigénomique et des criblages fonctionnels dans des modèles précliniques ainsi que les progrès de la chimie médicinale ont ouvert la voie au développement clinique de nombreux inhibiteurs de marques d'histones. L'évaluation préclinique de ces nouveaux inhibiteurs, dont les inhibiteurs de bromodomaine sont le fer de lance, a suggéré leur efficacité dans différents sous-types de LAM, notamment celles avec réarrangement de MLL (KMT2A). Leur développement clinique débute et nécessitera sans doute des combinaisons pour exploiter leur potentiel thérapeutique.

Au cours des 2 dernières décennies, de nombreux travaux de recherche ont mis en évidence le rôle des processus épigénétiques dans l'initiation et la progression leucémiques. Le terme épigénétique recouvre l'ensemble des modifications de l'architecture de la chromatine qui peuvent être transmises par division cellulaire, plus ou moins fidèlement, sans changement de la séquence d'ADN. Ces processus épigénétiques jouent un rôle dans la régulation de l'expression des gènes, mais également dans celle de l'épissage alternatif et dans la stabilité du génome face au risque de mutation ou de translocation.

Les processus épigénétiques peuvent être regroupés en 3 catégories :

  • méthylation de l'ADN ;
  • modifications covalentes d'histones (acétylation, méthylation, ubiquitinylation, etc.) ;
  • remodelage chromatinien impliquant des complexes ATP-dépendants (SWI/­SNF, etc.).

Si la machinerie de méthylation de l'ADN (ADN méthyltransférases, dont DNMT3A) est connue de longue date, la caractérisation biochimique de la voie de déméthylation de l'ADN est plus récente : elle implique les enzymes de la famille TET (dont TET2) et un cofacteur, le 2-oxoglutarate, produit par les isocitrate déshydrogénases (IDH1 et IDH2).

Les modifications des histones forment un ensemble complexe de régulations épigénétiques. Des modifications chimiquement proches de résidus d'histones différents peuvent entraîner des conséquences biologiques radicalement opposées. Ainsi la méthylation de la lysine 4 de l'histone H3 active la transcription génique, alors que celle de la lysine 27 de la même histone la réprime. Il en résulte un “code des histones” encore incomplètement connu, dans lequel sont impliquées 3 familles enzymatiques, servant respectivement à écrire (“writer”), lire (“reader”) et effacer (“eraser”) ces marques d'histones.

La dérégulation des processus épigénétiques dans les cellules leucémiques peut résulter de 3 types de phénomènes. Le premier d'entre eux est la survenue d'une mutation somatique affectant un gène codant pour un régulateur épigénétique. Les plus fréquents sont les gènes DNMT3A et TET2, impliqués dans la méthylation de l'ADN, et ASXL1 impliqué dans des modifications d'histones via les complexes polycomb (complexes répresseurs de l'expression génique). Ces mutations sont souvent des événements très précoces de la leucémogenèse, vraisemblablement impliqués dans l'émergence d'un état préleucémique, l'hémato­poïèse clonale liée à l'âge (ARCH) [aussi dénommée hématopoïèse clonale de signification indéterminée (CHIP)]. La perte ou la modification de la fonction de ces enzymes retentit sur la régulation épigénétique de nombreux gènes, dont il est encore difficile de déterminer lesquels sont critiques pour l'initiation leucémique. Parfois, ce sont des remaniements génomiques dans une région non codante qui modifient, le plus souvent localement, la régulation épigénétique de l'expression d'oncogènes importants, à l'instar des inversions de la région 3q26 qui perturbent une région “enhancer”, entraînant l'expression aberrante d'un puissant oncogène, MECOM/EVI1. Enfin, le vieillissement physiologique des cellules souches hématopoïétiques entraîne, à chaque division, l'accumulation semi-aléatoire de modifications épigénétiques, ou “épimutations”, conséquences de la relative infidélité de la transmission des marques épigénétiques par rapport à la réplication de l'ADN.

Ces 3 types de processus, bien que très différents, ont pour point commun de représenter des talons d'Achille des cellules leucémiques, dès lors que des molécules thérapeutiques altérant les marques épigénétiques sont disponibles. Deux modèles théoriques peuvent expliquer l'efficacité préclinique ou clinique de l'inhibition d'un régulateur épigénétique : premièrement, l'inhibition d'une étape enzymatique d'écriture, de lecture ou d'effacement “corrige” une anomalie épigénétique leucémogène (modèle de réversion) ; deuxièmement, la présence d'une telle anomalie rend la cellule leucémique particulièrement vulnérable à l'inhibition d'une enzyme de régulation épigénétique (modèle de léthalité synthétique).

Depuis la mise sur le marché de l'azacitidine et de la décitabine, 2 azanucléotides inhibiteurs d'ADN méthyltransférases de première génération dans les syndromes myélodysplasiques (SMD) puis dans les leucémies aiguës myéloblastiques (LAM), il y a une décennie, l'essor des technologies d'étude de l'épigénome (notamment celles qui recourent au séquençage à haut débit) et les progrès de la chimie médicinale ont grandement élargi le spectre des régulateurs épigénétiques pouvant faire l'objet d'un ciblage thérapeutique. Pourtant, force est de constater que notre compréhension des modes d'action cellulaires de ces médicaments reste modeste et que leur développement clinique dans les LAM est encore largement empirique.

Hypométhylants de première génération : des progrès ?

La recherche clinique sur les hypométhylants de première génération a essentiellement porté sur des combinaisons, dont le choix est le plus souvent empirique. À ce jour, si certaines semblent prometteuses et ont été abordées dans d'autres articles de ce dossier (combinaison avec le vénétoclax ou avec les inhibiteurs de FLT3), aucune n'a fait la preuve de sa supériorité sur la monothérapie par hypométhylant. Quelques essais ont évalué des régimes d'administration prolongée d'hypométhylant. Un schéma intensif d'azacitidine 15 j/mois
a été étudié par le Groupe francophone des myélodysplasies, avec une efficacité potentiellement accrue au prix d'une plus grande toxicité, tandis qu'une étude monocentrique états-unienne a rapporté l'éradication de clones porteurs des mutations de haut risque du gène TP53 grâce à un traitement par 10 jours de décitabine, sans que ces résultats intrigants aient pu être reproduits à ce jour (1).

Des études de méthylation pangénomique et de pharmaco­cinétique ont souligné l'importance de la pharmacocinétique de ces drogues dans les limites de leur activité clinique (2, 3). Les azanucléotides doivent être incorporés dans l'ADN pour induire un effet hypo­méthylant. Plusieurs travaux ont souligné l'importance de l'état du cycle cellulaire des progéniteurs leucémiques dans la réponse à ces agents. Il est ainsi probable que l'absence de guérison avec ces molécules s'explique en partie par la quiescence des cellules leucémiques les plus immatures (3, 4). À ce jour pourtant, aucune étude de “priming”, pas même préclinique, n'a permis de démontrer que la mise en cycle de ces cellules leucémiques dormantes améliore l'efficacité des hypométhylants.

Une autre limite des azanucléotides est leur rapide dégradation par une enzyme plasmatique, la cytidine désaminase. Si des travaux sont en cours pour établir un ou plusieurs biomarqueurs pharmacogénomiques robustes pour ces molécules, des efforts de pharmacologie ont été entrepris pour mettre au point des agents hypométhylants dits de seconde génération, dont l'objectif est de permettre une exposition plus continue. Trois molécules de ce type sont en phase avancée de développement.

Nouveaux hypométhylants

La guadécitabine (SGI-110) est un dinucléotide de la décitabine, qui en est le métabolite actif, et de la désoxyguanosine. Ce dinucléotide est relativement résistant à l'activité de la cytidine désaminase, et le clivage lent de la liaison phosphodiester entre les 2 nucléotides permet une exposition prolongée à la décitabine. À l'instar de celle-ci, l'administration de la guadécitabine est intraveineuse, et la dose recommandée établie à 60 mg/m2/j pendant 5 jours tous les 28 jours. Selon une étude de phase II, la guadécitabine permet d'obtenir une réponse chez 52 % des patients âgés porteurs d'une LAM traités en première ligne, sans qu'un traitement prolongé sur 10 jours par cycle n'améliore la survie par rapport au schéma conventionnel sur 5 jours. Le profil de toxicité est semblable à celui des hypométhylants conventionnels, avec cependant une fréquence élevée (59 %) de neutropénies fébriles nécessitant une hospitalisation. Le taux de rémissions complètes, autour de 35 %, semble supérieur à celui obtenu avec les hypométhylants de première génération, et une étude de phase III randomisée (ASTRAL-001) a été conduite pour le vérifier (5). Un communiqué de presse de la compagnie ASTEX indique que cette étude n'a pas atteint son critère de jugement principal ; les résultats détaillés devraient être communiqués très bientôt.

Le CC-486 est la formulation orale de l'azacitidine. Compte tenu de concentrations au pic moins élevées qu'avec l'azacitidine, il peut être administré sur des schémas prolongés de 14 voire 21 jours par cycles de 28 jours. Ces schémas permettent une hypo­méthylation persistante et non plus intermittente comme avec les schémas classiques d'hypométhylants. Pour autant, les taux de réponse observés en phase précoce, essentiellement chez des patients souffrant de SMD de faible risque, sont relativement proches de ceux obtenus par les hypométhylants de première génération. D'autres travaux ont montré la faisabilité de ces schémas en entretien après une allogreffe. Les inclusions de l'étude de phase III randomisée QUAZAR, qui compare le CC-486 à un placebo en entretien dans des cas de LAM en première rémission complète non allogreffées, sont terminées, et les résultats sont donc attendus avec intérêt.

La troisième molécule, l'ASTX-727, est moins avancée dans son développement. D'administration orale, ce traitement combine la décitabine à un inhibiteur de la cytidine désaminase, la cédazuridine (E7 727). Le schéma actuellement recommandé pour cette molécule permet d'obtenir la même exposition à la décitabine que la formulation classique, et les résultats cliniques semblent donc similaires.

Si le passage à un mode d'administration orale des hypométhylants représente un progrès, il est tout sauf certain que le plafond du bénéfice clinique, réel mais modéré, actuellement obtenu avec les hypométhylants puisse être dépassé. Il est salutaire que des essais avec de nouvelles classes thérapeutiques dans les LAM dans les indications classiques des hypométhylants explorent des stratégies sans hypométhylant (par exemple, l'essai évaluant le giltéritinib dans les LAM en rechute, qui comporte un bras de combinaison avec l'azacitidine, un bras contrôle avec azacitidine seule, mais aussi un bras giltéritinib seul). Ceci permettra de vérifier que l'hématotoxicité des azanucléotides n'obère pas le développement de nouvelles classes thérapeutiques potentiellement actives.

Inhibiteurs d'histone désacétylases : un espoir déçu

Grande promesse des années 2005-2015, la combinaison des hypométhylants avec les inhibiteurs d'histone désacétylases s'est uniformément révélée décevante, bien que certaines molécules de dernière génération, comme le pracinostat, soient encore en cours d'étude. Vorinostat, entinostat, panobinostat : la liste est longue des molécules inhibant les lysine désacétylases dont la combinaison avec les hypométhylants n'a pas montré de réelle supériorité (6). Premier problème, ces inhibiteurs sont pour la plupart peu spécifiques, et inhibent de nombreuses désacétylases, ce qui explique notamment l'hématotoxicité marquée de la plupart de ces molécules, notamment sur la lignée plaquettaire. Enfin, le mécanisme épigénétique entre méthylation de l'ADN et modifications d'histones n'est pas encore complètement élucidé, et, ex vivo, certaines combinaisons se sont révélées antagonistes ou additives selon la séquence de leur administration.

Nouveaux inhibiteurs de régulateurs épigénétiques

Les progrès de la chimie médicinale ont permis la mise au point d'inhibiteurs chimiques de nombreuses protéines de régulation épigénétique impliquées dans l'écriture (par exemple, EZH1/2), la lecture (BET [Bromodomain Extra Terminal]) ou l'effacement (LSD1) de marques d'histones. Certaines ciblent des processus de régulation épigénétique assez larges (protéines à bromo­domaines BET et “super-enhancers”) ; d'autres, des complexes dont l'activité affecte un plus petit nombre de gènes cibles – par exemple, la méthyltransférase de la lysine H3K79, DOT1L. L'intérêt théorique de ces molécules a été démontré dans des études précliniques, mais elles en sont toujours au début de leur développement clinique et devront sans doute être utilisées en combinaison et uniquement dans certains sous-types moléculaires, pour revendiquer une place dans l'arsenal thérapeutique des LAM.

Le début des années 2010 a ainsi été marqué par un important engouement autour des inhibiteurs de protéines à bromodomaines BET. Ces protéines, dont une, BRD4, est prééminente dans les LAM, se fixent sur les lysines acétylées des queues d'histones, notamment au niveau de séquences régulatrices distantes appelées “super-enhancers”. Elles favorisent des assemblages protéiques et un reploiement chromatinien, activant notamment l'élongation transcriptionnelle, et donc l'expression des gènes environnants. BRD4 est, dans de nombreux contextes tumoraux, nécessaire à l'expression du programme oncogénique du facteur de transcription MYC. Dans les LAM, BRD4 joue un rôle crucial dans la dérégulation transcriptionnelle induite par les translocations de MLL (KMT2A). Si les inhibiteurs de BET ont démontré une activité préclinique importante dans les LAM avec fusion de MLL, mais aussi dans d'autres sous-types (mutation de NPM1, surexpression d'EVI1), la plasticité épigénétique des cellules de LAM, et peut-être plus spécifiquement des cellules souches leucémiques, semble représenter un réservoir important de résistance. Néanmoins, dans une étude de phase I dans des LAM en phase avancée, une réduction de la blastose médullaire a été observée chez plusieurs patients traités par un inhibiteur de BET, le birabrésib (OTX-015), en monothérapie, permettant l'obtention d'une rémission chez 3 patients (7). Plus encore que l'inhibition compétitive des protéines BET, la dégradation de ces protéines semble une voie prometteuse. Plusieurs approches pharmacologiques sont en cours de développement pour permettre la mise au point de molécules thérapeutiques induisant de façon sélective la dégradation de protéines, le plus souvent en recrutant le protéasome. La plus avancée est l'approche PROTAC (PROteolytic TArgeting Chimeric), dont le développement clinique commencera prochainement. Deux autres régulateurs épigénétiques participent au programme transcriptionnel aberrant des leucémies MLL : LSD1 et DOT1L. Les premiers résultats cliniques d'un inhibiteur de DOT1L en monothérapie se sont avérés décevants (8). Les inhibiteurs de LSD1 sont en cours de phase I.

Conclusion

Si des progrès dans le mode d'administration des agents hypométhylants peuvent être espérés dans les années à venir, de nombreux inhibiteurs de l'écriture, de la lecture ou de l'effacement des marques d'histones sont en cours de développement. Il est trop tôt pour déterminer quelle sera leur place dans l'arsenal thérapeutique des LAM, mais des études de combinaison bien menées dans des sous-groupes moléculaires pertinents (par exemple, les translocations de MLL) seront sans doute nécessaires pour apprécier leur activité antileucémique. ■

Références

1. Welch JS, Petti AA, Ley TJ. Decitabine in TP53-mutated AML. N Engl J Med 2017;376(8):797-8.

2. Merlevede J, Droin N, Qin T et al. Mutation allele burden remains unchanged in chronic myelomonocytic leukaemia responding to hypomethylating agents. Nat Commun 2016;7:10767.

3. Unnikrishnan A, Papaemmanuil E, Beck D et al. Integrative genomics identifies the molecular basis of resistance to azacitidine therapy in myelodysplastic syndromes. Cell Rep 2017;20(3):572-85.

4. Ali A, Penneroux J, Dal Bello R Jr et al. Granulomonocytic progenitors are key target cells of azacytidine in higher risk myelodysplastic syndromes and acute myeloid leukemia. Leukemia 2018;32(8):1856-60.

5. Kantarjian HM, Roboz GJ, Kropf PL et al. Guadecitabine (SGI-110) in treatment-naive patients with acute myeloid leukaemia: phase 2 results from a multicentre, randomised, phase 1/2 trial. Lancet Oncol 2017;18(10):1317-26.

6. Sekeres MA, Othus M, List AF et al. Randomized phase II study of azacitidine alone or in combination with lenalidomide or with vorinostat in higher-risk myelodysplastic syndromes and chronic myelomonocytic leukemia: North American Intergroup Study SWOG S1117. J Clin Oncol 2017;35(24):2745-53.

7. Berthon C, Raffoux E, Thomas X et al. Bromodomain inhibitor OTX015 in patients with acute leukaemia: a dose-escalation, phase 1 study. Lancet Haematol 2016;3(4):e186-95.

8. Stein EM, DiNardo CD, Pollyea DA et al. Enasidenib in mutant IDH2 relapsed or refractory acute myeloid leukemia. Blood 2017;130(6):722-31.

Liens d'interêts

R. Itzykson déclare avoir reçu des honoraires de Celgene et Otsuka Pharma, bénéficié de financements de recherche de Janssen et OncoEthix (maintenant propriété de Merck).

auteur
Pr Raphaël ITZYKSON
Pr Raphaël ITZYKSON

Médecin
Hématologie
Hôpital Saint-Louis, Paris
France
Contributions et liens d'intérêts

centre(s) d’intérêt
Hématologie,
Oncologie hématologie
thématique(s)
Leucémie aiguë myéloblastique (LAM)
Mots-clés