Evaluation de l'ADN circulant tumoral (ADNct) comme biomarqueur de réponse aux thérapies ciblées développées en phase précoce en oncologie

Serial next-generation sequencing of circulating cell-free DNA evaluating tumor clone response to molecularly targeted early phase drug administration

• Auteur / Autrice : Jean-Sébastien Frenel
• Direction : Mario Campone, Sophie Barillé-Nion
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Recherche clinique, innovation technologique, santé publique
• Date : Soutenance le 29/10/2018
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : COMUE : Université Bretagne Loire (2016-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Immunité innée et immunothérapie (Angers)
• Jury : Président / Présidente : Alain Morel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Trédan

Mots clés

Mots clés contrôlés

Marqueurs biologiques

ADN complémentaire

Mots clés libres

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Résumé

De l’ADN libre circulant (ADNc) dérivant de la tumeur peut être isolé dans le plasma des patients présentant un cancer. Cet ADNc tumoral (ADNct) permet un accès indirect à la tumeur puisqu’il porte les même caractéristiques génétiques et épigénétiques et représente une biopsie liquide. Nous avons évalué l’intérêt du séquençage ciblé de l’ADNct comme biomarqueur de réponse à des thérapies ciblées développées en phase précoce en oncologie. Dans la première partie de ce travail, nous avons évalué les mutations identifiables par séquençage de l’ADNct d’une cohorte de 39 patients recevant un traitement anti-cancéreux dans le cadre d’un essai thérapeutique de phase I. Un total de 157 échantillons de plasma a été séquencé avec une couverture moyenne de 1685x. A l’initiation du traitement, 23 des 39 patients (59%) avaient au moins une mutation identifiable dans l’ADNct. Parmi les 44 mutations identifiées, TP53, PIK3CA et KRAS étaient les gènes les plus fréquemment mutés avec des fréquences de 41%, 20% et 18% respectivement. Dans un second temps, l’ADNc des patients ayant des mutations identifiées a été collecté et séquencés tous les mois au cours du traitement jusqu’à progression. Parmi les 23 patients, 13 ont reçu une thérapie ciblant directement l’anomalie moléculaire identifiée. Le suivi longitudinal des mutations identifiées dans l’ADNct et la dynamique des fréquences alléliques pendant le traitement a mis en évidence des variations associées à la réponse thérapeutique. Par ailleurs, pour les patients présentant plusieurs mutations identifiées dans un même échantillon d’ADNct, le suivi de ces mutations a mis en évidence la présence de clones évoluant de manière discordante au cours du traitement. Les variations quantitatives des fréquences alléliques des mutations dans l’ADNct étaient associées au temps jusqu’à progression sous traitement. L’ADNct est un biomarqueur d’intérêt pour le développement des thérapies ciblées en oncologie fait l’objet de nombreux développement en oncologie qui seront discutés dans ce travail.

Circulating cell free DNA (ccDNA) deriving from tumor can be isolated in plasma of cancer patients. This circulating tumor DNA (ctDNA) shared the same genetics and epigenetics characteristics with the tumor and represents virtually a liquid biopsy. We evaluated whether targeted next-generation sequencing (NGS) of circulating tumor DNA (ctDNA) could be used for patient selection and as a tumor clone response biomarker in 39 patients with advanced cancers participating in early-phase clinical trials of targeted drugs. Overall, 159 plasma samples were sequenced with a mean sequencing coverage achieved of 1,685X across experiments. At trial initiation (C1D1), 23 of 39 (59%) patients had at least one mutation identified in cfDNA. Out of the 44 mutations identified at C1D1, TP53, PIK3CA and KRAS were the top three mutated genes identified, with 18 (41%), nine (20%), eight (18%) different mutations, respectively. In the second part of this work, we performed sequential NGS of ctDNA for the 23 patients with cfDNA mutation identified at C1D1. The monitoring of mutation allele frequency (AF) in consecutive plasma samples during treatment with targeted drugs demonstrated potential treatment associated clonal responses. Longitudinal monitoring of cfDNA samples with multiple mutations indicated the presence of separate clones behaving discordantly. Molecular changes at cfDNA mutation level were associated with time to disease progression. Targeted NGS of ctDNA has potential clinical utility to monitor the delivery of targeted therapies and future directions are discussed.