Mécanismes moléculaires et marqueurs biologiques dans la pathogénèse des cancers ano-génitaux HPV induits.

Molecular mechanisms and biological markers in HPV-induced ano-genital cancers pathogenesis

• Auteur / Autrice : Valentine Ferré
• Direction : Diane Descamps, Jade Ghosn
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Soutenance le 16/12/2022
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Infection, anti-microbien, modélisation, évolution (Paris)
• Jury : Président / Présidente : Anne Couvelard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne Couvelard, Sébastien Hantz, Charles Cazanave, Aude Jary
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sébastien Hantz, Charles Cazanave

Mots clés

Mots clés contrôlés

Afrique

Travailleurs du sexe

Cancer

Anus

Papillomavirus humains

Mots clés libres

Papillomavirus humain

Cancer anal

IST

HSH

Travailleuses du sexe

Afrique

APOBEC

Méthylation

Human papillomavirus

Anal cancer

Methylation

APOBEC

Africa

Msm

FSW

STI

Résumé

Afin de mieux prévenir les cancers ano-génitaux HPV induits, il est important de mieux comprendre les mécanismes moléculaires de leur pathogénèse mais aussi de trouver des marqueurs biologiques permettant de mieux dépister les stades pré-cancéreux de ces lésions. Dans ce travail de thèse, nous avons d'abord mené deux études épidémiologiques ayant pour but de décrire les HPV circulant en 2017 au sein de deux populations à risque : les hommes ayant des relations sexuelles avec les hommes (HSH) et les femmes travailleuses du sexe (TDS) au Togo, un pays présentant une forte incidence des cancers du col de l'utérus et une importante prévalence du VIH. Nous avons mis en évidence une forte prévalence des infections sexuellement transmissibles mais également une distribution inhabituelle des types d'HPV, l'HPV16 n'étant pas le plus fréquemment détecté. Ainsi, l'HPV16 n'était qu'au 4ème rang en termes de fréquence chez les TDS. Pour les HSH, l'HPV35 était le plus fréquemment détecté, corroborant les résultats de deux études précédentes menées chez les HSH en Afrique Sub-saharienne. Nous avons ensuite comparé les séquences d'un même type d'HPV issues des frottis cervicaux et anaux prélevés de façon concomitante chez les TDS. Grâce à du séquençage viral génome entier, nous avons montré que ces séquences étaient identiques, en faveur de l'hypothèse selon laquelle une grande partie des infections anales féminines seraient liées à une auto-inoculation à partir des infections cervicales. L'analyse des séquences virales a également montré que, malgré une fréquence mutationnelle globale similaire, les mutations induites par APOBEC3 n'étaient pas réparties de façon homogène entre les types d'HPV ni entre les différents groupes de risque oncogène. Ainsi, nous avons démontré sur nos données que les HPV bas-risque (HPVbr) présentaient plus fréquemment des mutations APOBEC3 que les HPV haut-risque (HPVhr), ce que nous avons confirmé par l'analyse des séquences issues de Genbank des HPVhr (HPV16 et 18) et HPVbr (HPV6 et 11) les plus fréquents. Nous avons également montré que ces mutations n'étaient pas réparties de façon homogène le long du génome viral avec un nombre plus élevé de mutations dans les gènes L2 et E1. La différence de signature APOBEC3 entre les groupes d'HPV de différent risque oncogène était retrouvée à l'échelle des gènes viraux, avec une absence de mutations dans les gènes E6 et E4 des HPV16 et 18 alors qu'ils étaient fréquemment mutés dans les HPV6 et 11. Ces motifs de mutations APOBEC différents entre les groupes d'HPV pourrait participer à leur différence de pathogénicité. Dans une dernière étude, nous avons évalué la valeur prédictive de marqueurs de méthylation du génome humain pour l'évolution vers le cancer anal. Ces marqueurs sont bien établis pour le cancer du col de l'utérus et des marqueurs d'intérêt pour le cancer anal ont été mis en évidence par des études transversales sur des biopsies tissulaires (ZNF582 et ASCL1). Notre étude prospective, ancillaire de la cohorte française AIN3, a permis de quantifier ces marqueurs sur des frottis anaux, moins invasifs que les biopsies. Nous avons d'abord démontré que ces marqueurs étaient associés avec les marqueurs classiquement réalisés sur frottis anal : cytologie, double marquage p16/Ki-67, détection d'HPV16 et HPVhr. Nous avons ensuite démontré l'association significative entre le niveau de méthylation de ces marqueurs et l'évolution vers le cancer des patients dans le suivi. Et enfin, nous avons proposé des seuils de méthylation, adaptés à la cohorte AIN3, permettant de démontrer qu'avec des seuils adaptés, ces marqueurs pourraient être implémentés dans les algorithmes de dépistage du cancer anal, par exemple pour orienter vers l'anuscopie haute résolution. Ces résultats contribuent donc à améliorer les connaissances épidémiologiques et mécanistiques des infections HPV et à identifier des marqueurs de triage des lésions anales.

To prevent ano-genital HPV-induced cancer, understanding their pathogenesis at molecular levels and unraveling new markers to screen lesions before invasive cancer establishment is crucial. In this work, we first carried out epidemiology studies about HPVs circulating in 2017 in two populations at high-risk of sexually-transmitted infections (STIs): men who have sex with men (MSM) and female sex workers (FSW) in Togo, a country with high incidence of cervical cancer and HIV infection. We evidenced a high burden of STI and an unusual distribution of HPV types, HPV16 not being the most prevalent. HPV16 only ranked fourth in cervical smears from FSW. Regarding MSM, HPV35 was the most prevalent in anal smears, comforting results from previous studies in Sub-Saharan Africa. These two epidemiological studies strengthen the need for HPV vaccination in Sub-Saharan countries, in general population as recommended by the World Health Organization but also in key populations like MSM. Then we compared similar HPVs found in anal and cervical smears collected concomitantly from FSW. Thanks to whole viral genome sequencing by capture-NGS, we demonstrated that, when the same HPV was detected in both anatomic sites, their sequences were identical, in line with the hypothesis of auto-inoculation of HPVs from cervix to anus in women. Regarding HPV sequences analysis, even with a same evolution rate between HPVs assessed with a similar mutation frequency across genomes, the mutations induced by APOBEC3 were not equally distributed between HPV types and HPV risk-groups. We demonstrated, on our dataset, that low-risk HPVs (lrHPV) harbored APOBEC3-induced mutations at a higher frequency than high-risk HPVs (hrHPV) and we confirmed this observation by analyzing whole-genome sequences of the most frequent hrHPVs (HPV 16 and HPV18) and lrHPV (HPV6 and HPV11) retrieved from Genbank. We also showed that the APOBEC3-induced mutations were not equally distributed along the genome, with globally more mutations in the L2 and E1 genes. Differences between HPV risk-groups were observed at the viral gene scale, with no APOBEC3-induced mutations observed on E6 and E4 in HPV16 and 18 while they were frequent in HPV6 and HPV11, respectively. APOBEC3-induced mutations have been associated with viral restriction, but some of them may be involved in viral diversity and even carcinogenic mechanisms. The different APOBEC3-mutation patterns we showed between HPV risk-groups may help understand their pathogenicity. In a last study, we assessed the predictive value of host-cell DNA methylation marker for anal cancer. Indeed, such biological markers have been well established for cervical cancers and transversal studies on anal tissue biopsies have evidenced some markers suitable for anal cancer detection (ZNF582 and ASCL1), but to date no large longitudinal study could associate methylation levels of those markers to the evolution through anal cancer. In our prospective study, ancillary to the French AIN3 cohort, we quantified those markers on anal smears, less invasive than anal tissue biopsies, and evaluated the association with the clinical progression of patient through cancer in follow-up. We first confirmed that methylation markers on anal smears were associated with common markers like cytology, p16/Ki-67 dual-staining, HPV16 and hrHPV detection. Then we demonstrated the association of higher levels of methylation of those markers with anal cancer progression in follow-up. And finally we tried to define thresholds for these markers that could be applied to the AIN3 cohort participants and to demonstrate that this kind of markers, with cut-off adapted, could be implemented in anal cancer screening algorithm, for instance for high resolution anoscopy referral. All these findings contributed to a better knowledge of HPV infections epidemiology and pathogenic mechanisms with identification of possible triage markers for evolution of anal high-grade lesions.