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Au cours de la dernière décennie, la technologie de séquençage génétique a été largement utilisée en recherche sur le cancer et en pratique clinique, devenant un outil essentiel pour révéler les caractéristiques moléculaires du cancer. Les progrès du diagnostic moléculaire et des thérapies ciblées ont favorisé le développement de concepts de thérapie de précision tumorale et ont profondément transformé le domaine du diagnostic et du traitement des tumeurs. Les tests génétiques peuvent être utilisés pour prévenir le risque de cancer, orienter les décisions thérapeutiques et évaluer le pronostic, et constituent un outil important pour améliorer les résultats cliniques des patients. Nous résumons ici les articles récents publiés dans CA Cancer J Clin, JCO, Ann Oncol et d'autres revues afin de passer en revue l'application des tests génétiques au diagnostic et au traitement du cancer.

Mutations somatiques et germinales. En général, le cancer est causé par des mutations de l'ADN qui peuvent être héritées des parents (mutations germinales) ou acquises avec l'âge (mutations somatiques). Les mutations germinales sont présentes dès la naissance, et le mutant est généralement porteur de la mutation dans l'ADN de chaque cellule de l'organisme et peut être transmis à la descendance. Les mutations somatiques sont acquises par les individus dans des cellules non gamétiques et ne sont généralement pas transmises à la descendance. Les mutations germinales et somatiques peuvent perturber l'activité fonctionnelle normale des cellules et entraîner leur transformation maligne. Les mutations somatiques sont un facteur clé de malignité et le biomarqueur le plus prédictif en oncologie ; cependant, environ 10 à 20 % des patients atteints de tumeurs sont porteurs de mutations germinales qui augmentent significativement leur risque de cancer, et certaines de ces mutations ont également un effet thérapeutique.
Mutation conductrice et mutation passagère. Toutes les variantes de l'ADN n'affectent pas la fonction cellulaire ; en moyenne, cinq à dix événements génomiques, appelés « mutations conductrices », sont nécessaires pour déclencher une dégénérescence cellulaire normale. Les mutations conductrices surviennent souvent dans des gènes étroitement liés aux activités vitales des cellules, tels que ceux impliqués dans la régulation de la croissance cellulaire, la réparation de l'ADN, le contrôle du cycle cellulaire et d'autres processus vitaux, et peuvent potentiellement servir de cibles thérapeutiques. Cependant, le nombre total de mutations dans tout cancer est assez important, allant de quelques milliers dans certains cancers du sein à plus de 100 000 dans certains cancers colorectaux et de l'endomètre très variables. La plupart des mutations n'ont aucune signification biologique, voire une signification limitée, même si la mutation se produit dans la région codante. Ces événements mutationnels insignifiants sont appelés « mutations passagères ». Si une variante génétique dans un type de tumeur particulier prédit sa réponse ou sa résistance au traitement, cette variante est considérée comme cliniquement opérable.
Oncogènes et gènes suppresseurs de tumeurs. Les gènes fréquemment mutés dans le cancer peuvent être grossièrement divisés en deux catégories : les oncogènes et les gènes suppresseurs de tumeurs. Dans les cellules normales, la protéine codée par les oncogènes joue principalement un rôle dans la promotion de la prolifération cellulaire et l'inhibition de l'apoptose, tandis que la protéine codée par les gènes oncosuppresseurs est principalement responsable de la régulation négative de la division cellulaire pour maintenir une fonction cellulaire normale. Dans le processus de transformation maligne, la mutation génomique entraîne une augmentation de l'activité des oncogènes et une diminution, voire une perte, de l'activité des gènes oncosuppresseurs.
Variation de faible amplitude et variation structurelle. Ce sont les deux principaux types de mutations du génome. Les petites variantes altèrent l'ADN en modifiant, supprimant ou ajoutant un petit nombre de bases, notamment par insertion, délétion, décalage du cadre de lecture, perte du codon d'initiation ou du codon d'arrêt, etc. La variation structurelle est un important réarrangement du génome, impliquant des segments de gènes dont la taille varie de quelques milliers de bases à la majeure partie du chromosome, incluant des modifications du nombre de copies des gènes, des délétions, des duplications, des inversions ou des translocations chromosomiques. Ces mutations peuvent entraîner une réduction ou une amélioration de la fonction des protéines. Outre les modifications au niveau des gènes individuels, les signatures génomiques sont également intégrées aux rapports de séquençage clinique. Les signatures génomiques peuvent être considérées comme des schémas complexes de variations de faible amplitude et/ou structurelles, notamment la charge mutationnelle tumorale (TMB), l'instabilité des microsatellites (MSI) et les défauts de recombinaison homologue.

Mutation clonale et mutation sous-clonale. Les mutations clonales sont présentes dans toutes les cellules tumorales, dès le diagnostic et le restent après la progression du traitement. Par conséquent, elles pourraient être utilisées comme cibles thérapeutiques. Les mutations sous-clonales ne sont présentes que dans un sous-ensemble de cellules cancéreuses et peuvent être détectées dès le début du diagnostic, mais disparaissent lors des récidives ultérieures ou n'apparaissent qu'après traitement. L'hétérogénéité cancéreuse désigne la présence de multiples mutations sous-clonales dans un même cancer. Il est à noter que la grande majorité des mutations motrices cliniquement significatives dans toutes les espèces cancéreuses courantes sont des mutations clonales et restent stables tout au long de la progression du cancer. La résistance, souvent médiée par des sous-clones, peut ne pas être détectée au moment du diagnostic, mais apparaît lors de la récidive après traitement.

La technique traditionnelle FISH, ou caryotype cellulaire, permet de détecter les modifications chromosomiques. La FISH permet de détecter les fusions, délétions et amplifications génétiques et est considérée comme la méthode de référence pour la détection de ces variants, avec une précision et une sensibilité élevées, mais un débit limité. Dans certaines hémopathies malignes, notamment la leucémie aiguë, le caryotype est encore utilisé pour orienter le diagnostic et le pronostic, mais cette technique est progressivement remplacée par des tests moléculaires ciblés tels que la FISH, le WGS et le NGS.
Les modifications génétiques individuelles peuvent être détectées par PCR, qu'il s'agisse de PCR en temps réel ou de PCR en goutte numérique. Ces techniques présentent une sensibilité élevée, sont particulièrement adaptées à la détection et au suivi de petites lésions résiduelles et permettent d'obtenir des résultats dans un délai relativement court. Cependant, leur inconvénient réside dans leur portée de détection limitée (elles ne détectent généralement que les mutations d'un ou de quelques gènes) et la possibilité d'effectuer plusieurs tests.
L'immunohistochimie (IHC) est un outil de surveillance protéique couramment utilisé pour détecter l'expression de biomarqueurs tels que ERBB2 (HER2) et les récepteurs aux œstrogènes. L'IHC permet également de détecter des protéines mutées spécifiques (comme BRAF V600E) et des fusions géniques spécifiques (comme les fusions ALK). L'avantage de l'IHC est qu'elle s'intègre facilement aux analyses tissulaires de routine, permettant ainsi de la combiner à d'autres tests. De plus, l'IHC peut fournir des informations sur la localisation subcellulaire des protéines. Ses inconvénients sont une évolutivité limitée et des exigences organisationnelles élevées.
Séquençage de deuxième génération (NGS) : Le NGS utilise des techniques de séquençage parallèle à haut débit pour détecter les variations au niveau de l'ADN et/ou de l'ARN. Cette technique permet de séquencer à la fois le génome entier (WGS) et les régions géniques d'intérêt. Le WGS fournit les informations les plus complètes sur les mutations génomiques, mais son application clinique se heurte à de nombreux obstacles, notamment la nécessité d'échantillons de tissus tumoraux frais (le WGS n'est pas encore adapté à l'analyse des échantillons immobilisés au formol) et son coût élevé.
Le séquençage NGS ciblé comprend le séquençage d'exons entiers et le panel de gènes cibles. Ces tests enrichissent les régions d'intérêt par sondes ADN ou amplification par PCR, limitant ainsi la quantité de séquençage nécessaire (l'exome entier représente 1 à 2 % du génome, et même de grands panels contenant 500 gènes ne représentent que 0,1 % du génome). Bien que le séquençage d'exons entiers soit performant dans les tissus fixés au formol, son coût reste élevé. Les combinaisons de gènes cibles sont relativement économiques et offrent une certaine flexibilité dans la sélection des gènes à tester. De plus, l'ADN libre circulant (ADNcf) apparaît comme une nouvelle option pour l'analyse génomique des patients atteints de cancer, connue sous le nom de biopsies liquides. Les cellules cancéreuses comme les cellules normales peuvent libérer de l'ADN dans la circulation sanguine. L'ADN libéré par les cellules cancéreuses est appelé ADN tumoral circulant (ADNct), qui peut être analysé pour détecter d'éventuelles mutations dans les cellules tumorales.
Le choix du test dépend du problème clinique spécifique à traiter. La plupart des biomarqueurs associés aux thérapies approuvées peuvent être détectés par les techniques FISH, IHC et PCR. Ces méthodes sont adaptées à la détection de faibles quantités de biomarqueurs, mais elles n'améliorent pas l'efficacité de la détection avec un débit croissant. De plus, si un trop grand nombre de biomarqueurs est détecté, la quantité de tissu disponible peut être insuffisante. Dans certains cancers spécifiques, comme le cancer du poumon, où les échantillons de tissus sont difficiles à obtenir et où de nombreux biomarqueurs doivent être testés, le NGS constitue une meilleure option. En conclusion, le choix du test dépend du nombre de biomarqueurs à tester pour chaque patient et du nombre de patients à tester pour le biomarqueur. Dans certains cas, l'IHC/FISH est suffisante, notamment lorsque la cible a été identifiée, comme pour la détection des récepteurs aux œstrogènes, des récepteurs à la progestérone et du gène ERBB2 chez les patientes atteintes d'un cancer du sein. Si une exploration plus approfondie des mutations génomiques et la recherche de cibles thérapeutiques potentielles sont nécessaires, le NGS est plus organisé et plus rentable. De plus, le NGS peut être envisagé dans les cas où les résultats de l'IHC/FISH sont ambigus ou non concluants.

Différentes directives déterminent quels patients sont éligibles aux tests génétiques. En 2020, le groupe de travail de l'ESMO sur la médecine de précision a publié ses premières recommandations concernant le test NGS pour les patients atteints d'un cancer avancé, préconisant un test NGS systématique pour les échantillons tumoraux de cancer du poumon non épidermoïde non à petites cellules avancé, de cancer de la prostate, de cancer colorectal, de cancer des voies biliaires et de cancer de l'ovaire. En 2024, l'ESMO a actualisé ses recommandations sur cette base, recommandant l'inclusion du cancer du sein et de tumeurs rares, telles que les tumeurs stromales gastro-intestinales, les sarcomes, les cancers de la thyroïde et les cancers d'origine inconnue.
En 2022, l'avis clinique de l'ASCO sur les tests génomiques somatiques chez les patients atteints d'un cancer métastatique ou avancé indique que si un traitement basé sur des biomarqueurs est approuvé chez les patients atteints de tumeurs solides métastatiques ou avancées, un test génétique est recommandé pour ces patients. Par exemple, un test génomique doit être réalisé chez les patients atteints d'un mélanome métastatique afin de dépister les mutations BRAF V600E, car les inhibiteurs de RAF et de MEK sont approuvés pour cette indication. De plus, un test génétique doit également être réalisé en cas de marqueur clair de résistance au médicament à administrer au patient. L'Egfrmab, par exemple, est inefficace dans le cancer colorectal avec mutation KRAS. Lors de l'évaluation de l'éligibilité d'un patient au séquençage génétique, son état physique, ses comorbidités et le stade tumoral doivent être pris en compte, car les étapes requises pour le séquençage génomique, notamment le consentement du patient, le traitement en laboratoire et l'analyse des résultats, nécessitent que le patient ait une capacité physique et une espérance de vie suffisantes.
Outre les mutations somatiques, certains cancers doivent également faire l'objet d'un dépistage des gènes germinaux. Le dépistage des mutations germinales peut influencer les décisions thérapeutiques pour des cancers tels que les mutations BRCA1 et BRCA2 dans les cancers du sein, de l'ovaire, de la prostate et du pancréas. Les mutations germinales peuvent également avoir des implications pour le dépistage et la prévention futurs du cancer. Les patients potentiellement éligibles au dépistage des mutations germinales doivent remplir certaines conditions, notamment les antécédents familiaux de cancer, l'âge au diagnostic et le type de cancer. Cependant, de nombreux patients (jusqu'à 50 %) porteurs de mutations germinales pathogènes ne répondent pas aux critères traditionnels de dépistage des mutations germinales basés sur les antécédents familiaux. Par conséquent, afin d'optimiser l'identification des porteurs de mutations, le National Comprehensive Cancer Network (NCCN) recommande que tous, voire la plupart des patients atteints d'un cancer du sein, de l'ovaire, de l'endomètre, du pancréas, colorectal ou de la prostate soient soumis à un dépistage des mutations germinales.
Concernant le moment des tests génétiques, la grande majorité des mutations motrices cliniquement significatives étant clonales et relativement stables au cours de la progression du cancer, il est judicieux de réaliser des tests génétiques chez les patients dès le diagnostic de cancer avancé. Pour les tests génétiques ultérieurs, notamment après une thérapie moléculaire ciblée, le test ADNct est plus avantageux que l'ADN des tissus tumoraux, car l'ADN sanguin peut contenir l'ADN de toutes les lésions tumorales, ce qui permet d'obtenir plus d'informations sur l'hétérogénéité tumorale.
L'analyse de l'ADNtc après traitement pourrait permettre de prédire la réponse tumorale au traitement et d'identifier la progression de la maladie plus tôt que les méthodes d'imagerie standard. Cependant, les protocoles d'utilisation de ces données pour orienter les décisions thérapeutiques n'ont pas encore été établis, et l'analyse de l'ADNtc n'est pas recommandée, sauf dans le cadre d'essais cliniques. L'ADNtc peut également être utilisé pour évaluer les petites lésions résiduelles après une chirurgie tumorale radicale. Le test d'ADNtc après la chirurgie est un puissant prédicteur de la progression ultérieure de la maladie et peut aider à déterminer si un patient bénéficiera d'une chimiothérapie adjuvante. Cependant, son utilisation en dehors des essais cliniques pour orienter les décisions de chimiothérapie adjuvante reste déconseillée.

Traitement des données : la première étape du séquençage du génome consiste à extraire l’ADN des échantillons de patients, à préparer les bibliothèques et à générer les données de séquençage brutes. Ces données brutes nécessitent un traitement supplémentaire, notamment le filtrage des données de faible qualité, leur comparaison avec le génome de référence, l’identification des différents types de mutations grâce à différents algorithmes analytiques, la détermination de l’effet de ces mutations sur la traduction des protéines et le filtrage des mutations germinales.
L'annotation des gènes conducteurs permet de distinguer les mutations conductrices des mutations passagères. Les mutations conductrices entraînent la perte ou l'augmentation de l'activité des gènes suppresseurs de tumeurs. Parmi les petits variants inactivant ces gènes, on trouve les mutations non-sens, les mutations par décalage du cadre de lecture et les mutations des sites d'épissage clés, ainsi que les délétions moins fréquentes des codons d'initiation et d'arrêt, et un large éventail de mutations par insertion/délétion d'introns. De plus, les mutations faux-sens et les petites mutations par insertion/délétion d'introns peuvent également entraîner la perte de l'activité des gènes suppresseurs de tumeurs lorsqu'elles affectent des domaines fonctionnels importants. Parmi les variants structuraux entraînant la perte de l'activité des gènes suppresseurs de tumeurs, on trouve la délétion partielle ou totale d'un gène et d'autres variants génomiques entraînant la destruction du cadre de lecture du gène. Parmi les petits variants améliorant la fonction des oncogènes, on trouve les mutations faux-sens et les insertions/délétions occasionnelles d'introns ciblant des domaines fonctionnels protéiques importants. Dans de rares cas, la troncature de protéines ou les mutations du site d'épissage peuvent entraîner l'activation d'oncogènes. Les variations structurelles conduisant à l'activation d'oncogènes comprennent la fusion, la délétion et la duplication de gènes.
L'interprétation clinique des variations génomiques évalue la signification clinique des mutations identifiées, c'est-à-dire leur valeur diagnostique, pronostique ou thérapeutique potentielle. Plusieurs systèmes de classification fondés sur des données probantes peuvent être utilisés pour guider l'interprétation clinique des variations génomiques.
La base de données d'oncologie de médecine de précision (OncoKB) du Memorial Sloan-Kettering Cancer Center classe les variants génétiques en quatre niveaux selon leur valeur prédictive pour l'utilisation des médicaments : niveau 1/2, biomarqueurs approuvés par la FDA ou cliniquement standardisés, qui prédisent la réponse à un médicament approuvé pour une indication spécifique ; niveau 3, biomarqueurs approuvés ou non par la FDA, qui prédisent la réponse à de nouveaux médicaments ciblés prometteurs lors d'essais cliniques ; et niveau 4, biomarqueurs non approuvés par la FDA, qui prédisent la réponse à de nouveaux médicaments ciblés dont l'efficacité biologique a été démontrée de manière convaincante lors d'essais cliniques. Un cinquième sous-groupe associé à la résistance aux traitements a été ajouté.
Les recommandations de l'American Society for Molecular Pathology (AMP)/American Society of Clinical Oncology (ASCO)/College of American Pathologists (CAP) pour l'interprétation des variations somatiques les classent en quatre catégories : grade I, avec une forte signification clinique ; grade II, avec une signification clinique potentielle ; grade III, avec une signification clinique inconnue ; grade IV, sans signification clinique connue. Seules les variations de grade I et II sont pertinentes pour les décisions thérapeutiques.
L'échelle d'opérabilité clinique des cibles moléculaires (ESCAT) de l'ESMO classe les variants génétiques en six niveaux : Niveau I, cibles adaptées à une utilisation courante ; Phase II, cible encore à l'étude, susceptible d'être utilisée pour sélectionner la population de patients susceptible de bénéficier du médicament cible, mais des données supplémentaires sont nécessaires pour l'étayer. Grade III, variants génétiques ciblés ayant démontré un bénéfice clinique chez d'autres espèces cancéreuses ; Grade IV, seuls les variants génétiques ciblés sont étayés par des preuves précliniques ; Grade V, des preuves soutiennent l'importance clinique du ciblage de la mutation, mais une monothérapie contre la cible ne prolonge pas la survie, ou une stratégie de traitement combiné peut être adoptée ; Grade X, absence de valeur clinique.