Pharmacological determinants of the effectiveness of tyrosine kinases inhibitors

Durant la dernière décennie, les inhibiteurs de tyrosine kinases (ITK) ont radicalement changé l’évolution de certains cancers comme la leucémie myéloïde chronique (LMC) ou les tumeurs stromales gastro-intestinales (GIST). Ils sont aujourd’hui largement utilisés dans le traitement de diverses pathologies malignes, permettant un allongement de la survie globale. Cependant, certains patients ne montrent pas d’amélioration au cours du traitement par ITK. Les mécanismes évoqués sont multifactoriels et possèdent une origine pharmacocinétique, pharmacodynamique ou pharmacogénétique. En effet, l’une des causes majeures de variabilité commune à tous ces ITK réside dans un métabolisme impliquant le cytochrome 3A4, dont l’expression est soumise à de nombreux facteurs. L’objectif de cette thèse a été d’approfondir ces mécanismes et d’évaluer certaines stratégies afin d’augmenter l’efficacité de ces médicaments. Ce travail a consisté en premier lieu à développer une méthode chromatographique sensible et rapide permettant le dosage de neufs ITK commercialisés ou en phase avancée de développement. Cet outil, à la base du suivi thérapeutique pharmacologique, a été utilisé dans le cadre de la LMC pour mesurer les concentrations plasmatiques d’imatinib de plus de 3000 patients. Les informations cliniques de ces patients ont été saisies dans une base de données servant de support à l’évaluation de la réponse en fonction de la concentration. Nous avons ainsi confirmé que les patients présentant des concentrations supérieures au seuil d’efficacité de 1000 ng/mL avaient une plus grande probabilité de réponse. Dans la continuité de ce projet, nous avons évalué la relation concentration-efficacité de l’imatinib dans les GIST et trouvé un seuil d’efficacité voisin de 800 ng/mL. Tous les facteurs de variabilités ne sont cependant pas maitrisables avec un dosage plasmatique. La littérature rapporte en effet que certains ITK sont des substrats de transporteurs cellulaires potentiellement impliqués dans la résistance au traitement. Nous avons donc entrepris de doser ces ITK à l’intérieur même des cellules, d’abord in vitro afin d’évaluer ces mécanismes de transport, puis in vivo dans les cellules de patients traités par ces ITK. Un lien a ainsi été montré entre la capacité d’incorporation des molécules et la réponse au traitement. Enfin, le versant pharmacogénétique de l’un de ces transporteurs (MDR1) a été étudié, indiquant une relation entre certains haplotypes ou polymorphismes et la concentration plasmatique d’une part et la réponse à l’imatinib d’autre part. En conclusion, ces différentes stratégies basées sur le dosage plasmatique ou intracellulaire et sur la pharmacogénétique semblent apporter des éléments permettant l’amélioration de la réponse au ITK ou la détection précoce de mauvaise réponse.During the last decade, tyrosine kinases inhibitors (TKI) have dramatically changed the prognosis of several cancers such as chronic myeloid leukaemia (CML) or gastro-intestinal stromal tumours (GIST). They are widely used in the treatment of various malignant pathologies, leading to a prolonged overall survival. However, some patients do not show improvement when treated with TKI. The supposed mechanisms are multifactorial and could have an origin in pharmacokinetics, pharmacodynamics or pharmacogenomics. Indeed, one of the major reasons of common variability of these TKI involves their metabolism by cytochrome 3A4, whose expression is subjected to many factors. The aim of this thesis was to deepen these mechanisms and to assess some strategies to increase the efficacy of these drugs. This work consisted first in developing a rapid and sensitive chromatographic method allowing determination of nine commercialised (or in advanced clinical development) TKI. Serving as a basis for therapeutic drug monitoring, this was used as part of CML management to measure imatinib plasmatic concentration of more than 3000 patients. The clinical information of these patients was recorded in a database and used as support for the evaluation of the response according to concentration. Thus, we confirmed that patients having concentration higher than the effectiveness threshold of 1000 ng/mL got higher probability of response. In the same way, we assessed relationship between imatinib concentration and efficacy in GIST and found an effectiveness threshold closed to 800 ng/mL. However, several factors of variability remain unmanageable with only plasmatic determination. Indeed, literature reported that some TKI were substrates of cellular transporters, potentially involved in the resistance to treatment. We therefore decided to determine concentration of these TKI into the cells, first in vitro to assess these mechanisms of transport, and then in vivo into the cells of patients treated by these TKI. A link was shown between the incorporation ability of molecules and the response to the treatment. Finally, a pharmacogenetic approach showed a relationship between some haplotypes or polymorphisms of a transporter (MDR1) and plasmatic concentration on one hand, and response to the imatinib on the other hand. In conclusion, these different strategies based on plasmatic or intracellular determination of TKI and on pharmacogenomics contribute to improvement of the response to TKI or early detection of non-response