Identification of (epi)genetic differences in ependymoma variants

Les tumeurs épendymaires font partie de la famille des gliomes, ces derniers représentant un vaste groupe de tumeurs primitives du système nerveux central. Les tumeurs épendymaires consistent en un groupe hétérogène de lésions que l'on pense dériver des cellules épendymaires. Ces dernières tapissent les cavités ventriculaires intracérébrales, ainsi que les restes du canal central de la moelle épinière. L'hétérogénéité de ces lésions réside dans la multitude de sites dans lesquels ces tumeurs se développent, dans leurs nombreux aspects histologiques, et dans leur évolution clinique difficilement prédictible. Nous avons émis l'hypothèse que cette hétérogénéité pouvait résulter d'anomalies génétiques différentes, et que l'étude de ces dernières ainsi que leur association aux caractéristiques clinico-pathologiques des tumeurs pouvait mener à une meilleure compréhension de ces lésions. Ceci pourrait représenter la première étape vers l'identification de marqueurs moléculaires clés, ces derniers pouvant ensuite être utilisés comme facteurs pronostiques et finalement comme cibles thérapeutiques. Sur base des données génétiques publiées dans la littérature, nous avons sélectionné trois chromosomes qui présentaient soit de fréquentes altérations, soit dont les altérations présentaient un intérêt particulier. En utilisant une approche par microsatellites ainsi qu'une approche par hybridation génomique comparative sur microdamiers, nous avons pu identifier des pertes et des gains de matériel génétique localisé sur les chromosomes 6, 9, 11, 13, 19 et 22. Le chromosome 9 a rapidement attiré notre attention suite aux deux observations suivantes. D'abord, les loci du chromosome 9 sont localisés en 9p22 et 9p23, donc télomériques par rapport à la région 9p21 bien connue pour contenir deux gènes suppresseurs de tumeur, CDKN2A et CDKN2B, qui interviennent dans la voie de signalisation RB1 et TP53 et qui sont fréquemment altérés par délétion homozygote et methylation de leur promoteur dans de nombreux types tumoraux différents incluant les gliomes. Si nos résultats tendaient à exclure de larges délétions de cette région, de plus petites altérations comme des délétions de parties de gènes, des mutations ponctuelles ou des altérations épigénétiques ne pouvaient pas quant à elles êtres exclues. Comme l'implication de ces gènes dans les tumeurs épendymaires avait été peu et incomplètement étudiée, nous avons décidé de les cribler pour des anomalies (épi)génétiques. Ceci nous a permis de découvrir que le promoteur de ces gènes était fréquemment méthylés, et que les gènes dont les promoteurs étaient méthylés variaient selon les caractéristiques clinico-pathologiques des tumeurs (Publication I). Ensuite, les résultats de l'étude de microsatellites du chromosome 9 nous ont également permis d'isoler un groupe de lésions qui partageait au moins une perte du bras court du chromosome 9 des caractéristiques clinico-pathologiques communes. Ces tumeurs ont ensuite fait l'objet d'une analyse par CGH array dont les résultats ont montré que c'était en fait la trisomie 19, associée à des anomalies des chromosomes 9, 11 et/ou 13, qui était l'anomalie génétique commune à un groupe homogène de tumeur épendymaire que nous avons proposé d'appeler Trisomy 19 ependymoma (Publication II). Le profil génétique ainsi établi nous a permis de mieux définir les critères histologiques de ces tumeurs. Cette nouvelle entité histo-génétique inclut un variant bien connu d'épendymome, l'épendymome à cellules claires, et peut être confondue avec d'autres tumeurs comme les oligodendrogliomes qui nécessitent des traitements différents. La reconnaissance de ce nouveau type de tumeur épendymaire revêt donc une grande importance pour les patients. Cela nous a également permis de définir un nouveau marqueur génétique utile dans le diagnostic différentiel des tumeurs cérébrales « oligo-like », tumeurs qui nécessitent des approches thérapeutiques différentes. Associé aux patrons variés de methylation de CDKN2A et CDKN2B, la reconnaissance des Trisomy 19 ependymomas constitue un argument supplémentaire qui étaye la thèse que les tumeurs épendymaires présentent des anomalies génétiques différentes selon le contexte clinico-pathologique dans lequel elles se développent. Ensemble, nos résultats nous ont permis (1) de (mieux) définir des loci génétiques, une étape indispensable pour l'identification de gènes liés au cancer ; (2) d'apporter une preuve moléculaire d’altération des voies p53 et Rb; (3) de mieux disséquer la famille des tumeurs épendymaires tant sur le plan génétique qu’histologique ; (4) et d'apporter des outils génétiques pour la prise en chargeEpendymal tumors belong to the glioma family of primitive central nervous system tumors. They consist of a heterogeneous group of lesions presumably derived from ependymal cells. These cells line the cerebral ventricular system and the spinal canal. The heterogeneity of this tumor group resides in the various sites of occurrence of the tumors, their numerous histological aspects, and their poorly predictable clinical behavior. We hypothesized that this heterogeneity could be due to different genetic anomalies, the study of which, together with their correlations with clinico-pathological characteristics of the tumors, would lead to a better understanding of these lesions. This would be the preliminary step toward the identification of key molecular markers that could later be used as prognostic markers and eventually as therapeutic targets. Based on the genetic data published in the literature, we selected three chromosomes that were known to be either frequently altered, or whose alterations presented a particular interest. By using a combination of microsatellite and array-CGH, we could identify loss or gain of genetic material at chromosomes 6, 9, 11, 13, 19 and 22. Chromosome 9 soon retained our attention because of the two following observations. First, the chromosome 9p loci were located in 9p22 and 9p23, thus telomeric to the 9p21 locus well known to contain CDKN2A and CDKN2B, two tumor-suppressor genes involved in Rb and p53 pathway that are frequently altered by homozygous deletion or promoter methylation in various tumor types including gliomas. If our results tended to exclude large deletions encompassing these genes, more subtle genetic anomalies such as deletion of part of the genes, point mutations and epigenetic changes could not be excluded. As the implication of these genes in ependymal tumors had been infrequently and incompletely studied before this thesis work, and hence their role in ependymal tumors was poorly understood, we decided to screen them for (epi)genetic alterations. This allowed us to show that they were frequently altered in ependymal tumors by epigenetic changes, and that this varied according to the clinico-pathological characteristics of the tumors (Publication I). Second, microsatellite analysis results from chromosome 9 permitted the isolation of a subgroup of lesions sharing at least a 9p loss and common clinico-pathological features including histological features reminiscent of the clear cell ependymoma. This subset of tumors was further studied by array-CGH, the results of which showed that trisomy 19, associated with chromosome 9, 11 and/or 13 alterations, was the genetic hallmark of a newly recognized genetico-histological association within ependymal tumors, which we proposed to call the trisomy 19 ependymoma (Publication II). The genetic profile of these tumors allowed us to refine their histological characteristics. Trisomy 19 ependymoma expands the clear cell ependymoma, which may be confused with other oligodendroglioma-like tumors, which need other therapeutic options that differ from those of ependymomas. The recognition of this new genetico-histological association is thus of paramount importance for patients. It further provides a genetic tool for the differential diagnosis of clear cell brain tumors that need different therapeutic approaches. Together with the varied methylation pattern of the 9p21 genes, the recognition of trisomy 19 ependymoma constitutes another evidence for a more general relationship between the clinico-pathological characteristics of the ependymal tumors and the genetic anomalies they present. Altogether, our results permitted (1) to refine some genetic loci, a mandatory step for the identification of the cancer-related genes located within their boundaries; (2) to provide molecular evidence for Rb and p53 pathway alteration; (3) to further dissect the ependymoma tumor family at the genetic and histological levels; and (4) to provide genetic tools for the management of ependymomas and for the differential diagnosis of clear cell brain tumorsThèse de doctorat en sciences biomédicales (neuropathologie moléculaire) (SBIM 3) -- UCL, 200