Le gène de fusion est un gène hybride aussi appelé gène chimérique qui apparaît lorsque deux gènes auparavant distincts sont juxtaposés à la suite de réarrangements de l’ADN. La majorité des fusions oncogéniques affectent des régions exoniques de deux gènes codant pour des protéines . Les fusions oncogéniques incluent des anomalies qui associent un promoteur fort, entraînant une surexpression, à un proto-oncogène , conduisant à une dérégulation en aval . Outre la surexpression, la protéine de fusion codée peut induire l’oncogenèse par d’autres mécanismes, tels que l’activation des récepteurs à tyrosine kinase Laskin, J. et al. NRG1 fusion-driven tumors: biology, detection, and the therapeutic role of afatinib and other ErbB-targeting agents. Ann. Oncol. 31, 1693–1703 (2020)Konduri, K. et al. EGFR fusions as novel therapeutic targets in lung cancer. Cancer Discov. 6, 601–611 (2016).Braun, T. P., Eide, C. A. & Druker, B. J. Response and resistance to BCR-ABL1-targeted therapies. Cancer Cell 37, 530–542 (2020).. De plus, les fusions affectant les facteurs de transcription constituent des moteurs oncogéniques importants⁴⁴. Près de 1000 fusions géniques ont été identifiées par la caractérisation génomique des points de cassure dans des anomalies cytogénétiques reconnues, qu’elles soient équilibrées ou non, dans diverses leucémies, lymphomes et tumeurs solides.Toutefois, toutes les fusions géniques n’ont pas de conséquences traductionnelles, et certaines peuvent aboutir à l’inactivation d’un gène Rowley JD, Le Beau MM, Rabbitts TH, editors. Chromosomal Translocations and Genome Rearrangements in Cancer. New York: Springer; 2015. Les protéines de fusion oncogéniques ont démontré leur capacité à induire ou à contribuer au développement tumoral, y compris en provoquant une signalisation aberrante dans des cellules voisines, au-delà des seules cellules cancéreuses porteuses de la fusion, les cellules tumorales peuvent moduler le microenvironnement tumoral pour accroître la motilité des cellules cancéreuses et des cellules voisines, favorisant ainsi la maladie métastatique . L’avènement du séquençage massif parallèle a récemment offert un moyen radicalement nouveau d’identifier les fusions au niveau de l’ADN ou de l’ARN. Plus de 30 000 fusions géniques, dont la grande majorité impliquent des gènes jusque-là insoupçonnés, ont désormais été identifiées par séquençage approfondi dans une grande variété de néoplasmes. Elles sont répertorièes dans des bases de données listées en fin d'article. Il est important de noter que si les fusions géniques constituent une caractéristique des néoplasies, elles peuvent également survenir dans des maladies héréditaires, comme dans la thalassémie bêta-hémoglobine Lepore .
Les mécanismes chromosomiques d'un gène de fusion incluent : la translocation réciproque, c’est-à-dire l’échange interchromosomique de segments d’ADN, qui peut être équilibré ou non. les insertions, c’est-à-dire le déplacement inter- ou intrachromosomique d’un fragment d’ADN d’une région à une autre. les délétions. les duplications en tandem (dans lesquelles une région génomique dupliquée fusionne avec un gène de sa région d’origine. les inversions (dans lesquelles des segments d’un chromosome se renversent par rapport au centromère — péricentrique — ou indépendamment de celui-ci — paracentrique). la chromothripsis (c’est-à-dire la fragmentation et la réassemblage incorrect d’un chromosome ou d’une région chromosomique).
Historique et événements marquants dans les fusions protéiques Les anomalies chromosomiques associées à des fusions oncogéniques spécifiques ont été découvertes dans les années 1960 Nowell, P. & Hungerford, D. A minute chromosome in human chronic granulocytic leukemia. Science 132, 1497 (1960).Nowell, P. C. The minute chromosome (Phl) in chronic granulocytic leukemia. Blut 8, 65–66 (1962).. La première à être rapportée fut le chromosome de Philadelphie dans la leucémie myéloïde chronique en 1960. En 1973, il a été établi que cette anomalie chromosomique résultait d’une mutation de translocation impliquant les chromosomes 9 et 22 Rowley, J. D. Letter: A new consistent chromosomal abnormality in chronic myelogenous leukaemia identified by quinacrine fluorescence and Giemsa staining. Nature 243, 290–293 (1973).. La même année, un réarrangement des chromosomes 8 et 21 a été rapporté dans la leucémie myéloïde aiguë Rowley, J. D. Identificaton of a translocation with quinacrine fluorescence in a patient with acute leukemia. Ann. Genet. 16, 109–112 (1973).. L’avènement du séquençage en 1977 a depuis permis le décodage des gènes de fusion Maxam, A. M. & Gilbert, W. A new method for sequencing DNA. Proc. Natl Acad. Sci. USA 74, 560–564 (1977).Sanger, F., Nicklen, S. & Coulson, A. R. DNA sequencing with chain-terminating inhibitors. Proc. Natl Acad. Sci. USA 74, 5463–5467 (1977).. Le premier ADN oncogénique issu de cancers humains a été isolé en 1982 Shih, C. & Weinberg, R. A. Isolation of a transforming sequence from a human bladder carcinoma cell line. Cell 29, 161–169 (1982).Der, C. J., Krontiris, T. G. & Cooper, G. M. Transforming genes of human bladder and lung carcinoma cell lines are homologous to the ras genes of Harvey and Kirsten sarcoma viruses. Proc. Natl Acad. Sci. USA 79, 3637–3640 (1982).. Des réarrangements donnant naissance à des fusions activées des gènes RET et ROS1 ont été rapportés peu après, respectivement en 1985 et 1986 Birchmeier, C., Birnbaum, D., Waitches, G., Fasano, O. & Wigler, M. Characterization of an activated human ROS gene. Mol. Cell. Biol. 6, 3109–3116 (1986).. Une anomalie chromosomique signalée dans un adénome des glandes salivaires en 1980 a été identifiée en 1997 comme étant associée à une fusion CTNNB1::PLAG1 — la première fusion rapportée dans les tumeurs solides . Un certain nombre de fusions ont été identifiées dans les années suivantes, telles que EWS::FLI dans le sarcome d’Ewing , ETV6::NTRK3 dans le fibrosarcome congénital et TMPRSS2::ETS dans le cancer de la prostate . Le gène BCR::ABL a été séquencé pour la première fois en 1995 .
Les fusions géniques oncogéniques sont devenues le centre d’intérêt des thérapies ciblées. Dans une avancée majeure pour la médecine personnalisée, l’imatinib, premier inhibiteur de la transduction du signal utilisé en clinique, a été approuvé en 2001 pour le traitement de la leucémie myéloïde chronique positive au BCR::ABL .
Prévalence des fusions géniques dans le cancer Bien qu’un grand nombre de fusions aient été identifiées chez les patients atteints de cancer, seule une fraction a été confirmée comme récurrente, et la plupart ne sont probablement pas fonctionnellement pertinentes . La prévalence des fusions géniques varie selon l’âge, étant plus fréquente dans les cancers pédiatriques (38,8 %) Liu, Y. et al. Etiology of oncogenic fusions in 5,190 childhood cancers and its clinical and therapeutic implication. Nat. Commun. 14, 1739 (2023). que chez l’adulte (10 %) Darabi, S., Zuazo, C. E., Braxton, D. R., Eisenberg, B. L. & Demeure, M. J. Precision medicine in a community cancer center: Pan-cancer DNA/RNA sequencing of tumors reveals clinically relevant gene fusions. Biologics 3, 198–208 (2023).. En l’absence de méthodes systématiques pour caractériser la fonction des fusions, les investigations se sont historiquement concentrées sur celles touchant des gènes suspectés d’avoir une pertinence pour le cancer Salokas, K., Weldatsadik, R. G. & Varjosalo, M. Human transcription factor and protein kinase gene fusions in human cancer. Sci. Rep. 10, 14169 (2020).. En 2017, une étude portant sur 10 945 tumeurs avancées séquencées a décrit des réarrangements génomiques dans 15 % des tumeurs testées . Parmi les fusions identifiées, 35 % impliquaient des gènes codant pour des kinases, incluant tout ou partie du domaine kinase, les plus fréquentes étant : ALK , BRAF , RET , ROS1 , FGFR2 et FGFR3 .
Une investigation systématique portant sur 9 624 tumeurs (33 types de cancer) a montré que les fusions étaient le seul moteur oncogénique dans plus de 1 % des cancers, contribuaient au développement de 16,5 % des cas et étaient susceptibles d’être ciblables par des traitements médicamenteux dans 6 % des cas, avec un potentiel supplémentaire pour des thérapies immunitaires . Méthodes de détection
Méthodes non basées sur le séquençage Les tests moléculaires pour des aberrations spécifiques sont couramment utilisés dans les cancers présentant des fusions hautement récurrentes, comme la leucémie myéloïde chronique, le cancer de la prostate et le cancer du poumon à petites cellules . Dans la leucémie myéloïde chronique et la leucémie myéloïde aiguë, les méthodes de détection incluent la cytogénétique et la génétique moléculaire ciblée . La hybridation in situ par fluorescence et l’immunohistochimie sont des technologies standards pour détecter les aberrations chromosomiques, respectivement de manière directe et indirecte, dans la pratique clinique courante Durall, R. T. et al. The BRD4-NUT fusion alone drives malignant transformation of NUT carcinoma. Cancer Res. 83, 3846–3860 (2023).Franco, A. T. et al. Fusion oncogenes are associated with increased metastatic capacity and persistent disease in pediatric thyroid cancers. J. Clin. Oncol. 40, 1081–1090 (2022).. Dans le cancer de la prostate, l' hybridation in situ par fluorescence est également utilisée pour détecter TMPRSS2::ERG dans les biopsies Song, C. & Chen, H. Predictive significance of TMRPSS2-ERG fusion in prostate cancer: a meta-analysis. Cancer Cell Int. 18, 177 (2018).. Dans le cancer du poumon à petites cellules, l'hybridation in situ en fluorescence avec sondes de séparation a représenté historiquement la référence pour la détection des fusions ALK et ROS1 Davies, K. D. et al. Comparison of molecular testing modalities for detection of ROS1 rearrangements in a cohort of positive patient samples. J. Thorac. Oncol. 13, 1474–1482 (2018).Vollbrecht, C. et al. RNA-based analysis of ALK fusions in non-small cell lung cancer cases showing IHC/FISH discordance. BMC Cancer 18, 1158 (2018).. Bien que la hybridation in situ par fluorescence et l’immunohistochimie présentent plusieurs avantages, notamment des résultats rapides et un coût relativement faible, l' hybridation in situ par fluorescence ne peut pas détecter de petits réarrangements intrachromosomiques ni identifier le partenaire de fusion, et l’immunohistochimie n’est que semi-quantitative. De plus, l' hybridation in situ par fluorescence a une sensibilité limitée pour la détection des fusions , y compris celles du gène NRG1 . La réaction en chaîne par polymérase est une méthode de détection très sensible, mais elle est limitée par la nécessité d’utiliser des amorces spécifiques, ce qui constitue un problème pour les gènes pouvant avoir de nombreux partenaires de fusion, comme NRG1 . Dans l’ensemble, les tests « gène unique » sont des outils centraux facilement disponibles pour détecter des fusions dans les types de cancers présentant des taux élevés de fusions spécifiques, mais ils sont inadéquats pour détecter des fusions inédites ou pour des tests exploratoires chez les patients négatifs pour les principaux gènes conducteurs.
Méthodes basées sur le séquençage Bien que les méthodes de séquençage traditionnelles soient utiles dans certaines situations, le séquençage de nouvelle génération est aujourd’hui la technologie prédominante en diagnostic moléculaire du cancer . Le séquençage de nouvelle génération est une technologie relativement récente, avec la première approbation par la FDA d’un séquenceur séquençage de nouvelle génération en 2013 .