Biologie Evolutive et Santé

Paul Etheimer & Florian Massip

Centre de Bioinformatique CBIO (Mines Paris / Institut Curie)

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Au Programme

1. Comment l’étude de l’évolution peut aider à la médecine?
2. Comment étudier l’évolution? (Paul)
3. Quelques applications

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Qu’est ce que la biologie évolutive?

Etude de l’histoire et de l’évolution des espèces

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3

Qu’est ce que la biologie évolutive?

Etude de l’histoire et de l’évolution des espèces

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ATTCGTGATGGCTTA

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Pourquoi étudier l’évolution?

• “Nothing in Biology Makes Sense Except in the Light of Evolution” (T. Dobzhansky, 1973)

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• Intérêt Anthropologique et Philosophique

• Intéret Médical

Application de la biologie évolutive en santé:

1. Le cancer

• Cancer: Prolifération anormale de cellules
• “Maladie du génome” : accumulation de mutations génétiques qui induisent la prolifération

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6

L’instabilité génomique des cellules cancéreuses

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L’importance du Diagnostic précoce

• Malgré d’importants efforts (recherche & financier), les cancers restent très mortels

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• Le stade du diagnostic détermine la gravité de la maladie

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Hétérogénéité tumorale

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Burrell, Mcgranahan, Bartek and Swanton Nature 2013

Hétérogénéité inter patients

Hétérogénéité intra tumorale

Hétérogénéité tumorale

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Burrell, Mcgranahan, Bartek and Swanton Nature 2013

Hétérogénéité inter patients

Hétérogénéité intra tumorale

L’hétérogénéité intra tumorale

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Bozic & Wu, Nat Cancer (2020)

Temps

Cellule fondatrice

L’hétérogénéité intra tumorale

12

Temps

Cellule fondatrice

Bozic & Wu, Nat Cancer (2020)

L’hétérogénéité intra tumorale

13

Temps

Cellule fondatrice

Nouvelle

mutation

Bozic & Wu, Nat Cancer (2020)

L’hétérogénéité intra tumorale

14

Bozic & Wu, Nat Cancer (2020)

Temps

Cellule fondatrice

Nouvelle

mutation

L’hétérogénéité intra tumorale

15

Temps

Cellule fondatrice

Nouvelle

mutation

Bozic & Wu, Nat Cancer (2020)

2. Suivi épidémique des virus (ex: grippe)

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2020 2021 2022

Hadfield et al. 2018 – nextstrain.org

COVID

2020 2021 2022 2023 2024

Grippe Aviaire (H5N1)

Cas des Bactéries

Résistance aux antibiotiques => transfert de gènes

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3. Études d’association génétique (GWAS)

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18

3. Études d’associations génétique (GWAS)

19

4. One Health

​

​

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inrae.fr

Résumé

Biologie évolutive en Santé:

• Compréhension des mécanismes d’une maladie
• Suivi épidémique
• Apports théoriques

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2.Comment reconstruire l’évolution à partir de séquence ADN? (Paul)

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22

3. Quelques applications

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23

1. Hétérogénéité tumorale: cancer des ovaires

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Schwarz et al., Plos Medicine 2015

1. Hétérogénéité tumorale: cancer des ovaires

25

Schwarz et coauteurs, Plos Medicine 2015

Patiente 5 : Faible hétérogénéité tumorale

Patiente 11 : Forte hétérogénéité tumorale

1. Hétérogénéité tumorale: cancer des ovaires

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Schwarz et coauteurs, Plos Medicine 2015

Cas Clinique (cancer des ovaires)

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– Patientes ayant une forte hétérogénéité tumorale

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– Patientes ayant une faible hétérogénéité tumorale

Taux de survie

Temps de survie (jours)

2. Stratégie thérapeutique pour le cancer

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Temps

Cellule fondatrice

Nouvelle

mutation

Bozic & Wu, Nat Cancer (2020)

2. Stratégie thérapeutique pour le cancer

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Cellules résistantes

Cellules sensibles

Cellules mortes

Cellules mourantes

Gatenby & Brown, Nature Reviews clinical oncology (2020)

2. Stratégie thérapeutique pour le cancer

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Cellules résistantes

Cellules sensibles

Cellules mortes

Cellules mourantes

Gatenby & Brown, Nature Reviews clinical oncology (2020)

2. Stratégie thérapeutique pour le cancer

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Cellules résistantes

Cellules sensibles

Cellules mourantes

Gatenby & Brown, Nature Reviews clinical oncology (2020)

2. Stratégie thérapeutique pour le cancer

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Cellules résistantes

Cellules sensibles

Cellules mourantes

Gatenby & Brown, Nature Reviews clinical oncology (2020)

3. Evolution du vaccin contre la grippe

• La grippe évolue pour échapper aux défenses immunitaires humaines

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• Le vaccin contre la grippe doit être mis à jour chaque année pour rester efficace

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3. Evolution de la grippe: prédiction pour le vaccin

Evolution Neutre

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3. Evolution de la grippe: prédiction pour le vaccin

Evolution Neutre

Evolution avec Sélection

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3. Evolution de la grippe: prédiction pour le vaccin

Evolution Neutre

Evolution avec Sélection

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3. Evolution de la grippe: prédiction pour le vaccin

Evolution Neutre

Evolution avec Sélection

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Neher et al, PNAS, 2013

37

2011 2012 2013 2014

2011 2012 2013 2014 2015

3. Evolution de la grippe: prédiction pour le vaccin

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38

Neher et al, elife, 2014

Conclusion

• L’analyse des données de séquençage permettent de reconstruire l’histoire évolutive des espèces
• Les méthodes de la biologie évolutives permettent de mieux comprendre les maladies et d’améliorer leur suivi
• L’approche évolutive peut même fournir des nouveaux outils thérapeutiques

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Questions?

40

41

3. Études d’associations génétique (GWAS)

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43

2011 2012 2013 2014

2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017

Les traitements des cancers

• La chirurgie

• La radiothérapie

• Les thérapies médicamenteuses
• Chimiothérapies
• Thérapies Ciblées

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Des taux de réussites variables

Survie à 5 ans très hétérogène entre les différents types de cancer

• Prostate 93% / Sein 88%
• Poumon 20% / Pancréas 11%

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Question: Comment expliquer l’échec des traitements?

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Résumé

• L’instabilité génétique des cellules tumorales entraîne une forte hétérogénéité au sein des cancers
• L’hétérogénéité des cancers entraîne la résistance aux traitements
• Les cancers identifiés précocement sont moins hétérogènes et moins agressifs
• Comprendre les mécanismes d’évolution des cancers peut permettre de développer de nouvelles stratégies thérapeutiques

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