Halfway Between 2D Models and Animal Models : a New Multicellular 3D Spheroid Model Organized to Study Tumor-Endothelium Interactions in Ovarian Cancer

par Jessica Hoarau

Thèse de doctorat en Sciences de la vie et de la santé

Sous la direction de Cyril Touboul et de Jennifer Pasquier.

Soutenue le 11-06-2019

à Paris Saclay , dans le cadre de Cancérologie : biologie - médecine - santé , en partenariat avec Stem Cell & Microenvironment Laboratory (Doha, Qatar) (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement opérateur d'inscription) .


  • Résumé

    Le cancer de l'ovaire (CO) est la cinquième cause de décès chez les femmes qui se caractérise par son diagnostic tardif (stades FIGO III et IV) et par l’importance de ses métastases abdominales souvent observées au moment du diagnostic. Le traitement repose sur une chirurgie cytoréductive complète associée à une chimiothérapie. Malheureusement, parmi les patientes ayant une rémission clinique complète après la fin du traitement initial, 60% des personnes atteintes d'un cancer épithélial de l'ovaire (CEO) à un stade avancé rechuteront dans les cinq ans.L'importance de la néo-angiogenèse dans le développement des tumeurs a poussé les chercheurs à étudier d'autres stratégies. Les thérapies anti-angiogéniques ciblant le système vasculaire tumoral sont désormais utilisées en association avec la thérapie cytotoxique standard dans le traitement des CEO. Malheureusement, les progrès réalisés grâce à cette approche offrent encore un succès limité, qui peut s'expliquer en partie par l'interaction hétérotypique entre les cellules endothéliales et la tumeur. Plusieurs études suggèrent un dialogue complexe entre les cellules cancéreuses de l'ovaire (OCC) et les cellules endothéliales (EC) pouvant entraîner une sensibilité différente à la chimiothérapie et aux traitements anti-angiogéniques conduisant à la progression tumorale.L’objectif de la présente étude est d’étudier le rôle des interactions entre EC et OCC dans la prolifération et la chimiorésistance des CEO. Pour modéliser l'endothélium de la tumeur, nous avons utilisé notre modèle de cellules endothéliales AKT activées (E4+EC). Nous avons démontré en utilisant un modèle de coculture 2D que l’endothélium activé induit une prolifération et une chimiorésistance accrues dans les CEO par l’activation de la signalisation de Notch. Nous avons montré que l’expression et l’activation des récepteurs Notch étaient augmentées dans les cultures en coculture et dans les OCC résistantes à la chimiothérapie.L’accumulation d’ascite dans l’abdomen des patientes atteintes de CO semble jouer un rôle clé dans le mécanisme de propagation des OCC. Les OCC isolées flottent généralement dans l'ascite et forment des sphéroïdes multicellulaires. Dans ce contexte, nous avons développé un nouveau modèle 3D de sphéroïde pour étudier les interactions tumeur-endothélium dans un modèle plus proche des conditions in vivo. Nous avons démontré que les E4+EC et OCC formaient des angiosphères organisées avec un noyau de cellules endothéliales entourées par des OCC qui prolifèrent rapidement. Nous avons établi que l'activation de l'AKT dans les EC était nécessaire pour la formation d'angiosphères organisées. Fait intéressant, dans les ascites de patientes CEO, nous avons pu trouver des structures très similaires à nos angiosphères. De plus, dans une cohorte rétrospective de 59 patientes, nous avons montré que les EC étaient AKT activé chez des patientes atteintes de CEO, ce qui confirme l'importance de l'activation d’AKT dans la CEO. De plus, nous avons démontré l'importance du FGF2, de la Pentraxine 3 (PTX3), du PD-ECGF et du TIMP-1 dans l'organisation de l'angiosphères. Enfin, nous avons confirmé le rôle de Notch3/Jag1 dans le cross-talk des OCC-EC dans la prolifération et l'invasion des OCC au péritoine.En conclusion, notre étude illustre l’importance des EC AKT activé dans les CEO. Au vu des résultats mitigés des traitements anti-angiogéniques, se concentrer sur la normalisation vasculaire dans l'angiogenèse pathologique pourrait être plus efficace. Bien que l'AKT soit difficilement ciblable, la caractérisation génétique des tumeurs pourrait potentiellement identifier un sous-ensemble de tumeurs avec une signalisation NOTCH aberrante qui constituerait une cible idéale pour des inhibiteurs spécifiques. Alors que nous nous dirigeons vers la médecine personnalisée et de précision, il pourrait y avoir une place pour l'inhibition de NOTCH dans les CO en combinaison avec d'autres stratégies thérapeutiques.

  • Titre traduit

    À mi-chemin entre les modèles 2D et les modèles animaux : un nouveau modèle de sphéroïde 3D multicellulaire et organisé pour étudier les interactions tumeur-endothélium dans le cancer de l'ovaire


  • Résumé

    Ovarian cancer (OC) is the most lethal gynecologic malignancy in developed countries and the fifth cause of death among women. OC is a heterogeneous disease, which is characterized by its late diagnosis (FIGO III and IV stages) and the importance of abdominal metastases often observed at the time of diagnosis. The mainstay of treatment involves complete cytoreductive surgery associated with platinum and taxane-based chemotherapy. Unfortunately, among patients achieving complete clinical remission after completion of initial treatment, 60% with advanced epithelial ovarian cancer (EOC) will relapse within five years.The importance of neo-angiogenesis in tumor formation, growth and dissemination has driven researchers to investigate into alternative strategies. Anti-angiogenic therapies targeting tumor vasculature are now used in combination with standard cytotoxic therapy in the treatment of EOC. Unfortunately, the progress achieved by this approach still offers limited success which can partly be explained by the heterotypic interaction between the tumor and endothelial cells. Evidence suggests a complex cross-talk between ovarian cancer cells (OCCs) and endothelial cells (ECs) that can result in the emergence of a heterogeneous tumoral and endothelial population with different sensitivity to chemotherapy and anti-angiogenic therapies leading to an increase of OCC proliferation and dissemination.The objective of the present study is to investigate the role of ECs and OCCs interactions in the proliferation and chemoresistance of EOC. To model tumor endothelium, we used our model of Akt-activated endothelial cells (E4+ECs). We demonstrated using a 2D co-culture model that activated endothelium induces increased proliferation and chemoresistance in EOC through the activation of Notch signaling. We showed that Notch receptor expression and activation are increased in co-culture and in OCCs resistant to chemotherapy.The accumulation of ascites in the abdomen of an OC patient seems to play a key role in the mechanism of OCC spreading. Detached cancer cells usually float in ascites and form multicellular spheroids. In this context, we developed a new model of organized multicellular 3D spheroid to study tumor-endothelium interactions in a model closer to in vivo conditions. We demonstrated that when cocultured in 3D condition, E4+ECs and OCCs formed organized tumor angiospheres with a core of endothelial cells surrounded by highly proliferating OCCs. We established that AKT activation in ECs was mandatory for the formation of organized angiospheres. Interestingly, in EOC patient ascites, we were able to find structures that were very similar to our angiospheres. In addition, in a retrospective cohort of 59 patients, we showed that ECs were AKT activated in EOC patients which support the importance of AKT activation in EC in EOC. Besides, we demonstrated the importance of FGF2, Pentraxin 3 (PTX3), PD-ECGF and TIMP-1 in angiosphere organization. Finally, we confirmed the role of Notch3/Jagged1 in OCCs-ECs crosstalk for OCC proliferation but also during peritoneum invasion.Altogether, our study illustrates the importance of AKT activated ECs in EOC. In a context of poor results of anti-angiogenic therapies in clinical settings, focusing on vascular normalization in pathological angiogenesis could be more efficient. While AKT is hardly targetable, the genetic characterization of tumors could potentially identify a subset of tumors with aberrant NOTCH signaling that would constitute an ideal target for specific inhibitors. As we move toward personalized and precision medicine, there might be a place for notch inhibition in advanced ovarian cancer in combination with other therapeutic strategies.


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