Etude du rôle des péricytes dans le développement des lésions du système nerveux central induites par la radiothérapie. Développement d'un modèle animal de lymphome cérébral appliqué aux essais thérapeutiques précliniques

Role of Pericytes in the Development of the Radiotherapy-Induced Toxicity on the Central Nervous System. Development of an Animal Model of Cerebral Lymphoma Applied to Preclinical Therapeutic Trials

• Auteur / Autrice : Carole Soussain
• Direction : Jean-Yves Delattre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance le 20/01/2014
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Cancérologie : Biologie, Médecine, Santé (2000-2015 ; Le Kremlin-Bicêtre, Val-de-Marne)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Institut du cerveau (Paris ; 2009-....) - Centre Interdisciplinaire de Recherche en Biologie (Paris ; 2011-....)
• Jury : Président / Présidente : François Dautry
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Yves Delattre, François Dautry, Fabrice Jardin, Jérôme Honnorat, Sergio Roman-Roman, Franck Lebrin
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Fabrice Jardin, Jérôme Honnorat

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lymphomes

Péricytes

Irradiation

Agents neurotoxiques

Mots clés libres

Neurotoxicité

Irradiation

Péricytes

Lymphome cérébral

Immunomodulateurs

Neurotoxicity

Irradiation

Pericytes

CNS lymphoma

Immunomodulators

Résumé

L’irradiation cérébrale thérapeutique comporte un risque de neurotoxicité tardive irréversible en partie lié à l’effet de l’irradiation sur le compartiment vasculaire cérébrale. Les péricytes et les communications entre les péricytes et les cellules endothéliales jouent un rôle majeur dans la stabilisation des vaisseaux, dans la formation et la régulation de la barrière hématoencéphalique et dans le contrôle du flux sanguin cérébral. Nous montrons, dans un modèle murin d’irradiation cérébrale, que les péricytes sont une cible précoce de l’irradiation cérébrale. Après irradiation, la morphologie des péricytes est modifiée et des marqueurs d’activations du péricytes sont surexprimés. En conséquence, la communication entre péricyte et cellule endothéliale est rompue, ce qui se traduit par une diminution de la capacité du péricyte à induire une constriction vasculaire après stimulation électrique. De façon concomitante, la perméabilité de la barrière hémato-encéphalique est anormalement augmentée après irradiation. Un traitement par thalidomide, administré dans la semaine précédant et suivant l’irradiation, prévient les conséquences de l’irradiation sur les péricytes. Les communications entre péricytes et cellules endothéliales sont maintenues ainsi que les fonctions contractiles des péricytes. L’imperméabilité de la barrière hématoencéphalique est également préservée. La voie de signalisation PDGF-β/PDGFR-β essentielle au recrutement des péricytes par les cellules endothéliales, est, au moins partiellement, impliquée dans l’effet protecteur de la thalidomide. Des études supplémentaires sont nécessaires pour définir les mécanismes sous tendant l’effet de l’irradiation sur les péricytes ainsi que l’effet protecteur de la thalidomide. Nous avons en parallèle mis au point un modèle murin de lymphome cérébral luciférase positif pour vérifier, dans un premier temps, l’innocuité de l’association de la radiothérapie et de la thalidomide et de ses dérivés de la classe des immunomodulateurs (iMids), le lénalidomide et le pomalidomide. Ces trois molécules ne diminuent pas l’effet antitumoral de la radiothérapie, mais l’association de radiothérapie et de pomalidomide est synergique sur la décroissance tumorale mesurée par l’évolution des courbes de bioluminescence. Le concept de normalisation de la vascularisation tumorale fait référence aux molécules capables, non pas de faire régresser les vaisseaux tumoraux anormaux, mais de les « normaliser » pour améliorer, d’une part, la disponibilité des chimiothérapies au sein de la tumeur, et d’autre part, l’oxygénation tumorale pour accroitre l’efficacité de la radiothérapie. Nos résultats sont en faveur d’un tel effet exercé par le pomalidomide dans notre modèle murin de lymphome cérébral, caractérisé par une infiltration tumorale périvasculaire, une fuite capillaire mais sans néo angiogenèse. Nos travaux fournissent un rationnel biologique à de futurs essais cliniques avec les iMids dans le traitement des lymphomes cérébraux primitifs voire des tumeurs malignes cérébrales.

Therapeutic brain irradiation carries a risk of irreversible delayed neurotoxicity partly due to the effect of irradiation on the cerebral vascular compartment. Pericytes and communication between pericytes and endothelial cells play a major role in vessel stabilization in the formation and regulation of the blood-brain barrier and in the control of cerebral blood flow. We show in a murine model of brain irradiation, that pericytes are a target of early brain irradiation. After irradiation, the morphology of pericytes is altered and markers of activation of pericytes are overexpressed. Consequently, communication between the endothelial cell and pericyte is disrupted , which results in a decreased capacity of pericytes for inducing a vascular constriction after electrical stimulation. Concomitantly, the permeability of the blood - brain barrier is abnormally increased after irradiation. Treatment with thalidomide administered in the week before and after irradiation, prevents the effects of irradiation on pericytes . Communication between pericytes and endothelial cells are maintained as well as the contractile properties of pericytes. The impermeability of the blood brain barrier is also preserved. The PDGF-β/PDGFR-β signaling pathway, which is essential for the recruitment of pericytes by endothelial cells, is at least partially involved in the protective effect of thalidomide. Further studies are needed to define the mechanisms underlying the effect of irradiation on the pericytes and the protective effect of thalidomide. We have, in parallel, developed a model of murine luciferase positive CNS lymphoma to verify first, the safety of the combination of radiotherapy and thalidomide and its derivatives of the class of immunomodulators ( IMiDs ), lenalidomide and pomalidomide. These three molecules do not decrease the antitumor effect of radiotherapy, but the antitumoral effect of the association of radiotherapy and pomalidomide is synergistic. The concept of the normalization of the tumor vascularization refers to molecules capable not to induce regression of the abnormal tumor vessels but to ''normalize'' the tumoral vasculature in order to improve, on one hand , the availability of chemotherapy in the tumor , and on the other hand, the tumor oxygenation to increase the effectiveness of radiotherapy. Our results are in favor of such an effect exerted by pomalidomide in our murine model of cerebral lymphoma, characterized by perivascular tumor infiltration and capillary leak .Our work provide a biological rational for future clinical trials with IMiDs in the treatment of brain lymphomas or malignant brain tumors.