Rôle de la matrice extracellulaire et des récepteurs à domaine discoïdine, DDR1 et DDR2, dans la résistance des cellules de mélanome aux thérapies ciblées

par Ilona Berestjuk

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

Sous la direction de Sophie Tartare-Deckert.

Soutenue le 29-11-2019

à l'Université Côte d'Azur (ComUE) , dans le cadre de École doctorale des Sciences de la vie et de la santé (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes) , en partenariat avec Université de Nice (1965-2019) (établissement de préparation) et de Centre Méditerranéen de Médecine Moléculaire (Nice) (laboratoire) .

Le président du jury était Cédric Gaggioli.

Le jury était composé de Cédric Gaggioli, Hamid Morjani, Frédéric Saltel.

Les rapporteurs étaient Hamid Morjani, Frédéric Saltel.


  • Résumé

    Le mélanome est un cancer de la peau très agressif de part son fort potentiel métastatique et sa résistance aux traitements. La progression tumorale est accompagnée par des mutations « drivers » qui touchent principalement les gènes BRAF et NRAS et conduisent à l’activation constitutive de la voie des MAP kinases. De nouvelles options thérapeutiques comme les thérapies ciblées associant un inhibiteur de BRAF (vémurafénib) et un inhibiteur de MEK (tramétinib), et les immunothérapies sont indiquées mais ces traitements ne bénéficient qu'à certains patients et leur utilisation est limitée du fait de l'émergence de résistances primaires et secondaires. Il est donc fondamental de mieux comprendre les mécanismes de l'échappement aux thérapies ciblées dans le but d'en améliorer l'efficacité.La capacité des cellules cancéreuses à résister aux traitements repose en partie sur leur pouvoir d’adaptation au microenvironnement tumoral. Au sein d’une tumeur, la cellule cancéreuse interagit avec un écosystème complexe composé de cellules stromales dont des fibroblastes activés et de la matrice extracellulaire (MEC). La MEC, majoritairement produite par les fibroblastes est composée de molécules d’adhérence comme la fibronectine et de structure comme les collagènes. Elle constitue un réseau dynamique ayant des propriétés biochimiques et mécaniques qui influencent la progression tumorale. Ainsi, le stroma dans lequel sont ancrées les mélanomes et les interactions qu’ils entretiennent avec la MEC peuvent avoir un rôle prépondérant dans la résistance aux thérapies ciblées. Cette résistance induite par l’adhérence des cellules à une matrice est définie comme la MM-DR (Matrix Mediated-Drug Resistance).Dans un premier temps mes études ont montrés, a l’aide d’un modèle 3D de MEC, que les FRCs (Fibroblasts Reticular Cells) ou différentes populations de MAFs (Melanoma Associated Fibroblasts) isolées de biopsies de métastases lymphatiques produisent et remodèlent une MEC riche en fibres de collagènes, d’enzymes d’échafaudage et de protéines matricielles qui est plus rigide qu’une MEC produite par des fibroblastes d’origine dermique. J’ai également observé un effet « protecteur » de ces matrices sur les mélanomes face aux thérapies. L’adhérence des cellules de mélanome conduit à une résistance en réponse aux effets anti-prolifératifs des inhibiteurs de BRAF et de MEK. Dans un deuxième temps j’ai identifiée les DDRs (Discoidin Domain Receptors 1 & 2), deux récepteurs de collagène à l’activité tyrosine kinase et qui fonctionnent indépendamment des intégrines, comme étant impliqués dans la MM-DR. Par une approche d’interférence ARN et par une approche pharmacologique, j’ai montré que l’inhibition de DDR1 et de DDR2 ré-sensibilise les cellules cultivées sur matrice aux effets cytostatiques et cytotoxiques du vémurafénib. Ces résultats ont étaient également confirmés par une approche in vivo en utilisant un modèle de xénogreffe. En effet, le traitement des souris avec la combinaison Vémurafénib + Imatinib (un inhibiteur de tyrosine kinase utilisé en clinique dans le traitement de certaines leucémies) diminue drastiquement la croissance tumorale, avec une médiane de survie de 48 jours contre 36 jours pour le traitement de Vémurafénib seul. En conclusion, mes données ont mis en évidence les propriétés structurelles, biophysiques et fonctionnelles remarquables des MECs produites par les fibroblastes lymphatiques et un rôle de la MM-DR dans la résistance aux traitements ciblés. Mais également travaux ont permis d’identifier les DDRs comme étant des nouvelles cibles thérapeutiques impliquées dans la résistance des cellules de mélanome aux thérapies ciblées.

  • Titre traduit

    Role of extracellular matrix and discoidin domain receptors, DDR1 and DDR2, in the resistance of melanoma cells to targeted therapies


  • Résumé

    Melanoma is a very aggressive skin cancer because of its intratumoral heterogeneity, high metastatic potential and resistance to treatment. Driver mutations mainly affect the BRAF and NRAS genes leading to the constitutive activation of the MAP kinase pathway (MAPK). New therapeutic options such as targeted therapies that combine BRAF (Vemurafenib) and MEK (Trametinib) inhibitors as well as immunotherapies are available, but these treatments only benefit certain patients and their use is limited because of the emergence of resistance. It is therefore essential to better understand the escape mechanisms in response to targeted therapies, in order to improve their effectiveness.The ability of cancer cells to resist treatment depends in part, on their ability to adapt to the tumour microenvironment. Within the primary tumour and various metastatic niches, the cancer cell interacts with a complex ecosystem composed of stromal cells, including activated fibroblasts and extracellular matrix (ECM). ECM, mainly produced by fibroblasts, is composed of adhesion and structural molecules such as fibronectin and collagen. It constitutes a dynamic network with biochemical and mechanical properties that influence tumour progression. Thus, the stroma in which melanoma cells are anchored and their interactions with the ECM contribute to anti-cancer treatment resistance. This resistance provided by the matrix is defined as MM-DR (Matrix Mediated-Drug Resistance).Firstly, my study showed, using a 3D model of ECM produced by fibroblasts, that FRCs (Fibroblast Reticular Cells) or different populations of MAFs (Melanoma Associated Fibroblasts) isolated from biopsies of lymphatic metastases produce and remodel an ECM rich in collagen fibres, scaffolding enzymes and matrix proteins and these ECMs are more rigid than those produced by dermal fibroblasts. Furthermore, I observed a protective effect of these matrices on melanoma cells carrying the BRAFV600E mutation to targeted therapies. Adherence of melanoma cells to the ECM lead to resistance in response to the antiproliferative effects of BRAF and MEK inhibitors.Additionally, I identified the discoidin domain receptors, DDR1 and DDR2, which have tyrosine kinase activity and interact with collagen, thereby playing a key role in MM-DR. Using the RNA interference and pharmacological approaches which targeted DDR kinase activity, I showed that inhibition of DDR1 and DDR2 re-sensitised melanoma cells cultured on ECM to the cytostatic and cytotoxic effects of Vemurafenib. These results were confirmed with an in vivo approach using a preclinical tumour xenograft model. Treatment of mice with the combination of Vemurafenib / Imatinib (a DDR inhibitor clinically used in the treatment of certain leukemias) greatly reduces tumour growth, prevented the development of resistance in response to Vemurafenib and increased mice survival.In conclusion, my thesis has highlighted the remarkable structural, mechanical and functional properties of the ECM produced by metastatic lymphatic niche fibroblasts in the survival and therapeutic resistance of melanoma and demonstrated a new role of DDRs in their escape from targeted therapies. Thus, inhibition of DDRs in combination with inhibitors of the MAPK pathway may represent a new therapeutic strategy for BRAF mutant melanoma.

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