Le syndrome Xeroderma Pigmentosum-C - étude des mécanismes moléculaires impliqués dans la prédisposition des patients XP-C aux cancers cutanés non mélanocytaire agressifs

Molecular mechanisms underlying XP-C keratinocytes susceptibility to aggressive cancer

• Auteur / Autrice : Margot Muller
• Direction : Soline Estrach, Thierry Magnaldo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 11/12/2019
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Nice ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Nice (1965-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche sur le cancer et le vieillissement (Nice) - Institut de Recherche sur le Cancer et le Vieillissement / IRCAN
• Jury : Président / Présidente : Sophie Tartare-Deckert
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sophie Tartare-Deckert, Matthieu Lacroix, Giovanna Zambruno, Vincent Geli
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Matthieu Lacroix, Giovanna Zambruno

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cellules souches

Peau -- Cancer

Épithélioma spinocellulaire

Mots clés libres

Carcinome spinocellulaire

Cancers cutanés

Cellules souches adulte

Xeroderma Pigmentosum

Skin cancer

Adult stem cell

Xeroderma Pigmentosum

Résumé

La peau est en permanence exposée à des stress extrinsèques notamment aux rayonnements ultraviolets, principale cause de cancer cutané. Les cancers cutanés non mélanocytaires (NMSC) sont divisés en deux types : le carcinome basocellulaire (BCC) et le carcinome spinocellulaire (SCC). Les BCC surviennent après une exposition aigüe et précoce aux UVs au cours de l'enfance et présentent un faible potentiel métastatique. Les BCC dérivent des cellules souches du follicule pileux. Alors que les SCC se développent après une exposition chronique à de faibles doses d’UV et présentent un potentiel métastatique plus élevé. Les SCC dérivent de cellules souches de l’épiderme inter folliculaire. Le ratio BCC/SCC est de 4 pour 1 dans la population générale. Au laboratoire, nous nous intéressons à la pathologie Xeroderma Pigmentosum (XP). XP est une maladie génétique récessive autosomique rare. En Europe, la majorité des patients XP sont porteurs de mutations du gène XPC entrainant l'absence d’une protéine fonctionnelle. Le rôle canonique de XPC est la reconnaissance des dommages à l’ADN induits par les UVs et permet la réparation de l’ADN par le mécanisme de réparation par excision de nucléotide (NER). Les patients XP-C présentent une hypersensibilité aux rayons UV et développent très précocement des cancers cutanés et particulièrement des SCC avec une incidence plus élevée. L'objectif de ma thèse est d’étudier les mécanismes moléculaires sous-jacents à la susceptibilité des kératinocytes XP-C au SCC. En utilisant des kératinocytes primaires humains de patients XP-C ou d’individus sains, nous avons développé un protocole pour mimer une exposition solaire chronique en les exposant de manière récurrente à de faibles doses d’UV. Nous avons choisi d’effectuer une approche non biaisée en effectuant un séquençage génomique entier de kératinocytes XP-C et WT exposés ou non aux UV. Comme attendu, les kératinocytes XP-C chroniquement irradiés présentent de nombreuses mutations particulièrement dans les séquences codantes. L’analyse bio-informatique de ces données révèle un défaut dans des gènes impliqués dans l'organisation de la chromatine. De façon intéressante, chez les kératinocytes non exposés aux UV, nous observons une augmentation de mutation dans les séquences codantes, l’analyse des gènes portant des mutations stop a mis en évidence un défaut dans les réseaux de gènes impliqués dans l'organisation de chromatine. Ces résultats suggèrent un état plus ouvert de chromatine dans les kératinocytes XP-C amenant l’hypothèse que les cellules XP-C présenteraient un phénotype cellule souche de l’épiderme. Pour valider ce modèle, nous avons utilisé des kératinocytes primaires humains issus de patients. Nous avons montré que des kératinocytes sains dont l’organisation de la chromatine a été altérée, présentent un défaut de différenciation terminale comparable à celui observé dans nos cellules XP-C. De plus, ce phénotype est complémenté par la réexpression de la protéine XPC fonctionnelle. Nous avons montré que les kératinocytes XP-C forment majoritairement des clones issus de cellules souches dans un test de clonogénicité. Ils présentent une expression plus élevée de marqueurs de cellules souches spécifiques de l’épiderme inter folliculaire. Les résultats obtenus au cours de ma thèse, grâce à notre modèle in silico et à nos résultats in vitro, suggèrent une nouvelle piste dans la compréhension de la susceptibilité des patients XP-C à développer des SCC. Le changement d’identité cellulaire lié à XP-C entraine la présence d’une chromatine plus ouverte et une identité plus proche des cellules souches, cellules à l’origine des SCC. Ce phénotype étant directement lié à l’absence de la protéine XPC fonctionnelle, nous mettons en évidence un nouveau rôle de XP-C dans l’organisation de la chromatine et la régulation de l’expression du génome. Ces travaux ouvrent donc de nouvelles perspectives dans l’approche des pathologies liées à une déficience en XPC.

Skin as the outer layer of the body is constantly exposed to UV, the main cause of skin cancer. Non-Melanoma Skin Cancer are divided in two cancer types: Squamous cell carcinoma (SCC) and Basal cell carcinoma (BCC). BCC arise after early acute UV exposure during childhood and present a low metastatic potential; while SCC arise after low chronic UV exposure during life time, present higher metastatic potential. Ratio between BCC and SCC is 4 to 1 in general population.In the lab, we are interested in Xeroderma Pigmentosum (XP) pathology. XP is a rare autosomal recessive genetic disease. In Europe, a large majority of XP patients carry a mutation in XPC gene. resulting in the absence of XPC protein. Canonical role of XPC is to recognize UV DNA damage and allowed DNA reparation by Nucleotide Excision Repair mechanism (NER). XP-C patients present a hypersensitivity to UV radiations and develop very early skin cancer with a higher incidence. They develop 10 000 times more non-melanoma skin cancer (NMSC) compare to general population. Interestingly, we observe that XP-C patients develop 1 BCC for 4 SCC. The objective of my PhD is to decipher the molecular mechanisms underlying XP-C keratinocytes susceptibility to SCC.In our laboratory, we used human primary keratinocytes isolated from biopsies of XP-C patients or healthy individuals. We developed a protocol to mimic chronic solar exposure by exposing primary keratinocytes to chronic low UV irradiation. We have chosen to perform an unbiased approach using whole genomic sequencing (WGS) from XP-C and WT keratinocytes exposed or non-UV exposed. As expected, chronically irradiated XP-C keratinocytes presented an increase of mutation burden particularly in coding sequence. A gene network analysis of UV mutation shows a defect in chromatin organization. Very interestingly, without UV exposure, we saw already an increase of mutation in coding sequence even though no differences in mutation burden was observed. Then performing again, a network analysis focusing only on stop mutations, we highlighted a defect in chromatin organization. These results suggested a chromatin organization defect and a more open state of chromatin in XP-C keratinocytes. Our putative model is that open chromatin could be linked to a more stem cell state of XP-C keratinocytes, suggesting a new role of XPC in chromatin organization. To validate this putative model, we mimic chromatin organisation defects by using epigenetic modifier drugs on WT primary keratinocytes. After this treatment, WT cells presented terminal differentiation defect. We then checked our XP-C keratinocytes differentiation potential. And we observed a similar phenotype to treated WT cells. XP-C keratinocytes seems to have defect in cell differentiation and cell fate commitment. We showed that XP-C keratinocytes presented a higher percentage of stem cell, a higher expression of interfollicular epidermis markers and presented a defect in terminal differentiation program. These results strongly supported our hypothesis that the absence of XP-C leads to a switch in cell identity.In conclusion, the absence of XP-C reveals a stem cell like phenotype of XP-C deficient keratinocytes with a more open chromatin that could be linked to the more aggressive type of cancer observed in patients. Indeed, the cell of origin of NMSC are different. Thus, the aggressive one has a progenitor like cell as a cell of origin. Altogether, these data correlate nicely with our putative model, giving a first clue in the explanation of the inverted ratio of NMSC cancer in XP-C pathology.