Analyse Intégrée génomique, protéomique et radiomique des Sarcomes Pléomorphes Indifférenciés : Identification et Validation de nouvelles cibles thérapeutiques

Genomic Characterization and Target Functional Validation In Undifferentiated Pleomorphic Sarcomas : an Integrated Approach

• Auteur / Autrice : Maud Toulmonde
• Direction : Antoine Italiano
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Cellulaire et Physiopathologie
• Date : Soutenance le 20/12/2019
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Talence, Gironde ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Actions for OnCogenesis understanding and Target Identification in ONcology (Bordeaux ; 2016-2021)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Michel Coindre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurence Bianchini
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Franck Tirode, Florence Pedeutour

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cancérogenèse

Génome

Sarcome

Mots clés libres

Sarcomes

Genomique

Immunologie

Pré-Clinique

Cible thérapeutique

Sarcoma

Genomics

Immunology

Pre-Clinical

Therapeutic target

Résumé

Les Sarcomes indifférenciés pléomorphes (UPS pour Undifferentiated Pleomorphic Sarcoma) forment un groupehétérogène « par défaut ». Nous avons émis l’hypothèse qu’il existe un lien entre le niveau de dédifférenciation des UPS et l’infiltrat immun intra-tumoral, et que cette relation repose sur des altérations génomiques ainsi que sur l’activation de voies de signalisation spécifiques associées à un impact thérapeutique potentiel. Les objectifs de ce travail étaient de générer une classification des UPS intégrant une approche génomique, immunophénotypique, protéomique et radiomique, et d’identifier et tester de potentielles cibles thérapeutiques sur des lignées cellulaires et des xénogreffes dérivées de tumeurs de patients (PDX) caractérisées génomiquement. Nous avons réuni 135 tumeurs de patients de type UPS dans notre institution, parmi lesquels 25 ont été sélectionnées pour séquençage de l’ARN et de l’exome entier. L’analyse hiérarchisée non supervisée des données de séquençage ARN identifia trois groupes : A, B et C. Le groupe A était principalement enrichi en gènes jouant un rôle dans le développement et le phénotype « cellule souche », notamment LHX8, LRRN1, LGR5, BMP5 et FGFR2. Le group B était fortement enrichi en gènes impliqués dans l’immunité, incluant MARCO, TIMD4, TIGIT, CD27, IFNG, CD8B, PDCD1, CD3D et IDO1, ainsi que DKK1. Le groupe C était trop petit pour être caractérisable de façon fiable. Nous avons pu confirmer cette classification sur une cohorte indépendante de 41 UPS du consortium TCGA. Nous avons trouvé une forte corrélation entre l’expression génique et la densité protéique en IHC sur les échantillons tumoraux correspondants pour CD8, PD-1 et IDO1, amenant à appeler le groupe B « immune-high » et le groupe A « immune-low ». Dans une cohorte indépendante de validation de 110 UPS, la densité de CD8 était significativement associée à une meilleure survie sans métastase (p = 0.04). Nous avons retrouvé une fréquence significativement plus importante de variation du nombre de copies de gènes dans le groupe « immune-low », principalement des délétions, touchant notamment PTEN, RB1, FANCA, FAS, CDKN2A, TP53, AXIN1, NF2 et BRCA2. Les analyses protéomiques permirent de détecter deux principaux groupes - PA and PB – fortement corrélés avec les deux principaux groupes identifiés en transcriptomique – A « immune low » et B « immune-high ». Le groupe PB était significativement enrichi en protéines appartenant aux voies de la réponse immunitaire, et le groupe PA en protéines appartenant aux cibles de MYC et à la transition épithélio-mésenchymateuse. Nous avons ensuite développé des lignées cellulaires et des PDX issues de tumeurs provenant de l’étude de profilage moléculaire et obtenu des modèles représentant chaque groupe A, B et C. L’inhibiteur de FGFR JNJ-42756493 avait une activité anti-tumorale in vitro et in vivo dans les lignées et les modèles de PDX du groupe A, de façon sélective. Nous avons également montré in vitro une sensibilité sélective des lignées cellulaires du groupe A aux trois inhibiteurs de protéines à bromodomaines BET CBP/P300 : CPI637, NEO1132 and NEO2734. Enfin, nous avons identifié un set de neuf variables de texture issues de séquences d’IRM conventionnelles hautement corrélées à notre classification transcriptomique des UPS, permettant de poser la base d’une signature radiomique pour sélectionner les UPS « immune-high » sur leur imagerie pré-thérapeutique.Cette étude est la première à réaliser un portrait intégré d’UPS primaires non pré-traités. Nous avons pu identifier deux groupes principaux, avec des implications thérapeutiques potentielles : le groupe « immunehigh », fortement inflammé et probablement le meilleur candidat à l’immunothérapie, et le groupe « immunelow », avec un rationnel pour l’utilisation d’inhibiteurs de FGFR et de BET dans ce dernier.

Undifferentiated Pleomorphic Sarcoma (UPS) are an heterogeneous group of poorly differentiated tumors made up ‘by default’. We hypothesized that there is a link between dedifferentiation state of UPS and immune infiltrate and that this relation relies on specific pathways activation and related genomics alterations with potential therapeutic impact. Objectives of this work were to generate a comprehensive Omics landscape of UPS, integrating genomic, immuno-phenotypic, proteomic and radiomic approach, and to identify and test potential targets for therapeutic approach on cell lines and patients tumor mouse xenografts (PDX). We analyzed a cohort of 135 UPS samples from patients in our institution, of whom 25 were selected for full exome and RNA-sequencing. Unsupervised consensus and hierarchical clustering of RNA-sequencing identified 3 groups, A, B and C. Group A was mainly enriched in genes that play a crucial role in both normal development and stemcellness, notably LHX8, LRRN1, LGR5, BMP5 and FGFR2. Group B was strongly enriched in genes involved in immunity, including MARCO, TIMD4, TIGIT, CD27, IFNG, CD8B, PDCD1, CD3D and IDO1, but also DKK1. Group C was too small to be analyzed with sufficient robustness. This classification was confirmed on an independent cohort of 41 UPS from TCGA consortium. We found a high correlation between gene expression and protein density by IHC on related tumor sample slides for CD8, PD-1 and IDO1, leading to call group B ‘immune-high’ and group A ‘immune-low’. In an independent validation cohort of 110 UPS patients, CD8 expression was significantly associated with metastase-free survival (p = 0.04). Copy numbers variations were significantly more frequent in the immune-low group. Main recurrent events were deletions, notably in PTEN, RB1, FANCA, FAS, CDKN2A, TP53, AXIN1, NF2 and BRCA2. Proteomic analysis allowed us to detect two main proteomic groups - PA and PB – that highly correlated with the two main transcriptomic groups - A and B. Group PB was significantly enriched in immune response pathways, whereas group PA was enriched in MYC targets and epithelial-mesenchymal transition pathways. We then further developed cell lines and PDX models from patient tumor samples included in the molecular profiling study for each class, A, B, C. We showed robust in vitro and in vivo anti-tumor activity of FGFR inhibitor JNJ-42756493 in cell lines and PDX models from group A, selectively. We also showed in vitro activity of three potent dual inhibitors of BET-proteins CBP/P300, CPI637, NEO1132 and NEO2734, in cell lines from group A, selectively. Finally, we showed that a set of 9 radiomic features from basic MRI conventional sequences correlated well with our UPS molecular classification and provided the basis for a radiomics signature that could select immune-high UPS on their pretherapeutic imaging. This study is the first to give a comprehensive genomic, immuno-phenotypic, proteomic and radiomic landscape of non-pretreated primary UPS. We identified two main groups of UPS with therapeutics potential: the immunehigh group, strongly inflamed and probably the best candidate for immunotherapy, and the immune-low group, with a rational for FGFR and BET inhibitors activity in this one.