Radiothérapie interne du mélanome métastatique pigmenté : mécanismes et associations

Pigmented metastatic melanoma targeted radionuclide therapy : mechanisms and combinations

• Auteur / Autrice : Jacques Rouanet
• Direction : Françoise Degoul, Michel d' Incan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Soutenance le 20/11/2019
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne‎ (2017-2020)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences de la vie, santé, agronomie, environnement (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Imagerie Moléculaire et Stratégies Théranostiques
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie-Thérèse Leccia, Sandrine Mansard, Jean-Luc Perrot, Paul Rouzaire
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Françoise Kraeber-Bodéré, Thierry Passeron

Mots clés

Mots clés contrôlés

Radiothérapie interne

Thérapeutique

Mélanome

Mots clés libres

Radiothérapie interne vectorisée

Mélanome

Abstract Targeted radionuclide therapy (TRT)

Melanoma

Résumé

La radiothérapie interne vectorisée ou RIV consiste à adresser spécifiquement un isotope radioactif aux tumeurs grâce à un vecteur spécifique. Dans le cas du mélanome, le vecteur utilisé pour la RIV peut être un anticorps ciblant des antigènes de surface ou la mélanine, des analogues peptidiques capables de se fixer sur des récepteurs tumoraux (comme le récepteur à la melanocyte-stimulating hormone) ou des petites molécules se liant à la mélanine (dérivées des benzamides). Ainsi, notre équipe travaille sur cette dernière stratégie depuis 15 avec la molécule phare [ 131 I]ICF01012. De nombreuses études précliniques ont permis un essai clinique de phase I, MELRIV1, qui est ouvert depuis juillet 2019 (NCT03784625). En parallèle de cet essai,nous avons poursuivi la caractérisation préclinique des effets d’[ 131 I]ICF01012 en monothérapie et en association avec les traitements actuels du mélanome, dans la perspective d’essais cliniques de phase II.Ce travail est divisé en deux axes :1) étudier les effets de la RIV par [ 131 I]ICF01012 sur les principaux mécanismes impliqués dans la progression du mélanome : la dissémination métastatique et la pseudo-transition épithélio-mésenchymateuse, l’activation de la voie des MAPK et l’échappement à la réponse immunitaire antitumorale ;2) évaluer des combinaisons d’[ 131 I]ICF01012 avec les traitements actuels du mélanome métastatique : thérapies ciblant la voie des MAPK et inhibiteurs de checkpoints immunitaires.Pour le premier axe, grâce à un modèle de sphéroïdes, nous avons montré que la RIVpar [ 131 I]ICF01012 modifiait l’expression de gènes et de protéines impliquées dans la pTEM et pouvait donc permettre de limiter la dissémination métastatique. Ces modifications s’accompagnaient également d’une différentiation des cellules de mélanome, associée à l’induction d’une pigmentation. Nous avons également mis en évidence, dans les sphéroïdes BRAF et NRAS mutés, une activation de la voie des MAPK dans les suites de la RIV, qui peut traduire l’installation d’une radiorésistance. L’association de la RIV aux inhibiteurs de MEK dans le modèle de sphéroïdes a démontré la possibilité d’utiliser ces molécules pour radiosensibiliser les cellules de mélanome présentant une activation constitutionnelle de la voie des MAPK avec une augmentation majeure de l’apoptose. Nous avons également montré l’impact d’[ 131 I]ICF01012 sur la dissémination métastatique par voie hématogène, notamment, par ciblage des cellules circulantes, et par voie lymphatique, par diminution du nombre de métastases ganglionnaires. Nous avons également montré in vitro et in vivo la très grande radiosensibilité de la lignée NRAS 1007, qui présente une mutation Q61K du gène NRAS.Pour la deuxième partie, le modèle murin syngénique B16F10 a permis de montrer que les effets immunitaires de la RIV s’appuient sur le déclenchement d’une mort immunogénique,permettant la mise en place d’une réponse immunitaire adaptative et le recrutement de cellules T cytotoxiques au sein de la tumeur. Cependant, la mise en place de cette réponse s’accompagnait aussi du recrutement de lymphocytes T régulateurs, qui peuvent contribuer à l’échappement de la tumeur à la réponse immunitaire. L’association de la RIV aux inhibiteurs de checkpoints immunitaires a permis de montrer que la mise en place de la tolérance immunologique était un phénomène majeur induit [ 131 I]ICF01012 alors que l’épuisement des cellules T semblait plus anecdotique. De plus, nous avons montré dans notre modèle, que la réduction de la tolérance immunologique par un anticorps anti-CTLA-4 conduisait à un accroissement de l’épuisement des cellules T. Nous avons également obtenu des résultats très prometteurs en termes de survie, notamment pour l’association de la RIV avec un anticorps anti-CTLA-4, qui conduisait à un allongement significatif de la survie par rapport aux monothérapies,sans augmentation de la toxicité. (...)

Targeted radionuclide therapy (TRT) is a therapeutic strategy which consists in specificallyaddressing a radionuclide to tumor by targeting, through a specific vector. For melanoma TRT,the vector could be an antibody targeting surface antigens or melanin, a peptidomimetic ableto bind to receptors (i.e. the melanocyte-stimulating hormone receptor) or some smallmolecules which specifically bind to melanin (benzamides). Our research is focused on the latterclass with the lead molecule [ 131 I]ICF01012 developed in our unit for 15 years. Promisingpreclinical studies have resulted in a phase I clinical trial, MELRIV1, opened since July 2019(NCT03784625). In line with this trial, we pursued the preclinical characterization of [ 131 I]ICF01012effects in monotherapy and in combination with current melanoma treatments.We then defined two main axes:1) [ 131 I]ICF01012 impact on main mechanisms involved in melanomagenesis: metastaticdissemination and epithelial-mesenchymal-like transition, activation of the MAPK pathway andescape from anti-tumor immune response;2) [ 131 I]ICF01012 combination with current treatments: potential benefit assessmentIn the first axis, we developed a spheroid model and showed that [ 131 I]ICF01012 alteredthe expression of genes and proteins involved in pTEM and could therefore limit metastaticdissemination. These modifications brought also melanoma cell differentiation and induction ofpigmentation. Importantly, we showed the efficiency of [ 131 I]ICF01012 on metastaticdissemination by hematogenous route, targeting circulating cancer cells, and by lymphaticroute, decreasing number of lymph node metastases. We also demonstrated in vitro and in vivothe very high radiosensitivity of Q61K mutated NRAS 1007 cells. We also demonstrated, in themutated BRAF and NRAS spheroids, an activation of the MAPK pathway following TRT irradiation,traducing radioresistance appearance.For the second part, combination of TRT with MEK inhibitors in the spheroid modeldemonstrated the possibility of using these molecules to radiosensitize melanoma cells withconstitutional activation of the MAPK pathway. This radiosensitization lead to a major increase ofapoptosis. In the B16F10 syngeneic mouse model, we showed that TRT immune effects rely onimmunogenic cell death initiation, leading to adaptive immune response and cytotoxic T cellrecruitment. These mechanisms come with recruitment of regulatory T-cells which can contributeto tumor escape from immune response. Combination of TRT with immune checkpoint inhibitorsevidenced that immunological tolerance was a major induced mechanism following[ 131 I]ICF01012 irradiation while T-cell exhaustion appeared as a minor phenomenon. In addition,we were able to show that the reduction of immunological tolerance by an anti-CTLA-4antibody increases T-cell exhaustion. Furthermore, TRT combined with immune checkpointinhibitors, especially with anti-CTLA-4, led to a significant increase of survival compared tomonotherapies, with no increase of toxicity.Taken together, these results confirm the potential role of TRT using [ 131 I]ICF01012 in themanagement of metastatic melanoma. Notably, association with inhibitors of checkpointsinhibitors appears to be very promising for further clinical trials following the Phase I trial of[ 131 I]ICF01012.