Caractérisations phénotypiques et fonctionnelles des cellules stromales mésenchymateuses au cours du traitement du myélome multiple

Phenotypic and Functional Characterization of Cancer Associated Mesenchymal Stromal Cells in Multiple Myeloma

• Auteur / Autrice : Léa Lemaitre
• Direction : Bettina Couderc, Jill Corre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Cancérologie
• Date : Soutenance le 07/07/2020
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie Santé Biotechnologies (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Recherche en Cancérologie de Toulouse (2011-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Micro-environnement tumoral

Cellules stromales mésenchymateuses

Thérapeutique

Myélome multiple

Mots clés libres

Cancer

Myélome multiple

Cellules stromales mésenchymateuses

Microenvironnement tumoral

Hématologie

Analyse transcriptomique

Cancer

Multiple Myeloma

Mesenchymal Stromal Cells

Tumoral Microenvironment

Hematology

Transcriptomic Analysis

Résumé

Le myélome multiple (MM) est une hémopathie caractérisée par l'accumulation de plasmocytes (PC) malins dans la moelle osseuse pouvant occasionner entre autres des lésions ostéolytiques. Il s'agit d'une maladie extrêmement hétérogène, tant au niveau de la présentation clinique, de la réponse aux traitements, de la survie globale, que sur le plan biologique. L'hypothèse actuelle est que cette hétérogénéité est non seulement due à l'énorme variabilité moléculaire présente au sein des cellules tumorales mais également au microenvironnement des PC tumoraux. Dans ce microenvironnement nous nous intéressons plus particulièrement aux cellules stromales mésenchymateuses (MSC). Leur interaction avec les PC a des conséquences multiples : promotion de la prolifération, de la survie, de la migration et de la chimiorésistance des PC, stimulation de l'angiogenèse, stimulation de l'ostéoclastogenèse et inhibition de l'ostéoblastogenèse. Mon sujet de thèse porte sur l'analyse phénotypique et fonctionnelle des MSC retrouvées associées aux PC au diagnostic de la maladie et tout au long du traitement. Mon travail de recherche a consisté en la comparaison de différents prélèvements de MSC afin 1) de mettre en évidence le rôle des MSC dans la physiopathologie du myélome aux différents stades de la maladie et 2) d'identifier une cible thérapeutique potentielle au sein du microenvironnement tumoral. Les prélèvements de patients ont tout d'abord été sélectionnés pour constituer trois groupes homogènes composés de 10 prélèvements de moelle osseuse saine (HD BM-MSC), 12 de moelle osseuse de patients nouvellement diagnostiqués (D BM-MSC), 10 de moelle osseuse de patients dit en rémission (CR BM-MSC) et 9 prélèvements de patients en première rechute (ER BM-MSC). Les MSC ont été isolées à partir des moelles de ces différents groupes et une analyse transcriptomique a été réalisée. Nous avons confirmé les résultats antérieurs du laboratoire soit que les MSC de patients MM ont un profil transcriptomique différents des HD BM-MSC. Parmi les 845 gènes différentiellement exprimés entre HD et MM BM-MSC, nous avons identifié des facteurs connus dans la physiopathologie du myélome (IL6, GDF15, SERPINB2, DKK1, Runx2 ...) mais aussi des facteurs non répertoriés à ce jour. La voie Wnt, et certains facteurs de différenciation osseuse semblent être impliqués. De façon intéressante le profil transcriptomique des MSC ne varie pratiquement pas lors des différents stades du MM et plus particulièrement suite au traitement que le patient soit en rémission ou en rechute de sa maladie. Ces données suggèrent que le contact des PC avec les MSC pourrait conduire à une modification pérenne du transcriptome des MSC. Nous avons réalisé une analyse fonctionnelle des différentes MSC afin de corréler la différence transcriptomique observée avec une éventuelle différence de fonction. Les résultats montrent que les MSC issus de patients présentent une perte de capacité de différenciation en ostéoblastes et une différenciation facilitée en adipocytes. Concernant leur capacité immuno-modulatrice, les CR BM-MSC ont une fonction immuno suppressive altérée lorsqu'on les compare à celle des ER BM-MSC. [...]

Multiple myeloma (MM) is a B-cell malignancy characterized by clonal expansion of malignant plasma cells (PC) within the bone marrow (BM). MM patients often experience multiple relapses due to the presence of chemo-resistant residual MM clones. Therefore, there is a critical need to understand the mechanisms that regulate MM chemo-resistance and relapse. The interactions between microenvironment BM cells and malignant PCs play an essential role In MM growth and survival. Mesenchymal stromal cells (MSC) are multipotent BM stromal cells, able to differentiate into osteoblasts and adipocytes which support malignant PC growth through the release of different factors. A better understanding of the role of these cells in MM relapse is critically required. My work consisted in comparing different samples of MSC to understand their role at different stage of the disease and find a therapeutic target. To address this question, I created a homogeneous cohort of samples: 10 BM of healthy donors (HD BM-MSC), 12 from newly diagnosis MM patients (D BM-MSC), 10 from MM remission patients (CR BM-MSC) and 9 from MM patients with early relapse (ER BM-MSC). Then I isolated MSC from BM of these different groups and performed a transcriptomic analysis. My results reveal significant differences in expression of 845 genes between HD and MM BM-MSC. Wnt signaling, blood coagulation and angiogenesis appear to be involved in this pathological process. Surprisingly, the transcriptomic profile of MSC was very similar after treatment in relapse or remission patient. These data indicate that the alteration in MSC gene expression associated with MM development can persist even in the absence of clinical sign of the disease. This suggests that a deep imprinting of MSC cellular program occurs by the contact with MM PCs. Futhermore, I compare the functional capacity of HD and MM-MSC to differentiate, improve the MM cell growth and immunomodulation. MM-MSC differentiate preferentially into adipocytes than osteoblasts compared to HD BM-MSC. They both support MM tumor growth by secreted factors. Interestingly, CR BM-MSC decreased their capacity to immunosuppress T cells compared to ER BM-MSC. Finally, we observed an increase of toll like receptor 4 (TLR4) gene expression by MM BM-MSC compared to HD BM-MSC. TLR4 is a Pattern Recognition Receptor widely describe in innate immunology but not in MM. In vitro analysis performed by the laboratory suggest an important role of TLR4 to support tumor growth and TLR4 inhibitor, C34, inhibit MM cell lines growth. I performed this treatment on most relevant MM mouse model, VkMyC, and treatment delayed MM growth. These results suggest a clinical application of our data.