Génomique fonctionnelle appliquée aux métastases hépatiques du cancer colorectal et aux leucémies à blastes dérivés de cellules dendritiques plasmacytoïdes

par Ambre Giguelay

Thèse de doctorat en Biologie Santé

Sous la direction de Jacques Colinge et de Andreï Turtoï.

Soutenue le 23-09-2021

à Montpellier , dans le cadre de Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé , en partenariat avec Institut de Recherche en Cancérologie (Montpellier) (laboratoire) .

Le président du jury était Marie-Hélène Mucchielli-Giorgi.

Le jury était composé de Jacques Colinge, Andreï Turtoï, Marie-Hélène Mucchielli-Giorgi, Richard Tomasini, Andrea Rau, Emmanuel Cornillot.

Les rapporteurs étaient Richard Tomasini, Andrea Rau.

mots clés

• Microenvironnement tumoral
• Transcriptomique
• Cellule unique
• Métastases
• Fibroblastes associés au cancer
• Micro-environnement tumoral
• Cancer colorectal
• Fibroblastes

Résumé

De récents progrès techniques permettant l’acquisition de données « omiques » à l’échelle de la cellule individuelle ont marqué un réel tournant dans le domaine de la recherche en biologie. L’approche de transcriptomique en cellules uniques a notamment permis de répondre à des problématiques qui demeuraient jusqu’alors inaccessibles, en particulier en biologie du développement et cancérologie.Dans le domaine de la recherche sur le cancer, la transcriptomique en cellules uniques a fortement participé à la compréhension de la complexité de la tumeur. Pour la première fois, il est possible de quantifier la contribution des différents composants cellulaires à la progression tumorale et la résistance au traitement, ainsi que leur grande complexité. Parmi les différentes cellules du microenvironnement tumoral, les fibroblastes associés au cancer (CAF) sont une population particulièrement hétérogène et versatile, pouvant jouer à la fois un rôle antitumoral et protumoral. Malgré leur impact sur la progression de la maladie, aucun traitement efficace ne parvient à exploiter ou cibler les CAF à ce jour. Les molécules impliquées dans la communication entre les CAF et les autres acteurs cellulaires représenteraient d’intéressantes pistes thérapeutiques.Dans le cadre du projet principal de ma thèse de doctorat, nous avons appliqué l’approche de transcriptomique en cellules uniques à l’étude de l’hétérogénéité des CAF dans les métastases hépatiques de cancer colorectal. Cette étude a été menée en étroite collaboration avec les services d’anatomo-pathologie et de chirurgie de l’Institut régional du Cancer de Montpellier (ICM). Malgré le fait que les métastases constituent la principale cause de mortalité liée au cancer, leur biologie est encore loin d’être comprise. Dans cette étude, nous avons démontré l’existence d’au moins deux sous-populations de CAF, arborant des phénotypes différents. En intégrant nos données avec des jeux de données publiques, nous avons pu montrer que les CAF de cancers hépatiques (primaires et métastatiques) proviennent d’au moins trois différentes sources : les fibroblastes de l’espace porte, les cellules stellaires hépatiques et les cellules musculaires lisses vasculaires. En inférant notamment les interactions cellulaires entre les différentes populations de CAF et les cellules cancéreuses, nous avons montré que, dans les métastases hépatiques, les CAF issus des fibroblastes portaux contribuent à la réaction desmoplastique et l’angiogenèse.

mots clés

• Tumoral microenvironment
• Transcriptomics
• Single Cell
• Metastasis
• Cancer Associated Fibroblast

Titre traduit

Application of functional genomics to colorectal cancer liver metastases and blastic plasmacytoid dendritic cell neoplasms

Résumé

Recent technical progress enabling the acquisition of “omics” data at single-cell scale led to important breakthroughs in biology research. In particular, the application of single-cell transcriptomics in the recent few years allowed an unprecedented insight into several key biological questions, including cancer research and development biology.Particularly in cancer research, single-cell RNA sequencing has allowed a detailed insight in the tumour complexity. For the first time, we are able to quantify the contribution of the different cellular components to cancer progression and response to treatment. We also came to appreciate the complexity of the tumour microenvironment and the contribution of non-cancerous cells (stroma) in the tumour towards the disease progression. Among the different stromal cells, cancer-associated fibroblasts (CAFs) emerged as a heterogeneous, and versatile population with both tumour-promoting and tumour-preventing behaviours. Despite these key implications in tumour progression, no treatment to date successfully harnesses or targets CAFs in clinics. This missed opportunity points at the urgent need to deeply characterize CAFs subpopulations and elucidate how they communicate with cancer cells and the other tumour microenvironment actors. The molecules involved in this communication could represent promising targets for the development of new therapeutic strategies.The main project of my PhD thesis concerned the use of single-cell RNA sequencing to unveil CAFs heterogeneity and chart their interactions with cancer cells in colorectal cancer liver metastases (CRCLM). This study was conducted in tight collaboration with the pathology and surgery departments of Montpellier’s Cancer Institute (ICM). Despite the fact that metastases are the major cause of cancer-related death, their biology is far from understood. In this study, we demonstrated the existence of at least two main subpopulations of CAFs with distinct phenotypes. The integration of our data with public datasets further showed that in liver cancers (primary and metastatic), CAFs originate from at least three different sources: the portal fibroblasts, the hepatic stellate cells, and the vascular smooth muscle cells. Following the reconstruction of the cellular crosstalk between the CAFs and the cancer cells, we showed that in particular portal fibroblasts-derived CAFs enhance desmoplastic reaction and angiogenesis in the liver metastasis.