Utilisation de nanoghosts dérivés de cellules souches mésenchymateuses pour le ciblage de cellules tumorales du cancer du poumon résistantes aux inhibiteurs de tyrosine kinases

Use of mesenchymal stem cells derived nanoghosts to pervent resistance to tyrosine kinase inhibitor TKI in lung cancers

• Auteur / Autrice : Sandra Pagano
• Direction : Gilles Favre, Olivier Calvayrac
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Cancérologie
• Date : Soutenance le 21/03/2022
• 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-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gilles Favre, Olivier Calvayrac, Sophie Doisneau-Sixou
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : John De Vos, Violaine Moreau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cellules stromales mésenchymateuses

Inhibiteurs des tyrosine kinases

Poumon -- Cancer

Mots clés libres

Cellules souches mésenchymateuses

Inhibiteur de tyrosine kinase

Cancer du poumon

Résistance thérapeutique

C3-exoenzyme

Nanoghosts

Mesenchymal stem cells

Tyrosine kinase inhibitor

Lung cancer

Therapeutic resistance

C3-exoenzyme

Nanoghosts

Résumé

Les inhibiteurs de tyrosine kinase de l'EGFR (EGFR-ITK) sont des thérapies efficaces pour les cancers du poumon non à petites cellules présentant de mutation de l'EGFR (CPNPC EGFR-muté) mais la majorité des patients rechutent à cause de l'apparition de mécanismes de résistance. Une des principales hypothèses suggère que les résistances pourraient se développer à partir d'une population de cellules tolérantes au traitement (ou DTC pour Drug Tolerant Cells) qui développerait des mécanismes de résistance de novo. Des résultats de l'équipe ont montré qu'une forte expression de la petite GTPase RHOB dans les tumeurs prédispose à la rechute des patients traités par EGFR-ITK. L'expression de RHOB est augmentée dans les DTC en réponse aux EGFR-ITK et son invalidation génique par siARN augmente fortement la sensibilité aux EGFR-ITK in vitro et in vivo. Cependant, il n'existe à ce jour aucun inhibiteur spécifique de cette GTPase utilisable en clinique. Néanmoins, il existe des stratégies pour inhiber les Rho-GTPases in vitro, et l'une d'entre elles est l'utilisation de l'exoenzyme-C3 (C3) de Clostridium Botuminum, inhibiteur spécifique de RHOA, RHOB et RHOC par ADP-ribosylation. Nous avons montré qu'un co-traitement EGFR-TKI et C3 fusionnée à un peptide perméant (tat) était capable de prévenir l'émergence de résistances aux EGFR-ITK dans les lignées cellulaires testées (PC9, HCC4006 et HCC827), induisant la mort de toute la population de DTC. Cependant, l'utilisation de la tat-C3 n'étant pas envisageable pour un traitement systémique chez les patients de par la toxicité qu'elle provoquerait. Nous avons cherché une solution pour adresser spécifiquement la C3 aux tumeurs et permettre ainsi son utilisation thérapeutique. Nous avons établi une collaboration avec l'équipe du Pr. Marcelle Machluf (Technion, Israël) qui développe des vésicules dérivées de cellules souches mésenchymateuses (CSM), les nanoghosts (NG). Afin de valider une potentielle utilisation des NG en tant que véhicule pour la C3, des expériences de migration ont montré une attractivité des CSM dont sont issues les NG pour nos différentes lignées tumorales, indépendamment de la présence d'EGFR-ITK. Nous avons ensuite utilisé dans NG fluorescents qui nous ont permis de montrer une entrée active des NG dans nos modèles cellulaires, indépendamment de la présence d'EGFR-ITK. Nous avons également validé in vivo, dans des souris greffées de PDX de CPNPC EGFR-muté, l'arrivée des NG au niveau du site tumoral. Finalement nous avons également montré que la C3 encapsulée dans les NG entre dans les cellules et est active de par sa capacité à ADP-ribosyler les Rho-GTPases.

EGFR tyrosine kinase inhibitors (EGFR-ITKs) are effective therapies for EGFR-mutated non-small cell lung cancer (EGFR-mutated NSCLC), but the majority of patients relapse due to the development of resistance mechanisms. One of the main hypotheses suggests that resistance may develop from a population of Drug Tolerant Cells (DTCs) that develop de novo resistance mechanisms. Results from the team showed that high expression of the small GTPase RHOB in tumors predisposes patients treated with EGFR-ITK to relapse. RHOB expression is increased in DTC in response to EGFR-ITK and its gene invalidation by siRNA strongly increases sensitivity to EGFR-ITK in vitro and in vivo. However, to date, there is no specific inhibitor of this GTPase that can be used in the clinic. Nevertheless, there are strategies to inhibit Rho-GTPases in vitro, and one of them is the use of exoenzyme-C3 (C3) from Clostridium Botuminum, a specific inhibitor of RHOA, RHOB and RHOC by ADP-ribosylation. We showed that co-treatment of EGFR-TKI and C3 fused to a permeant peptide (tat) was able to prevent the emergence of EGFR-ITK resistance in the tested cell lines (PC9, HCC4006 and HCC827), inducing the death of the entire DTC population. However, the use of tat-C3 is not feasible for systemic treatment in patients due to the toxicity it would cause. We sought a solution to specifically address C3 to tumors and thus allow its therapeutic use. We have established a collaboration with the team of Prof. Marcelle Machluf (Technion, Israel) who is developing vesicles derived from mesenchymal stem cells (MSC), the nanoghosts (NG). In order to validate a potential use of NG as a vehicle for C3, migration experiments showed an attractiveness of the MSCs from which NG are derived for our different tumor lines, independently of the presence of EGFR-ITK. We then used fluorescent NGs which allowed us to show an active entry of NGs in our cell models, independently of the presence of EGFR-ITK. We also validated in vivo, in EGFR-mutated NSCLC PDX transplanted mice, NG entry at the tumor site. Finally, we also showed that C3 encapsulated in NGs enters the cells and is active through its ability to ADP-ribosylate Rho-GTPases.