Analyse intégrative clinico-moléculaire et séquençage ARNseq de cellule-unique afin d’identifier l'origine des tumeurs rhabdoïdes tératoïdes atypiques

Integrative Clinico-Molecular Analysis and Single-Cell RNA Sequencing To Unravel the Origin of Atypical Teratoid Rhabdoid Tumors

• Auteur / Autrice : María-Jesús Lobón Iglesias
• Direction : Franck Bourdeaut
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 28/01/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cancérologie, Biologie, Médecine, Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Cancer, Hétérogénéité, Instabilité et Plasticité
• Partenaire(s) de recherche : référent : Université Paris-Saclay. Faculté de médecine (Le Kremlin-Bicêtre, Val-de-Marne ; 2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Life Sciences and Health (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Véronique Minard-Colin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas André, Ulrich Schüller, Cédric Maurange, Franck Bielle
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nicolas André, Ulrich Schüller

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transduction du signal

Récepteurs Notch

Analyse de séquence d'ARN

Analyse sur cellule unique

Biologie informatique

Analyse de profil d'expression de gènes

Tumeur rhabdoïde

Méthylation

Mots clés libres

ATRT sous-groupes

Corrélation anatomique

Analyse intégrative

RNAseq cellule-unique

Voie de signalisation Notch

ATRT subgroups

Anatomical Correlation

Integrative Analysis

Single Cell RNAseq

Notch signalling pathway

Résumé

Les tumeurs rhabdoïdes tératoïdes atypiques (ATRT) sont des tumeurs malignes rares et agressives du système nerveux central (SNC) affectant les nourrissons et les jeunes enfants et caractérisées par une inactivation bialélique du gène suppresseur de tumeur SMARCB1 dans un génome par ailleurs très simple. Sur la base du profil de méthylation et d'expression, des études récentes ont mis en évidence la diversité moléculaire de ces tumeurs, qui sont maintenant divisées en au moins trois sous-groupes, à savoir les tumeurs dites MYC-, TYR- et SHH-ATRT. Cette diversité moléculaire suggère l'existence de diverses cellules d'origine pour chaque sous-type, bien qu'aucune de ces cellules d'origine putatives ne soit sans doute identifiée à l'heure actuelle. L'analyse du profil d'expression a été faiblement informative sur le tissue d'origine mais donnée des indications sur le lignage (neurogéniques ou mélanogènique pour les sous-types SHH et TYR respectivement) ou sur certains gènes et voies de développement exprimés de manière récurrente (SHH et voie NOTCH pour le sous-type SHH ; groupes HOX pour le sous-type MYC). Dans ce travail, nous avons fourni une description détaillée des différentes localisations anatomiques des ATRT afin d'obtenir des informations précises sur le tissu d'origine. Ensuite, nous avons réalisé une analyse intégrative de la localisation anatomique, des données transcriptomiques et épigénétiques. Cette analyse nous a permis de décrire et de caractériser 4 sous-groupes anatomico-moléculaires d'ATRT : tumeurs des nerfs crâniens, du cortex et de la moelle épinière, CNCS-ATRT ; ganglions de la base et tumeurs intraventriculaires, BG/IV-ATRT ; tumeurs du lobe antérieur du cervelet, CAL-ATRT ; tumeurs du pédoncule cérébelleux moyen et du lobe cérébelleux inférieur, MCP/ICV-ATRT. Ensuite, nous avons cherché à étudier la pertinence de nos modèles murins chez l'homme. Nous avons constaté que le modèle de souris Rosa26 : MYC récapitule parfaitement les caractéristiques moléculaires et les phénotypes cliniques d'un sous-ensemble d'ATRT humains (CNCS-ATRT) et soutient l'hypothèse d'une origine dans les cellules de la crête neurale. Les tumeurs Rosa26 : SHH sont phénotypiquement similaires aux BG_IV-ATRT et sont caractérisées par l'expression de marqueurs génétiques des éminences ganglionnaires. Enfin, les tumeurs CAL-ATRT sont caractérisées par l'expression de gènes typiques de la region entre le cerveau moyen et le cerveau postérieur pendant le développement embryonnaire. Bien que nous ne disposions pas d'un modèle de souris récapitulant ce localisation, l'analyse intégrative nous a permis d'identifier le sous-groupe CAL-ATRT et nous a conduits à effectuer une analyse RNAseq cellule-unique de trois échantillons humains provenant exclusivement de cette localisation. Nous avons consécutivement démontré au niveau cellule-unique, pour la première fois à ce jour, la dédifférenciation des cellules progénitrices neuronales et l'implication de la voie Notch dans la transformation maligne des CAL-ATRT.

Atypical teratoid rhabdoid tumors (ATRT) are rare and aggressive malignancies of the central nervous system (CNS) affecting infants and young children and characterized by a biallelic inactivation of SMARCB1 tumor suppressor gene in an otherwise very simple genome. Based on methylation and expression profiling, recent studies have pointed out the molecular diversity of these tumors, that are now divided in at least three subgroups, i.e. the so-called MYC-, TYR-, and SHH-ATRTs. This molecular diversity is suggestive of various cells of origin for each sub-type, though none of these putative cells of origin is undoubtedly identified at present time. In this respect, the analysis of expression profiling has been weakly informative, giving at most some insights on the lineage (neurogenic or melanogenic features for the SHH and TYR subtypes respectively) or on some recurrently expressed developmental genes and pathways (SHH and NOTCH pathway for the SHH subtype; HOX clusters for the MYC subtype). In this work, we have provided a detailed description of different anatomical ATRT locations to obtain precise information about the putative tissue of origin. Then, we have performed integrative analysis of anatomical location, transcriptomic and epigenetic data. This analysis has allowed us to describe and characterize 4 distinct anatomico-molecular ATRT subgroups: cranial nerves, cortical and spinal cord tumors, CNCS-ATRT; Basal ganglia and Intraventricular tumors, BG/IV-ATRT; cerebellar anterior lobe tumors, CAL-ATRT; middle cerebellar peduncle and inferior cerebellar lobe tumors, MCP/ICV-ATRT. Next, we have sought to investigate the relevance of our mouse models for human disease. We have found that the Rosa26: MYC mouse model perfectly recapitulates molecular features and clinical phenotypes of a subset of human ATRT (CNCS-ATRT) and support the hypothesis of an origin in neural crest cells. The Rosa26: SHH tumors are phenotypically similar to the BG_IV-ATRT and are characterized by the expression of gene markers from the ganglionic eminences. Finally, the CAL-ATRT are characterized by the expression of midbrain-hindbrain boundary (MHB) genes. Although we don’t have a faithful mouse model for this location, the integrative analysis has allowed us to identify the CAL-ATRT subgroup and lead us to perform single cell analysis of three human samples coming exclusively from this location. Consecutively, we have demonstrated at the single-cell level, by the first time so far, the dedifferentiation of neuronal progenitor cells and the involvement of Notch pathway in the malignant transformation of CAL-ATRT.