Cooption vasculaire et résistance thérapeutique dans le glioblastome

Vessel co-option and therapy resistance in glioblastoma

• Auteur / Autrice : Aafrin Pettiwala
• Direction : Marie Dutreix, Giorgio Seano
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance le 09/05/2022
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cancérologie : biologie-médecine-santé (Villejuif, Val-de-Marne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Signalisation, radiobiologie et cancer (Orsay, Essonne ; 2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut Curie (Paris ; 1978-....)
• Jury : Président / Présidente : Simon Saule
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie Dutreix, Giorgio Seano, Francesco Pezzella, Hélène Castel, Ahmed Idbaih, Enza Torino
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Francesco Pezzella, Hélène Castel

Mots clés

Mots clés libres

Thérapie résistance

Sénescence

Co-Option de vaisseaux

État phenotypic

Therapy reistance

Senescence

Vessel co-Option

Phenotypic state

Résumé

Le glioblastome (GBM) est un type extrêmement létal de tumeur cérébrale chez l'adulte. Malgré un régime de traitement à plusieurs volets comprenant une résection chirurgicale et une chimioradiothérapie, les tumeurs GBM continuent de présenter un mauvais pronostic pour les patients. En outre, ces tumeurs hautement invasives récidivent inévitablement après la chimioradiothérapie. Il devient donc inévitable de comprendre la biologie des tumeurs GBM et, surtout, d'identifier les éléments qui dictent leur forte récurrence et leur résistance après chimioradiothérapie.Récemment, on a assisté à une augmentation massive de la littérature sur la plasticité phénotypique des cellules de GBM, un facteur majeur de résistance et de récurrence des GBM. Cependant, il y a une lacune importante dans la littérature pour déchiffrer la plasticité phénotypique des cellules de GBM en réponse à la chimioradiothérapie. Ainsi, dans la thèse suivante, l'objectif était d'étudier les changements phénotypiques dynamiques des cellules de GBM après chimioradiothérapie et leur implication potentielle dans l'invasion, la résistance et la capacité de récidive des tumeurs GBM.Tout d'abord, à l'aide de scRNA-seq, nous avons identifié un nouvel état phénotypique induit par l'irradiation. Après une analyse bioinformatique plus poussée, nous avons formulé la signature définissant ce nouvel état et avons constaté de manière intéressante que cet état était enrichi en gène Nestin. Pour valider fonctionnellement et suivre la dynamique de ce nouvel état, nous avons effectué un suivi en temps réel in vitro, où nous avons démontré la reprogrammation des cellules Nestin négatives en Nestin positives. De plus, nous avons démontré l'enrichissement de l'état positif de Nestin sous chimiothérapie et validé nos résultats dans d'autres modèles in vitro et in vivo. Le deuxième objectif de la thèse était de caractériser phénotypiquement cette population Nestin positive, pour laquelle nous avons montré que cette population est intrinsèquement présente dans l'état naïf, cependant sous chimioradiothérapie, elle présente une meilleure survie, un enrichissement dans les voies de sénescence et un arrêt du cycle cellulaire G2M persistant, ce qui indique l'existence d'un état dormant hautement résistant après la thérapie.Ensuite, nous avons étudié la capacité invasive de ces cellules Nestin positives hautement résistantes et sénescentes en utilisant un modèle de co-culture de vaisseaux sanguins, des cultures organotypiques en tranches, la microscopie intra-vitale et des modèles in vivo. De manière intéressante, nous avons démontré que ces cellules Nestin positives montrent une intensité accrue pour se diriger vers les vaisseaux sanguins, plus important encore, elles migrent vers les vaisseaux sanguins et les utilisent comme voie active d'invasion, un phénomène communément appelé cooptation de vaisseaux. Enfin, en utilisant à la fois l'analyse protéomique et l'analyse RNA-seq, nous avons déchiffré YAP1 comme le principal acteur conduisant l'état des cellules Nestin positives avec une résistance élevée et une capacité invasive, ce qui a été en outre validé par des essais fonctionnels in vitro.Ainsi, en conclusion, en utilisant à la fois des techniques omiques et fonctionnelles, nous avons identifié un nouvel état dirigé par YAP1 avec des caractéristiques de haute résistance, de sénescence et de cooptation des vaisseaux, qui est potentiellement impliqué dans la résistance post-thérapeutique.

Glioblastoma (GBM) is an extremely lethal type of adult brain tumor. Despite a multi-pronged treatment regime comprising of surgical resection and chemoradiotherapy the GBM tumors continue to exhibit poor patient prognosis. Furthermore, these highly invasive tumors inevitably recur post-chemoradiotherapy. Thus, it becomes inevitable to understand GBM tumor biology and most importantly identify the elements dictating its high recurrence and resistance post chemoradiotherapy.Recently there has been a massive surge in literature investigating the phenotypic plasticity of GBM cells, a major driver of GBM resistance and recurrence. However, there is a significant gap in literature to decipher the phenotypic plasticity in GBM cells in response to chemoradiotherapy. Hence, in the following thesis the aim was to investigate the dynamic phenotypic changes in GBM cells post-chemoradiotherapy and its potential involvement in invasion, resistance and recurrence capacity of GBM tumors.Firstly, using scRNA-seq we identified a novel phenotypic state induced by irradiation, on further bioinformatic analysis we formulated the signature defining this novel state and interestingly found this state to be enriched in Nestin gene. To functionally validate and track the dynamics of this novel state, we performed in vitro real time tracking, where in we demonstrated reprogramming of Nestin negative cells to Nestin positive. Furthermore, we demonstrated the enrichment of Nestin positive state on chemotherapy and validated our findings both in other in vitro and in vivo models. Second aim of the thesis was to characterize this Nestin positive population phenotypically, for which we showed that this population is inherently present in naïve condition, however on chemoradiotherapy it exhibits better survival, enrichment in senescence pathways and a persistent G2M cell cycle arrest, all of which indicates existence of highly resistant, dormant state post therapy.Next, we investigated the invasive capacity of this highly resistant and senescent Nestin positive state using blood vessel co-culture model, organotypic slice cultures, Intravital microscopy and in vivo models. Interestingly, we demonstrated that these Nestin positive cells showcase increase intensity to home towards blood vessels, more importantly they migrate towards the blood vessels and utilize them as active path to invade, a phenomenon commonly termed as vessel co-option. Lastly, using both proteomic and RNA-seq analysis we deciphered YAP1 as the main player driving the Nestin positive cell state with high resistance and invasive ability, which was additionally validated by in vitro functional assays.Thus, in conclusion using both omics and functional techniques, we identified a YAP1 driven novel state with highly resistant, senescent and vessel co-opting features which is potentially involved in post therapy resistance.