Utilisation de modèles cellulaires 3D innovants pour étudier l'impact de l'hétérogénéité intra-tumorale dans la résistance aux traitements dans les cancers de l'enfant : preuve de concept dans les gliomes diffus de la ligne médiane mutés H3K27M et les rhabdomyosarcomes

Use of innovative 3D cellular models to study the impact of intra-tumor heterogeneity in treatment resistance in childhood cancer : proof of concept in H3K27M-diffuse midline glioma and rhabdomyosarcoma

• Auteur / Autrice : Paul Huchedé
• Direction : Marie Castets
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Moléculaire et cellulaire
• Date : Soutenance le 17/03/2023
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Biologie Moléculaire Intégrative et Cellulaire (Lyon ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Recherche en Cancérologie de Lyon
• Jury : Président / Présidente : François Ducray
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Celio Pouponnot, Vanessa Ribes, Matthew Dun, Véronique Maguer-Satta
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Celio Pouponnot, Vanessa Ribes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Apoptose

Rhabdomyosarcome

Gliomes

Chez l'enfant

Cancer

Mots clés libres

Organoïde

CRISPR-Cas9

Gliome diffus de la ligne médiane

H3k27m

Rhabdomyosarcome

Apoptose

Organoid

CRISPR-Cas9

Diffuse midline glioma

H3k27m

Rhabdomyosarcoma

Apoptosis

Résumé

Les cancers pédiatriques sont des tumeurs rares et représentent moins de 2% de l’ensemble des cancers diagnostiqués. Si des progrès majeurs ont été réalisés dans les années 1970-1990, leur taux de survie stagne depuis lors. C’est en particulier le cas de certaines entités particulièrement agressives, tels que les gliomes diffus de la ligne médiane mutés sur l’histone 3 (H3 K27M), dont l’issue est uniformément fatale, ou très hétérogènes, comme les rhabdomyosarcomes (RMS). L’absence de progrès en cancérologie pédiatrique s’explique notamment par la nécessité de comprendre leurs spécificités. Pour cela, notre équipe a développé des modèles organoïdes innovants directement dérivés de biopsies de patients. Au cours de ma thèse, j’ai utilisé ces modèles pour définir l’impact de l’hétérogénéité intra-tumorale sur la résistance aux traitements, autour de deux grands axes de recherche. Le premier axe a porté sur la dissection d’une synergie oncogénique impliquant la mutation H3K27M. J’ai pu identifier à l’aide de modèles génétiquement modifiés par CRISPR-Cas9 une sous-population cellulaire tumorale, quiescente et possédant des propriétés migratoires, qui pourrait être impliquée dans la résistance aux traitements. Le second axe de mon projet a porté sur l’apport de la technologie organoïde à la mise en place de nouvelles combinaisons thérapeutiques ciblant la voie de signalisation de l’apoptose, un processus de mort cellulaire programmée, dans les RMS. Grâce à une approche cartographique de données transcriptomiques, nous avons observé que l’apoptose était activée dans les RMS mais qu’elle ne parvient pas à s’exécuter, en lien avec une surexpression du gène anti-apoptotique BIRC5, codant pour la protéine Survivin. Cette surexpression est néanmoins limitée à une population de cellules tumorales, expliquant l’efficacité uniquement transitoire du YM155 in vitro. L’utilisation de l’YM155 en combinaison avec l’Erastin, ciblant la population BIRC5-négative, suffit à induire l’élimination de l’ensemble des cellules tumorales. Dans son ensemble, ma thèse a montré le potentiel d’utilisation de modèles cellulaires 3D innovants de type organoïde pour étudier l’hétérogénéité intra-tumorale et définir de nouvelles stratégies thérapeutiques basées sur le développement de combinaisons ciblant les vulnérabilités des différentes populations tumorales.

Childhood cancers are rare tumors and represent less than 2% of all diagnosed cancers. Although major progress was made in the 1970s and 1990s, their survival rate has stagnated since then. This is particularly the case for some particularly aggressive entities, such as histone 3 mutated diffuse midline gliomas (H3 K27M), which have a uniformly fatal outcome, or very heterogeneous entities, such as rhabdomyosarcomas (RMS). One of the reasons for the lack of progress in pediatric oncology is the need to understand their specificities. For this purpose, our team has developed innovative organoid models directly derived from patient biopsies. During my thesis, I used these models to define the impact of intra-tumor heterogeneity on treatment resistance, around two main research axes. The first axis focused on the dissection of an oncogenic synergy involving the H3K27M mutation. Using CRISPR-Cas9 genetically modified models, I was able to identify a quiescent tumor cell subpopulation with migratory properties that could be involved in treatment resistance. The second axis of my project focused on the contribution of organoid technology to the development of new therapeutic combinations targeting the apoptosis signaling pathway, a programmed cell death process, in RMS. Using a cartographic approach based on transcriptomic data, we observed that apoptosis is activated in RMS but fails to execute, linked to an overexpression of the anti-apoptotic gene BIRC5, encoding the protein Survivin. This overexpression is nevertheless limited to a population of tumor cells, explaining the only transient efficacy of YM155 in vitro. The use of YM155 in combination with Erastin, targeting the BIRC5-negative population, is sufficient to induce the elimination of all tumor cells. Overall, my thesis has shown the potential of using innovative 3D organoid cellular models to study intra-tumor heterogeneity and define new therapeutic strategies based on the development of combinations targeting the vulnerabilities of different tumor populations.