Etude de l’hétérogénéité inter-tumorale et intra-tumorale des gliomes de haut grade

Inter-tumoral and intra-tumoral heterogeneity of high-grade gliomas

• Auteur / Autrice : Thiébaud Picart
• Direction : François Ducray, Mathieu Gabut
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moleculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance le 07/04/2023
• 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 : Virginie Desestret
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Ducray, Mathieu Gabut, Virginie Desestret, Hélène Castel, Pascale Varlet, Thierry Virolle
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Hélène Castel, Pascale Varlet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cancer -- Recherche

Gliomes

Glioblastome

Tumeurs -- Classification

Mots clés libres

Hétérogénéité inter-tumorale

Hétérogénéité intra-tumorale

Mutation H3 G34

Glioblastomes cérébelleux

Cellules Souches de Glioblastome

DUSP6

BCI

Inter-tumoral heterogeneity

Intra-tumoral heterogeneity

H3 G34 mutation

Cerebellar glioblastoma

Glioblastoma Stem Cells

DUSP6

BCI

Résumé

L’hétérogénéité inter-tumorale et intra-tumorale des gliomes de haut grade constituent deux freins au diagnostic et au développement de traitements anti-tumoraux efficaces. Ce travail de thèse s’articule autour de deux axes complémentaires : (1) un projet transversal, ayant pour objectif de décrire les caractéristiques d’une série de gliomes diffus hémisphériques de l’adulte jeune H3 G34 et de décrire l’hétérogénéité inter-tumorale d’une série de gliomes de haut grade de localisation cérébelleuse chez l’adulte et (2) un projet fondamental, ayant pour objectif d’identifier un/plusieurs gène(s) surexprimé(s) dans les cellules souches de glioblastome d’après une analyse RNAseq et de caractériser leur(s) fonction(s) au sein des cellules souches de glioblastome. Les gliomes diffus hémisphériques H3-G34 altérés ont une présentation radiologique atypique, pouvant conduire à un retard de diagnostic, et ont un pronostic comparable à celui des gliomes diffus de la ligne médiane H3-K27 altérés et à celui des glioblastomes IDH non mutés mais moins bon que celui des gliomes de grade 4 IDH mutés. L’analyse des caractéristiques de 83 gliomes de haut grade de localisation cérébelleuse a permis de d’établir une classification clinique et moléculaire de ces tumeurs, en individualisant 6 sous-groupes de patients. Ces différents résultats mettent ainsi en exergue le lien entre les caractéristiques (épi)génétiques et cliniques des gliomes. Dans le cadre de l’étude de l’hétérogénéité intra-tumorale des gliomes de haut grade, ce travail de thèse s’est intéressé aux propriétés des cellules souches de glioblastomes. Une analyse transcriptomique de ces cellules cultivées dans différentes conditions montre que plusieurs inhibiteurs endogènes de la voie ERK sont surexprimés par les cellules souches de glioblastome lorsqu’elles sont cultivées en tumorosphères, comparativement aux conditions de culture différenciées. Sur le plan phénotypique, l’inhibition pharmacologique de la phosphatase DUSP6 par le BCI est à l’origine d’un arrêt de la croissance des cellules souches de glioblastome et de leur mort. Sur le plan moléculaire, l’inhibition pharmacologique de DUSP6 augmente le taux de phosphorylation de ERK. Au contraire, une diminution de l’activation de la voie ERK entraîne une diminution de l’expression de DUSP6 et d’ETV5. Les marquages immunohistochimiques de 15 glioblastomes humains ainsi que l’analyse des données du TCGA confirment que la phosphatase DUSP6 est exprimée dans les glioblastomes et que son niveau d’expression est un facteur pronostique indépendant de l’âge. L’activation trop intense de la voie ERK pourrait donc constituer un événement toxique pour les cellules souches de glioblastome et déboucher sur l’élaboration de nouvelles stratégies thérapeutiques visant à inhiber l’activité des régulateurs endogènes de la voie ERK.

The inter-tumoral and intra-tumoral heterogeneity of high-grade gliomas represent two obstacles to diagnosis and to the development of effective anti-tumor treatments. This PhD work is composed of two complementary axes: (1) a transversal project, which aimed to describe the characteristics of a series of young adults managed for a diffuse hemispheric glioma, H3 G34 mutant and to describe the inter-tumoral heterogeneity in a series of adult cerebellar high-grade gliomas and (2) a fundamental project, which aimed to identify one/several gene(s) overexpressed in glioblastoma stem cells based on an RNAseq analysis and to characterize their function(s) in glioblastoma stem cells. Diffuse hemispheric gliomas, H3-G34 mutant had an atypical radiological presentation, which could lead to a diagnosis delay, and had a prognosis comparable to that of diffuse midline gliomas, H3-K27 mutant and to that of IDH wild-type glioblastomas but worse than that of IDH-mutant grade 4 gliomas. The analysis of the characteristics of 83 cerebellar high-grade gliomas enabled to establish a clinical and molecular classification of these tumors, and to individualize 6 subgroups of patients. These different results highlight the link between the (epi)genetic and clinical characteristics of gliomas. In order to better define high-grade glioma intra-tumoral heterogeneity, this PhD work focused on the properties of glioblastoma stem cells. A transcriptomic analysis of these cells, cultured under different conditions, showed that several endogenous inhibitors of the ERK pathway were overexpressed by glioblastoma stem cells when they were cultured in tumorospheres, compared to differentiated culture conditions. From a phenotypic viewpoint, the pharmacological inhibition of DUSP6 phosphatase by the molecule BCI led to an arrest of glioblastoma stem cell growth and to cell death. At the molecular level, pharmacological inhibition of DUSP6 increased ERK phosphorylation level. On the contrary, a decrease in the activation of the ERK pathway led to a decrease in the expression of DUSP6 and ETV5. The immunohistochemical staining of 15 human glioblastomas and the analysis of TCGA data confirmed that DUSP6 phosphatase was expressed in glioblastomas and that its level of expression is an age-independent prognostic factor. Excessive activation of the ERK pathway could therefore represent a toxic event for glioblastoma stem cells and lead to the development of new therapeutic strategies whose objective would be to inhibit the activity of endogenous regulators of the ERK pathway.