FAK inhibiteur et chimiothérapie : une nouvelle stratégie prometteuse pour les patients atteints de cancer pancréatique

FAK inhibitor and chemotherapy : a new promising strategy for patients with pancreatic cancer

• Auteur / Autrice : Ismahane Belhabib
• Direction : Christine Jean
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Cancérologie
• Date : Soutenance le 06/11/2023
• 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 : Président / Présidente : Ludovic Martinet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ilaria Cascone
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cédric Gaggioli, Patricia Rousselle, Ana Hennino

Mots clés

Mots clés contrôlés

Perméabilité capillaire

Protéine FAK

Pancréas -- Maladies

Mots clés libres

Kinase d'adhésion focale

Adénocarcinome pancréatique canalaire

Fibroblastes associés au cancer

Vaisseaux

Matrice extracellulaire

Cancer-associated fibroblasts

Pancreatic ductal adenocarcinoma

Focal adhesion kinase

Blood vessels

Extracellular matrix

Résumé

Les chimiothérapies atteignent la tumeur par le système vasculaire, faisant de la quantité et la qualité des vaisseaux sanguins un régulateur clé de l'efficacité des drogues. Or, dans l'adénocarcinome canalaire pancréatique (PDAC), les vaisseaux sont peu nombreux, tortueux et perméables, et ceci est notamment dû à une importante réaction desmoplasique. Nous pensons que réduire cette réaction pourrait favoriser la normalisation des vaisseaux et ainsi améliorer l'entrée des chimiothérapies dans la tumeur. Nous avons récemment identifié que l'activation de Focal Adhesion Kinase (FAK) dans les fibroblastes associés au cancer (CAF) est un facteur de mauvais pronostic pour le patient. Dans un modèle de co-greffe orthotopique de cellules tumorales de PDAC avec des MEF (mouse embryonic fibroblasts) exprimant une forme active (Wild Type, WT) ou inactive (Kinase Dead, KD) de FAK, nous avons montré que l'inactivation FAK fibroblastique réduit la production de certaines protéines matricielles responsables de la desmoplasie, et que ce remodelage matriciel corrèle avec une diminution des métastases. Nous postulons donc que l'activité kinase de FAK dans les CAF participe au maintien de la réaction desmoplasique et par conséquent à la génération d'un réseau vasculaire anormal participant à la dissémination métastatique. L'inactivation de FAK, en normalisant le stroma, pourrait alors rendre les vaisseaux moins perméables et ainsi favoriser l'accès des drogues à la tumeur. Pour étudier le rôle de FAK dans les CAF, j'ai poursuivi l'analyse du modèle de co-greffe (MEF) et ai également développé deux autres modèles murins immunocompétents et orthotopiques de PDAC, dans lesquels les CAF expriment un FAK WT ou KD : 1- modèle de co-greffe de PSC (pancreatic stellate cells) FAK-WT ou KD avec des cellules de PDAC et 2- un modèle d'inactivation (FAKfl/WT ou FAKfl/KD) inductible (Cre(ERT2)) de FAK spécifiquement dans les PSC (promoteur GFAP) greffé avec des cellules tumorales de PDAC. Dans ces modèles, l'inactivation de FAK dans les CAF semble réduire la croissance tumorale et les métastases et induit un remodelage matriciel dans la tumeur primaire. L'analyse précise de l'expression des protéines matricielles (spectrométrie de masse) des tumeurs dans le modèle de co-greffe de MEFs montre que l'inactivation de FAK dans les CAF induit une diminution importante des "protéines matricielles pro-tumorales " associée à une forte augmentation de protéines de la membrane basale (MB). L'analyse immunohistochimique de ces protéines de la MB révèle une accumulation de collagène IV spécifiquement autour des vaisseaux. Ces modifications de la MB autour des vaisseaux s'accompagne d'une diminution de la perméabilité vasculaire dans la condition ou FAK fibroblastique est inactivé, révélant une normalisation vasculaire. Nous observons la même tendance (non significative, peu d'animaux) à la diminution de la perméabilité vasculaire dans la tumeur primaire et organes de métastases dans le modèle inductible. Au vue de cette normalisation vasculaire, nous avons évalué l'impact d'un co-traitement avec des chimiothérapies (gemcitabine et folfirinox) par injection intraveineuse. La combinaison des chimiothérapies avec l'inactivation de FAK dans les fibroblastes réduit drastiquement la croissance tumorale dans tous nos modèles soutenant ainsi l'idée de combiner les chimiothérapies avec un inhibiteur de FAK chez les patients atteints de PDAC. Enfin, dans le modèle inductible lorsque FAK est inactif dans les fibroblastes, nous observons une infiltration massive de lymphocytes T CD8 associée à une augmentation du nombre de structures lymphoïdes tertiaires et de HEV (high endothelial venules) connus pour permettre l'entrée des lymphocytes dans la tumeur facilitant ainsi l'immunité anti-tumorale. Ces derniers résultats ouvrent de nombreuses perspectives intéressantes telles que des co-traitement avec des checkpoints inhibiteurs, à l'heure actuel inefficaces dans le PDAC.

Chemotherapies reach the tumor via the vascular system, making the quantity and quality of blood vessels a key regulator of drug efficacy. However, in pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC), the vessels are few, tortuous and permeable, and this is notably due to a significant desmoplastic reaction. We hypothesize that reducing this reaction could promote vessel normalization and thus improve the entry of chemotherapies into the tumor. We recently identified that activation of Focal Adhesion Kinase (FAK) in cancer-associated fibroblasts (CAF) is a poor prognostic factor for the patient. In an orthotopic co-graft model of PDAC tumor cells with MEF (mouse embryonic fibroblasts) expressing an active (Wild Type, WT) or inactive (Kinase Dead, KD) form of FAK, we identified that fibroblast FAK inactivation reduces the production of certain matrix proteins responsible for desmoplasia, and that this matrix remodeling correlates with a reduction in metastasis. We therefore postulate that FAK kinase activity in CAFs participates in the maintenance of the desmoplastic reaction and consequently in the generation of an abnormal vascular network involved in metastatic dissemination. Inactivation of FAK, by normalizing the stroma, could render the vessels less permeable, thereby facilitating drug delivery to the tumor. To investigate the role of FAK in CAFs, I continued the analysis of the co-transplant model (MEF) and also developed two other immunocompetent, orthotopic mouse models of PDAC, in which CAF express FAK WT or KD: 1- a model of co-graft of FAK-WT or KD PSCs (pancreatic stellate cells) with PDAC cells and 2- a model of inducible (Cre(ERT2)) inactivation (FAKfl/WT or FAKfl/KD) of FAK specifically in PSC (GFAP promoter) grafted with PDAC tumor cells. In these models, FAK inactivation in PSC appears to reduce tumor growth and metastasis, and induces matrix remodeling in the primary tumor. Precise analysis of tumor matrix protein expression (by mass spectrometry) in the MEF co-transplant model shows that FAK inactivation in CAF induces a significant decrease in "pro-tumoral matrix proteins" associated with a strong increase in basement membrane (BM) proteins. Immunohistochemical analysis of these MB proteins reveals a significant accumulation of collagen IV around blood vessels. These changes in MB around the vessels are associated with a decrease in vascular permeability in the condition where fibroblastic FAK is inactivated, revealing vascular normalization. We observe the same trend (not significant, few animals) towards reduced vascular permeability in the primary tumor and metastatic organs in the inducible model. In view of this vascular normalization, we assessed the impact of co-treatment with chemotherapies (gemcitabine and folfirinox) by intravenous injection. Combining chemotherapies with FAK inactivation in fibroblasts drastically reduced tumor growth in all our models, thus supporting the idea of combining chemotherapies with a FAK inhibitor in PDAC patients. Finally, in the inducible model when FAK is inactivated in fibroblasts, we observe a massive infiltration of CD8 T lymphocytes associated with an increase in the number of tertiary lymphoid structures and HEVs (high endothelial venules) known to allow lymphocyte infiltration within the tumor, thus facilitating anti-tumor immune response. These latest results open up a number of interesting prospects, such as co-treatment with checkpoint inhibitors, which are currently ineffective in PDAC patients.