Exploration des mécanismes d'échappement et de métastase dans le cancer du sein triple négatif suite au traitement de chimiothérapie

Unraveling escape and metastasis mechanisms in triple negative breast cancer following chemotherapy treatment

• Auteur / Autrice : Amina Nait Eldjoudi
• Direction : Xuefen Le Bourhis
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 22/12/2023
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé (Lille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Hétérogénéité, plasticité et résistance aux thérapies des cancers (CANTHER)
• Jury : Président / Présidente : Éric Adriaenssens
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Catherine Guette, Caroline Mysiorek
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Christophe Denoyelle, Vincent Blanckaert

Mots clés

Mots clés contrôlés

Protéomique

Cancer -- Caractère envahissant

Métastases cérébrales

Récidive (médecine)

Chimiothérapie

Cancer du sein triple négatif

Mots clés libres

Adaptation mitochondriale

Cellules cancéreuses persistantes

Pyruvate mitochondrial

Triple negative breast cancer (TNBC)

Chemotherapy

Persistence

Mitochondrial adaptation

Brain metastasis

Résumé

Le cancer du sein triple négatif (TNBC) est un sous-type particulièrement agressif du cancer du sein, traité principalement par chimiothérapie. Cependant, environ 50% des patients connaissent une rechute avec métastases dans les 3 à 5 ans suivant le traitement. Afin de mieux comprendre l'évasion post-chimiothérapie et la formation de métastases des cellules cancéreuses TNBC, nous avons établi des modèles de cellules TNBC en traitant les cellules SUM159-PT et MDA-MB-231 avec de l'épirubicine, du cyclophosphamide et du paclitaxel, simulant des protocoles cliniques. Nous nous sommes initialement concentrés sur l'adaptation mitochondriale de ces cellules persistantes. Les cellules MDA-MB-231 ont montré une sensibilité réduite à la chimiothérapie, associée à une phosphorylation oxydative accrue et à des intermédiaires du cycle de l'acide tricarboxylique modifiés. En revanche, les cellules SUM159-PT ont conservé leur sensibilité. Le ciblage du métabolisme mitochondrial du pyruvate avec le UK-5099 a resensibilisé les cellules persistantes MDA-MB-231 aux agents thérapeutiques. Les cellules persistantes ont montré une migration, une invasion et une survie accrues en culture en suspension, les cellules SUM159-PT présentant une adhésion accrue aux cellules endothéliales. Des études de xénogreffe in vivo ont confirmé ces observations, mettant l'accent sur une croissance cellulaire accrue et une colonisation métastatique dans des organes vitaux, en particulier le cerveau. Le tropisme accru pour le cerveau pourrait s'expliquer par le fait que les cellules TNBC persistantes présentaient une capacité accrue de traverser la barrière hémato-encéphalique, d'envahir le parenchyme cérébral et de croître dans une matrice 3D similaire au cerveau. Dans une deuxième phase de notre étude, nous avons étudié les mécanismes moléculaires facilitant la formation de métastases cérébrales de ces cellules persistantes. L'analyse protéomique a identifié des protéines surexprimées, notamment le COL1A1, fréquemment élevé chez les patients atteints de TNBC. Une augmentation de COL1A1 était corrélée à un mauvais pronostic et à une augmentation de la formation de métastase. L'inhibition de COL1A1 a réduit le potentiel métastatique à la fois in vitro et in vivo, soulignant son potentiel en tant que cible thérapeutique pour prévenir les métastases cérébrales après un traitement par chimiothérapie.L'ensemble de ces résultats offre un aperçu des mécanismes d'adaptation mis en place par les cellules cancéreuses en réponse à la chimiothérapie, et suggère que cibler le métabolisme du pyruvate mitochondrial pourrait contribuer à surmonter les adaptations mitochondriales des cellules de cancer du sein triple négatif. De plus, nos résultats mettent en lumière la manière dont une chimiothérapie combinée et séquentielle peut accroître le potentiel métastatique des cellules TNBC, en particulier vers le cerveau. Nous avons identifié la protéine COL1A1 comme un élément clé favorisant les différentes étapes de formation des métastases cérébrales dans les cellules TNBC résistantes à la chimiothérapie. Des recherches complémentaires sont nécessaires pour élucider les mécanismes détaillés de la surexpression de COL1A1.En utilisant le même schéma thérapeutique, nous avons mis en œuvre un traitement court de 48h, combiné et séquentiel pour évaluer les modifications protéomique précoces dans les vésicules extracellulaires libérées par les cellules TNBC persistantes. Avec cette approche, on a également exploré l'impact de la chimiothérapie sur les facteurs angiocrines des cellules endothéliales, suggérant le rôle du sécrétome induit par la chimiothérapie dans la facilitation des métastases post-chimiothérapie. Bien que ce volet de notre étude en soit à un stade préliminaire, les résultats encouragent à approfondir davantage l'investigation expérimentale.

Triple negative breast cancer (TNBC) is a highly aggressive breast cancer subtype, primarily treated with chemotherapy. However, approximately 50% of patients experience relapse with metastasis within 3 to 5 years post-treatment. To gain insight into the post-chemotherapy escape and metastasis formation of TNBC cancer cells, we established TNBC cell models by treating SUM159-PT and MDA-MB-231 cells with epirubicin, cyclophosphamide, and paclitaxel. simulating clinical protocols. We initially focused on the mitochondrial adaptation of these chemo-persistent cells. MDA-MB-231 cells showed reduced chemosensitivity, associated with increased oxidative phosphorylation and altered tricarboxylic acid cycle intermediates. In contrast, SUM159-PT cells retained sensitivity. Targeting mitochondrial pyruvate metabolism with UK-5099 re-sensitized persistent cells to therapeutic agents, suggesting a potential strategy to overcome mitochondrial adaptation. Persistent cells exhibited increased migration, invasion, survival in suspension culture, with SUM159-PT cells displaying increased adhesion to endothelial cells. In vivo xenograft studies confirmed these observations, emphasizing increased cell growth and metastatic colonization in vital organs, particularly the brain. The enhanced trophism for brain could be explained by the fact that persistent TNBC cells exhibited increased abilities to transmigrate through BBB, to invade the brain parenchyma and to grow in a brain-like 3D matrix. In a second phase of our study, we investigated the molecular mechanisms facilitating brain metastasis of these persistent cells. proteomic analysis identified upregulated proteins, notably COL1A1, frequently elevated in TNBC patients. Increased COL1A1 correlated with poor prognosis and enhanced metastasis. Inhibition of COL1A1 reduced metastatic potential both in vitro and in vivo, highlighting its potential as a therapeutic target in preventing brain metastasis post chemotherapy treatment.Collectively, these findings provide insight into the adaptive mechanisms employed by cancer cells in response to chemotherapy, and suggest that targeting mitochondrial pyruvate metabolism may help to overcome the mitochondrial adaptations in TNBC cells. Furthermore, our data illuminate how combined and sequential chemotherapy may increase the metastatic potential of TNBC cells, particularly towards the brain. We have pinpointed COL1A1 as a key factor promoting various stages of brain metastasis formation in chemotherapy-resistant TNBC cells. Additional research is required to elucidate the detailed mechanisms behind COL1A1 overexpression.Using the identical drug regimen, we implemented a short, combined, and sequential treatment to replicate initial proteomic alterations in extracellular vesicles released by persistent TNBC cells. This approach also explored the impact of chemotherapy on angiocrine factors from endothelial cells, suggesting the role of the chemo-induced secretome in evading treatment and facilitating metastasis post-chemotherapy. Although this aspect of our study is currently in its early phases, the findings underscore the necessity for further experimental validation.