Adapter les thérapies aux spécificités du microenvironnement des ostéosarcomes selon l'âge de survenue : développement des modèles inter-âge

Adapting therapies to the specificities of the osteosarcoma microenvironment according to age of onset : establishment of interage models

• Auteur / Autrice : Iveta Fajnorova
• Direction : Aurélie Dutour
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Oncologie
• Date : Soutenance le 06/02/2024
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Biologie Moléculaire Intégrative et Cellulaire (Lyon ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherches sur la Catalyse et l'Environnement de Lyon (Villeurbanne, Rhône ; 2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Yves Blay
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Aurélie Dutour, Vincent Picco, Corinne Labit-Bouvier, Marie-Cécile Michallet, Didier Surdez
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Vincent Picco, Corinne Labit-Bouvier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matrice extracellulaire

Réponse immunitaire

Système immunitaire

Ostéosarcome

Mots clés libres

Ostéosarcome

Modèles inter-âge

Environnement immunitaire

Système immunitaire inné

Réponse immunitaire pro-inflammatoire

Matrice extracellulaire

Signature transcriptomique

Osteosarcoma

Interage models

Immune environment

Innate immune system

Pro-inflammatory immune response

Extracellular matrix

Transcriptomic signature

Résumé

L'ostéosarcome (OsA) est le sarcome osseux le plus fréquent, touchant principalement la population pédiatrique. Aucun des agents thérapeutiques développés au cours des 20 dernières années, que ce soient des inhibiteurs de tyrosine kinases ou des immunothérapies, n'a montré de bénéfice réel pour la prise en charge de l'OsA. Cette tumeur reste un défi thérapeutique, avec des taux de survie inchangés depuis 50 ans. Il est donc urgent de mieux comprendre les mécanismes sous-jacents de cette maladie afin de mettre en place des thérapies plus efficaces et adaptées. Ceci implique de prendre en compte ses spécificités, notamment liées à l'âge de survenue de la tumeur. En effet, l'OsA survient dans un contexte de développement unique, avec des tissus en croissance active et une immunité en maturation. À ce jour, il n'existe aucun modèle d'OsA tenant compte des spécificités liées aux changements hormonaux et à la croissance de l'organisme. C'est pour cette raison que nous avons initié le développement de nouveaux modèles inter-âge. Nous avons établi deux modèles d'OsA inter-âge immunocompétents orthotopiques chez le rat et la souris âgés de 2 à 4 semaines. Ces âges murins correspondent à un éventail de l'âge des enfants entre 8 et 18 ans. Le modèle d'OsA prépubère a été établi par injection intratibiale des cellules tumorales syngéniques chez le rat Sprague Dawley OFA ou la souris C57BL6/J âgés de 2 semaines. Les modèles péri- et postpubère ont été établis par injection intratibiale des cellules tumorales syngéniques MOS-J chez les souris âgées de 3 et 4 semaines. Grâce à leur mise en place, nous avons pu caractériser et comparer les modèles inter-âge en termes de progression tumorale, d'influence du microenvironnement sur la progression, ainsi que de leur réponse à une chimiothérapie conventionnelle, la doxorubicine. Il s’avère que les modèles de rat et de souris que nous avons développés miment l'OsA pédiatrique de haut grade avec un potentiel métastatique. Bien que la progression tumorale diffère selon l'âge de survenue, l'agressivité des tumeurs semble être liée à leur microenvironnement. Nous avons en effet observé une différence entre les modèles de même espèce dans la capacité de sécréter de la matrice extracellulaire ostéoïde avec des composants collagéniques. Cette différence semble contribuer au caractère chimiorésistant des modèles. Les autres composants de l'environnement tumoral, les cellules immunitaires participent également à la création d’un milieu propice au développement tumoral. Nous avons notamment noté des différences dans les infiltrations des cellules immunitaires innées, avec une prédominance des populations de macrophages qui diminuent avec l'âge, et de neutrophiles qui, à l’inverse, augmente avec l'âge. Toutes ces différences liées à l'âge de survenue de l'OsA ont été confirmées par des analyses transcriptomiques (RNAseq). Les données générées ont un fort potentiel dans la découverte de nouvelles cibles thérapeutiques ou encore dans la compréhension des interactions entre les voies biologiques, dans un objectif de tester de nouvelles thérapies ciblées ou immunothérapies. Ces modèles novateurs sont les premiers à décrire des spécificités d’une tumeur pédiatrique selon son âge de survenue. Ce sont des outils prometteurs afin d’améliorer la prise en charge des OsA pédiatriques. De plus, leur application pourra être étendue au développement de nouveaux modèles inter-âge dans d'autres cancers pédiatriques.

Osteosarcoma (OsA) is the most common bone sarcoma, affecting mainly the pediatric population. None of the therapeutic agents developed over the past 20 years, whether tyrosine kinase inhibitors or immunotherapies, has shown any real benefit in the management of OsA. This tumor remains a therapeutic challenge, with survival rates unchanged for 50 years. It is therefore urgent to better understand underlying mechanisms of OsA in order to develop more effective and appropriate therapies. This implies taking into account the specific features of OsA, particularly in relation to the age of onset. OsA occurs in a unique developmental context, with actively growing tissues and maturing immunity. To date, there is no model of OsA that takes into account the specificities linked to hormonal changes and the growth of the organism. For this reason, we have initiated the development of new interage models. We have established two orthotopic immunocompetent interage OsA models in rats and mice aged 2 to 4 weeks. These murine ages correspond to a range of childhood ages between 8 and 18 years. The prepubertal OsA model was established by intratibial injection of syngeneic tumor cells into 2-week-old Sprague Dawley OFA rats or C57BL6/J mice. Peri- and post-pubertal models were established by intratibial injection of syngeneic MOS-J tumor cells in 3-week-old and 4-week-old mice. We characterized and compared the interage models in terms of tumor progression, the influence of the microenvironment on this progression, and their response to conventional chemotherapy, doxorubicin. The rat and mouse models we have developed mimic high-grade pediatric OsA with metastatic potential. Although tumor progression differs according to the age of onset, the aggressiveness of the tumors seems to be linked to their microenvironment. Indeed, we observed a difference in the secretion of the osteoid extracellular matrix with collagenous components between models of the same species. This difference seems to contribute to the chemoresistant character of the models. Other components of the tumor environment, such as immune cells, also contribute to the creation of the environment conducive to tumor development. In particular, we noted differences in innate immune cell infiltration, with a predominance of macrophage populations, which decreased with age and neutrophils, showing the inverse trend. All these differences linked to the age of onset of OsA, were confirmed by transcriptomic analyses. The data generated have great potential for discovering new therapeutic targets or understanding the interactions between biological pathways, in order to test new targeted therapies or immunotherapies. These innovative models are the first to describe the specific features of a pediatric tumor according to the age of onset. They are promising tools for improving the management of pediatric OsA. Their application may be extended to the development of new inter-age models in other pediatric cancers.