Thérapies ciblées innovantes dans les malformations vasculaires associées aux mutations mosaïques de RAS

Innovative targeted therapies for mosaic RAS-related vascular malformations

• Auteur / Autrice : Gabriel Morin
• Direction : Guillaume Canaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et moléculaire
• Date : Soutenance le 02/12/2024
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Necker Enfants-Malades (Paris ; 2014-....)
• Jury : Président / Présidente : Sophie Dupuis-Girod
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sarah Sheppard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Chiara Ambrogio, Bart Vanhaesebroeck

Mots clés

Mots clés contrôlés

Malformations cardiovasculaires

Gènes ras

Thérapie moléculaire ciblée

Mots clés libres

RASopathies mosaïques

KRAS

NRAS

HRAS

Thérapies ciblées

Sotorasib

Malformations vasculaires

Malformations arterioveineuses

Médecine translationnelle

Mosaic RASopathies

KRAS

NRAS

HRAS

Targeted therapies

Sotorasib

Vascular malformations

Arteriovenous malformations

Precision medicine

Résumé

Les RASopathies mosaïques sont un groupe de maladies génétiques rares et graves, responsables de malformations pouvant toucher tous les tissus de l'organisme et particulièrement les vaisseaux sanguins. Les malformations vasculaires les plus sévères sont les malformations artérioveineuses, qui sont dues à une communication directe entre une artère et une veine sans réseau capillaire intermédiaire. Les formes intracrâniennes peuvent se compliquer d'hémorragie intracérébrale ou d'épilepsie responsables d'une morbidité et d'une mortalité élevées. Les RASopathies mosaïques sont causées par des mutations somatiques d'un des gènes RAS (KRAS, NRAS ou HRAS) survenant usuellement au cours du développement embryonnaire. Ces mutations sont dites mosaïques car elles sont retrouvées dans les tissus malformés mais sont absentes du reste de l'organisme. Les gènes RAS sont les gardiens de la survie, la prolifération et la croissance cellulaires. Les mutations gain de fonction de ces gènes sont responsables d'une activation constitutive des protéines RAS favorisant le développement des malformations vasculaires. A l'heure actuelle, aucun traitement n'a été approuvé pour le traitement des RASopathies mosaïques et aucun inhibiteur spécifique de RAS n'était disponible jusqu'à l'approbation récente du sotorasib, dirigé contre la mutation KRAS G12C, pour le traitement du cancer du poumon. Différentes thérapies ciblées dirigées contre les interacteurs des protéines RAS ont récemment été développées, mais celles qui ont été rapportées efficaces dans les RASopathies mosaïques dans des études rétrospectives sont associées à des effets secondaires fréquents et invalidants. Notre objectif était donc d'identifier des thérapies innovantes efficaces dans ces pathologies tout en limitant le risque d'effets secondaires. Nous avons identifié le sotorasib comme un traitement potentiel des RASopathies mosaïques associées aux mutations de KRAS G12C. Pour les patients porteurs d'autres mutations que KRAS G12C, nous avons identifié un second inhibiteur d'un partenaire de RAS avec un profil de tolérance favorable. Nous avons identifié dans notre unité 14 patients atteints de malformations vasculaires graves, sans ressource thérapeutique ou à risque de chirurgie délabrante, associées à une mutation mosaïque des gènes RAS, dont 2 portant la mutation G12C. Nous avons développé des modèles murins exprimant les mutations G12C ou G12D du gène KRAS dans les cellules endothéliales vasculaires. Ces animaux développent des malformations vasculaires récapitulant le phénotype des patients avec une mortalité sévère. Nous avons traité nos modèles murins soit par sotorasib, soit par le second inhibiteur, et avons observé une amélioration de la survie des animaux et une diminution de l'incidence des malformations vasculaires. Devant ces résultats prometteurs, nous avons ensuite traité les 14 patients: 2 patients ont reçu un traitement par sotorasib et 12 autres le second candidat inhibiteur. Dans les 2 cas, les patients traités ont présenté une régression partielle des malformations vasculaires confirmée par IRM, une diminution des complications hémorragiques, et une réduction de la douleur. Par étude transcriptomique spatiale de biopsies cutanées réalisées avant et après traitement, nous avons identifié que le traitement s'accompagnait d'une reprogrammation transcriptionnelle endothéliale anti-proliférative et anti-inflammatoire. Nous avons enfin identifié une diminution d'un panel de cytokines pro-inflammatoires dans le sérum des patients, pouvant contribuer à la régression des lésions vasculaires. En conclusion, nous avons établi la preuve de concept de l'efficacité de 2 nouvelles thérapies ciblées jusqu'alors non décrites dans les RASopathies mosaïques chez l'homme, caractérisé les modifications fonctionnelles endothéliales et identifié une réponse anti-inflammatoire systémique associées au traitement.

Mosaic RASopathies are a group of rare and severe genetic disorders responsible for malformations that can affect all tissues and particularly blood vessels. The most severe vascular malformations are arteriovenous malformations, caused by a direct connection between arteries and veins without an intermediate capillary network. Intracranial arteriovenous malformations can result in severe complications such as intracerebral hemorrhage or epilepsy, which contribute to high morbidity and mortality. Mosaic RASopathies are caused by somatic mutations of the RAS genes (KRAS, NRAS, or HRAS), typically occurring during embryonic development. These mutations are called mosaic because they are found in malformed tissues but are absent from the rest of the body. RAS genes are crucial for cell survival, proliferation and growth, and are frequently mutated in cancer. Gain-of-function mutations in these genes lead to the constitutive activation of RAS proteins, promoting the development of vascular malformations. Currently, there are no approved treatments for mosaic RASopathies, and no specific RAS inhibitors were available until the recent approval of sotorasib, which targets the KRAS G12C mutation, for the treatment of lung cancer. Various targeted therapies directed against RAS proteins interactors have recently been developed, but those reported as effective in mosaic RASopathies in retrospective studies are associated with frequent and disabling side effects. Our objective was to identify innovative therapies effective in mosaic RASopathies while minimizing the risk of side effects. We identified sotorasib as a potential treatment for mosaic RASopathies associated with KRAS G12C mutations. For patients with mutations other than KRAS G12C, we identified a second inhibitor targeting one of RAS partners with a favorable tolerance profile. In our unit, we identified 14 patients with life-threatening vascular malformations associated with a mosaic RAS mutation, including two with the G12C variant. We developed murine models expressing KRAS G12C or G12D mutations in vascular endothelial cells. These animals developed vascular malformations that recapitulate the phenotype of patients, with severe mortality. We treated our murine models with either sotorasib or the second inhibitor and observed improved survival and decreased incidence of vascular malformations. Based on these promising results, we then treated the 14 patients: two received sotorasib, and the other 12 were treated with the second candidate inhibitor. In both cases, treated patients showed partial regression of vascular malformations confirmed by MRI, a decrease in hemorrhagic complications, and reduced pain. Through spatial transcriptomic analysis of skin biopsies performed before and after treatment, we identified that treatment was accompanied by an anti-proliferative and anti-inflammatory endothelial transcriptional reprogramming. Finally, we identified a decrease in the levels of pro-inflammatory cytokines in the patients' serum, which may contribute to the regression of vascular lesions. In conclusion, this proof-of-concept study shows the efficacy of two novel targeted therapies previously undescribed in human mosaic RASopathies, characterizes the endothelial functional changes associated with treatment, and identifies a systemic anti-inflammatory response to treatment.