Rôles des mutations somatiques dans STAG2, TP53 et CDKN2A et de la chromoplexie dans l'oncogenèse du sarcome d'Ewing

Roles of somatic mutations in STAG2, TP53 and CDKN2A and chromoplexy in Ewing sarcoma oncogenesis

• Auteur / Autrice : Maxime Heintzé
• Direction : Erika Brunet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences du Cancer
• Date : Soutenance le 03/12/2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cancérologie : biologie-médecine-santé (Villejuif, Val-de-Marne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Maladies Génétiques (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université Paris-Saclay. Faculté de médecine (Le Kremlin-Bicêtre, Val-de-Marne ; 2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Life Sciences and Health (2020-….)
• Jury : Président / Présidente : Didier Surdez
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie Castets, Frédéric Chibon, Gaëlle Legube
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie Castets, Frédéric Chibon
• DOI : 10.70675/1692f3d6z6047z4c0bz811fz40d16be99860

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sarcome d'Ewing

Translocation (génétique)

CRISPR-Cas9

Chromoplexie

Instabilité du génome

Mots clés libres

Instabilité génomique

Chromoplexie

CRISPR-Cas9

Translocations chromosomiques

Sarcome d'Ewing

Mutations secondaires

Genomic instability

Chromoplexy

CRISPR-Cas9

Chromosomal translocation

Ewing sarcoma

Secondary mutations

Résumé

Le sarcome d'Ewing est le second cancer pédiatrique des os et tissus mous le plus fréquent. Il est caractérisé par la présence d'une translocation chromosomique fusionnant un gène de la famille FET à un facteur de transcription de la famille des ETS. Dans 85% des cas, la t(11;22)(q24;q12) fusionnant les gènes EWSR1 et FLI1 est observée, et dans 10% des cas, on peut retrouver la t(21;22)(q22;q12) fusionnant EWSR1 avec ERG. Ces protéines de fusion exercent un rôle oncogénique aberrant. Des mutations somatiques dans les gènes STAG2, TP53 et CDKN2A sont fréquemment retrouvées dans les tumeurs des patients. En particulier, STAG2, un gène impliqué dans le complexe de la cohésine, est de plus en plus observé muté ou inactivé dans les cancers de nos jours. Un phénomène d'instabilité génomique récemment décrit, nommé chromoplexie, est aujourd'hui retrouvé dans 18% des cancers. La chromoplexie consiste en de multiples réarrangements généralement équilibrés entre plusieurs chromosomes, formant des boucles de translocations complexes. Etonnamment, les tumeurs de patients positives pour la fusion EWSR1-ERG sont presque toujours associées à de la chromoplexie.Comprendre le rôle des mutations somatiques additionnelles et de la chromoplexie dans l'initiation de l'oncogenèse de ce sarcome est nécessaire pour déchiffrer les mécanismes de la transformation cellulaire dans ce sarcome. Afin générer de nouveaux modèles d'étude, nous induisons de façon endogène, par CRISPR-Cas9, les translocations EWSR1-ETS associées aux mutations additionnelles dans des cellules souches mésenchymateuses (MSC) humaines primaires, potentielle origine cellulaire de ce sarcome. Pour de comprendre le mécanisme de la chromoplexie, nous avons supposé que l'orientation des gènes EWSR1 et ERG sur leurs chromosomes respectifs mène à la formation d'un chromosome dicentrique théorique. Ce chromosome très instable pour la cellule, pourrait favoriser la formation de boucles de réarrangements comme la chromoplexie pour stabiliser son génome.De cette manière, nous avons été capables de générer un tout nouveau modèle innovant du sarcome d'Ewing à partir de MSCs humaines primaires. Ces modèles ont montré une capacité à développer des tumeurs et métastases lors de leur injection in vivo dans des souris. Ces tumeurs récapitulaient toutes les caractéristiques typiques du sarcome d'Ewing, incluant leur morphologie caractéristique et l'expression membranaire du marqueur CD99. De plus, les profils transcriptomiques des tumeurs étaient très similaires à ceux des tumeurs de patients. Par la suite, nous avons utilisé la fusion EWSR1-ERG afin d'étudier la chromoplexie. Grâce à l'utilisation d'inhibiteurs spécifiques de voies de réparation des cassures double-brin de l'ADN, nous avons pu favoriser la formation des boucles de réarrangements dans des cellules modèles. A partir de nos résultats, nous avons généré de tout nouveaux modèles originaux présentant la fusion EWSR1-ERG, associée ou non à de la chromoplexie, à partir de MSCs primaires humaines.Ces travaux confirment une potentielle origine mésenchymateuse de ce sarcome. Nous avons montré que l'induction endogène des fusions EWSR1-ETS, permet la transformation cellulaire complète lorsqu'associées aux mutations somatiques additionnelles des gènes STAG2, TP53 et CDKN2A. Enfin, nous avons pu comprendre en partie le rôle de la chromoplexie dans l'initiation de l'oncogenèse du sarcome d'Ewing.

Ewing sarcoma is the second most frequent pediatric cancer of the bones and soft tissues. It is characterized by the presence of a chromosomal translocation that fuses a gene from the FET family with a transcription factor from the ETS family. In 85% of cases, the t(11;22)(q24;q12) translocation fusing the EWSR1 and FLI1 genes is observed, and in 10% of cases, the t(21;22)(q22;q12) translocation fusing EWSR1 with ERG can be found. These fusion proteins exert an aberrant oncogenic role. Somatic mutations in the STAG2, TP53 and CDKN2A genes are frequently found in patient tumors. In particular, STAG2, a gene involved in the cohesin complex, is increasingly observed to be mutated or inactivated in cancers today. A recently described phenomenon of genomic instability, known as chromoplexy, is now found in 18% of cancers. Chromoplexy involves multiple, generally balanced, rearrangements between several chromosomes, forming complex translocation loops. Interestingly, tumors from patients positive for the EWSR1-ERG fusion are almost always associated with chromoplexy.Understanding the role of additional somatic mutations and chromoplexy in the initiation of oncogenesis in this sarcoma is necessary to decipher the mechanisms of cellular transformation in this disease. To generate new study models, we endogenously induce EWSR1-ETS translocations associated with additional mutations in primary human mesenchymal stem cells (MSCs), a potential cellular origin of this sarcoma, using CRISPR-Cas9. To better understand the mechanism of chromoplexy, we hypothesized that the orientation of the EWSR1 and ERG genes on their respective chromosomes leads to the formation of a theoretical dicentric chromosome. This highly unstable chromosome may promote the formation of rearrangement loops, such as chromoplexy, to stabilize the genome.In this way, we were able to generate a novel, innovative model of Ewing sarcoma from primary human MSCs. These models showed the ability to develop tumors and metastases when injected in vivo into mice. These tumors recapitulated all the typical characteristics of Ewing sarcoma, including its characteristic morphology and the membrane expression of the CD99 marker. Moreover, the transcriptomic profiles of the tumors were highly similar to those of patient tumors.Subsequently, we used the EWSR1-ERG fusion to study chromoplexy. Through the use of specific inhibitors targeting DNA double-strand break repair pathways, we were able to promote the formation of rearrangement loops in model cells. From our results, we generated entirely new, original models presenting the EWSR1-ERG fusion, with or without chromoplexy, from primary human MSCs.This work confirms a potential mesenchymal origin for this sarcoma. We have shown that the endogenous induction of EWSR1-ETS fusions enables complete cellular transformation when associated with additional somatic mutations in the STAG2, TP53, and CDKN2A genes. Finally, we were able to partially understand the role of chromoplexy in the initiation of oncogenesis in Ewing sarcoma.