Rôle du facteur de transcription ZEB1 dans l'échappement au système immunitaire et la résistance aux traitements dans le mélanome

Role of the transcription factor ZEB1 in immune escape and treatment resistance in melanoma

• Auteur / Autrice : Maud Ligier
• Direction : Julie Caramel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Cancérologie
• Date : Soutenance le 07/12/2020
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Biologie Moléculaire Intégrative et Cellulaire (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Recherche en Cancérologie de Lyon
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Dalle
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Julie Caramel, Salem Chouaib, Nathalie Andrieu-Abadie, Caroline Aspord, Julien C. Marie
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Salem Chouaib, Nathalie Andrieu-Abadie

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transition épithélio-mésenchymateuse

Immunothérapie anticancéreuse

Thérapie moléculaire ciblée

Mélanome

Mots clés libres

Mélanome métastatique

Plasticité cellulaire

EMT-TF

ZEB1

Résistance aux traitements

Échappement au système immunitaire

Melanoma

Cellular plasticity

EMT-TF

ZEB1

Resistance to treatments

Immune escape

Résumé

Le mélanome est le plus agressif des cancers cutanés. Alors que les patients atteints de mélanome métastatique étaient face à un désert thérapeutique durant des décennies, la découverte de la mutation majoritaire BRAFV600E a conduit à la première révolution des thérapies ciblées. La réponse obtenue par l’utilisation de ces thérapies ciblées est rapide et drastique mais de courte durée. En parallèle, le développement des immunothérapies a lancé une deuxième révolution thérapeutique pour les patients atteints de mélanome, quel que soit leur profil mutationnel. A l’inverse des thérapies ciblées, les immunothérapies offrent la possibilité de réponses à long terme, en réactivant le système immunitaire du patient. Les réponses impressionnantes observées chez certains patients a permis le développement des immunothérapies avec une vitesse de mise sur le marché sans précédent. Cependant, malgré ces deux avancées majeures, de sévères problèmes de résistances sont encore à surmonter pour le traitement des mélanomes métastatiques. La transition épithélio-mésenchymateuse (EMT) est un processus de plasticité des cellules cancéreuses majeur impliqué dans la tumorigenèse, l’acquisition de propriétés souches, l’échappement au système immunitaire et la résistance au traitement des carcinomes. Dans le mélanome, l’équipe a précédemment mis en évidence les fonctions antagonistes des facteurs de transcriptions inducteurs d’EMT : ZEB2 et SNAIL2 ne sont pas seulement impliqués dans la délamination des cellules de crête neurale et la différenciation mélanocytaire mais ils restent exprimés par les mélanocytes normaux chez l’adulte. Leur expression diminue au cours de la progression tumorale, au profit des facteurs ZEB1 et TWIST1. Ce changement de profil d’expression est un facteur de mauvais pronostique pour les patients atteints de mélanome. Étant donné le rôle oncogénique majeur de ZEB1 au cours du développement du mélanome, nous avons analysé son rôle dans la régulation du phénotype des cellules de mélanome, la résistance aux thérapies ciblées et l’échappement au système immunitaire des mélanomes. Nous avons premièrement démontré que ZEB1 favorise la résistance aux inhibiteurs de la voie MAPK en induisant un phénotype souche MITF faible/NGFR fort des mélanomes mutés pour BRAFV600E. En effet, l’expression de ZEB1 est augmentée dans les cellules de mélanome résistantes (résistance innée et acquise), en comparaison avec les cellules sensibles. Alors que ZEB1 favorise l’émergence de cellules résistantes, le ciblage de ZEB1 restaure la sensibilité aux inhibiteurs de BRAF et sensibilise les cellules résistantes, démontrant l’intérêt de la stratégie d’un point de vue thérapeutique. De plus, l’analyse de l’infiltrat immunitaire d’une cohorte de mélanomes humains a mis en évidence l’infiltration réduite par les lymphocytes T CD8 dans les tumeurs de mélanome au fort niveau d’expression de ZEB1. Nous avons implémenté des approches de gain et perte de fonction in vivo dans des modèles syngéniques de mélanomes murins et ainsi démontré que ZEB1 régule la croissance tumorale et modifie la composition de l’infiltrat immunitaire, en partie en contrôlant le recrutement des lymphocytes T CD8 au cœur de la tumeur. Au niveau moléculaire, ceci peut être expliqué par une production réduite des chémokines attractrices des T CD8 dans le sécrétome des tumeurs aux forts niveaux de ZEB1. Enfin, nous avons démontré les conséquences de ce remodelage du microenvironnement immunitaire sur la réponse aux anti-PD1. En effet, nous avons montré un effet synergique du ciblage de ZEB1 en combinaison avec les anti-PD1 dans le contrôle de la croissance tumorale. Dans l’ensemble, nos travaux démontrent le rôle majeur de la plasticité cellulaire dépendante de ZEB1 dans le développement des mélanomes et ouvre de nouvelles perspectives en terme de stratégies de combinaisons thérapeutiques, aussi bien avec les thérapies ciblées que les immunothérapies

Melanoma is the most aggressive type of skin cancer that derives from melanocytes. While the treatment of metastatic melanoma with chemotherapy remained highly inefficient for decades, the discovery of the BRAFV600 point mutation drove the targeted therapy revolution. The response obtained with these targeted agents is rapid and impressive but relatively short. Half of treated BRAFV600 mutated patients show a clear tumor regression, but all of them relapse and the survival rate after 5 years remains dramatically low. In parallel, a second revolution has begun with the rise of immunotherapies. While targeted therapies show rapid but transient tumor regression, immunotherapies give the possibilities of potential long-lasting responses by reactivating the immune system. Impressive response observed in some patients permitted an incredibly rapid drug development and access on the market of these drugs. Nevertheless, despite these major breakthroughs, the treatment of metastatic melanoma is still faced with severe problems of resistance. The epithelial to mesenchymal transition (EMT) is a major cancer cell plasticity process driving tumorigenesis, stemness, immune escape and resistance to treatment in carcinoma. In melanoma, the team previously highlighted antagonist’s functions of the EMT tanscription factors: ZEB2 and SNAIL2 are not only were involved in delamination of neural crest cells and melanocytes determination but they remain also expressed in normal adult melanocytes and their expression is decreased during malignant progression, for the benefit of ZEB1 and TWIST1 factors. This change in expression profiling is a factor of poor prognosis for patients. As ZEB1 is the key oncogenic factor in melanoma, we investigated its role in regulating the phenotype of melanoma cells, their resistance to MAPK-targeted therapies and capacity to escape to the immune control. We first demonstrated that ZEB1 promotes resistance to MAPK inhibitors by driving a stem-like MITFlow/NGFRhigh phenotype in BRAFV600E melanomas. Indeed, ZEB1 expression is increased in innate as well as acquired resistant melanomas cells, compared to sensitive cells. While ZEB1 expression promotes the emergence of resistant cells, targeting ZEB1 increases the sensitivity to BRAF inhibitor and sensitizes resistants cells, highlighting the interest of this combination from a therapeutic point of view. Moreover, analyses of the immune infiltrate in a cohort of human melanoma samples demonstrate that high ZEB1 expression in tumor cells is associated to a decreased infiltration by T CD8 lymphocytes. We implemented ZEB1 gain or loss of function approaches in vivo in syngeneic melanoma mouse models and showed that ZEB1 regulates tumor growth and modifies the composition of the immune infiltrate, in part by controlling T CD8 lymphocytes recruitment in the tumor. This may be explained at the molecular level by a decreased production of T CD8 attracting chemokines in the secretome of ZEB1-high tumors. Finally, we highlighted the consequences of this remodeling of the immune on the response to anti-PD1. Indeed, we showed a synergic effect of ZEB1 targeting combined with anti-PD1 in inducing regression of mouse tumors. Overall, our work demonstrates the major role of ZEB1-mediated cancer cell plasticity in the development of melanoma and opens new avenues in terms of combination strategies with both targeted and immunotherapies