Effet synergique de l'association FOLFIRINOX avec un inhibiteur d'ATR dans le traitement du PDAC

Synergistic effect of the association FOLFIRINOX with an ATR inhibitor in PDAC treatment

• Auteur / Autrice : Marine Bruciamacchie
• Direction : Christel Larbouret, Céline Gongora-nativel
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 11/10/2023
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé (Montpellier ; Ecole Doctorale ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IRCM - Institut de Recherche en Cancérologie de Montpellier
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Résistance aux traitements et thérapies innovantes RTTI.
• Jury : Président / Présidente : Claude Sardet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christel Larbouret, Sandrine Dabernat, Julie Guillermet, Philippe Soubeyran, Céline Gongora
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sandrine Dabernat, Julie Guillermet

Mots clés

Mots clés libres

Cancer du Pancréas

Chimiothérapie

Inhibiteur d'ATR

Dommages à l'ADN

Co-culture

Infiltrat immunitaire

Pancreatic cancer

Chemotherapy

ATR inhibitor

DNA damage

Co-culture

Immune infiltration

Résumé

L'adénocarcinome canalaire pancréatique (PDAC) est une maladie extrêmement agressive. Il existe un besoin évident de nouvelles stratégies et de nouvelles recherches pour traiter et diagnostiquer ces patients. En ce qui concerne les traitements, la chirurgie n'est possible que dans 20 % des cas, et la molécule chimiothérapeutique Gemcitabine n'a malheureusement pas un bon taux de réponse. Récemment, une nouvelle polychimiothérapie à base d'oxaliplatine (FOLFIRINOX), qui est une combinaison de quatre médicaments : oxaliplatine, irinotécan, fluorouracil et leucovorine, a été approuvée. Il a montré une augmentation significative de la survie globale des patients par rapport à la gemcitabine, mais il est associé à une toxicité plus importante et à une efficacité encore limitée. La plupart des médicaments induisent leur toxicité en provoquant des dommages à l'ADN et un stress de réplication, conduisant à l'activation des voies de réparation de l'ADN. Dans ce contexte, notre projet de recherche propose de trouver une association synergique de FOLFIRINOX avec des inhibiteurs spécifiques de la réparation des dommages de l'ADN - Ataxia Telangiectasia and Rad3 related inhibitor (ATRi) - afin d'augmenter l'efficacité de la chimiothérapie tout en réduisant sa toxicité. La résistance à la chimiothérapie peut provenir du stroma qui représente jusqu'à 80% de la masse tumorale. L'impact des chimiothérapies sur le microenvironnement peut être une clé pour augmenter l'efficacité de ces traitements. C'est pourquoi, dans ce projet, nous avons étudié des modèles de co-culture pour examiner l'effet de cette nouvelle polychimiothérapie sur les cellules tumorales et leur microenvironnement, en particulier les fibroblastes associés au cancer (CAFs). Une matrice de viabilité a été réalisée en 2D et 3D dans le cadre d'une co-culture in vitro de cellules tumorales avec des CAF primaires. Les dommages à l'ADN et les protéines des voies de réparation des dommages à l'ADN ont été analysés après les traitements. Les voies de la mort cellulaire et de l'autophagie ont été étudiées. In vivo, des souris immunodéficientes xénografiées avec des modèles ATCC et des xénogreffes dérivées de patients ont été traitées avec FOLFIRINOX et ATRi pour évaluer l'effet sur la progression de la tumeur. Enfin, une greffe orthotopique de la lignée cellulaire KPC a été réalisée sur des souris immunocompétentes. Un effet synergique de l'association a été démontré in vitro indépendamment des statuts mutationnels KRAS, ATM, TP53, BRCA1/2 dans plusieurs modèles pancréatiques (ATCC et dérivés de PDX) et en co-culture avec des CAFs. Une apoptose et des dommages à l'ADN plus importants ont été observés dans les cellules tumorales traitées par FOLFIRINOX combiné à ATRi. Ces résultats ont été associés à une diminution des voies de réparation des dommages à l'ADN entraînant plus d'apoptose par rapport à la chimiothérapie seule et une inhibition du flux d'autophagie. Un changement phénotypique des cellules a également été constaté après le traitement par l'ATRi et une augmentation de ce phénotype particulier lorsque la chimiothérapie a été ajoutée. Un effet protecteur des CAF sur les cellules tumorales a été observé et le sécrétome des CAF a été analysé. In vivo, chez des souris immunodéficientes et immunocompétentes, l'association de FOLFIRINOX et d'ATRi inhibe significativement la croissance tumorale par rapport à chaque traitement seul. Plus de collagène a été observé chez les souris immunodéficientes, ce qui est corrélé dans la littérature avec un bon pronostic et une bonne OS chez les souris et les patients. De même, une infiltration immunitaire plus importante a été observée avec FOLFIRINOX+ATRi par rapport à FOLFIRINOX chez les souris immunocompétentes. Une identification précise des populations immunitaires est maintenant nécessaire, ainsi qu'une meilleure compréhension du remodelage de la TME, afin de confirmer le potentiel thérapeutique de ce nouveau traitement pour le PDAC.

Pancreatic Ductal Adenocarcinoma (PDAC) is an extremely aggressive disease. There is a clear need of new strategies and new researches to treat and diagnose these patients. Regarding treatments, surgery is possible in only 20% of cases, and the chemotherapeutic molecule Gemcitabine is unfortunately lacking a good response rate. Recently, a new polychemotherapy oxaliplatin-based (FOLFIRINOX), which is a combination of 4 drugs: oxaliplatin, irinotecan, fluorouracil and leucovorin, has been approved. It has showed a significant increase of the overall survival in patients compared to gemcitabine, but associated with more toxicity and still limited efficiency. Most of the drugs induce their toxicity by provoking DNA damages and replication stress, leading to the activation of DNA repair pathways. In this context, our research project proposes to find a synergistic association of FOLFIRINOX with specific inhibitors of DNA damage repair - Ataxia Telangiectasia and Rad3 related inhibitor (ATRi) – to increase the efficiency of the chemotherapy while reducing its toxicity. The resistance to chemotherapy can come from the stroma that represents up to 80% of the tumor mass. The impact of the chemotherapies on the microenvironment can be a key to increase the efficiency of these treatments. That’s why in this project, we studied co-culture models to look at the effect of this new polychemotherapy on tumor cells and its microenvironment, in particular Cancer- Associated Fibroblasts (CAFs). Viability matrix in 2D & 3D in vitro co-culture of tumor cells with primary CAFs were carried out. DNA damage and proteins from the DNA damage repair pathways were analysed after treatments. Cell death and autophagy pathways were studied. In vivo, immunodeficient mice xenografted with ATCC and Patient Derived Xenograft models were treated with FOLFIRINOX and ATRi to evaluate the effect on tumor progression. Finally, orthotopic graft of KPC cell line in immunocompetent mice was carried. A synergistic effect of the association was demonstrated in vitro independently of the KRAS, ATM, TP53, BRCA1/2 mutation statuts in several pancreatic models (ATCC and derived from PDX) and in co-culture with CAFs. A higher apoptosis and DNA damages were observed in tumor cells treated with FOLFIRINOX combined with ATRi. These results were associated with a decrease of DNA damage repair pathways leading to more apoptosis compared to the chemotherapy alone and an inhibition of the autophagy flux. Also, a phenotypic change in the cells was found after treating with ATRi and with an increase of this particular phenotype when the chemotherapy was added. A protective effect of the CAFs on tumor cells was observed and CAF secretome was analysed. In vivo, in immunodeficient and immunocompetent mice, the association FOLFIRINOX with ATRi inhibits significantly the tumor growth compared to each treatment alone. More collagen was observed in immunodeficient mice, which correlates in the literature with good prognostic and OS in mice and patients. Also, more immune infiltration was observed with FOLFIRINOX+ATRi compared to FOLFIRINOX in immunocompetent mice. Now, a precise identification of the immune populations is required as well as a better understanding of the remodeling TME to confirm the therapeutic potential of this new treatment for PDAC.