Recherche de biomarqueurs tissulaires et circulants dans le cancer du poumon par l’analyse des acides nucléiques libres circulants et des réseaux transcriptomiques du microenvironnement tumoral

Research for tissue and circulating biomarkers in early-stage and metastatic lung cancer through the analysis of circulating cell-free nucleic acids and transcriptomic networks of the tumor microenvironment

• Auteur / Autrice : Benoit Roch
• Direction : Alain Thierry, Jean-Louis Pujol
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 14/12/2023
• 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 : Biomarqueurs pour une Médecine de Précision en Oncologie
• Jury : Président / Présidente : Virginie Westeel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Thierry, Benjamin Besse, Jean-Louis Pujol, Julien Mazieres, Caroline Mollevi
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Benjamin Besse, Julien Mazieres

Mots clés

Mots clés libres

ADN libre circulant

Réseaux transcriptomiques

Biomarqueur

Maladie résiduelle

Carcinomes bronchiques non à petites cellules

Carcinomes neuroendocrines pulmonaires

Circulating cell-free DNA

Transcriptomic networks

Biomarker

Residual disease

Non-small cell lung cancer

Lung neuroendocrine carcinoma

Résumé

Ce travail de thèse traite de différents projets qui s’articulent autour de mes thématiques de recherche de biomarqueurs plasmatiques et tissulaires chez les patients atteints de cancer du poumon. Sur le plan des biomarqueurs plasmatiques, nous nous sommes d’abord intéressés à une approche préanalytique de l’ADN circulant, en particulier d’origine mitochondriale, qui constitue un domaine de recherche et d’expertise fort au sein de l’équipe « Biomarqueurs pour une médecine personnalisée » dirigée par le Dr Alain THIERRY à l’IRCM. Nous avons ainsi réalisé pour la première fois une étude comparative des structures associées à l’ADN circulant d’origine nucléaire (cir-nDNA) et mitochondrial (cir-mtDNA) chez des individus sains, permettant de mieux en comprendre la physiologie, prérequis nécessaire pour adapter les méthodes utilisées en fonction du type de structure à analyser. S’agissant du cir-mtDNA, nous avons ensuite démontré le rôle central de l’activation plaquettaire préanalytique comme facteur de contamination par libération de mitochondries libres, remettant ainsi en cause de nombreuses données publiées sur le sujet jusqu’alors. J’ai ensuite mis en application ces éléments en contexte pathologique afin de mettre en évidence des biomarqueurs plasmatiques chez les patients atteints de cancers bronchiques non à petites cellules (CBNPC) de stade localisé, résécables. J’ai ainsi tâché de caractériser la maladie résiduelle post-opératoire et de suivre de manière longitudinale la rechute moléculaire dans le cadre d’une étude locale, baptisée LUNGDOC, et dont les premiers résultats seront rapportés dans ce manuscrit. La majorité des patients atteints de CBNPC étant à l’heure actuelle diagnostiquée d’emblée à un stade métastatique, il apparaissait également nécessaire de développer des biomarqueurs qui puissent leur être dédiés. La problématique de la gestion des métastases cérébrales étant mal codifiée dans cette situation, j’ai donc débuté une collaboration avec l’équipe de neurochirurgie du CHU de Montpellier pour mettre au point des biomarqueurs pronostiques de l’exérèse chirurgicale de métastases cérébrales chez des patients atteints de CBNPC de stade IV. S’agissant des patients atteints de CBNPC de stade IV avec addiction oncogénique, j’ai de plus contribué à mettre sur pied un projet de recherche de biomarqueurs tissulaires à type de réseaux transcriptomiques permettant de prédire la résistance à l’osimertinib chez des patients atteints de CBNPC EGFR-mutés de stade avancé non opérable. Cette étude, basée sur l’utilisation d’une technique innovante de caractérisation spatiotranscriptomique, réalisé dans le cadre d’une mobilité à l’étranger au sein de l’équipe Pr Luis PAZ-ARES à Madrid, a permis d’élaborer une signature prédictive qui est actuellement en phase de validation afin d’établir un algorithme décisionnel. Enfin, le cancer du poumon comprend également les tumeurs neuroendocrines du poumon dont les carcinomes neuroendocrines (CNE) constituent les néoplasies de haut grade. Malgré quelques innovations thérapeutiques récentes, ces CNE demeurent les parents pauvres des tumeurs pulmonaires pour lesquelles il convient d’avancer de manière significative. Le Professeur Jean-Louis PUJOL ayant ouvert la voie d’une véritable école montpelliéraine d’expertise sur le sujet, j’ai donc débuté un projet de recherche de biomarqueurs tissulaires pronostiques et de nouvelles options thérapeutiques dans ces indications par l’intermédiaire de l’utilisation du statut de méthylation du promoteur de MGMT (06 méthylguanine DNA méthyltransférase) dont les résultats préliminaires sont rapportés dans ce manuscrit. J’espère modestement pouvoir faire avancer la situation des patients atteints de cancer du poumon de tout stade et type par ces différents projets en mettant au point des biomarqueurs qui permettront de leur proposer une amélioration pronostique et une prise en charge toujours plus personnalisée.

This PhD work is made of different projects dealing with my research themes being plasmatic and tissue biomarkers in the different kinds of lung cancer. In terms of biomarkers, we were first interested by a preanalytical approach of circulating DNA (cirDNA), of mitochondrial origin in particular, being a strong area of research and expertise among the “Biomarkers for Precision Oncology” team led by Dr Alain THIERRY at the IRCM institute. For the first time, we launched a comparative study about the structures of cirDNA of nuclear (cir-nDNA) and mitochondrial (cir-mtDNA) origin in healthy individuals, which led us to better understand its physiology, a necessary prerequisite in order to adapt the methods used according to the type of analyzed structure. Regarding cir-mtDNA, we then demonstrated the central role of preanalytical platelet activation as a contamination factor by the release of free mitochondria, thus calling into question numerous data on the subject published until then. I then implemented these elements in pathological context so as to highlight plasmatic biomarkers amongst non-small cell lung cancer (NSCLC) patients with localized and resectable stages. Hence, I tried to characterize post-operative residual disease and follow molecular relapse longitudinally within the framework of a local study, called LUNGDOC, whose first results will be reported in this manuscript. Nowadays, the majority of NSCLC patients being initially diagnosed with a metastatic stage, it appeared necessary to develop biomarkers to whom they could be dedicated to. The management problem of brain metastases being poorly codified in this situation, I therefore initiated a collaboration with the CHU Montpellier neurosurgery team to develop prognostic biomarkers of brain metastases surgical resections for stage IV NSCLC patients. Concerning stage IV NSCLC patients with oncogenic addiction, I also contributed to set up a research program about transcriptomic networks tissue biomarkers allowing to predict osimertinib resistance among EGFR-mutant NSCLC patients with advanced stages. This study based upon the use of an innovative technique of spatiotranscriptomic characterization was carried out as part of a mobility abroad within the research team of Pr Luis PAZ-ARES in Madrid. It led to establish a predictive signature which is currently in its validation phase in order to put together a decisional algorithm. Finally, lung cancers also include neuroendocrine lung tumors, among which neuroendocrine lung carcinomas (NEC) stands for high-grade neuroendocrine tumors. Despite a few recent therapeutic innovations, NEC remain the poor relations of pulmonary tumors for whom significant progresses need to be made. Pr Jean-Louis PUJOL, having paved the way for a true Montpellier school of expertise on the subject, I started a research project on prognostic tissue biomarkers and new therapeutic options in this indication through the use of methylation status of the promoter of O6 Methylguanil-Methytransferase gene (MGMT). The preliminary results are reported in this manuscript. I humbly hope to enable these various projects to make the situation move forward for lung cancer patients, whatever their stage or type, by developing biomarkers that could offer a better prognosis and ever more personalized support.