Analyse des mécanismes cellulaires et moléculaires gouvernant la progression des nerfs hyperplasiques en neurofibromes plexiformes dans la Neurofibromatose de type 1.

Analysis of the cellular and molecular mechanisms governing the progression of hyperplastic nerves into plexiform neurofibromas in Neurofibromatosis type 1.

• Auteur / Autrice : Myriam Mansour
• Direction : Piotr Topilko
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Neuroscience
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 06/09/2023
• Etablissement(s) : Paris 12
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Créteil ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Mondor de Recherche Biomédicale (Créteil)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Equipe ORTONNE - Oncogenèse des lymphomes et tumeurs de la Neurofibromatose 1 (Neurofibromatosis and Lymphoma oncogenesis - NFL)
• Jury : Président / Présidente : Michael Schumacher
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Piotr Topilko, Isabelle Brunet, Philippos Mourikis
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Isabelle Brunet

Mots clés

Mots clés libres

Nerfs hyperplasiques

Neurofibromes plexiformes

Cellules de Schwann

Cellules tumorales

Inflammation

Fibrose

Hyperplastic nerves

Plexiform neurofibroma

Schwann cells

Tumoral cells

Inflammation

Fibrosis

Résumé

La Neurofibromatose de type 1 (NF1) est une maladie génétique considérée comme fréquente parmi les maladies rares, touchant 1 personne sur 3000 dans le monde. Elle est due à des mutations dans le gène NF1, qui code pour un régulateur négatif de la voie Ras. La perte bi-allélique du gène NF1 dans des cellules de Schwann (CS), les principales cellules gliales du système nerveux périphérique, conduit au développement de tumeurs bénignes des gaines nerveuses appelées neurofibromes. Environ 50% des patients NF1 développent des neurofibromes dits plexiformes (NFp) situés le long des nerfs périphériques, avec une incidence accrue au niveau des racines nerveuses et des nerfs sous-cutanés. Les NFp se développent autour de la naissance et sont parmi les complications les plus courantes et les plus invalidantes de la NF1. Ces tumeurs sont responsables d'une morbidité substantielle, notamment d'un défigurement, de douleurs neuropathiques et d'une déficience fonctionnelle pouvant aller jusqu’à une paralysie. Par ailleurs, elles sont susceptibles de se transformer en tumeurs malignes de la gaine nerveuse périphérique (TMGN), sarcomes agressifs et métastatiques, avec un pronostic très défavorable à 5 ans. À l’heure actuelle, il n’existe aucun traitement pouvant prévenir ou guérir les NFp. Malgré des avancées considérables dans l’exploration du rôle des CS tumorales et du microenvironnement tumoral, les mécanismes régissant l’initiation du processus tumoral des NFp restent peu connus. Les études réalisées sur des modèles murins de la NF1 et sur des patients atteints de la NF1 ont révélé que le développement des NFp est précédé d'un élargissement local du nerf appelé hyperplasie. Notre laboratoire a développé un modèle murin de la NF1 (Nf1-KO), portant simultanément l’inactivation du gène Nf1 et l’expression constitutive d’un rapporteur fluorescent Tomato dans une population de CS dérivées des cellules des capsules frontières. Ces souris Nf1-KO développent des NFp et des TMGN qui récapitulent fidèlement ceux des patients NF1. L'objectif de ma thèse a été de caractériser les nerfs sous-cutanés dans ce modèle murin par une approche d’immunohistochimie et d’explorer les mécanismes moléculaires gouvernant leur progression en NFp par l’approche d’analyse transcriptomique à résolution cellulaire (scRNAseq). Les résultats obtenus ont révélé que (i) les nerfs sous-cutanés des souris Nf1-KO sont deux fois plus épais que ceux des contrôles, composés de deux fois plus de CS Tomato+, (ii) les CS tumorales présentent un profil inflammatoire et fibrotique (iii) les CS tumorales expriment la périostine, une protéine pro-fibrotique présente lors des lésions nerveuses et connue pour être un marqueur dans différents cancers (iii) une population de macrophages (Cx3cr1+) est significativement enrichie chez les mutants, (iv) la proportion des fibroblastes de l’endonèvre est augmentée et présente une signature moléculaire inflammatoire, (v) les nerfs hyperplasiques présentent un épaississement du périnèvre, (vi) enfin, l’inflammation provoquée par les morsures accélèrent la progression des nerfs hyperplasiques en NFp, (vii) et le microenvironnement hétérozygote des nerfs hyperplasiques est suffisant pour induire un profil inflammatoire sans lésion. Ainsi, l’inactivation bi-allélique du gène Nf1 dans des cellules de Schwann dérivées des capsules frontières conduit à une hyperplasie des nerfs accompagnée d’une inflammation et d’une fibrose, mimant une lésion nerveuse.

Neurofibromatosis type 1 (NF1) is a genetic disease considered one of the rarest, affecting 1 in 3,000 people worldwide. It is caused by mutations in the NF1 gene, which codes for a negative regulator of the Ras pathway. The bi-allelic loss of the NF1 gene in Schwann cells (SC), the main glial cells of the peripheral nervous system, leads to the development of benign tumors of the nerve sheaths called neurofibroma. Around 50% of NF1 patients develop so-called plexiform neurofibroma (pNF) located along peripheral nerves, with an increased incidence in nerve roots and subcutaneous nerves. PNF develop around birth and are among the most common and disabling complications of NF1. These tumors are responsible for substantial morbidity, including disfigurement, neuropathic pain, and functional impairment up to and including paralysis. In addition, they are liable to develop into malignant peripheral nerve sheath tumors (MPNST), aggressive and metastatic sarcomas, with a very unfavorable 5-year prognosis. At present, there is no treatment that can prevent or cure pNF. Despite considerable progress in exploring the role of tumor SC and the tumor microenvironment, little is known about the mechanisms governing the initiation of the pNF tumor process. Studies of NF1 mouse models and NF1 patients have revealed that pNF development is preceded by a local nerve enlargement called hyperplasia. Our laboratory has developed a mouse model of NF1 (Nf1-KO), carrying simultaneous inactivation of the Nf1 gene and constitutive expression of a fluorescent reporter Tomato in a population of SC derived from boundary cap cells. These Nf1-KO mice develop pNF and MPNST that faithfully recapitulate those of NF1 patients. The aim of my thesis was to characterize the subcutaneous nerves in this mouse model using an immunohistochemistry approach, and to explore the molecular mechanisms governing their progression to pNF using a single-cell transcriptomic analysis approach (scRNAseq). The results obtained revealed that (i) subcutaneous nerves in Nf1-KO mice are twice as thick as those in controls, composed of twice as many Tomato+ SC, (ii) tumoral SC display an inflammatory and fibrotic profile (iii) tumoral SC express periostin, a pro-fibrotic protein present in nerve lesions and known to be a marker in various cancers (iii) a macrophage population (Cx3cr1+) is significantly enriched in mutants, (iv) the proportion of endoneurial fibroblasts is increased and displays an inflammatory molecular signature, (v) hyperplastic nerves display perineurial thickening, (vi) finally, bite-induced inflammation accelerates the progression of hyperplastic nerves to pNF, (vii) and the heterozygous microenvironment of hyperplastic nerves is sufficient to induce a lesion-free inflammatory profile. Thus, biallelic inactivation of the Nf1 gene in boundary cap cells-derived Schwann cells leads to nerve hyperplasia accompanied by inflammation and fibrosis, mimicking nerve injury.