La modulation de la voie de signalisation KRAS peut-elle améliorer la réponse des cancers bronchiques à la radioimmunothérapie?

• Auteur / Autrice : Clément Quevrin
• Direction : Eric Deutsch
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences du Cancer
• Date : Inscription en doctorat le 07/11/2022
• 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 : Radiothérapie Moléculaire et Innovation Thérapeutique
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : The Radiotherapy, ImmunoRadAI,
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université Paris-Saclay. Faculté de médecine (Le Kremlin-Bicêtre, Val-de-Marne ; 2020-....)

Mots clés

Mots clés libres

Pdl1

Radiotherapie

Kras

Résumé

Le cancer bronchique non à petites cellules (CBNPC) représente la première cause de décès par cancer en France, en Europe et dans le monde. Avec moins de 20 % des patients atteints de CBNPC survivant plus de 5 ans, de nouvelles stratégies thérapeutiques doivent être développées. Les mutations oncogéniques de KRAS, une petite GTPase de la famille RAS, sont les plus fréquentes des mutations des CBNPC et pilotent de multiples processus qui favorisent le développement tumoral (4, 5). La mutation oncogénique de KRAS la plus répandue (39%) est la substitution d'une cystéine par une glycine dans le codon 12 (G12C) (6). La mutation KRAS G12C a pour conséquence l'activation constitutive de la protéine KRAS, liée au GTP. KRAS intervient dans la régulation de différentes fonctions cellulaires telle que la prolifération, la survie, la différenciation et la migration cellulaire. KRAS contrôle plusieurs cascades de signalisation, y compris la voie canonique RAF-MEK-ERK, qui contrôle la prolifération ; la voie PI3K-AKT-mTOR, qui favorise la survie cellulaire; et d'autres voies de signalisation intervenant dans la croissance tumorale, l'endocytose et l'organisation du cytosquelette (Figure 1). Les mutations de KRAS influencent aussi le microenvironnement tumoral (TME). Le TME comprend schématiquement trois compartiments: vasculaire (ex: cellules endothéliales), la matrice extracellulaire (ex: fibroblastes associés au cancer) et le système immunitaire (ex: cellules « immunosuppressive » [ex : myéloïdes, lymphocytes Treg…] et cellules avec effet immunitaire anti-tumoral [ex : lymphocytes T8 et NK]). En plus d'affecter les cellules tumorales, les mutations de KRAS favorisent l'évasion immunitaire en modulant les cellules immunitaires du TME. KRAS peut réguler à la hausse l'expression de points de contrôles immunitaires tels que PD-L1, réguler à la baisse l'expression du CMH de classe I des cellules tumorales et améliorer la sécrétion d'une variété de cytokines et chimiokines impliquées dans le recrutement de cellules immunitaires immunosuppressives (Figure 2). Ces mécanismes sont aussi impliqués dans la résistance aux traitements anticancéreux, dont la radiothérapie. Figure 1 : Voie de signalisation intracellulaire KRAS (14) Figure 2 : Influence de la voie de signalisation intracellulaire KRAS sur le TME (14) KRAS et résistance aux traitements anticancéreux La radiothérapie est un traitement standard du CBNPC, quel que soit le stade. La radiothérapie est l'un des principaux traitements standard du cancer, permettant un contrôle local de la tumeur et une guérison potentielle de la maladie à un stade précoce. Dans les cas avancés et métastatiques, la radiothérapie vise principalement à : (i) guérir les maladies localement avancées et oligométastatiques, (ii) améliorer les résultats de survie et (iii) améliorer le contrôle local à des fins palliatives. Les radiations ionisantes (RI) induisent principalement des lésions d'ADN dans le noyau et des modifications du TME. En induisant la mort cellulaire immunogène, la radiothérapie locale améliore la présentation de l'antigène au système immunitaire, modifie le phénotype immunitaire en augmentant l'expression du CMH de classe I et induit la production de cytokines / d'interféron qui facilite la migration et la fonction des lymphocytes CD8+ antitumoraux. Tous ces éléments entraînent des effets immunostimulants locaux et systémiques (1–3). Les cellules présentant une mutation oncogénique de KRAS telle que G12C sont plus résistantes aux RI que leurs homologues non mutées (10). Cette résistance est multifactorielle. Le maintien dans certaines cellules KRAS mutées d'un phénotype condensé de la chromatine mimant celui que l'on peut observer durant la mitose (Chromatine Condensée Semblable à la Mitose) caractéristique des cellules souches cancéreuses pourrait protéger physiquement l'ADN. Le maintien de ce phénotype dans des cellules KRAS mutées est dépendant de l'activation d'EGFR et d'ostéopontine qui pourraient réguler la probabilité de survenue de cassures double brin de manière épistatique (11). La résistance aux RI s'expliquerait d'autre part par une capacité accrue de réparation de l'ADN via l'augmentation de l'activité des voies de réparation de l'ADN tel que le NHEJ (jonction d'extrémités non homologues) et le BER (Réparation par Excision de Base) via une voie KRAS dépendante (10,12). Des études précliniques ont montré que l'inhibition d'EGFR, RAS, PIRK et AKT induisait une radiosensibilisation des lignées cellulaires cancéreuses (15). Le recrutement de cellules immunosuppressives dans le TME de tumeurs KRAS mutées (cf. ci-dessus) pourrait aussi contrecarrer l'effet immunitaire anti-tumoral des RI et des agents immunostimulants. L'émergence récente du blocage des points de contrôle immunitaires (principalement anti-PD(L)-1), qui peuvent inverser la suppression immunitaire induite par la tumeur et libérer de puissantes réponses immunitaires anti-tumorales a transformé le traitement du CBNPC et permet d'obtenir des réponses durables chez certains patients, en particulier après radiothérapie. Malheureusement, seul un sous-ensemble de patients répond à l'immunothérapie. Il a été montré que la radiothérapie et l'immunothérapie peuvent être synergiques dans des modèles de cancer du poumon muté KRAS. L'exploitation des effets immunitaires favorables de l'irradiation doit cependant être poussée plus loin avec de nouveaux agents ciblés.

Non-small cell lung cancer (NSCLC) is the leading cause of cancer death in France, Europe and the world. With less than 20% of NSCLC patients surviving more than 5 years, new therapeutic strategies need to be developed. Oncogenic mutations of KRAS, a small GTPase of the RAS family, are the most common of NSCLC mutations and drive multiple processes that promote tumor development (4, 5). The most common oncogenic mutation of KRAS (39%) is the substitution of cysteine by glycine in codon 12 (G12C) (6). The KRAS G12C mutation results in constitutive activation of the KRAS protein, linked to GTP. KRAS intervenes in the regulation of different cellular functions such as proliferation, survival, differentiation and cell migration. KRAS controls several signaling cascades, including the canonical RAF-MEK-ERK pathway, which controls proliferation; the PI3K-AKT-mTOR pathway, which promotes cell survival; and other signaling pathways involved in tumor growth, endocytosis and cytoskeleton organization (Figure 1). KRAS mutations also influence the tumor microenvironment (TME). The TME comprises schematically three compartments: vascular (ex: endothelial cells), extracellular matrix (ex: fibroblasts associated with cancer) and the immune system (e.g., “immunosuppressive” cells [e.g., myeloids, Treg lymphocytes ] and cells with anti-tumor immune effect [e.g., T8 and NK lymphocytes]). In addition to affecting tumor cells, KRAS mutations promote immune evasion by modulating the immune cells of TME. KRAS can increase the expression of immune checkpoints such as PD-L1, to downregulate the expression of class I MHC of tumor cells and improve the secretion of a variety of cytokines and chemokines involved in the recruitment of immunosuppressive immune cells (Figure 2). These mechanisms are also involved in resistance to cancer treatments, including radiotherapy. Figure 1: KRAS intracellular signaling pathway (14) Figure 2: Influence of the KRAS intracellular signaling pathway on TME (14) KRAS and resistance to cancer treatments Radiation therapy is a standard treatment for NSCLC at any stage. Radiation therapy is one of the main standard cancer treatments, allowing local control of the tumor and potential cure of the disease at an early stage. In advanced and metastatic cases, radiotherapy is mainly aimed at: (i) curing locally advanced and oligometastatic diseases, (ii) improving survival outcomes and (iii) improving local control for palliative purposes. Ionizing radiation (IR) mainly induces DNA damage in the nucleus and changes in the TME. By inducing immunogenic cell death, local radiotherapy improves the presentation of the antigen to the immune system, modifies the immune phenotype by increasing the expression of class I MHC and induces the production of cytokines/ interferon which facilitates migration and function of antitumor CD8+ lymphocytes. All of these lead to local and systemic immunostimulant effects (1–3). Cells with an oncogenic mutation of KRAS such as G12C are more resistant to RI than their unmuted counterparts (10). This resistance is multifactorial. The maintenance in some mutated KRAS cells of a chromatin-like condensed phenotype that can be observed during mitosis (Mitosis-like Condensed Chromatin) characteristic of cancer stem cells could physically protect DNA. The maintenance of this phenotype in mutated KRAS cells is dependent on the activation of EGFR and osteopontin which could regulate the probability of occurrence of double strand breaks epistatically (11). Resistance to IR could also be explained by an increased ability to repair DNA through increased activity of DNA repair pathways such as NHEJ (junction of non homologous extremities) and BER (Basic Excision Repair) via a dependent KRAS pathway (10,12). Preclinical studies have shown that inhibition of EGFR, RAS, PIRK and AKT induces radiosensitization of cancer cell lines (15). The recruitment of immunosuppressive cells in the TME of mutated KRAS tumors (cf. above) could also counteract the anti-tumor immune effect of IR and immunostimulants. The recent emergence of immune checkpoint blocking (mainly anti-PD(L)-1), which can reverse tumor-induced immune suppression and release powerful anti immune responsesTumors has transformed the treatment of NSCLC and provides lasting responses in some patients, particularly after radiation therapy. Unfortunately, only a subset of patients respond to immunotherapy. It has been shown that radiotherapy and immunotherapy can be synergistic in KRAS mutated lung cancer models. However, the exploitation of the favourable immune effects of irradiation must be further developed with new targeted agents.