Rôle du récepteur LRP-1 dans la régulation du métabolisme cellulaire de lignées tumorales mammaires triples négatives et conséquences sur l'efficacité d'une immunothérapie anti-CD160

Role of LRP-1 receptor in regulating cellular metabolism of triple-negative breast tumor lines and consequences for efficacy of anti-CD160 immunotherapy

• Auteur / Autrice : Maxence Mocquery-corre
• Direction : Jérôme Devy
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Inscription en doctorat le 02/10/2023
• Etablissement(s) : Reims
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences Fondamentales et Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Matrice Extra-cellulaire et DYnamique Cellulaire
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Equipe Protéolyse et Cancer-MEDYC

Mots clés

Mots clés libres

Cancer du sein

Immunothérapie

Métabolisme

Point de contrôle immunitaire

Lrp-1

Breast cancer

Immunotherapy

Metabolism

Immune checkpoint

Lrp-1

Résumé

Avec 2 millions de nouveaux cas et six cent mille décès par an dans le monde, le cancer du sein représente 24% des cancers féminins, ce qui en fait le cancer le plus fréquent, mais également la première cause de mortalité par cancer chez la femme (Bray et al. 2018). En France, ce cancer touche environ 54 000 personnes par an et est responsable de plus de 11 900 décès annuel (Ferlay et al. 2015). Néanmoins, l'incidence se stabilise tandis que le taux de survie augmente (Lauby-Secretan, Loomis, and Straif 2015), grâce aux campagnes de dépistage, et à l'augmentation de l'efficacité des traitements. Le cancer du sein est une pathologie hétérogène dont la classification moléculaire (présence/absence des récepteurs hormonaux (ER/PR) et du récepteur 2 du facteur de croissance épidermique (HER2)) constitue maintenant le standard de référence pour sa caractérisation complète et les technologies OMICs sous-jacentes permettent d'affiner les diagnostics et les pronostics (Parise and Caggiano 2014). Le cancer du sein triple négatif (CSTN), représente environ 15 % des cancers du sein (environ 9 000 personnes chaque année). Il s'agit d'un cancer très agressif, avec une survie globale médiane de 14,5 mois et un taux de survie à 5 ans de 11 % (pour les CSTN métastatiques qui représentent 20% des cas) (Riggio, Varley, and Welm 2021). Ces tumeurs sont peu différenciées et elles n'expriment ni les récepteurs hormonaux, ni le HER2, et ne répondent ni à l'hormonothérapie ni aux thérapies ciblées. Le traitement prédominant pour la plupart des CSTN (en particulier pour les patients BRCA1/2 non mutés) est la chimiothérapie (cisplatine, carboplatine, inhibiteurs de PARP) (Bianchini et al. 2022), mais les réponses sont souvent de courte durée. Par conséquent, la mise en place de nouvelles solutions thérapeutiques, incluant l'immunothérapie, est une priorité de santé publique (Keenan and Tolaney 2020). Les résultats récents de combinaisons thérapeutiques avec une immunothérapie (IT) ciblant les inhibiteurs de point de contrôle du système immunitaire (ICI) sont prometteurs. Le pembrolizumab (anti-PD-L1), associé à une chimiothérapie, est préconisé comme traitement de première ligne du CSTN, localement récurrent, non résécable ou métastatique, pour les tumeurs exprimant PD-L1 avec un CPS ≥ 10 (Combined Positive Score). Pour les patientes ayant un CSTN métastatique en échec thérapeutique après deux lignes de traitement systémique ou plus (dont au moins une au stade avancé), un traitement conjuguant immunothérapie et chimiothérapie vient d'être autorisé : le sacituzumab govitecan (conjugué d'anticorps monoclonal ciblant la protéine Trop-2 et d'inhibiteur de topoisomérase) (Jabbarzadeh Kaboli et al. 2022). Le CD160 fait partie de la superfamille des immunoglobulines : son expression est limitée à certains sous-types leucocytaires, tels que les cellules tueuses naturelles (NK, NKT et ILC1) et les cellules T gamma delta (gdT). Le CD160 est décrit pour ses fonctions ambivalentes d'inhibition et d'activation du système immunitaire (Piotrowska et al. 2021). Dans les NK, le CD160 promeut la production d'IFN-γ et contrôle le métabolisme glucidique (Sun et al. 2022). Concernant les lymphocytes T, des résultats contradictoires ont été rapportés, soit CD160 peut se comporter comme un récepteur activateur des lymphocytes T CD8+ (Tan et al. 2018), soit il sert de point de contrôle du système immunitaire (ICI, Immune Checkpoint Inhibitor) en se liant à HVEM (Herpes Virus Entry Mediator, un membre de la famille des récepteurs au TNF). On recense deux isoformes principales (CD160GPI et CD160TM) et une forme soluble de CD160 (sCD160), provenant du clivage du CD160GPI par des phospholipases ou des métalloprotéases matricielles (MMPs) et présentant une action immunosuppressive (Gauci et al. 2022). Nos résultats préliminaires montrent, pour la première fois, une expression des CD160TM, GPI et soluble dans les différents cancers du sein et en particulier dans le CSTN. Ces résultats proviennent de l'utilisation de plusieurs anticorps murins monoclonaux dirigés contre les différentes isoformes de CD160 (CD160TM, CD160 GPI) ou contre la forme soluble sCD160. Ces anticorps font actuellement l'objet de dépôts de brevets pour lesquels l'unité MEDYC, l'unité INSERM U976 et l'institut Godinot sont co-inventrices (EP22305265.5 ANTI-CD160 TRANSMEMBRANE ISOFORM ANTIBODIES, Potteaux S, Devy J, Bensussan A et al., 9/03/2022 et EP22306800.8, MONOCLONAL ANTIBODIES TARGETING ALL CD160 FORMS, Potteaux S, Devy J, Bensussan A et al., 7/12/2022). Nous avons également pu tester leur efficacité thérapeutique dans un modèle murin orthotopique de xénogreffe de lignées cellulaires de CSTN (lignée BT-20) in vivo. Ces résultats fournissent la preuve de concept du succès potentiel d'une immunothérapie anti-CD160 dans le cancer du sein. LRP-1 (Low density lipoprotein receptor-related protein 1) est un récepteur ubiquitaire, multi-fonctionnel, membre de la famille des LDL-récepteurs, impliqué dans l'épuration endocytaire et la clairance de nombreuses macromolécules de la matrice extracellulaire, de lipoprotéines et de protéinases. LRP-1 peut être bénéfique ou délétère selon le type de cancer et le stade d'avancement de la maladie. Dans le CSTN, LRP-1 est fortement exprimé (Catasus et al. 2011); il peut être régulé par l'hypoxie (Woodley et al. 2009; Xue et al. 2022). Il a récemment été montré que LRP-1 contrôlait l'angiogenèse pro-tumorale et favorisait la migration des cellules tumorales qui l'expriment (Berquand et al. 2019; Campion et al. 2021). D'un point de vue mécanistique, nous montrons i) par des expériences de biotinylation des protéines membranaires, que l'inhibition de LRP-1 (stratégie shRNA) augmente la quantité de CD160 disponible à la surface des cellules tumorales, ii) par des expériences d'immunoprécipitation, que le récepteur LRP-1, interagit avec le récepteur CD160. Le lien entre LRP-1 et CD160 n'avait jamais été mis en évidence auparavant. Ces données suggèrent alors que l'expression de LRP-1 par les cellules tumorales, pourrait contrôler l'efficacité́ de la thérapie anti-CD160 dans le CSTN. LRP-1 peut réprimer le promoteur de l'IFN-γ et activer la signalisation JAK/STAT-1 par l'intermédiaire de PAI-1. Nos expériences ont révélé que l'acidité pouvait affecter la transduction du signal médiée par HIF-1. Aucune étude ne s'est encore intéressée à l'implication du récepteur LRP-1 dans le métabolisme cellulaire. Par conséquent, nous prévoyons d'étudier le rôle de LRP-1 en tant que modulateur du microenvironnement tumoral (acidose) mais également de son rôle dans l'expression et la régulation de CPI des patients atteints de cancer du sein (TNBC). En outre, nous visons également à moduler certains paramètres du microenvironnement tumoral (oxygénation, pH, lactate…) et à étudier les conséquences sur l'efficacité d'immunothérapies anti-tumorales. Les résultats obtenus pourraient placer le récepteur LRP-1 comme une nouvelle cible thérapeutique pour l'amélioration des stratégies anti-CPI dans le cancer du sein triple négatif.

With 2 million new cases and six hundred thousand deaths worldwide each year, breast cancer accounts for 24% of all female cancers, making it not only the most common cancer, but also the leading cause of cancer-related death in women (Bray et al. 2018). In France, this cancer affects around 54,000 people a year and is responsible for more than 11,900 annual deaths (Ferlay et al. 2015). Nevertheless, incidence is stabilizing while survival rates are increasing (Lauby-Secretan, Loomis, and Straif 2015), thanks to screening campaigns, and increasing treatment efficacy. Breast cancer is a heterogeneous pathology whose molecular classification (presence/absence of hormone receptors (ER/PR) and epidermal growth factor receptor 2 (HER2)) now constitutes the reference standard for its complete characterization, and the underlying OMICs technologies are helping to refine diagnoses and prognoses (Parise and Caggiano 2014). Triple-negative breast cancer (TNBC) accounts for around 15% of breast cancers (approximately 9,000 people each year). It is a highly aggressive cancer, with a median overall survival of 14.5 months and a 5-year survival rate of 11% (for metastatic TNBC, which accounts for 20% of cases) (Riggio, Varley, and Welm 2021). These tumors are poorly differentiated, express neither hormone receptors nor HER2, and respond neither to hormone therapy nor to targeted therapies. The predominant treatment for most TNBCs (especially for non-mutated BRCA1/2 patients) is chemotherapy (cisplatin, carboplatin, PARP inhibitors) (Bianchini et al. 2022), but responses are often short-lived. Consequently, the development of new therapeutic solutions, including immunotherapy, is a public health priority (Keenan and Tolaney 2020). Recent results from combination therapies with immunotherapy (IT) targeting immune checkpoint inhibitors (ICI) are promising. Pembrolizumab (anti-PD-L1), in combination with chemotherapy, is recommended as first-line treatment for locally recurrent, unresectable or metastatic TNBC in tumors expressing PD-L1 with a CPS ≥ 10 (Combined Positive Score). For patients with metastatic TNBC who have failed after two or more lines of systemic treatment (including at least one in the advanced stage), a treatment combining immunotherapy and chemotherapy has recently been approved: sacituzumab govitecan (conjugate of monoclonal antibody targeting Trop-2 protein and topoisomerase inhibitor) (Jabbarzadeh Kaboli et al. 2022). CD160 is a member of the immunoglobulin superfamily: its expression is restricted to certain leukocyte subtypes, such as natural killer cells (NK, NKT and ILC1) and gamma delta T cells (gdT). CD160 is described for its ambivalent functions of inhibiting and activating the immune system (Piotrowska et al. 2021). In NKs, CD160 promotes IFN-γ production and controls carbohydrate metabolism (Sun et al. 2022). Concerning T cells, contradictory results have been reported, either CD160 can behave as an activating receptor for CD8+ T cells (Tan et al. 2018), or it serves as an immune checkpoint (ICI, Immune Checkpoint Inhibitor) by binding to HVEM (Herpes Virus Entry Mediator, a member of the TNF receptor family). There are two main isoforms (CD160GPI and CD160TM) and a soluble form of CD160 (sCD160), derived from cleavage of CD160GPI by phospholipases or matrix metalloproteinases (MMPs) and displaying immunosuppressive action (Gauci et al. 2022). Our preliminary results show, for the first time, an expression of CD160TM, GPI and soluble in different breast cancers and in particular in CSTN. These results are based on the use of several murine monoclonal antibodies directed against the different isoforms of CD160 (CD160TM, CD160 GPI) or against the soluble form sCD160. These antibodies are currently the subject of patents for which the MEDYC unit, the INSERM U976 unit and the Godinot Institute are co-inventors (EP22305265.5 ANTI-CD160 TRANSMEMBRANE ISOFORM ANTIBODIES, Potteaux S, Devy J, Bensussan A et al, 9/03/2022 and EP22306800.8, MONOCLONAL ANTIBODIES TARGETING ALL CD160 FORMS, Potteaux S, Devy J, Bensussan A et al., 7/12/2022). We were also able to test their therapeutic efficacy in an orthotopic mouse model of CSTN cell line xenograft (BT-20 line) in vivo. These results provide proof of concept of the potential success of anti-CD160 immunotherapy in breast cancer. LRP-1 (Low density lipoprotein receptor-related protein 1) is a ubiquitous, multi-functional receptor, member of the LDL-receptor family, involved in endocytic purification and clearance of numerous extracellular matrix macromolecules, lipoproteins and proteinases. LRP-1 can be beneficial or deleterious, depending on the type of cancer and the stage of the disease. In TNBC, LRP-1 is highly expressed (Catasus et al. 2011) and can be regulated by hypoxia (Woodley et al. 2009; Xue et al. 2022). LRP-1 has recently been shown to control pro-tumor angiogenesis and promote migration of tumor cells expressing it (Berquand et al. 2019; Campion et al. 2021). From a mechanistic point of view, we show i) by membrane protein biotinylation experiments, that inhibition of LRP-1 (shRNA strategy) increases the amount of CD160 available at the tumor cell surface, ii) by immunoprecipitation experiments, that the LRP-1 receptor, interacts with the CD160 receptor. The link between LRP-1 and CD160 had never been demonstrated before. These data then suggest that LRP-1 expression by tumor cells, could control the efficacý of anti-CD160 therapy in CSTN. LRP-1 can repress the IFN-γ promoter and activate JAK/STAT-1 signaling via PAI-1.Our experiments revealed that acidity can affect HIF-1-mediated signal transduction. No study has yet investigated the involvement of the LRP-1 receptor in cellular metabolism. Consequently, we plan to investigate the role of LRP-1 as a modulator of the tumor microenvironment (acidosis), but also its role in the expression and regulation of IPC in breast cancer patients (TNBC). In addition, we also aim to modulate certain parameters of the tumor microenvironment (oxygenation, pH, lactate...) and study the consequences on the efficacy of anti-tumor immunotherapies. The results obtained could position the LRP-1 receptor as a new therapeutic target for improving anti-CPI strategies in triple-negative breast cancer.