Résistance aux traitements dans les gliomes : Des mécanismes de résistance à la chimiothérapie par CCNU à la description du microenvironnement immunitaire des gliomes

Tackling treatment resistance in gliomas - From resistance to CCNU chemotherapy to deciphering glioma immune microenvironment

• Auteur / Autrice : Lisa Salhi
• Direction : Philippe Le rouzic, Mehdi Touat
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie moléculaire et cellulaire
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 17/12/2025
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : Physiologie, physiopathologie et thérapeutique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Recherche Saint-Antoine
• Jury : Président / Présidente : Alexandre Escargueil
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Le rouzic, Emeline Tabouret, Marie-Anne Debily, Mehdi Touat, Jérôme Cros
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Emeline Tabouret, Marie-Anne Debily

Mots clés

Mots clés libres

Glioblastome

Résistance à chimiothérapie

CCNU (lomustine)

Témozolomide

Réparation de l'ADN

Microenvironnement immunitaire

Glioblastoma

Chemotherapy resistance

CCNU (lomustine)

Temozolomide

DNA repair

Immune microenvironment

Résumé

Les gliomes diffus de l'adulte sont les tumeurs cérébrales primitives malignes les plus fréquentes et s'associent à une importante morbidité et mortalité. Les glioblastomes (GBMs) sont associés à un pronostic sombre et récidivent presque systématiquement malgré la résection, la radiothérapie et la chimiothérapie à base d'agents alkylants. Le temozolomide (TMZ) est utilisé en première ligne et méthyle différentes positions de l'ADN, formant notamment les adduits N3‑méthyladénine (N3meA), N7‑méthylguanine (N7meG) et O6‑méthylguanine (O6meG). Bien que l'O6meG soit la lésion la moins fréquente, elle est la plus cytotoxique. Sa réparation repose sur MGMT, enzyme suicide qui répare le groupe méthyle sur O6‑guanine avant d'être dégradée par le protéasome. En l'absence de MGMT, une déficience du système de réparation des mésappariements (MMR) conduit à une résistance au TMZ et à un phénotype hypermuté. Le CCNU est utilisé en seconde ligne dans les GBM ou en première ligne dans d'autres gliomes diffus et chloroéthyle O6‑guanine. Si les mécanismes de résistance au TMZ sont bien décrits, ceux du CCNU restent peu connus. MGMT peut également retirer cet adduit, constituant un mécanisme de résistance potentiel dont l'importance reste discutée. Si l'adduit persiste, un lien covalent entre les deux brins d'ADN se forme, appelé pont interbrin (ICL). Les ICL sont cytotoxiques car ils bloquent réplication et transcription. Une réparation efficace des ICL pourrait conférer une meilleure résistance au CCNU. Pour mieux comprendre la résistance au CCNU et son lien avec le TMZ, nous avons développé deux jeux de modèles isogéniques doubles (MMR+/− et MGMT+/− ou knock-down) à partir de lignées cellulaires dérivées de patients atteints de GBM (PDCLs). Ces modèles montrent que MGMT induit une résistance partielle au CCNU, indépendamment du MMR, contrairement au TMZ. Nous avons observé que le CCNU active la voie de réparation des ICL via la mono-ubiquitination de FANCD2 uniquement lorsque MGMT est déplétée, indépendamment du MMR. Des données préliminaires suggèrent que le CCNU bloque la réplication de l'ADN lorsque MGMT n'est pas exprimée. La combinaison CCNU avec un inhibiteur d'ATR (ATRi) n'a pas amélioré la cytotoxicité par rapport au CCNU seul, indépendamment du statut MMR ou de la séquence d'administration. Les mécanismes d'action d'un nouvel agent alkylant similaire, KL‑50, sont également en cours d'investigation. Un autre facteur contribuant au mauvais pronostic des GBM est leur microenvironnement immunosuppresseur, qui pourrait participer aux échecs de l'immunothérapie. Nous avons observé dans de rares gliomes une forte infiltration lymphocytaire, alors que la majorité est immunologiquement « froide ». Une meilleure compréhension de ces échantillons rares et une caractérisation systématique de l'hétérogénéité immunitaire des gliomes pourraient révéler de nouveaux biomarqueurs pour développer des stratégies d'immunothérapie personnalisée. À partir d'une cohorte de plus de 300 gliomes, nous avons analysé l'infiltration des lymphocytes T et classé les tumeurs en clusters immunitaires transcriptomiques reflétant le sous-type de gliome et le paysage mutationnel. Trois sous-groupes présentent différents niveaux d'infiltration T, et cinq sous-groupes distincts sur le plan transcriptomique (composition cellulaire et réponses immunitaires distinctes). Grâce à l'apprentissage automatique appliqué aux lames entières marquées au CD3, nous avons reclassé les tumeurs en cinq nouveaux clusters avec une meilleure capacité prédictive de la survie globale. Nos résultats suggèrent que l'état fonctionnel et l'organisation spatiale des lymphocytes T sont aussi importants que leur proportion. En résumé, ces deux projets visent à mieux comprendre les mécanismes de résistance à la chimiothérapie et la composition des cellules immunitaires tumorales, afin d'améliorer la prédiction de la réponse aux chimiothérapies et potentiellement aux immunothérapies.

Diffuse gliomas are the most severe and frequent primary brain tumors in adults, associated with significant morbidity and mortality. Glioblastomas (GBMs), the most aggressive with the shortest survival, virtually always recur. Current treatments rely on maximal safe resection followed by radiotherapy and chemotherapy with alkylating agents. Temozolomide (TMZ) is used as first-line treatment and methylates several DNA positions, forming N3meA, N7meG, and O6meG. Although O6meG is the least frequent, it is the most cytotoxic. Its primary repair mechanism is MGMT, a suicide enzyme that directly removes the methyl adduct on O6-guanine before proteasomal degradation. In the absence of MGMT, mismatch repair (MMR) deficiency leads to TMZ resistance and a hypermutated phenotype. CCNU is often used as a second-line treatment for GBMs and chloroethylates O6-guanine. While TMZ resistance mechanisms are well described, those for CCNU are poorly known. MGMT can remove the chloroethyl adduct, representing a potential resistance mechanism, though its importance remains debated. If the adduct persists, a covalent bond between DNA strands forms, called an interstrand crosslink (ICL), which is highly cytotoxic as it blocks replication and transcription. Efficient ICL repair could thus confer CCNU resistance. To better understand CCNU resistance and its link to TMZ resistance, we developed two sets of double isogenic models (MMR+/− and MGMT+/− or knock-down) from GBM patient-derived cell lines (PDCLs). These models show that MGMT induces partial CCNU resistance independently of MMR, unlike TMZ. We also observed that CCNU activates the ICL repair pathway via FANCD2 mono-ubiquitination only when MGMT is depleted, independently of MMR. Preliminary data suggest that CCNU blocks DNA replication in the absence of MGMT. Combining CCNU with an ATR inhibitor, despite ATR's role in ICL repair, did not increase cytotoxicity compared to CCNU alone, regardless of MMR status or treatment sequence. Mechanisms of action of a novel CCNU-like crosslinking drug, KL-50, are under investigation. Another factor in GBM poor prognosis is the immunosuppressive microenvironment, which may contribute to limited immunotherapy success. While most gliomas are considered immunologically “cold,” a small subset exhibits marked lymphocytic infiltration. Understanding these highly infiltrated gliomas and systematically characterizing immune heterogeneity across glioma subtypes could uncover biomarkers and support personalized immunotherapy. In a cohort of over 300 gliomas, we analyzed T-cell infiltration and classified tumors into transcriptomic immune clusters reflecting glioma subtype and mutational landscape. Three subgroups showed varying T-cell infiltration, and five transcriptomic subtypes had distinct immune cell compositions and response profiles. Applying machine learning to CD3-stained whole-slide images, we reclassified tumors into five new clusters with improved predictive power for overall survival. Preliminary results suggest that T-cell functional state and spatial organization may be as critical as infiltration extent in shaping the immune landscape and clinical outcomes. Together, these projects aim to better understand chemotherapy resistance and immune cell composition in gliomas to improve prediction of response to chemotherapy and potentially immunotherapy.