Cancer pancréatique

Our first objective is to decipher mitochondrial features in PDAC tumors, to correlate them with tumor growth and therapeutic resistance, and to develop preclinical assays targeting mitochondria. This approach will contribute to the development of novel targeted cancer therapies and prevention of patient relapses.

1-La grande variation du contenu stromal (compris entre 15 et 85%) entre les tumeurs pancréatiques mais aussi au niveau de différentes zones du tissu cancéreux au sein d’une même tumeur. La plupart des études n’ont pas tenu compte de cette variation et ont considéré la tumeur comme un mélange homogène de cellules cancéreuses et de stroma.

2-L’utilisation de pièces opératoires uniquement car elles seules permettaient l’obtention d’une quantité suffisante de matériel. Or, ceci conduit à une inclusion sélective des patients, uniquement 15 à 20% d’entre eux étant éligibles pour une chirurgie, ces patients présentant de surcroit les tumeurs les moins agressives.

1-Nous avons développé une bio-banque tumorale dite « respirante » sur le modèle in vivo de xénogreffe. Cette méthode nos permet l’obtention de manière efficace d’une quantité homogène et quasiment illimitée de cellules épithéliales cancéreuses. Les cellules du stroma représentent seulement 10 à 15% de la xénogreffe et sont distribuées de manière homogène. A partir des xénogreffes nous avons dérivé des cellules primaires utiles pour des études in vitro.

2-Le modèle murin de xénogreffe est certes incontournable, mais très chronophage car nécessite 6 mois à un an pour être établi. Ce lapse de temps est incompatible avec la pratique clinique car l’espérance de vie des patients atteints de cancer pancréatique est très courte. Pour contourner ce problème nous travaillons aussi à la mise au point de la culture d’organoïdes, structures reconstituant une organisation tumorale tridimensionnelle très proche de celle de la tumeur des patients. Grace à la culture de ces véritables mini tumeurs, des cellules issues de prélèvements de tumeurs de patients sont disponibles en culture in vitro en seulement trois ou quatre semaines. Cette banque peu être congelée puis décongelée à la demande, disposant ainsi d’une source illimitée de mini tumeurs utilisables pour différent types d’études cliniques ou précliniques. Cette bio-banque permet de cribler l'efficacité des chimiothérapies et/ou d'évaluer de nouvelles molécules anticancéreuses sur des tissus tumoraux ex-vivo reflétant la grande diversité observée chez les patients.

Grâce à ces stratégies, tous les patients atteints d’un adénocarcinome pancréatique peuvent être inclus dans nos études, 1- les patients présentant une tumeur métastatique ou localement avancée pour lesquels nous prélevons de petits échantillons de tumeur par échographie et aspiration à l’aiguille fine (EUS-FNA) et 2-les patients opérés. Un consortium a été créé pour la collecte et l’étude des échantillons tumoraux : celui-ci comprend des cliniciens, gastro-entérologues, oncologues et chirurgiens de l’hôpital Nord, de La Timone et de l’Institut Paoli Calmettes de Marseille ainsi que des biologistes et des bio-informaticiens du Centre de Recherche en Cancérologie de Marseille.

Comment aborder l’étude de la personnalisation des cancers pancréatiques de manière efficace ?

Le cancer pancréatique est une maladie systématiquement mortelle. Les chimiothérapies administrées pour combattre l’adénocarcinome pancréatique sont indiquées en fonction de l’état général des patients et du stade d’avancement de leur maladie, mais nullement en fonction de la biologie tumorale. A l’heure où la médecine personnalisée semble être l’évidence dans le traitement de la plupart des cancers, il devient urgent d’adapter le traitement aux sous-types d’adénocarcinome pancréatique et à leur sensibilité aux drogues disponibles. C'est dans ce contexte clinique et biologique que nous nous sommes posé la question suivante: serait-il possible de prédire l’évolution clinique et la chimio-sensibilité des tumeurs pancréatiques sur la base des leurs caractéristiques moléculaires? Pour répondre à cette question nous avons développé des études « omiques » et des techniques à haut débit appliquées aux bio-banques décrites plus haut. Nous avons en particulier développé des tests fonctionnels à l’aide d’études transcriptomiques et de la vidéo microscopie en time lapse, permettant de déterminer en seulement quelques semaines la sensibilité des tumeurs aux chimiothérapies existantes ou l'éventuelle utilité de nouveaux médicaments. Ainsi pour chaque patient, l'efficacité des molécules est évaluée sur des organoïdes dérivés directement de leurs tumeurs.

Cette stratégie a conduit à l’identification de plusieurs signatures moléculaires capables de prédire l’agressivité et la sensibilité à différents drogues chimiothérapeutiques. Les signatures moléculaires nous apportent une nouvelle vision des tumeurs au-delà des types histopathologiques, du grade et des paramètres classiques du stade. Elles présentent l’attrait de la nouveauté par rapport aux approches classiques et peuvent nous aider à adapter les traitements aux types de cellules cancéreuses qui forment la tumeur. Elles permettent la réalisation des tests biologiques extrêmement précis et sensibles qui peuvent être faits sur les tumeurs grâce à la détection d’un nombre réduit des molécules biologiques.

Nous pensons que la médecine personnalisée est la médecine de l’avenir. Cette stratégie thérapeutique repose sur l’identification du traitement le plus approprié pour chaque patient et pour ceci il est indispensable d’avoir des séries de marqueurs (signatures) capables d’indiquer au moment du diagnostique le meilleur traitement pour les patients atteins d’un cancer pancréatique.

La protéine PAP :
Nous avons pu démontrer que l’interaction de la PAP avec son récepteur active d’une part la voie Jak-STAT3-SOCS3 et inhibe d’autre part l’activation du facteur NFkB. Ces deux voies semblent être impliquées dans l’effet anti-inflammatoire de la PAP.

Nous savions que la PAP était une protéine sécrétoire et nous avons démontré l’existence d’un récepteur spécifique de cette protéine.

Ce récepteur pourrait être une nouvelle cible pour le traitement de certaines maladies inflammatoires. Nous sommes en train de le caractériser et nous tentons de le cloner.

La protéine VMP1 :
Nous avons pu démontrer que l’expression de VMP1 est « nécessaire et suffisante » pour déclencher le processus autophagique. La sur-expression de VMP1 induit la formation de vacuoles alors que l’utilisation d’un siRNA contre VMP1 empêche le recrutement de LC3 et la formation de vacuoles induites par la privation de nutriments ou le traitement à la rapamycine.

Ensuite, nous avons développé une souris transgénique dans laquelle une surexpression de VMP1 a été induite dans le pancréas et ainsi validé nos études in vitro.

Développement de petites molécules à effet anticancéreux :
En collaboration avec une équipe de chimistes du CNRS nous nous sommes intéressés au développement de nouveaux composés possédant une activité anti-tumorale dans le cancer du pancréas. Les chimistes ont synthétisé plusieurs centaines de molécules originales et nous les avons systématiquement criblées in vitro puis in vivo.

Parmi ces molécules, nous avons pu identifier deux composés, structuralement apparentés, dont l’activité est supérieure à celle de la gemcitabine in vitro et in vivo. Nos travaux se focalisent actuellement sur l’optimisation de la structure des molécules actives et sur la recherche de leur mécanisme d’action.
 

Parmi l'ensemble des MPTs nous avons choisi d'étudier celles dépendant de protéines appartenant à la famille de l'ubiquitine, dont l'ubiquitine elle-même. Ce sont des protéines de petite taille modifiant d'autres protéines en se liant à elles de façon covalente sur des résidus lysine. Ce type de MPT est connu depuis plusieurs décennies mais leur rôle dans le cancer en général et dans les mécanismes de résistance en particulier reste encore grandement inexploré. Nous pensons, et certaines données récentes le confirment, que des défauts de MPT par les membres de cette famille jouent un rôle important dans le développement tumoral et la résistance aux chimio et radiothérapies.

Signalisation aberrante et phénotype résistant

Nous tentons de comprendre le mode de fonctionnement de la cellule cancéreuse pancréatique devenue résistante aux traitements en focalisant plus particulièrement notre attention sur les altérations des voies de signalisations associées à ce phénomène. Pour cela, nous avons établi à partir de lignées cellulaires cancéreuses pancréatiques, des lignées résistantes à la gemcitabine ou à l’oxaloplatine. L’étude comparative  des cellules parentales sensibles et des cellules chimio-résistantes, doit permettre d'identifier les voies de signalisation altérées et jouant effectivement un rôle dans l’acquisition de la chimio-résistance. Nous utilisons différentes approches moléculaires afin i), de confirmer l’implication de certaines voies de signalisation dans l’acquisition de la chimio-résistance par les cellules tumorales pancréatiques et ii), de déterminer si la modulation de l’activité des voies d’intérêt peut permettre de rétablir leur sensibilité à la chimiothérapie.

Les altérations potentielles de l’expression et de la fonction d’un certain nombre de régulateurs du cycle cellulaire au cours de l’acquisition de la chimio-résistance font également l’objet de notre étude. En particulier l’intégrité et l’activité des voies de signalisation qui conduisent les cellules vers la mort cellulaire (apoptose, nécrose, autophagie) sont examinées et comparées dans les lignées cellulaires chimio-sensibles et résistantes. De même, nous étudions l’activité et le dysfonctionnement potentiel des molécules impliquées dans le contrôle de la progression des cellules dans les différentes phases du cycle cellulaires, telles que CHK1,2, CDC25, CDKs…., le but de ce travail étant d’éclaircir les mécanismes moléculaires qui permettent aux cellules chimio-résistantes d’échapper aux effets délétères des drogues de chimiothérapie, et ainsi d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques.

En parallèle, nous évaluons 1/ l’impact du lien CAFs/macrophages sur leur activité respective et leur influence dans le développement des cancers pancréatiques et leurs capacité de résistance aux thérapies conventionnelles (T. Bertran, Post-doctorant), 2/ le potentiel de PAP/REG3A en tant que biomarqueur prédictif de l’éligibilité à la chirurgie des patients atteints de cancer pancréatique (ERC-PoC) et 3/ l’impact du système nerveux dans le développement et l’évolution des cancers pancréatiques (S. Tubiana, Ingénieur, PAIR Pancreas).

Les cellules du stroma fournissent un microenvironnement qui est primordial pour la croissance des cellules cancéreuses, l’invasion et la progression métastatique. Les fibroblastes sont au centre de ces changements. Ils sont désignés comme fibroblastes « activés » ou myofibroblasts ou CAFs (Cancer-Associated Fibroblasts) et sont localisés à proximité des cellules tumorales. Ils sont capables de modifier le phénotype des cellules épithéliales par des contacts cellulaires directs, par des facteurs solubles ou par la modification de composants de la matrice extracellulaire.L’interaction entre les myofibroblastes et les cellules cancéreuses est essentielle pour la croissance de la tumeur et l’apparition de métastases et se traduit par un mauvais pronostic clinique.

La transition endothélio-mésenchymateuse (endothelial-mesenchymal transition ou EndMT) est un processus par lequel la couche de cellules endothéliales se désagrège, les cellules changent de forme et migrent envahissant le tissu adjacent. Elle est caractérisée par la perte de marqueurs cellulaires endothéliaux et l’expression de marqueurs cellulaires mésenchymateux et a été décrite au cours de l’embryogenèse et lors de la fibrose tissulaire.

Les cellules mésenchymateuses dérivées des cellules endothéliales fonctionnent comme des fibroblastes dans les tissus endommagés.

Nous nous intéressons aux récepteurs impliqués lors de l’angiogenèse et plus particulièrement à la famille des récepteurs Tie, Tie1 et Tie2 qui sont impliqués dans la maturation des vaisseaux sanguins.

Récemment, nous avons montré d’une part que l’absence du récepteur Tie1 dans les cellules endothéliales induit une EndMT dans ces cellules et d’autre part que l’EndMT est présente dans les tumeurs humaines et notamment les tumeurs du pancréas. L’EndMT peut ainsi participer au pool de fibroblastes associés au cancer. Ces nouveaux résultats suggèrent que les thérapies visant l’EndMT offrent de nouvelles perspectives dans le traitement des cancers.

Nos objectifs sont d’étudier les mécanismes impliqués au cours de l’EndMT et de déterminer l’impact du microenvironnement présent dans les tumeurs sur la transition endothélio-mésenchymateuse.

Le premier objectif de notre projet est donc d’identifier des signatures de glycoconjugués présentant une glycosylation anormale et des signatures de gènes impliqués dans la formation de ces glycoconjugués (glycogènes), à l’aide des données de transcriptomique des tumeurs pancréatiques corrélées avec les données cliniques et biologiques des patients. Ces signatures auront pour but de classifier et prédire le devenir des patients en terme de progression tumorale et diffusion métastatique. Dans le cadre d’une médecine de précision, l’identification de ces patients au travers de ces signatures devrait permettre la mise en place de protocoles thérapeutiques adaptés pour une meilleure prise en charge.

De plus, ces glycogènes pourraient être de nouvelles cibles potentiellement utilisables en diagnostic, pronostic et thérapie. Donc le 2ème objectif du projet est d’étudier le rôle de ces glycogènes dans les divers processus néoplasiques du PDAC tels que la prolifération tumorale, l’agressivité, la formation de métastases, la résistance aux traitements chimiothérapeutiques, etc. Leurs fonctions et leurs implications dans ces processus sont analysées par des techniques d’invalidation (si/shRNA, Crispr/Cas9) ou de surexpression de gènes, associées à différents tests fonctionnels in vitro et in vivo. Les voies de signalisation dérégulées dans la carcinogenèse pancréatique et impliquées dans l’expression de ces glyco-enzymes et la synthèse des structures glycanniques aberrantes sont aussi étudiés. Cela permettra d’identifier et caractériser les étapes clés impliquées dans les voies métaboliques des glycoconjugués anormaux, en tant que cibles thérapeutiques potentielles pour traiter le PDAC.

Le second processus requiert un enrichissement local de protéases capables de remodeler la matrice extracellulaire. Comme pour d’autres tumeurs solides, il peut être observé dans les ADKPs des structures situées au front de migration, appelées invadopodes. Ces derniers sont des structures membranaires qui permettent, lorsqu’elles sont matures, la sécrétion de différentes protéases à l’origine de la dégradation de la matrice extracellulaire environnante. Nos travaux récents montre qu’il existe un lien entre l’expression de la cadhérine-1 et la capacité des cellules tumorales à dégrader la matrice extracellulaire.

Nous avons pour objectif de comprendre les relations entre l’expression des cadhérines et l’agressivité des ADKP. Ces travaux sont articulés autour de deux axes :

1/ Nous essayons de définir une signature moléculaire « invadomique » prenant en compte le lien entre le niveau d’expression des cadhérines exprimées dans l’ADKP et l’agressivité de la tumeur. Cette approche est abordée par des analyses transcriptomiques et protéiques réalisées sur des échantillons de patients associés à des test d’invasivité in vitro. L’identification de cette signature moléculaire corrélée aux données cliniques du patient permettra de stratifier les patients, de prédire leur survie et/ou de mieux cibler le traitement

 2/ Nous déterminons comment les interactions physiques et fonctionnelles entre cadhérines participent à l’invasion tumorale. Pour ce faire nous combinons des expériences de biochimie, d’imagerie et de nombreux test fonctionnels (migration, adhérence,…). Cet axe permettra de mieux comprendre le rôle fonctionnel de chaque cadhérine, dans l’invasion tumorale. Il permettra de proposer des cibles de choix pour le développement d’une stratégie thérapeutique anti-invasive.

Les cellules pancréatiques cancéreuses modifient leur métabolisme pour survivre dans l’environnement tumoral. Notre groupe étudie les changements métaboliques qu’elles opèrent pour satisfaire leurs besoins en biomasse, énergie, co-facteurs pour leur survie, leur prolifération au site primaire et pour leur dissémination aux sites distants.

Du fait d’un microenvironnement dense, l’adénocarcinome pancréatique (PDAC) est faiblement vascularisé. Cette faible perfusion de la tumeur par les vaisseaux limite la diffusion en oxygène et en nutriments dans le tissu et engendre une pression de sélection cellulaire favorisant la survie et la prolifération des cellules malignes les plus agressives.

Nous avons établi la signature transcriptomique du PDAC aux stades pré-néoplasiques et de l’adénocarcinome et nous en avons déduit le profil métabolique de la tumeur à ces 2 stades. Nous avons mis en évidence que la reprogrammation métabolique des cellules tumorales évolue de manière dynamique au cours de la progression de la pathologie vers les stades agressifs : en effet, nous avons observé, au cours de la carcinogénèse pancréatique, une reprogrammation progressive des voies métaboliques des acides-aminés, des lipides et des carbohydrates reflétant la flexibilité métabolique de cette tumeur. Ainsi, le PDAC fait partie des tumeurs solides soumises à des changements métaboliques massifs qui font du ciblage métabolique de ce cancer une option thérapeutique prometteuse. Nous avons observé qu’en fonction du stade de la tumeur, des disponibilités en oxygène et en nutriments au sein du microenvironnement tumoral, les cellules cancéreuses pancréatiques modifient, en combinaison, plusieurs voies métaboliques qui leur permettent de tolérer les conditions micro-environnementales propres au PDAC (F. Guillaumond et al. Proc Natl Acad Sci U S A 2013; F. Guillaumond et al. Proc Natl Acad Sci U S A 2015, O. Olivares et al. Nature communications 2017)

Au delà de cette adaptation métabolique “in situ”, une fois que les cellules du PDAC ont établi des métastases aux organes distants, elles doivent s’adapter à un nouvel environnement tissulaire afin de combler leur besoins métaboliques requis pour leur expansion dans le site métastatique.  Environ 80% des patients souffrant d’un PDAC ont une tumeur non opérable et de fait ne sont pas éligibles pour la chirurgie, nos recherches actuelles visent à identifier des cibles métaboliques pour limiter l’agressivité des cellules tumorales pancréatiques et la formation de métastases.

Grâce à l’utilisation de modèles murins génétiquement modifiés pour développer des PDAC spontanés, nous avons récemment identifié que la signature métabolique des métastases hépatiques est différentes de celle observée pour les tumeurs primaires. Forts de ces données, nous explorons actuellement les conditions environnementales des 2 sites, les évènements génétiques et les voies de signalisations qui conduisent à la reprogrammation métabolique des cellules métastatiques hépatiques.

La voie d’entrée des LDL, via le récepteur LDLR, et leur dégradation lysosomale permettent d’assouvir les besoins excessifs du PDAC en cholestérol. De plus, nous avons montré que le ciblage du LDLR en association avec la chimiothérapie diminue la charge tumorale et améliore l'efficacité des chimiothérapies couramment utilisées en clinique. En outre, au niveau clinique, l'expression du LDLR est corrélée à un risque accru de récidive tumorale et les altérations lipidiques ne se limitent pas au catabolisme des lipoprotéines au stade PDAC (F. Guillaumond et al., Proc Natl Acad Sci USA 2015) (Figure 3). Actuellement, nos projets sont centrés sur la recherche de voies métaboliques lipidiques dont les altérations conduisent à des modifications significatives du contenu lipidique du PDAC ceci afin d’élargir le nombre de cibles utilisables pour lutter contre la dépendance lipidique du PDAC ou pour améliorer son diagnostic.