Identification et caractérisation des cellules luminales progénitrices dans le cancer de la prostate chez l'homme

Identification and characterization of luminal progenitor cells in prostate cancer in men

• Auteur / Autrice : Charles Dariane
• Direction : Jacques-Emmanuel Guidotti
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et moléculaire
• Date : Soutenance le 10/07/2023
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale BioScience Paris Cité (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Necker Enfants-Malades (Paris ; 2014-....)
• Jury : Président / Présidente : Dany Anglicheau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Morgan Rouprêt, Gilles Laverny
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gaëlle Fromont-Hankard, Clémentine Le Magnen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tumeurs prostatiques résistantes à la castration

Biobanques

Transcriptome

Organoïdes

Plasticité cellulaire

Cellules souches

Kératines

Marqueurs biologiques

Métastases

Prostate -- Cancer

Mots clés libres

Cancer de la prostate

Métastases

Biomarqueurs

Résistance à la castration

Cyto-kératines

Cellules progénitrices

Plasticité cellulaire

Organoïdes

Transcriptomique spatiale

Biobanque

Prostate cancer

Metastases

Biomarkers

Resistance to castration

Cyto-keratins

Progenitor cells

Cellular plasticity

Organoids

Spatial transcriptomics

Biobank

Résumé

Introduction : Le cancer de la prostate (CaP) est le cancer le plus fréquent chez l'homme vieillissant et correspond à une prolifération de cellules luminales. Malgré une évolution indolente et des traitements curatifs, 10-15% des patients avec CaP initialement localisé vont récidiver et développer des métastases. Le traitement repose alors sur l'hormonothérapie de suppression androgénique (SAd), avec une évolution inéluctable vers la résistance à la castration (CPRC) responsable du décès. L'absence de connaissances exhaustives sur les mécanismes moléculaires et cellulaires de la résistance ont empêché jusqu'ici d'établir des biomarqueurs pronostiques et prédictifs fiables. Toutefois, récemment, la mise en évidence de cellules luminale progénitrices (LSCᵐᵉᵈ), capables d'initier le développement tumoral en présence ou absence d'androgènes, dans un modèle murin développant des CPRCs, a permis de reproduire la progression tumorale observée chez les patients sous SAd. Durant ma thèse, il a été montré qu'un contingent cellulaire augmente dans les CPRCs, potentiellement par avantage sélectif et/ou par processus de plasticité cellulaire permettant aux cellules luminales tumorales d'adopter un phénotype de type LSCᵐᵉᵈ. Les cellules présentant un fort enrichissement dans la signature transcriptomique LSCᵐᵉᵈ ont été identifiées dans des échantillons prostatiques humains sains et tumoraux suggérant une translation possible chez l'homme de l'hypothèse cellulaire, et faisant intervenir potentiellement des processus de transition épithélio-mésenchymateuse. L'objectif de la thèse a été d'identifier la localisation et le devenir des LSCᵐᵉᵈ dans des échantillons humains prostatiques bénins et tumoraux, avant et après SAd, à l'aide du développement de biomarqueurs, de la mise en place de la transcriptomique spatiale et grâce au développement de modèles d'étude en 3D des tumeurs épithéliales prostatiques humaines. Résultats : Une analyse par immuno-fluorescence de plusieurs biomarqueurs des LSCᵐᵉᵈ a été réalisée sur un TMA (Tissue Micro-Array) comprenant des échantillons de prostatectomies radicales de 285 patients avec CaP localisé, opérés au CHU de Montréal. L'expression protéique de la kératine 7 (KRT7) et de GPRC5a n'a pas été retrouvée dans les glandes tumorales (en dehors d'un marquage nucléaire de GPRC5a sur les cellules luminales tumorales). L'expression de KRT7 co-localisait avec l'expression de marqueurs des cellules basales des glandes bénignes adjacentes à la tumeur. L'analyse de l'intensité de fluorescence montre que l'expression forte de KRT7 ou GPRC5a est associée à la récidive métastatique à distance de la prostatectomie. Ces résultats sont retrouvés sur une 2nde cohorte multi-centrique pan-canadienne, malgré des intensités de fluorescence plus faible et une puissance statistique moindre. Les patients identifiés comme fort-expresseurs co-exprimaient souvent les 2 protéines dans les mêmes cellules épithéliales bénignes présentant un aspect d'hyperplasie cellulaire. Nos analyses sur la lignée cellulaire humaine tumorale prostatique HPV10 (cellules présentant un très fort enrichissement de la signature LSCᵐᵉᵈ) ont confirmé la présence des 2 marqueurs sur ces cellules en culture 2D et 3D (sphéroïdes), nous incitant à proposer que les cellules fortement positives pour KRT7/GPRC5a chez l'homme correspondaient bien aux LSCᵐᵉᵈ identifiées chez la souris. Discussion : L'expression de KRT7 en zone bénigne apparaît ainsi comme un biomarqueur prometteur. Afin de confirmer que les cellules KRT7+/GPRC5a+ fortement positives sont des cellules de type LSCᵐᵉᵈ et d'étudier finement leur biologie et leur résistance aux traitements, nous développons les stratégies de transcriptomique spatiale sur coupe de tissu tumoral de patient et la culture d'organoïdes issus de tumeur. Pour cela, en mobilisant les services d'urologie/pathologie de l'HEGP, nous avons mis en place la collecte d'échantillons permettant d'établir une biobanque de tissu frais/fixé.

Introduction : Prostate cancer (PCa) is the most frequent cancer in aging men and corresponds to a proliferation of luminal cells. Despite an indolent course and curative treatments, 10-15% of patients with localized PCa at the diagnosis will recur and develop metastasis. At this stage, the treatment relies on androgen deprivation therapy (ADT), with however an inevitable evolution of CaP towards resistance to castration (CRPC), responsible for death. The lack of comprehensive knowledge of the molecular and cellular mechanisms of resistance has so far prevented the establishment of reliable prognostic and predictive biomarkers. However, recently, the demonstration and identification of luminal progenitor cells (LSCᵐᵉᵈ), capable of initiating tumor development in the presence of absence of androgens, in a mouse model developing CRPCs, has made it possible to reproduce the tumor progression observed in patients under ADT. During my thesis, it was shown that a cellular contingent increases in CRPCs, potentially by selective advantage and/or by a process of cellular plasticity allowing tumor luminal cells to adopt an LSCᵐᵉᵈ-like phenotype. Cells presenting a strong enrichment in the LSCᵐᵉᵈ transcriptomic signature have been identified in healthy and tumor human prostate samples, suggesting a possible translation in humans of the cellular hypothesis, and potentially involving epithelial-mesenchymal transition processes. The objective of the thesis was to identify the localization and fate of LSCᵐᵉᵈ in benign and tumoral human prostate samples, before and after ADT, using the development of biomarkers, the implementation of spatial transcriptomics and through the development of 3D study models of human prostate epithelial tumors. Results : An immuno-fluorescence analysis of several LSCᵐᵉᵈ biomarkers was performed on a TMA (Tissue Micro-Array) including radical prostatectomy samples from 285 patients with localized PCa, operated at the Montreal University Hospital. Protein expression of keratin 7 (KRT7) and GPRC5a was not found in tumor glands (apart from nuclear labeling of GPRC5a on tumor luminal cells). KRT7 expression co-localized with basal cell marker expression of benign tumor-adjacent glands. Analysis of the fluorescence intensity of these stains show that strong expression of KRT7 and GPRC5a is associated with metastatic recurrence years after radical prostatectomy. These results are confirmed on a second pan-Canadian multi-center cohort, despite lower fluorescence intensities and lower statistical power. Patients identified as strong-expressors often co-expressed the 2 proteins in the same benign epithelial cells showing an appearance of cellular hyperplasia. Our analyzes on the human prostate tumor cell line HPV10 (cells presenting a very strong enrichment of the LSCᵐᵉᵈ signature) confirmed the presence of the 2 markers on these cells in 2D and 3D culture (spheroids), prompting us to propose that the strongly positive cells for KRT7/GPRC5a in humans corresponded well to the LSCᵐᵉᵈ identified in mice. Discussion : The KRT7 expression in benign areas thus appears as a promising biomarker. In order to confirm that the strongly positive KRT7+/GPRC5a+ cells are LSCᵐᵉᵈ-like cells and to finely study their biology and their resistance to treatments, we are developing spatial transcriptomic strategies on sections of patient tumor tissue and the culture of tumor-derived organoids. For this, by mobilizing the urology and pathology departments of the European Georges-Pompidou hospital, we have set up the collection of human prostatic samples to establish a biobank of fixed and fresh tissue.