Stéatopathie métabolique et carcinome hépatocellulaire : prédiction de la carcinogenèse à la réponse au traitement par profilage protéomique

Metabolic liver disease and hepatocellular carcinoma : prediction from carcinogenesis to treatment response through proteomic profiling

• Auteur / Autrice : Adèle Delamarre
• Direction : Victor de Ledinghen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie du cancer
• Date : Soutenance le 23/09/2024
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Talence, Gironde ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'oncologie de Bordeaux (2022-....)
• Jury : Président / Présidente : Valérie Paradis
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie-Clotilde Alves-Guerra, Jean-Marie Péron
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie-Clotilde Alves-Guerra, Jean-Marie Péron

Mots clés

Mots clés contrôlés

Protéomique

Immunothérapie

Pronostic (médecine)

Cancérogenèse

Maladie du foie gras non-alcoolique (NAFLD)

Carcinome hépatocellulaire

Mots clés libres

Carcinome hépatocellulaire

Stéatopathie métabolique

Carcinogenèse

Pronostic

Immunothérapie

Profilage protéomique

Hepatocellular carcinoma

Metabolic liver disease

Carcinogenesis

Prognosis

Immunotherapy

Proteomic profiling

Résumé

La stéatohépatite liée à une dysfonction métabolique (MASH) représente jusqu’à 35% des carcinomes hépatocellulaires (CHC) dans le monde et constitue la première cause de transplantation pour CHC aux États-Unis. Contrairement à d'autres étiologies, un tiers des CHC liés à la MASH se développent sur un foie non cirrhotique, échappant ainsi aux recommandations de dépistage réservées aux patients cirrhotiques, et conduisant à un diagnostic tardif et un pronostic défavorable. Le dépistage systématique est irréalisable en raison du nombre élevé de patients et il n'existe aucun marqueur prédictif de transformation tumorale. De plus, en cas de CHC avancé, les seules options disponibles sont les thérapies systémiques palliatives. Après des années de monothérapie par sorafénib, l'association atezolizumab/bevacizumab, combinant immunothérapie et antiangiogénique, est désormais recommandée en première ligne. Cependant, le taux de réponse reste limité à 30%, peu de patients accèdent à une deuxième ligne de traitement et il n'existe à ce jour aucun facteur prédictif de réponse. Le profilage protéomique tissulaire par spectrométrie de masse est une approche globale et sans a priori adaptée à ces problématiques complexes. Elle a permis à notre équipe d’identifier une signature prédictive de la non réponse à l’atezolizumab/bevacizumab associée à un shift métabolique.Au cours de ma thèse, mon premier but était d’identifier une signature protéomique prédictive du CHC sur foie MASH et d’étudier les voies de carcinogenèse mises en évidence. Le second but était de valider dans un modèle cellulaire 3D l’implication de la diminution du métabolisme oxydatif dans la résistance à l’atezolizumab/bevacizumab.Premièrement, nous avons mené une étude rétrospective sur biopsies hépatiques de 20 patients atteints de MASH : 11 patients ayant développé un CHC dans les 15 ans suivant leur biopsie initiale (groupe 1, avec une médiane entre la biopsie et le CHC de 7,70 ans) et 9 patients contrôles (groupe 2). Les patients étaient comparables sur les plans clinique et histologique. Nous avons obtenu une signature protéomique de prédiction du CHC de 330 protéines significativement dérégulées et permettant de séparer les deux groupes. Une cohorte de 13 nouveaux patients a permis de valider cette signature protéomique. Parmi ces 330 protéines, la prothymosine alpha (PTMA) était significativement surexprimée dans le groupe 1 avec le plus fort ratio entre les deux groupes. PTMA est surexprimée dans de nombreux cancers dont le CHC et impliquée dans des voies de prolifération cellulaire et de résistance à l’apoptose, ce qui en fait un candidat pertinent. La validation fonctionnelle de PTMA est en cours dans un modèle cellulaire de MASH.Deuxièmement, nous avons mis au point un modèle d’infiltration immunitaire au sein d’un sphéroïde de CHC puis mimé le shift métabolique des patients non répondeurs de façon pharmacologique par un inhibiteur de la chaine respiratoire mitochondriale. Nous avons montré une diminution de l’infiltrat immunitaire dans les sphéroïdes traités, ce qui peut participer à une moindre efficacité de l’immunothérapie chez ces patients.Notre signature protéomique apporte des résultats prometteurs sur la prédiction du CHC sur foie MASH, soulignant une possible implication précoce de la protéine PTMA. L’exploration du rôle de PTMA et des autres cibles identifiées pourra ouvrir des pistes de prévention du développement tumoral. Une validation externe de cette signature sur une plus large cohorte sera nécessaire avant un transfert à la clinique, dans le but d’optimiser le dépistage du CHC chez les patients atteints de MASH. La deuxième partie de cette thèse identifie un mécanisme de résistance du CHC à l’atezolizumab/bevacizumab. Cette approche pourra être étendue à l’ensemble des traitements de première ligne du CHC ouvrant ainsi la voie à une médecine personnalisée et à des pistes de recherche visant à améliorer l’efficacité des traitements.

Metabolic dysfunction-associated steatohepatitis (MASH) is responsible for up to 35% of hepatocellular carcinomas (HCC) worldwide and is the leading cause of liver transplantation for HCC in the United States. Unlike other etiologies, a third of MASH-driven HCC develop in non-cirrhotic livers, thereby escaping screening recommendations restricted to cirrhotic patients, and leading to late diagnosis and poor prognosis. Systematic screening is not feasible due to the high number of patients, and there is currently no predictive marker for HCC development. Moreover, in case of advanced HCC, the only available treatments are palliative systemic therapies. After years of monotherapy with sorafenib, the combination of atezolizumab and bevacizumab, which includes immunotherapy and anti-angiogenic treatment, is now recommended as first-line treatment. However, the response rate remains restricted to 30%, few patients have access to second-line treatment, and there are no predictive factors of response. Tissue proteomic profiling by mass spectrometry is a comprehensive and unbiased approach adapted to these complex issues. It enabled our team to identify a predictive signature of non-response to atezolizumab/bevacizumab associated with a metabolic shift.During my PhD, my first aim was to identify a proteomic signature of prediction of MASH-driven HCC and to study pathways involved in carcinogenesis. The second aim was to validate in a 3D cellular model the implication of decreased oxidative metabolism in resistance to atezolizumab/bevacizumab.Firstly, we conducted a retrospective study on liver biopsies from 20 MASH patients: 11 patients who developed HCC within 15 years following their initial biopsy (group 1, with a median time from biopsy to HCC of 7.70 years) and 9 control patients (group 2). The patients were similar in clinical and histological terms. We obtained a proteomic signature of HCC prediction consisting in 330 significantly deregulated proteins, which allowed differentiation between the two groups. This proteomic signature was validated in a cohort of 13 new patients. Among these 330 proteins, prothymosin alpha (PTMA) was significantly overexpressed in group 1, with the highest ratio between the two groups. PTMA is overexpressed in many cancers including HCC and is involved in cell proliferation and apoptosis resistance pathways, making it a relevant candidate. Functional validation of PTMA is ongoing in a cellular model of MASH.Secondly, we developed a model of immune infiltration within an HCC spheroid and mimicked the metabolic shift of non-responder patients with a pharmacological inhibitor of mitochondrial respiratory chain. We demonstrated a decrease in immune infiltration in treated spheroids, which may contribute to the reduced efficacy of immunotherapy in these patients.Our proteomic signature yields promising results for predicting MASH-driven HCC, highlighting a potential early involvement of PTMA. Investigating the role of PTMA and other identified targets could open research avenues for preventing tumor development. External validation of this signature in a larger cohort will be necessary before clinical application, in order to optimize HCC screening in MASH patients. The second part of this thesis identifies a mechanism of HCC resistance to atezolizumab/bevacizumab. This approach could be extended to all first-line treatments of HCC, paving the way for personalized medicine and future research to enhance treatment efficacy.