Biomarqueurs prédictifs de la réponse au traitement chez des patients atteints d’un carcinome épidermoïde avancé de l’oropharynx

Biomarkers predictive of treatment response in patients with advanced squamous cell carcinoma of the oropharynx

• Auteur / Autrice : Pierre Philouze
• Direction : Claire Rodriguez-Lafrasse, Philippe Céruse
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie et Biologie moléculaire
• Date : Soutenance le 30/06/2022
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Interdisciplinaire Sciences-Santé (Villeurbanne ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Physique des 2 Infinis de Lyon
• Jury : Président / Présidente : Joël Guigay
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claire Rodriguez-Lafrasse, Philippe Céruse, Florence Huguet, Céline Didelot, Jonathan Lopez, Nicolas Saroul, Sylvie Sauvaigo
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Florence Huguet, Céline Didelot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Marqueurs biologiques

Cellules tumorales circulantes

Cancer -- Diagnostic

Partie orale du pharynx

Mots clés libres

Oropharynx

Biomarqueurs

Carcinome épidermoïde

NRF2

Cellules tumorales circulantes

H2AX

CD44

HNSCC

Oropharynx

H2AX

Biomarker

HNSCC

NRF2

Circulating tumor cell

Résumé

Les carcinomes épidermoïdes de la tête et du cou (HNSCC) sont des cancers de mauvais pronostic, le plus souvent diagnostiqués à un stade avancé, présentant souvent des récidives locorégionales, une extension métastatique, et un taux de survie à 5 ans des patients qui n’excède pas 40 %. En dehors du statut HPV, il n’existe pas pour les HNSCC au stade curatif, de biomarqueurs de diagnostic précoce, de pronostic, et de choix/suivi thérapeutique, adaptés aux caractéristiques de la tumeur. L’objectif de ce travail était d’identifier des biomarqueurs de la réparation des lésions de l’ADN et de la réponse au stress oxydant, pouvant prédire la réponse à la radiothérapie et/ou la chimiothérapie de patients atteints d’un carcinome épidermoïde de l’oropharynx. Dans le cadre de l’étude clinique ChemRad (NCT02714920), nous nous sommes focalisés sur la détection et la réparation des cassures double brin via l’étude des foci ƴH2AX, la phosphorylation de ATM, et l’expression du marqueur de cellule souche CD44 sur des biopsies tumorales cultivées et irradiées ex vivo. Une surexpression de ƴH2AX, pATM et de CD44 chez les patients non-répondeurs au traitement a été associée à un mauvais pronostic à l’état basal. De plus, le ratio de l’expression de ces trois marqueurs à 24h après irradiation à 4 Gy versus 0 Gy était également prédictif d’une mauvaise réponse au traitement. Enfin la combinaison de ces 3 marqueurs augmentait le potentiel prédictif de la réponse au traitement. Par ailleurs, l’analyse morphologique et phénotypique des cellules tumorales circulantes (CTCs) sur biopsie liquide a permis de mettre en évidence une corrélation entre l’augmentation du nombre de CTCs entre deux cures de chimiothérapie et une diminution de la survie globale. Sur une deuxième cohorte de patients, l’expression de NRF2, facteur de transcription impliqué dans la réponse au stress oxydant, a été analysée ainsi que celle de la peroxiredoxine 6, une protéine régulée par NRF2. Une analyse immunohistochimique sur tissu micro-array (TMA) a montré qu’une expression élevée de NRF2 et de la peroxiredoxine 6 était un facteur de mauvais pronostic sur les survies globale et sans progression. L’association de ces 2 biomarqueurs renforçait la significativité des résultats. A l’issue de ce travail, nous proposons une combinaison de biomarqueurs prédictifs de la réponse à la radio(chimio)thérapie. L’analyse de ces biomarqueurs est réalisée sur biopsie solide, avant tout traitement et leur combinaison renforce le caractère prédictif de la réponse. Dans la suite du parcours du patient, en plus d’un suivi clinique et radiologique, nous montrons qu’une surveillance par biopsie liquide avec identification et quantification des CTCs pourrait être proposée. Ces biomarqueurs doivent maintenant être validés sur des cohortes plus importantes de patients afin de proposer des traitements personnalisés, à partir de leur analyse sur biopsies tumorales initiales, et afin d’améliorer le suivi en identifiant les récidives précoces sur biopsies liquides.

Head and neck squamous cell carcinomas (HNSCC) are cancers with a poor prognosis, most often diagnosed at an advanced stage, often with locoregional recurrence, metastatic extension and a 5-year survival rate of patients that does not exceed 40%. Apart from HPV status, there are no biomarkers for early diagnosis, prognosis, and therapeutic choice/follow-up of HNSCC at the curative stage adapted to the characteristics of the tumor. The objective of this work was to identify biomarkers of DNA damage repair and oxidative stress response that could predict the response to radiotherapy and/or chemotherapy in patients with oropharyngeal squamous cell carcinoma. In the ChemRad clinical trial (NCT02714920), we focused on the detection and repair of double-strand breaks through the study of ƴH2AX foci, ATM phosphorylation, and expression of the CD44 stem cell marker in cultured and ex vivo irradiated tumor biopsies. Overexpression of ƴH2AX, pATM, and CD44 in non- responder patients was associated with poor prognosis at the basal state. Moreover, the ratio of the expression of these three markers at 24h after irradiation at 4 Gy versus 0 Gy was also predictive of a poor response to treatment. Finally, the combination of these three markers increased the ability to predict treatment response. Morphological and phenotypic analyses of circulating tumor cells (CTCs) on liquid biopsy showed a correlation between an increase in the number of CTCs between two courses of chemotherapy and a decrease in overall survival. In a second cohort of patients, the expression of NRF2, a transcription factor involved in the response to oxidative stress, was analyzed as well as the expression of peroxiredoxin 6, a protein regulated by NRF2. Immunohistochemical analysis on tissue microarray (TMA) showed that high expression of NRF2 and peroxiredoxin 6 was an unfavorable prognostic factor for overall and progression-free survival. The association of these 2 biomarkers reinforced the significance of the results. In our work, we propose a combination of biomarkers predictive of response to radio(chemo)therapy. The analysis of these biomarkers is carried out on tumor biopsy, before any treatment and their combination reinforces the predictive character of the response. In addition to clinical and radiological follow-up, we show that the monitoring by liquid biopsy with identification and quantification of CTCs could be proposed. The results presented in this work must be validated on larger cohorts of patients in order to propose personalized treatments after biomarkers analysis on tumor biopsies and to improve follow-up by identifying early recurrences thanks to liquid biopsies.