Caractérisation moléculaire des carcinomes des canaux salivaires et de leur microenvironnement

par Mélissa Alame

Projet de thèse en Biologie Santé

Sous la direction de Emmanuel Cornillot et de Valere Cacheux.

Thèses en préparation à Montpellier , dans le cadre de Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé , en partenariat avec IRCM - Institut de Recherche en Cancérologie de Montpellier (laboratoire) et de Bioinformatique et biologie des systèmes du cancer. (equipe de recherche) depuis le 01-12-2016 .


  • Résumé

    Contexte et état de l'art L'importance du microenvironnement tumoral (tumor microenvironment, TME) dans le développement des tumeurs est désormais largement reconnue (Balkwill et al, 2012 ; Hanahan & Coussens, 2012). Le TME est l'environnement cellulaire dans lequel se trouve la tumeur. Il contribue notamment à la croissance de la tumeur, à l'échappement à l'immuno-surveillance et à l'émergence de phénomènes de résistance thérapeutique. De plus, le TME revêt aussi une composition dont la distribution spatiale peut varier avec des implications analogues sur la variabilité de la réponse thérapeutique (Junttila & de Sauvage, 2013). Différentes stratégies ont été développées qui exploitent le TME afin d'éradiquer la tumeur, à commencer par les agents anti-angiogéniques (Maj et al, 2016). Plus récemment, les thérapies ciblant les freins du système immunitaire présent dans le TME ont démontré leur extraordinaire potentiel (Joyce & Fearon, 2015 ; Sharma & Allison, 2015). Nous avons établi une collaboration entre les services d'anatomopathologie de 3 CHU et l'équipe de bioinformatique et biologie des systèmes de l'ICM-IRCM afin d'entreprendre une première étude qui caractérisera le TME et l'hétérogénéité spatiale dans les carcinomes des canaux salivaires (Salivary Duct Carcinoma, SDC). Ce travail viendra ainsi compléter les études génomiques des SDC en cours d'émergence (Luk et al, 2016 ; Wang et al, 2016 ; Dalin et al, 2016). Ce projet nous permettra aussi de rechercher des biomarqueurs de la réponse au traitement et des cibles potentielles pour les SDCs n'exprimant pas le récepteur aux androgènes (AR-) pour lesquels aucune thérapie ciblée n'est encore proposée. Nous avons accès à 46 SDCs ce qui constitue une cohorte conséquente pour cette tumeur. Les carcinomes des canaux salivaires (SDC) sont des cancers rares, extrêmement agressifs, résistants à la chimiothérapie et de très mauvais pronostic. Les SDCs comptent parmi les cancers de la tête et du cou les plus sévères et pour 2% des tumeurs primaires épithéliales salivaires. Il est typiquement retrouvé au-delà de 50 ans avec un ratio homme-femme de 4:1. Il survient plus fréquemment dans la parotide, cependant des cas dans la glande sous-mandibulaire ont été observés. Au diagnostic, ils peuvent être associés à des métastases des ganglions lymphatiques et une paralysie faciale liée à une infiltration du nerf facial. Le traitement standard est une résection de la tumeur associée ou non à une radiothérapie adjuvante. Néanmoins, les récurrences de la tumeur localisée et des métastases à distance sont fréquentes et répondent alors peu à la chimiothérapie. Plus de 60% des patients décèdent dans les 5 ans qui suivent le diagnostic initial même si les traitements par privation androgénique ont montré leur intérêt pour les tumeurs exprimant le récepteur aux androgènes (AR+). La bibliographie relative à la caractérisation moléculaire des SDC est restreinte, elle se limite essentiellement à identifier les altérations génomiques récurrentes (Luk et al, 2016 ; Wang et al, 2016). Une étude va plus loin en incluant le profilage du transcriptome et la détermination de cibles thérapeutiques potentielles (Dalin et al, 2016). Ces trois études fondamentales publiées cette année ont ainsi commencé à dresser un premier portrait des altérations génétiques les plus fréquentes des SDCs. L'objectif de la thèse sera d'étudier la composition du microenvironnement tumoral (TME), son hétérogénéité spatiale et l'hétérogénéité spatiale des clones cancéreux. Objectifs Objectif 1 : Caractérisation des altérations génétiques et des transcriptomes de 10 SDCs, choisis pour la qualité de leurs ARN et ADN, en distinguant deux régions par microdissection : prolifération carcinomateuse et stroma. Nous réaliserons le séquençage de 100 gènes choisis (targeted exome sequencing, TES) et du transcriptome (RNA-seq). Le choix des 100 gènes séquencés se fera selon les mutations décrites dans les publications existantes sur le SDC et le carcinome des canaux mammaires. Objectif 2 : Caractérisation du TME. Nous allons exploiter l'expression de gènes spécifiques au sein des transcriptomes (voir Méthodes ci-dessous) afin de déterminer la composition du TME locale de chaque tumeur ainsi que les voies de communications cellule-cellule activées (p.ex. Notch, CTL4 ou PD1). Nous décrirons la variation du TME au sein d'une même tumeur et d'une tumeur à l'autre. Les données de séquençage des SDCs publiées cette année seront intégrées à l'étude. Objectif 3 : Recherche de biomarqueurs. Sur la base des comparaisons entre échantillons groupés selon (1) la survie des patients, (2) la réponse thérapeutique ou (3) le statut AR (+/-), nous allons rechercher des variations significatives du TME, du génome et du transcriptome.

  • Titre traduit

    Molecular caracterization of salivary gland carcinomas and their microenvironment


  • Résumé

    The relevancy of tumor microenvironment (TME) in the development of cancers is now well established (Balkwill et al, 2012; Hanahan & Coussens, 2012). The TME is the cellular and matrix environment of the tumor. It contributes to the growth of the tumor, the immune-escape and the emergence of drug resistance. Furthermore, the composition and spatial distribution of the TME can vary and influence cell response to therapies (Junttila & de Sauvage, 2013). Several therapies taking advantage of the TME have been developed starting with anti-angiogenic agents (Maj et al, 2016). More recently, anti-checkpoint therapies targeting the immune system present in the TME prove great interest (Joyce & Fearon, 2015; Sharma & Allison, 2015). A collaboration between anatomical pathology departments of 3 hospital and the IRCM-ICM team Bioinformatic and system Biology of cancer was set up to study of the TME and spatial heterogeneity in Salivary Duct Carcinoma (SDC). This work will come after recent genomic studies of SDC (Luk et al, 2016; Wang et al, 2016; Dalin et al, 2016). The project will help us to define biomarkers for the response to treatments and potential new targets against SDC that does not express androgen hormone receptors (AR-) for which no specific therapies are available. We have access to 46 SDC which is a large cohort for such tumors. Salivary Duct Carcinoma are rare cancers which are extremely aggressive, resistant to chemotherapies and associated with bad prognostic. SDC are among the most severe head and neck cancers and account for 2% of the primary epithelial salivary cells tumors. It is typically found in over 50 years old patients with a 4:1 man-women ratio. It appears more frequently in the parotid, but some cases were also observed in the submandibular gland. Diagnostic can be associated with metastasis in the lymph nodes and facial paralysis linked to infiltration of the facial nerve. Standard treatment consist in tumor resection in combination or not with radiation. Nevertheless recurrence of the tumor and distant metastasis are frequent and they have low response to chemotherapies. More than 60% of the patients are dying in the 5 following years after initial diagnosis even if androgen deprivation therapy shows promising result in tumors expressing androgen hormone receptors (AR+). They are little bibliography on the molecular characterization of SDC and it is mostly limited to the characterization of recurrent genome alternations (Luk et al, 2016; Wang et al, 2016). A third study also included transcriptomic profiling of tumors and included the determination of potential therapeutic targets (Dalin et al, 2016). These basic studies published this year have initiate to produce a first portrait of molecular alterations in SDS. The aim the PhD project will be the description of the TME of SDC, its spatial heterogeneity and spatial heterogeneity of tumor cells in SDC. The work during the PhD will follow three objectives. 1) Characterization of genetic alterations and transcriptomes in 10 SDC chosen for the quality of their RNA and DNA and after sampling by microdissection proliferative carcinoma region vs stroma of the tumor. Sequencing will be performed for 100 genes (targeted exome sequencing, TES) and for the transcriptome (RNAseq). The choice of the sequenced genes will be driven by existing literature on SDC and on mammary canals carcinoma. 2) Characterization of the TME in SDC. Specific gene expression will be used to establish local TME composition and identified activated cell-cell communication pathways (e.g. Notch, CTL4 or PD1). Variation of TME within a tumor or between tumors will be performed using first existing algorithms providing information on cell composition (Yoshihara et al., 2013; Angelova et al, 2015) and exchange between immune and cancer cells (Choi et al, 2015). Sequencing data published this year on SDC will be included to the study. 3) Biomarkers identification. Comparative analysis of group of samples will be based on a) patients survival, b) therapeutic response or c) AR status (+/-) to search for significant variations in the TME, genome and transcriptome. Alternative project: Primitive diffuse large B cell lymphoma of the central nervous system. We plane to analyze cerebral lymphoma with a similar framework in case we would face too much obstacles on the SDC study at its beginning, specifically in the access to a sufficient number of tumors providing good quality RNA for transcriptomic analysis. Primitive diffuse large B cell lymphoma of the central nervous system are rare and aggressive entities. A cohort of 32 tumors was available at Montpellier Hospital and Pr Marion Costes-Martineau and Ms Vanessa Szablewski have access to additional patients in France. We already obtained good quality RNA samples for 10 lymphoma. References: Angelova M, Charoentong P, Hackl H, Fischer ML, Snajder R, Krogsdam AM, Waldner MJ, Bindea G, Mlecnik B, Galon J, Trajanoski Z. (2015) Characterization of the immunophenotypes and antigenomes of colorectal cancers reveals distinct tumor escape mechanisms and novel targets for immunotherapy. Genome Biol. 16:64. doi: 10.1186/s13059-015-0620-6. Balkwill FR, Capasso M, Hagemann T. (2012) The tumor microenvironment at a glance. J Cell Sci. 125(Pt 23):5591-6. doi:10.1242/jcs.116392. Choi H, Sheng J, Gao D, Li F, Durrans A, Ryu S, Lee SB, Narula N, Rafii S, Elemento O, Altorki NK, Wong ST, Mittal V. 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