Organoïdes dérivés du patient pour le dépistage de médicaments dans le glioblastome (GlioPDO)

Les organoïdes dérivés du patient (PDO) issus de biopsies chirurgicales de tumeurs sont un outil innovant pour tester la réponse de patients individuels à des stratégies thérapeutiques spécifiques. Les organoïdes sont des structures tridimensionnelles (3D) constituées de cellules spécifiques à un organe et auto-organisées qui peuvent être maintenues et propagées en culture. À ce jour, des AOP ont été établies pour un grand nombre de types de cancer, notamment les cancers de la prostate, des ovaires et du sein. Des PDO de glioblastome ont également été produites et il a été démontré qu'elles conservaient les caractéristiques de leurs tumeurs parentales, à la fois au niveau mutationnel et en termes de profils d'expression génique et d'hétérogénéité cellulaire. Puisqu’ils récapitulent mieux les caractéristiques de la tumeur d’origine que les lignées cellulaires GBM, ils représentent une avancée importante pour les approches de médecine personnalisée. Ainsi, les PDO de glioblastome représentent des modèles précliniques utiles pour le dépistage de médicaments, les tests de cellules CAR-T et pour la génération de xénogreffes orthotopiques cérébrales dans des modèles modèles . Dans cette perspective, les PDO offrent l’opportunité de mieux caractériser l’hétérogénéité moléculaire des patients atteints de glioblastome et de tester de nouvelles stratégies thérapeutiques dans un contexte imitant les propriétés génétiques de la tumeur mère.

L’immunothérapie apparaît comme une approche anticancéreuse puissante pour certains types de cancer. L'immunothérapie exploite la capacité du système immunitaire à reconnaître les antigènes non-soi pour cibler et détruire les cellules cancéreuses. Inhibiteurs des points de contrôle immunitaires (par ex. (anticorps monoclonaux anti-PD-1 et anti-CTLA-4) se sont révélés efficaces dans les tumeurs présentant une charge mutationnelle élevée, telles que le mélanome. Malheureusement, le glioblastome a une faible charge mutationnelle, ce qui entraîne une petite quantité de néoantigènes. De plus, le glioblastome est très hétérogène, ce qui signifie que tous les patients ne produisent pas les mêmes antigènes. Ainsi, des bénéfices plus importants pourraient être obtenus en développant des immunothérapies ciblant plusieurs néoantigènes et en combinant des stratégies de reconnaissance des néoantigènes avec des inhibiteurs du blocage des points de contrôle immunitaires. Dans cette perspective, la régulation épigénétique visant à activer la transcription d’éléments transposables (ET) normalement silencieux dans le glioblastome par des agents déméthylants de l’ADN peut améliorer la production de néoantigènes et déclencher une réponse immunitaire spécifique.

La transcription des TE est faible ou absente dans la plupart des cellules adultes, alors qu'elle est plus active au cours du développement embryonnaire, dans les cellules souches et, curieusement, dans les tumeurs. La dérépression des TE dans les tumeurs se produit par le biais de multiples modifications épigénétiques des loci TE, notamment la déméthylation de l'ADN et la désacétylation des histones. Les deux changements épigénétiques peuvent être associés à l’oncogenèse, entraînant différents niveaux de dérégulation épigénétique. La surexpression des TE dans les tumeurs par rapport aux tissus sains a incité à rechercher des réponses des lymphocytes T anti-TE dans le cancer. Les approches protéogénomiques ont identifié des cadres de lecture ouverts (ORF) non canoniques spécifiques à une tumeur qui codent pour des peptides présentés par les molécules d'antigène leucocytaire humain (HLA) -I sur les cellules tumorales. La plupart des peptides identifiés dérivent de régions génomiques non codantes. Il est intéressant de noter que certains de ces antigènes potentiellement spécifiques à une tumeur sont présents chez plusieurs patients et peuvent induire des réponses immunitaires in vitro ou dans des modèles murins. Nous avons récemment caractérisé un long ARN non codant (lncRNA) dans la direction antisens du locus du gène SOD1 (SOD1-DT), qui comprend plusieurs éléments transposables. Certains d’entre eux (LTR et Alu) contiennent des ORF et pourraient potentiellement coder pour différents épitopes. Par traduction in silico de ces éléments, nous avons identifié des peptides correspondant à des épitopes déjà testés comme cibles spécifiques du GBM pour les immunothérapies anticancéreuses. Cependant, la séquence d'ADN de ces éléments transposables est fortement méthylée dans le tissu nerveux et dans la lignée cellulaire U87 GBM (données de Genome Browser). Nous nous concentrerons sur l’étude des TE appartenant à la famille LTR12C, car il a été démontré qu’ils agissent comme des éléments de type activateur et promoteur, façonnant le paysage transcriptomique de manière spécifique aux tissus. Il a déjà été démontré que les traitements par DNMTi et HDACi ne modifient pas l’expression des gènes canoniques mais induisent une transcription de novo des LTR, qui à leur tour pilotent l’expression de gènes spécifiques. En plus de produire l'épitope, en activant des LTR spécifiques, il est donc possible d'activer les gènes qui leur sont connectés. Notamment, LTR12C a été identifié comme régulateur de gènes pro-apoptotiques, tels que TP63 et TNFRSF10B. Ainsi, la stratégie proposée pourrait représenter un moyen généralement applicable pour produire des gènes pro-apoptotiques et des épitopes immunogènes de manière contrôlée, garantissant un résultat très spécifique.

Une autre source potentielle de néoépitopes est l’épissage défectueux. L'épissage est une étape fondamentale dans la maturation des pré-ARN messagers (ARNm) opérée par une grande machinerie macromoléculaire appelée spliceosome. Le spliceosome élimine les introns et ligature les exons flanquants des pré-ARNm, produisant les ARNm matures. L'épissage alternatif régulé (AS) de nombreux exons est exploité par les cellules pour générer plusieurs isoformes protéiques à partir d'un seul gène. Cependant, le programme d'épissage modifié est souvent dérégulé dans les cellules cancéreuses, générant une vulnérabilité exploitable pour les tumeurs, notamment les tumeurs cérébrales. Le profilage des ensembles de données primaires et récurrents sur le GBM et les tissus cérébraux non malins a identifié des événements de SA qui sont régulés différemment dans le GBM et qui pourraient être traduits en néoépitopes. Ces résultats suggèrent que la modulation d'épissage pourrait représenter une stratégie thérapeutique valable pour le glioblastome. En effet, l'inhibition de l'arginine méthyl transférase PRMT5 dans les cellules GBM dérégule l'épissage et conduit à une rétention accrue des introns et à une sénescence cellulaire in vitro et in vivo. De plus, PRMT5 joue un rôle dans la préservation des GSC, nécessaires à l'auto-renouvellement de la tumeur. Récemment, il a été démontré que l'inhibition pharmacologique de l'épissage génère des néoépitopes immunogènes dérivés de l'épissage, qui sont présentés par le CMH-I sur les cellules tumorales et induisent une réponse immunitaire des lymphocytes T in vivo. Une autre cible thérapeutique potentielle est la sous-unité 1 du facteur d’épissage 3b (SF3B1), un composant essentiel de la machinerie d’épissage surexprimée dans le GBM. Pris ensemble, ces résultats soutiennent la logique de l’étude des effets des agents déméthylants de l’ADN et des inhibiteurs d’épissage dans les PDO et les GSC du glioblastome afin d’identifier des candidats appropriés pour développer de nouvelles stratégies thérapeutiques pour cette maladie.

Les approches décrites ci-dessus seront appliquées aux patients recrutés de manière prospective et subissant une neurochirurgie pour un glioblastome. Des cultures de neurosphère et de PDO seront établies à partir de tissu tumoral primaire. Le dépistage de médicaments et la manipulation cellulaire pour induire l'expression de TE et moduler l'épissage seront appliqués. Les résultats des tests in vitro seront corrélés au profil moléculaire de la tumeur, à la réponse aux traitements et aux résultats globaux pour les patients.