Elsa Hadj Bachir

Identification d'enzymes épigénétiques associées aux propriétés agressives des cancers du côlon: L'un des défis du traitement des cancers du côlon, est de prévenir les rechutes et les métastases en éradiquant les cellules qui en sont responsables. Les mécanismes épigénétiques au sens strict (méthylation de l'ADN et modifications post-traductionnelles des histones) jouent un rôle majeur dans l'orchestration des propriétés phénotypiques et fonctionnelles des cellules de la muqueuse colique tout au long de la vie et au cours de la carcinogenèse. Entre autres, l'expression de partition complètes de gènes suppresseurs de tumeurs ou d'oncogènes sont sous la dépendance de complexes d'enzymes modificatrices de la chromatine (épienzymes), et peuvent être activés ou inhibés dynamiquement afin de favoriser l'agressivité des cellules cancéreuses (progression tumorale, plasticité, résistance aux thérapies conventionnelles et ciblées, propriétés métastatiques). Cependant, à ce jour, l'utilisation et l'efficacité des inhibiteurs épigénétiques (épidrogues) en tant que thérapies pour les tumeurs solides restent limitées en raison d'un manque de spécificité de cible et d'une prise en compte insuffisante de l'hétérogénéité intra-tumorale et inter-individuelle. Une meilleure identification des régulateurs épigénétiques impliqués dans ces processus tumoraux clés permettrait d'affiner l'utilisation de thérapies épigénétiques ou d'en proposer de nouvelles.Nous avons ainsi émis l'hypothèse que des combinaisons dynamiques d'épienzymes sont responsables du phénotype agressif des cellules cancéreuses digestives.Nos objectifs étaient :- De mettre en place des modèles in vitro permettant d'appréhender la nature dynamique des mécanismes épigénétiques impliqués dans la chimiorésistance,- D'étudier le rôle de deux modulateurs de la triméthylation de la lysine 9 de l'histone 3 (modification épigénétique inhibitrice), le corépresseur transcriptionnel PRDM1 et la lysine déméthylase KDM4B, dont l'expression avait été précédemment montrée au laboratoire comme associée à celle de marqueurs d'agressivité tumorale dans les cancers coliques et pancréatiques,- D'identifier une signature d'épienzymes associée au mauvais pronostic et aux sous-types moléculaires les plus agressifs chez les patients atteints de cancers coliques.Ce travail de thèse a ainsi permis :- De proposer de nouveaux modèles d'organoïdes tumoraux dérivés de patients (PDTO) et de lignées cellulaires de cancer du côlon exposés aux combinaisons de chimiothérapies conventionnelles (régimes FOLFIRINOX et FOLFOX) utilisées dans les cancers digestifs,- De valider le rôle fonctionnel de KDM4B et PRDM1 dans plusieurs facettes de l'agressivité tumorale et notamment (i) leur profil d'expression hétérogène et dynamique au cours du traitement par chimiothérapie, (ii) le profil de fixation de KDM4B au niveau de promoteurs de gènes impliqués dans la prolifération et le caractère souche par CUT&RUN, et (iii) l'impact in vitro et in vivo de leur inhibition sur la prolifération, la chimiosensibilité et la tumorigénicité,- D'identifier de nouvelles épienzymes associées à la survie des patients atteints de cancers coliques (par l'analyse de bases de données publiques) et à l'hétérogénéité intra-tumorale (par l'analyse de données de transcriptomique spatiale obtenues au cours de la thèse).Dans l'ensemble, notre travail a permis de montrer que l'expression spécifique d'enzymes modificatrices de la chromatine sont des étapes clés de la résistance acquise aux thérapies conventionnelles. Le ciblage spécifique des complexes protéiques dans lesquels ces épienzymes sont engagées, par une stratégie d'inhibition des interactions protéine-protéine, pourrait ouvrir la voie à de nouveaux composés de chimie thérapeutique. L'efficacité de ces inhibiteurs de 3ème génération pourrait ainsi être largement supérieure aux épidrogues existantes, qui ciblent les sites catalytiques de familles entières de modificateurs de la chromatine, et permettre de contourner l'agressivité des cellules cancéreuses digestives.

Summary: Differential lncRNA expression has been correlated to clinical characteristics of colorectal cancers (CRC), which are the second leading cause of cancer-related deaths. LncRNA UCA1 plays a role in epigenetic gene regulation in diverse cancers. We studied CRC cell properties in CRISPR/Cas9 HT29-derived models and, interestingly, UCA1-depleted HT29 cells presented an increased stem-cell phenotype. We show that loss of UCA1 affected SWI/SNF chromatin remodeling complexes, which are previously shown to be involved in maintaining stem-cell properties. Not only was UCA1 permissive for induced SWI/SNF subunit SMARCA2 (BRM) expression upon chemo-drug treatment, but it also affected subunit compositions of SWI/SNF complexes by direct interaction of UCA1 with both ATP helicase BRM and BRG1. UCA1 is known to stimulate proliferation and decrease apoptosis, and we here show that it can restrain cells from a stem cell phenotype. The dual action of UCA1 revealed in this study highlights the complex actions of lncRNAs in cancer.

Mucins are commonly associated with pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) that is a deadly disease because of the lack of early diagnosis and efficient therapies. There are 22 mucin genes encoding large O-glycoproteins divided into two major subgroups: membrane-bound and secreted mucins. We investigated mucin expression and their impact on patient survival in the PDAC dataset from The Cancer Genome Atlas (PAAD-TCGA). We observed a statistically significant increased messenger RNA (mRNA) relative level of most of the membrane-bound mucins (MUC1/3A/4/12/13/16/17/20), secreted mucins (MUC5AC/5B), and atypical mucins (MUC14/18) compared to normal pancreas. We show that MUC1/4/5B/14/17/20/21 mRNA levels are associated with poorer survival in the high-expression group compared to the low-expression group. Using unsupervised clustering analysis of mucin gene expression patterns, we identified two major clusters of patients. Cluster #1 harbors a higher expression of MUC15 and atypical MUC14/MUC18, whereas cluster #2 is characterized by a global overexpression of membrane-bound mucins (MUC1/4/16/17/20/21). Cluster #2 is associated with shorter overall survival. The patient stratification appears to be independent of usual clinical features (tumor stage, differentiation grade, lymph node invasion) suggesting that the pattern of membrane-bound mucin expression could be a new prognostic marker for PDAC patients.