Study of molecular pathways modulating autophagy in lung tumor cells and their impact on NSCLC tumor progression
Étude des voies moléculaires modulant l'autophagie dans les cellules tumorales de cancer bronchique non à petites cellules et leur impact sur la progression tumorale
Résumé
During their life cycle, cells are subjected to various stresses that they must cope with to maintain their good functioning or survival. Autophagy is one of the main protective mechanisms developed by the cell along evolution. Since autophagy is a biological process in all cells, many studies have demonstrated that cancer cells depend on autophagy, which exerts pro-tumoral effects by different means, promoting survival, proliferation, resistance to therapies, metastasis development, and immune evasion. Therefore it is not surprising that more and more studies are demonstrating that autophagy level is associated with a worse survival for cancer patients in various cancer types, and in the meantime, an increasing number of pre-clinical and clinical studies aim to target autophagy are ongoing. Despite these observations, very few data concerning the mechanisms involved in autophagy regulation and the importance of these processes in lung progression are available. Therefore my Ph.D. project had two objectives. The first one consisted in determining the molecular pathways by which, in a physiological context, the autophagy level in lung tumor cells can be modulated. The second was to assess the importance of the autophagy level in lung tumor cells on tumor progression by evaluating its possible involvement in various pro-tumoral mechanisms. By bioinformatics analysis of public transcriptomic data on adenocarcinoma lung tumors and comparing autophagy gene expression between tumors and adjacent tissues, we discovered a new autophagy gene signature mainly expressed by tumor cells. This signature is associated with the expression of genes related to cell proliferation and immune checkpoint inhibitors and is inversely associated with genes related to immune infiltration. That study demonstrated a link between autophagy level in adenocarcinoma lung tumor cells and tumor cell proliferation and brought new evidence of a relationship between the autophagy level in malignant cells and their immune phenotype. Furthermore, using a similar approach, we shed light that among the protein-encoding genes whose expression correlates the most with autophagy genes, the TLR7 (toll-like receptor) was one of the top, suggesting a potential link between autophagy and TLR7. That link was confirmed by in vitro and ex vivo experiments using non-small cell lung cancer (NSCLC) tissue slides and fresh tumors, where we demonstrated a new physiological way of autophagy induction in lung tumor patients. We observed that physiological TLR7 ligands are present in the tumor microenvironment and are responsible for a complete autophagy induction in lung tumor cells. Using different retrospective cohorts of lung cancer patients and immunohistochemistry staining of autophagy, we then demonstrated that this new way of autophagy induction in lung tumor cells was associated with poorer patient survival and a poorer response to salt-based chemotherapies. Interestingly, we also observed that autophagy induction by TLR7 increased the expression of the immune checkpoint PD-L1 in lung tumor cells. Importantly, using a retrospective cohort of NSCLC patients treated by immunotherapy (the nivolumab – an anti-PD1), we showed that the autophagy level of tumor cells favors patients' responsiveness to this immune checkpoint blockade, revealing a new link between autophagy and immunotherapies responses in lung tumors. The work performed during my Ph.D. allowed to understand more precisely the mechanisms involved in the autophagy modulation in lung tumor cells, as well as its consequences on tumor progression and anti-tumor therapeutics responsiveness. These results open a new area of research regarding the impact of autophagy in this disease and encourage to use autophagy as a predictive biomarker of tumor progression and response to therapies in NSCLC patients.
Bien que l’autophagie soit un mécanisme homéostatique présent dans toutes les cellules, de nombreuses études ont démontré que les cellules cancéreuses dépendent fortement de ce dernier afin de promouvoir différents effets pro-tumoraux comme leur survie, leur prolifération, leur résistance à diverse therapies anti-tumorales, le développement de métastases ainsi que l'évasion immunitaire. Il n'est donc pas surprenant que de plus en plus d'études démontrent que le niveau d'autophagie est associé à une moindre survie des patients cancéreux. Malgré ces observations, très peu de données concernant les mécanismes impliqués dans la régulation de l'autophagie et l'importance de ces processus dans la progression des cancers bronchiques non à petites cellules (CBNPC) sont disponibles. Mon projet de thèse avait donc deux objectifs. Le premier consistait à déterminer les voies moléculaires par lesquelles, dans un contexte physiologique, le niveau d'autophagie dans les cellules tumorales pulmonaires pouvait être modulé. Le second était d'évaluer l'importance du niveau d'autophagie dans les cellules cancéreuses pulmonaires sur la progression tumorale en évaluant son implication possible dans divers mécanismes pro-tumoraux. Par une analyse bioinformatique de données transcriptomiques publiques sur les tumeurs pulmonaires de type adénocarcinome et en comparant l'expression des gènes d'autophagie entre les tumeurs et les tissus adjacents, nous avons découvert une nouvelle signature de gènes autophagiques principalement exprimée par les cellules tumorales. Cette signature est associée à l'expression de gènes liés à la prolifération cellulaire et aux inhibiteurs de points de contrôle immunitaire et est inversement associée aux gènes liés à l'infiltration immunitaire. Cette étude a démontré un lien entre le niveau d'autophagie dans les cellules tumorales d'adénocarcinome pulmonaire et la prolifération des cellules tumorales et a apporté de nouvelles preuves d'une relation entre le niveau d'autophagie dans les cellules malignes et leur phénotype immunitaire. De plus, en utilisant une approche similaire, nous avons mis en lumière que le TLR7 (toll-like receptor) était l'un des gènes corrélant le plus avec les gènes de l’autophagie, suggérant un lien potentiel entre ces deux voies. En utilisant des lames de tissus ainsi que tumeurs fraîches de patients CBNPC, nous avons démontré une nouvelle voie physiologique d'induction de l'autophagie dans les cellules tumorales pulmonaires chez les patients CBNPC, médiée par le TLR7. Nous avons également observé que les ligands physiologiques de TLR7 étaient présents dans le microenvironnement tumoral et étaient responsables d'une induction d'un flux complet d’autophagie. En utilisant différentes cohortes rétrospectives de patients atteints de CBNPC et en réalisant des marquages immunohistochimiques de l'autophagie, nous avons ensuite démontré que cette nouvelle voie d'induction de l'autophagie était associée à une moins bonne survie des patients et à une moins bonne réponse de ces derniers aux chimiothérapies à base de sels de platine. De manière intéressante, nous avons également observé que le niveau d'autophagie des cellules tumorales favorise la réponse des patients CBNPC au blocage du point de contrôle immunitaire, PD-1 (nivolumab), révélant un nouveau lien entre l'autophagie et la réponse aux immunothérapies dans les tumeurs pulmonaires. Les travaux réalisés au cours de ma thèse ont ainsi permis de comprendre plus précisément les mécanismes impliqués dans la modulation de l'autophagie dans les cellules tumorales pulmonaires, ainsi que ses conséquences sur la progression tumorale, et sur la réponse aux thérapies anti-cancéreuses. Ces résultats ouvrent un nouveau champ de recherche concernant l'impact de l'autophagie dans cette maladie et encouragent à utiliser l'autophagie comme biomarqueur prédictif de la progression tumorale et de la réponse aux thérapies chez les patients atteints de CBNPC.
Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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