Soutenance de thèse de Alexia LOPRESTI

Une tumeur maligne correspond à la prolifération non contrôlée de cellules cancéreuses dans un tissu d’origine. Dans un deuxième temps des métastases peuvent apparaitre et sont responsables de 90% des décès par cancer. Les cellules qui se détachent de la tumeur primaire avant de migrer dans de nouveaux sites hôtes via les vaisseaux lymphatiques ou sanguins sont appelées « cellules tumorales circulantes » ou CTC. La rareté de ces cellules en circulation et l’absence de marqueur robuste permettant de les isoler a profondément limité leur caractérisation et leur utilisation en tant que biomarqueur tumoral. Pourtant, avoir accès à des informations moléculaires, histologiques et phénotypiques provenant de la tumeur ou de ses métastases, à l’aide d’une simple prise de sang, permettrait de suivre l’évolution tumorale de très près et contrecarrer rapidement les stratégies de survie développées par la tumeur (échappement au système immunitaire, à la chimiothérapie, aux traitements ciblés …). A l’ère de la médecine de précision, des biomarqueurs sanguins, tels que les CTC, ont un rôle majeur à jouer. Au cours de ma thèse, j’ai mis au point une nouvelle technique de détection des CTC simple, rapide et sensible par cytométrie en flux, sans étape préalable d’enrichissement. A moindre coût, cette technique permet, en moins d’une heure, de tester la présence de CTC dans des échantillons de sang de patients. Cette technique est robuste et permet de discriminer les donneurs sains de ceux atteints de cancers et de suivre une réponse à un traitement. Elle permet une détection sensible des CTC indépendamment de leur statut mésenchymo-épithélial et a l’avantage de pouvoir être adapté à différentes tumeurs pour la détection des CTC. Il ne permet malheureusement pas d’isoler ces cellules pour une analyse moléculaire fiable. Ensuite, je me suis intéressée à mieux caractériser les CTC, d’abord d’un point de vue descriptif en les énumérant et caractérisant au niveau histologique, puis d’un point de vue plus fonctionnel, grâce à l’ajout de marqueurs complémentaires (marqueurs de la transition epithélio-mésenchymateuse, de cellules souches, de résistance aux drogues). Pour cela, j’ai utilisé du sang prélevé à partir de patientes atteintes de cancer du sein métastatiques, progressant sous traitement, notamment grâce à l’aide de la technique de filtration ScreenCell™. J’ai mis en évidence une hétérogénéité histologique et phénotypique au sein des CTC et ainsi caractérisé 4 populations de cellules épithéliales circulant dans le sang, dont 2 associées à un moins bon pronostic. Pour aller plus loin dans la caractérisation de ces cellules, j’ai ensuite travaillé sur une cohorte de patients atteints de cancer du côlon (métastatique ou non), que j’ai suivi au cours de leur prise en charge thérapeutique, et notamment jusqu’à la rechute, lorsqu’elle est survenue. C’est grâce à ce suivi que j’ai remarqué l’absence d’un marqueur d’agressivité, PTK7, sur les CTC, quelques soit le stade de la maladie, alors même que celui-ci était exprimé sur les tumeurs primaires colorectales et les métastases hépatiques associées. Les mêmes observations ont été faites dans un modèle murin de tumeurs sur-exprimant PTK7. J’ai ensuite soumises des cellules épithéliales exprimant PTK7 à un flux et pu observer que la mise en circulation des cellules pouvait être responsable de la perte d’expression de PTK7 et que ce marqueur d’agressivité des cancers du côlon n’est donc pas un marqueur d’agressivité dans les CTC. Une analyse exhaustive des molécules dérégulées lors de cette perte de contact est en cours. Mon travail sur les CTC et les nouvelles données de la littérature révèlent une grande complexité dans la biologie de ces cellules. Maintenant que des outils permettent des analyses exhaustives sur cellule unique ceci devrait permettre de mieux les exploiter en tant que marqueurs de progression tumorale.

A malignant tumor corresponds to an uncontrolled proliferation of cancerous cells in a tissue. Subsequently metastases can occur and are responsible for 90% of cancer related deaths. Cells detach from primary tumor before migrating toward new host sites via lymphatic or blood vessels, and are called “circulating tumor cells” or CTCs. Scarcity of these cells in circulation and the absence of robust marker allowing their isolation has limited their characterization and use as tumoral biomarkers. However, having access to molecular, histological and phenotypic informations from the tumor or the metastases, thanks to a simple blood draw, could allow precise tumoral evolution follow-up and rapidly counteract survival strategies developed by the tumor (escape from the immune system, resistance to the chemotherapy or the targeted therapies…). In the era of precision medicine, blood biomarkers, as CTCs, have a main role to play. During my phD, I have set up a new technique for CTC detection by flux cytometry without any pre-enrichment step that is easy, fast and sensitive. At a low cost, this technique allows, in less than an hour, to test the presence of CTCs in patient’s blood samples. This robust technique allows the discrimination of healthy donors from cancer patients and permits to follow a treatment response. It allows a sensitive detection of CTCs independently of their mesenchymal-epithelial status and has the advantage of being applicable to different tumors for CTC’s detection. Unfortunately it does not allow the isolation of these cells for reliable molecular analyses. Then, I have taken an interest in better characterizing CTCs, first from a descriptive point of view by enumeration and histological characterization, then from a more functional point of view, using additional markers (Epithelio-mesenchymal transition or stem cell or drug resistance markers). To that end, I used blood draws from metastatic breast cancer patients in progression under treatment, and the filtration technique ScreenCell™. I highlighted a histological and phenotypical heterogeneity inside CTCs and characterized 4 populations of circulating epithelial cells in the blood, of whom two were associated to a bad prognostic. To go further in these cells characterization, I have then worked on a cohort of colorectal cancer patients (metastatic or not), that I have followed thorough their therapeutic medical care, notably until relapse when it occurred. During this follow-up I noticed the absence of an aggressive biomarker, PTK7, on CTCs, regardless of the disease stage, even if it was expressed on corresponding primary colorectal tumors and hepatic metastases. I reported the same observations in a murine tumor model with PTK7 overexpression. I then exposed PTK7 expressing epithelial cells to anoikis and a flux and saw that the micro-enviroment change could be responsible for the loss of PTK7 expression, and that this marker predicting aggressivity on colorectal cancer is not a marker for CTCs. A complete analysis of dysregulated molecules during this loss of contact in ongoing. My work on CTCs and news data from the literature reveal a great complexity in these cells biology. Now that new tools allow complete analyses on single cells, this should lead to a better use of these cells as tumoral progression biomarkers.