Soutenance de thèse de Pascale TOMASINI

Le cancer bronchique est la première cause de mortalité par cancer, notamment parce qu’il est le plus grand pourvoyeur de métastases cérébrales (MC), responsables d’une morbi-mortalité accrue. Une meilleure connaissance de la biologie moléculaire des cancers bronchiques non à petites cellules (CBNPC) et le développement de thérapies ciblées ont amélioré le pronostic de ces patients. Cependant, l’efficacité cérébrale de ces nouveaux traitements est variable. Cette différence d’efficacité entre la tumeur pulmonaire primitive (TP) et la MC est en partie due à une hétérogénéité génomique particulièrement importante dans le CBNPC. Ce travail avait pour objectif une meilleure connaissance de la biologie des MC d’adénocarcinomes bronchiques et de l’hétérogénéité génomique entre la MC et les autres sites tumoraux pour guider la prise en charge thérapeutique de ces malades. Nous avons d’abord étudié l’impact des mutations d’EGFR et de KRAS mises en évidence sur des prélèvements de TP sur l’incidence et la récidive après traitement local des MC dans une population de patients atteints de CBNPC métastatique dont 57% ont développé des MC. Ce travail préliminaire a montré que l’incidence et la récidive des MC était plus importante en cas de mutation d’EGFR que de mutation de KRAS. Nous avons ensuite comparé le séquençage pan-exomique de paires d’échantillons congelés de TP et MC de patients atteints de CBNPC. Nous avons montré que le nombre de mutations et d’anomalies chromosomiques était plus important dans les MC que dans les TP. Ce travail a également permis d’identifier 13 gènes mutés de façon récurrente spécifiquement dans les MC. Parmi ces 13 gènes, 7 étaient connus pour être impliqués dans le processus métastatique. Afin de valider cette signature et d’en savoir plus sur l’hétérogénéité entre les MC et les autres prélèvements, nous avons constitué une cohorte prospective de patients atteints de CBNPC avec MC opérées. Dans ces MC, nous n’avons pas retrouvé de mutation des 13 gènes identifiés dans le travail précédent. Cependant, nous avons trouvé un nombre de mutations très élevé en comparaison avec ce qui est habituellement décrit dans les TP. De plus, pour certains patients, du sang et du LCR étaient disponibles pour l’analyse de l’ADN tumoral circulant (ADNtc). Nous avons montré que l’ADNtc dans le LCR était plus représentatif des mutations retrouvées dans les MC que l’ADNtc dans le sang. Nous avons ensuite comparé les résultats de séquençage haut débit obtenus en routine sur les TP et MC de patients atteints de CBNPC métastatiques. Si le nombre de mutations était comparable dans les deux types de prélèvements, le profil mutationnel était différent en termes de nombre de mutations de KRAS, EGFR (moins fréquentes dans les MC), TP53 (plus fréquentes dans les MC) et de type de mutations de BRAF. En parallèle, nous avons étudié l’efficacité de l’immunothérapie chez les patients atteints de MC de cancers bronchiques, dans l’hypothèse qu’un nombre élevé de mutations soit associé à une meilleure efficacité. Comme avec les thérapies ciblées, l’efficacité intracrânienne de l’immunothérapie est très variable. L’ensemble de ces travaux souligne l’importance de l’hétérogénéité tumorale entre les MC, les TP et l’ADNtc dans le sang. S’il est difficile d’établir une signature spécifique des MC, notamment du fait du faible nombre d’échantillons disponibles et de la difficulté d’obtenir des paires TP/MC, l’étude de l’ADNtc dans le LCR peut être une piste mois invasive pour appréhender la biologie des MC qu’une neurochirurgie. Par ailleurs, l’étude du microenvironnement cérébral et de ses niches est indispensable pour une meilleure compréhension de la biologie des MC et nous avons établi des projets en ce sens qui débuteront prochainement dans notre nouvelle équipe de recherche. Enfin, nous sommes en train d’étudier d’autres approches comme la modélisation mathématique comme outil prédictif du développement et de la réponse thérapeutique des MC.

Lung cancer is the leading cause of cancer-related deaths, partly because it is the first cause of brain metastases (BM), responsible for increased morbidity and mortality. A better knowledge of non-small cell lung cancer (NSCLC) molecular biology and the development of targeted therapies have improved patients’ outcomes. However, the intracranial efficacy of these new treatments is inconstant. This efficacy difference between the primary lung tumor (PT) and BM is in part due to a high genomic instability, particularly important for NSCLC. The objective of this work was a better knowledge of BM biology in lung adenocarcinoma and a better knowledge of genomic heterogeneity between BM and PT to guide patients’ treatment strategy. We first studied the impact of EGFR and KRAS mutations identified in TP samples on BM incidence and recurrence after local treatment in a population of patients with advanced NSCLC, including 57% patients who developed BM. This preliminary work showed that BM incidence and recurrence was higher in EGFR-mutant than in KRAS-mutant tumors. We then compared whole exome sequencing of paired frozen samples from PT and BM of patients with NSCLC. We showed that the number of mutations and chromosomal alterations was higher in BM than in PT. This work also identified 13 genes with recurrent mutations in BM never mutated in PT samples. Among these 13 genes, 7 were previously described to be associated with the metastatic process. In order to validate this signature and have a better understanding of genomic heterogeneity between BM and other samples, we analyzed a prospective cohort of patients with CBNPC and resected BM. In these BM, we did not found any mutation in the 13 genes identified in the previous work. However, we found a very high number of mutations in comparison with what is usually described for PT. Moreover, for some patients, blood and cerebrospinal fluid (CSF) samples were available for circulating tumor DNA (ctDNA) analysis. We showed that CSF ctDNA was more representative of BM mutation status than blood ctDNA. We then compared next generation sequencing data routinely performed from PT and BM samples in patients with advanced NSCLC. Although the number of mutations was similar in both sample types, mutations profile was different in terms of number of KRAS and EGFR mutations (less frequent in BM), TP53 mutations (more frequent in BM) and type of BRAF mutations. In addition, we studied immunotherapy efficacy in patients with BM from NSCLC, based on the hypothesis that a high number of mutations would be associated with increased efficacy. As with targeted therapies, intracranial efficacy of immunotherapy was different from one patient to another. This whole work highlights the importance of tumor heterogeneity between BM, PT and blood ctDNA. Whereas it is difficult to establish a specific signature of BM because of the poor number of samples available and the difficulty to have paired PT/BM samples for each patient, CSF ctDNA study may be a less invasive way to assess BM biology than neurosurgery. Furthermore, the study of brain microenvironment and brain niches is warranted for a better understanding of BM biology and project are being developed in our new research team in this area. Finally, we are assessing new approaches such as mathematical modeling as a predictive tool for BM incidence and response to treatments.