Soutenance de thèse de Maïlys ROSSI

Les médulloblastomes (MB) sont les tumeurs cérébrales malignes les plus répandues chez l’enfant. Ce sont des tumeurs embryonnaires qui se développent dans le cervelet et sont souvent métastatiques au moment du diagnostic. Leur traitement multimodal actuel, associant chirurgie, radiothérapie et chimiothérapie, permet une survie à 5 ans de 70%. Toutefois, cela se fait au prix d'effets secondaires importants et souvent durables dans la vie des jeunes patients. Des options thérapeutiques alternatives pour les MB de mauvais pronostic restent une absolue nécessité. Le repositionnement de médicaments consiste à proposer de nouvelles indications thérapeutiques pour des médicaments déjà sur le marché, accélérant ainsi le développement d’options efficaces tout en en réduisant significativement les risques et les coûts. L’objectif principal de ce projet est de montrer que les β-bloquants peuvent potentialiser l’efficacité des traitements standards et de caractériser les acteurs moléculaires impliqués dans la réponse des MB à ces associations thérapeutiques. Nous avons choisi d’utiliser les β-bloquants, classe médicamenteuse ayant fait ses preuves dans les hémangiomes. Le propranolol, le carvédilol et le nébivolol sont lipophiles, donc aptes à passer la barrière hémato-encéphalique, prérequis indispensable pour les tumeurs intracrâniennes que sont les MB. Nous avons d'abord montré que de faibles doses de β-bloquants potentialisent des protocoles d'irradiation cliniquement pertinents (1,8 Gy/jour, 5 jours par semaine) dans des lignées cellulaires humaines de MB, des cellules primaires issues de PDX et des sphéroïdes 3D. L’intérêt de ces associations a également été validé dans un modèle organotypique innovant, basé sur la greffe d’un sphéroïde de MB DsRed+, dans une coupe de tissu cérébelleux sain. Dans un second temps, nous nous sommes focalisés sur la compréhension du mécanisme d’action impliqué dans la potentialisation de la radiothérapie par les β-bloquants. Même si l’analyse transcriptomique des biopsies de 240 patients a confirmé l’expression des trois isoformes des récepteurs β-adrénergiques, nous avons montré que la capacité des β-bloquants à potentialiser les radiations ionisantes ne résultait pas de l'inhibition de cette voie canonique. Nous avons alors mis en évidence que l'efficacité du traitement combinatoire reposait plutôt sur une catastrophe métabolique, qui prive les cellules de MB de leurs capacités d’adaptation bioénergétique. Il en résulte une surproduction de radicaux superoxydes et une augmentation des dommages à l'ADN causés par les radiations ionisantes. Ainsi, nos résultats fournissent les premières preuves de l'efficacité des β-bloquants comme potentialisateurs de la radiothérapie dans le MB. Par ailleurs, nous avons démontré que les β-bloquants potentialisaient également les effets de la vincristine, chimiothérapie utilisée en clinique dans le MB. Cette synergie semble reposer, comme décrit avec la radiothérapie, sur une inhibition du métabolisme énergétique, indépendamment de la voie β-adrénergique. Nos données montrent ainsi l’importance du métabolisme cellulaire dans la réponse aux traitements combinatoires. Notre travail représente une nouvelle avancée dans l’espoir d’améliorer le traitement et la qualité de vie des enfants atteints de tumeurs cérébrales à haut risque.

Medulloblastomas (MB) are the most frequent brain malignancy of childhood. They are embryonal tumors that develop in the cerebellum and are often metastatic at the time of diagnosis. The current multimodal treatment combining surgery, radiotherapy and chemotherapy, allows a 5-years survival of 70%. However, this comes at the expense of serious and often long-lasting side effects for young patients. Alternative treatment options are therefore urgently needed for MB with a very poor prognosis. Drug repositioning consists in proposing new therapeutic indications for drugs already on the market, thus accelerating the development of effective options while significantly reducing risks and costs. The main objective of our project is to show the preclinical efficacy of β-blockers and their combination with standard treatments used in the clinic and to characterize the molecular pathway involved in drug response. We chose to use β-blockers, a therapeutic class that has proven successful in hemangiomas. Propranolol, carvedilol and nebivolol are lipophilic and therefore able to cross the blood-brain barrier, an absolute prerequisite for MB, which is an intracranial tumor. We first demonstrated that low doses of β-blockers potentiate clinically relevant irradiation protocols (1.8 Gy/day, 5 days per week) in human MB cell lines, PDX-derived primary cells and 3D spheroid models. The interest of this combination was also validated in an innovative organotypic model, which consists of DsRed+ MB cell spheroids that are grafted in healthy cerebellum slices. Then, we focused on deciphering the mechanism of action supporting the potentiation of radiotherapy by β-blockers. Transcriptomic analysis of biopsies from 240 patients showed detectable expression of β-adrenergic receptor isoforms. However the ability of the repurposed drugs to potentiate ionizing radiations did not result from the inhibition of the canonical signaling pathway. We highlighted that the efficacy of the combinatorial treatment rather relied on a metabolic catastrophe that deprives MB cells of their adaptive bioenergetics capacities. This led to an overproduction of superoxide radicals and ultimately to an increase in ionizing radiations-mediated DNA damages. Our data provide the first evidence of the efficacy of β-blockers as potentiators of radiation therapy in MB. We further demonstrated that β-blockers also potentiated the effects of vincristine, a chemotherapy agent used in MB treatment. This potentiation seems to rely, as with radiotherapy, on the inhibition of the energy metabolism, independently of the β-adrenergic pathway. Our work thus shows the importance of cell metabolism in treatment response. It represents a new advance to improve the treatment and the quality of life of children with high risk brain tumors.