Soutenance de thèse de Adrien LUCCHESI

Les cancers sont des systèmes biologiques dans lesquels les cellules tumorales interagissent avec un microenvironnement tumoral (MET) complexe. Ce MET joue un rôle fondamental dans la progression et le développement des cancers et dans la réponse aux traitements. Ces dernières années, un nouveau composant du MET a été mis en évidence : les projections axonales des neurones du système nerveux périphérique (SNP). Différentes études réalisées chez l’homme et dans des modèles animaux montrent que les tumeurs sont innervées et que différentes divisions du SNP réguleraient la progression tumorale. De façon intéressante le MET des adénocarcinomes canalaires du pancréas (PDAC) présente des caractéristiques très particulières qui expliquent en partie que les traitements thérapeutiques actuels ciblant les PDAC soient peu efficaces. Les PDAC sont parmi les cancers les plus agressifs avec un taux de survie à 5 ans de moins de 5%, il est donc important de mieux comprendre les différentes composantes du MET de ce cancer afin d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles. Dans ce travail de thèse, nous proposons de décrire l’innervation des tumeurs pancréatiques ce qui est le point de départ pour mieux comprendre l’importance de cette composante du MET. Les objectifs ont été de visualiser et d’analyser l’architecture 3D des réseaux axonaux innervant le pancréas sain et leur évolution à toutes les étapes (pré-cancéreuses et cancéreuses) du développement des PDAC, et d’étudier leurs interactions avec les autres types cellulaires du MET, en s’intéressant en particulier aux vaisseaux sanguins (VS, cibles physiologiques connues des axones du SNP). Pour cela, nous avons utilisé une technique de transparisation d’organes combinée à des immuno-marquages (spécifiques des neurones sympathiques, parasympathiques et des VS) et des méthodes d’imagerie par microscopie à feuille de lumière, sur des pancréas issus de deux modèles génétiques murins de PDAC : K-Ras +/LSLG12D; Ink4a lox/lox; Pdx1-Cre (KIC) et K-Ras +/LSLG12D; p53 LSLR172H / +; Pdx1-Cre (KPC), qui récapitule la maladie humaine. Nous avons observé que les fibres sympathiques tyrosine hydroxylase (TH)-positives et les fibres parasympathiques vésiculaire acétylcholine transporteur (VAChT)- positives ont une densité accrue et un réseau plus complexe dans les lésions-pré-tumorales du pancréas. Au sein des PDAC, ces fibres restent éparses. De plus, alors que dans les tissus sains les axones sympathiques et parasympathiques sont majoritairement associés aux VS, ils ne le sont plus dans les structures pré-tumorales et les PDAC. La reconstruction 3D des réseaux a permis de définir plusieurs valeurs quantitatives dont l’analyse en composantes principales (ACP) a donné les facteurs principaux. Nous avons ensuite étudié et visualisé les corrélations entre les variables, et identifié des groupes homogènes d'observations se répartissant en fonction de la structure en 3D des réseaux neuronaux dans des tissus sains ou dans des tissus symptomatiques. L’analyse de la structure en 3D des projections pourrait donc représenter une donnée prédictive et pronostique pour la progression des tumeurs pancréatique.

Cancers are biological systems in which tumor cells interact with a complex tumor microenvironment (TME). This TME plays a fundamental role in cancer progression and development and in the response to treatments. In recent years, a new component of TME has been highlighted: axonal projections of neurons from the peripheral nervous system (PNS). Various studies in humans and in animal models show that tumors are innervated and that different divisions of the PNS regulate tumor progression. Interestingly, TME of pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) has unique features that partly explain why current therapeutic treatments targeting PDAC are not very effective. PDAC are among the most aggressive cancers with a 5-year survival rate of less than 5%, so it is important to better understand the different TME components of this cancer in order to identify potential new therapeutic targets. In this thesis, we propose to describe the innervation of pancreatic tumors which is the starting point to better understand the importance of this TME component. The objectives were to visualize and analyze the 3D architecture of axonal networks innervating the healthy pancreas and their evolution at all stages (pre-cancerous and cancerous) of PDAC development, and study their interactions with other cells types of TME, focusing in particular on blood vessels (BV, known physiological targets of PNS axons). For this purpose, we used a technique of organ clearing combined with immunostainings (to describe sympathetic, parasympathetic neurons and BV) and light sheet microscopy imaging methods on pancreas from two genetically engineered murine models of PDAC : K-Ras + / LSLG12D ; Ink4a lox / lox ; Pdx1-Cre (KIC) and K-Ras + / LSLG12D ; p53LSLR172H / + ; Pdx1-Cre (KPC), which recapitulate the human disease. We observed an increased density of sympathetic tyrosine hydroxylase (TH)- positive fibers and vesicular acetylcholine transporter (VAChT)- positive parasympathetic fibers in pre-malignant lesions of the pancreas. In PDAC, these fibers remained scattered. Interestingly, whereas in healthy tissues the sympathetic and parasympathetic axons were mainly associated with BV, they were mostly isolated in pre-malignant structures and PDAC. The 3D reconstruction of these networks allowed to define several quantitative values. Principal component analysis (PCA) was used to study the potential cluster of the individuals based on the 3D networks characteristics. PCA results indicated that healthy and symptomatic tissues could be separated by the characteristics of their 3D neuronal networks. Analysis of the 3D structure of the projections could thus represent a predictive and prognostic value for the progression of pancreatic tumors.