interactions tumeur-microenvironnement dans les gliomes infiltrants du tronc cérébral

les tumeurs cérébrales sont la première cause de mortalité et de morbidité liées au cancer chez l'enfant, l'adolescent et le jeune adulte. les gliomes infiltrants du tronc cérébral (dont l'acronyme anglais est dipg) sont la forme la plus grave, entrainant le décès de la plupart si ce n'est la totalité des enfants atteints dans les deux ans qui suivent le diagnostic. leur caractère infiltrant et la localisation profonde au niveau de la protubérance rendent ces tumeurs inopérables. la chimiothérapie est inefficace et la radiothérapie n'apporte qu'une amélioration transitoire des symptômes. le développement de nouvelles thérapeutiques a été freiné par le manque d'informations biologiques sur ces tumeurs et par l'absence de modèles précliniques. faussement assimilées aux glioblastomes des adultes, leur biologie est restée mystérieuse jusqu'aux publications récentes qui les ont clairement démarquées des autres gliomes. cette singularité a été renforcée par la découverte dans ces dipg d'un nouveau type de mutation, jamais décrite dans un cancer jusqu'ici, au niveau de la queue régulatrice des histones h3. les autres anomalies les plus fréquentes comprennent des altérations dans la voie pi3k, mtor, des mutations de tp53 et de acvr1 ainsi que des mutations et ou des amplifications de pdgfra. les dipg infiltrent largement le tronc cérébral avant d'entrainer des symptômes menant au diagnostic suggérant que ces tumeurs ont une interaction particulière avec le microenvironnement permettant leur dissémination à distance dans tout le système nerveux central. nous avons aussi observé que les cellules tumorales pouvaient altérer les cellules normales adjacentes (par exemple, la présence d’astrocytes réactionnels perdant l'expression de pten). l'infiltration peut soit respecter les fibres nerveuses, soit les désorganiser de façon importante. nos résultats préliminaires indiquent que ces différents types d'invasion sont associés aux altérations biologiques sous-jacentes des cellules tumorales. ainsi les dipg portant une mutation dans le gène h3.1 infiltrent le tronc cérébral sans respecter les fibres contrairement à ceux portant une mutation dans le gène h3.3. ces différences ont certainement un rôle dans l'agressivité tumorale qui, elle aussi, est liée au type d'histone h3 mutée. le but de notre projet est de comprendre les interactions complexes entre les cellules tumorales et le tissu cérébral pour découvrir de nouvelles cibles thérapeutiques. les objectifs spécifiques sont de : 1) créer des modèles cellulaires (cellules souches tumorales, co-cultures avec des cellules stromales) et animaux pertinents (xénogreffes à partir soit des tumeurs primitives, soit des cellules souches tumorales ou modèles murins syngéniques portant les combinaisons d'anomalies génomiques les plus fréquentes). 2) étudier l'invasion tumorale dans ces modèles animaux par irm à haut champ couplée à l’histologie et comparer ces informations aux données existantes des dipg humains. 3) élucider la biologie sous-jacente expliquant ce phénomène au niveau de la cellule tumorale mais aussi de la cellule stromale. les résultats de ce projet de recherche nous permettrons de mieux comprendre la biologie très particulière de ces dipg. nous utiliserons l'étude des xénogreffes par rnaseq pour déconvoluer, par alignement sur les deux génomes différents, les arn exprimés par les cellules tumorales humaines et les arn exprimés par les cellules stromales murines. ceci nous permettra d'identifier les changements d'expression génique entrainés par la prolifération tumorale. la validation des gènes d'intérêt sera réalisée par immunohistochimie à la fois dans les modèles animaux et dans les tumeurs humaines. les produits de ces gènes pourront être manipulés soit par des agents thérapeutiques soit par des shrna in vitro et avant injection dans l'animal. la comparaison des données irm sur les modèles ex vivo et in vivo avec les données histologiques et biologiques nous donnera l'opportunité de définir de nouveaux critères diagnostiques et de suivre longitudinalement l'évolution des paramètres irm à la suite de l’extinction d'un gène ou de l'action d'un traitement. ce projet a le potentiel de décrire des aspects fondamentaux de la biologie des dipg, notamment en ce qui concerne les interactions avec l'environnement et d'identifier de nouvelles cibles thérapeutiques. il permettra aussi de développer des modèles tumoraux appropriés pour l'évaluation ultérieure de nouveaux traitements. nous espérons enfin que les résultats de ce projet nous permettent d'ouvrir de réelles possibilités thérapeutiques dans cette terrible maladie.

brain tumours are the leading cause of cancer-related mortality and morbidity in children, adolescent and young adults. diffuse intrinsic pontine glioma (dipg) is the most severe form, killing most of if not all affected children in the first two years after diagnosis. its infiltrative nature and its location deep in the brainstem make this tumour inoperable. chemotherapy is inefficient and radiotherapy brings only a transient symptom relief. the development of new therapies has been hampered by the lack of biological information on dipg and the absence of preclinical models. erroneously assimilated to the glioblastoma counterparts seen in adults, its biology remained mysterious until recent publications that clearly marked down dipg from other type of gliomas. they are individualized with a unique type of mutation, never described in cancers so far, on the tail of histone h3 variants. the most common other alterations comprise pi3k, mtor pathway alterations, tp53 and acvr1 mutations and pdgfra mutations, amplifications. dipg infiltrate largely the brainstem before causing any symptom suggesting that they have a specific way to interact with the brain tissues and disseminate through the whole brain and spine as it can be observed at late stages of the disease. we have also observed that tumours cells can alter the normal surrounding glial cells especially (e.g., reactive astrocytes loosing normal pten expression). infiltration may in some cases respect the neuron fiber tracts or disorganize more importantly the tissue. our preliminary data indicate that the different ways to infiltrate are linked with the underlying biological alterations. indeed, h3.1 mutated dipg infiltrate the brainstem without respecting the fiber tracts on the contrary to h3.3 mutated tumours. these differences in invasion may be of importance since the aggressiveness of the dipg was shown to be linked with the type of histone h3 variant mutated. the goal of our project is to elucidate the complex interactions of this tumour with the brain tissue in order to discover new potential therapeutic targets. the specific aims will be: 1) to build relevant in vitro models (glioma stem cell lines, co-cultures between tumour cells and stromal cells) and in vivo models (xenografts from primary tumours and gsc lines, syngenic mouse models harbouring the most frequent constellation of genomic alterations). 2) to study the invasion in these animal models on high-field mri and histology and compare it with existing data in human dipg. 3) to unravel the underlying biology associated with this phenomenon both at the tumour cell level and at the stromal cell level. the research outcomes will help us to understand the specific biology of these tumours. we will take the opportunity of the xenografts to analyse with rnaseq the gene-expression profiles from the human tumour cells and the murine stromal cells to discover changes induced by the growth of the tumour (deconvolution by mapping on the two different genomes). validation of the relevant genes will be possible by histology both in the animal models and in human tumours. genes will be invalidated either by targeted agents or by shrna for in vitro studies or also before orthotopic injection. the ex vivo and in vivo models mri data linked to histological and biological data will give us the opportunity to define diagnostic criteria and follow longitudinally the changes induced in case of specific target knock-down or therapeutic agent administration. this project has a strong potential to deliver useful answers concerning the specific biology of dipg, including the interactions of the tumour cells with their microenvironment and the possible therapeutic targets in these tumours. in addition, it will develop specific tumour models that will be available for preclinical drug testing in the future. we hope that this project will improve ultimately the outcome of the children affected by this terrible disease.