Metastatic kidney cancer : Study of the mechanistics of a targeted combinational therapy and development of avatars for personalized medicine
Cancer du rein métastatique : Etude mécanistique d’une thérapie ciblée combinatoire et développement d’avatars pour la médecine personnalisée
Résumé
Clear cell Renal Cell Carcinoma (ccRCC) is the most common kidney cancer, often asymptomatic and therefore discovered at the metastatic state (mRCC) in over 30% of patients. Current treatments for mRCC consist of kinase-targeted therapies (TKIs) and immunotherapies, alone or in combination, but their effectiveness remains limited. This is particularly true due to treatment resistance and because TKIs mostly target the same proteins, limiting the options in case of relapse. Furthermore, these treatments have been developed using cell-based models that are not representative of the tumor heterogeneity and clonal evolution characteristic of metastatic tumors. To address this problem, several recent works have described the generation and characterization of patient-derived ccRCC tumoroids and it is established that these models more accurately recapitulate tumor characteristics, making them an excellent avatar for screening and as predictive model for personalized medicine. We further decided to generate a new CRCC tumoroid model from mouse and patient tumors, with a scaffold-free method that was never used for this cancer. We demonstrated that our tumoroids were representative of inter- and intra-tumor heterogeneity, and that they reproduced the major characteristics of the tumors from which they were derived. In parallel, we developed a novel combinational kinase targeted therapy based on synthetic lethality, targeting novel proteins never studied in ccRCC. A high-throughput screen allowed us to identify the kinases CK2 and ATM as therapeutic targets. We found that their combined inhibition induced synthetic lethality in spheroids of ccRCC cell lines, in tumoroids, in patient tumor tissue slices and in vivo in mouse renal cancer xenografts. Furthermore, mechanistic studies revealed that the combination induced apoptosis in a HIF-2α (Hypoxia Inducible Factor-2α) and ROS (Reactive Oxygen Species) dependent manner, giving a new therapeutic option for patients with mRCC. To go further, we decided to design a medical device with the aim of predicting the treatment response and metastatic potential of patients' tumors. A tumor niche was designed containing a hydrogel in which we place our tumor models of varying complexity (spheroids, tumoroids, tissue slices). We have shown that this hydrogel seems to be adapted to discriminate tumors according to their invasive potential. On the other hand, we have developed different metastatic niches in order to evaluate the tropism of cancer cells for a particular organ, and we are now focusing on the design of a bone niche. Ultimately, these two niches will be combined in a microfluidic chip to study the ability of tumor cells to invade their environment and colonize a new organ. Furthermore, our goal is to use this device to evaluate the anti-metastatic capacity of our inhibitors as well as other clinical and experimental treatments.
Le carcinome rénal à cellules claires (CRCC) est le cancer du rein le plus fréquent, souvent asymptomatique et de ce fait découvert à l’état métastatique (mCRCC) pour plus de 30% des patients. Les traitements actuels des mCRCC consistent en des thérapies kinases (TKI) et des immunothérapies, seules ou en combinaison, mais leur efficacité reste limitée. En particulier à cause de la résistance aux traitements mais aussi car les TKI ciblent majoritairement les mêmes protéines, limitant les options en cas de rechute. Par ailleurs, ces traitements ont été développés grâce à des modèles cellulaires peu représentatifs de l’hétérogénéité tumorale et de l’évolution clonale caractéristique des tumeurs métastatiques. Pour remédier à ce problème, plusieurs travaux récents ont décrit l’établissement et la caractérisation de tumoroïdes de CRCC dérivés de patients et il est établit que ces modèles récapitulent plus précisément les caractéristiques des tumeurs, en faisant un excellent avatar pour de futurs criblages et un modèle prédictif pour la médecine personnalisée. Sachant cela, nous avons produit un nouveau modèle de tumoroïde de CRCC à partir de tumeurs de souris et de patients, avec une méthode « scaffold-free » jamais utilisée dans le cadre de ce cancer. Nous avons démontré que nos tumoroïdes étaient représentatifs de l’hétérogénéité inter et intra-tumorale, et qu’ils reprenaient les caractéristiques majeures des tumeurs dont ils sont issus. En parallèle, nous avons développé une nouvelle combinaison de thérapie basée sur la létalité synthétique, ciblant de nouvelles protéines kinases jamais étudiées dans le cadre du CRCC. Un criblage haut débit nous a permis d’identifier les kinases CK2 et ATM comme cibles thérapeutiques. Nous avons constaté que leur inhibition combinée induisait une létalité synthétique sur des sphéroïdes de lignées de CRCC, sur des tumoroïdes, sur des coupes de tumeur de patients et in vivo sur des xénogreffes de cancer rénal chez la souris. De plus, les études mécanistiques ont révélé que la combinaison d’inhibiteurs induisait l’apoptose de manière HIF-2α (Facteur inductible de l’hypoxie-2α) et ROS (Espèces réactives de l’oxygène) dépendante, donnant une nouvelle option thérapeutique pour les patients atteint d’un mCRCC. Pour aller plus loin, nous avons décidé de concevoir un dispositif médical dans le but de prédire la réponse au traitement et le potentiel métastatique des tumeurs de patients. Une niche tumorale a été conçue contenant un hydrogel dans lequel nous plaçons nos modèles tumoraux de complexité variable (sphéroïdes, tumoroïdes, coupes de tumeur). Nous avons montré que cet hydrogel semble adapté pour discriminer les tumeurs selon leur potentiel invasif. D’autre part, nous avons développé différentes niches métastatiques afin d’évaluer le tropisme des cellules cancéreuses pour un organe en particulier, et nous nous concentrons aujourd’hui sur la conception d’une niche osseuse. A terme, ces deux niches seront regroupées dans une puce microfluidique afin d’étudier la capacité des cellules tumorales à envahir leur environnement et à aller coloniser un nouvel organe. D’autre part, notre objectif est d’utiliser ce dispositif afin d’évaluer la capacité anti-métastatique de nos inhibiteurs ainsi que d’autres traitements cliniques et expérimentaux.
Origine : Version validée par le jury (STAR)