Projet thèse Justine_Sans résumés

SUJET DE THESE
Etude de la plasticité des cellules de cancer du sein: Identification des
facteurs impliqués dans la reprogrammation de cellules cancéreuses non-
souches en cellules souches cancéreuses
Le projet a pour objectif d’identifier les mécanismes conduisant à la
reprogrammation cellulaire sous l’effet de traitements ionisant de cellules non-
souches en cellules au phénotype de cellules souches cancéreuses, dans le cancer du
sein. Ce projet sera condit selon deux axes : (i) une étude des facteurs solubles
(facteurs de croissance/cytokines/chimiokines et microvésicles) impliqués dans la
reprogrammation et (ii) une étude des signalisation intracellulaires et des
modifications épigénétiques conduisant à la réexpression des facteurs impliqués dans
le phénotype de cellules souches cancéreuses.
Etude de la plasticité des cellules cancéreuses de sein.
Depuis la découverte prospective il y a 10 ans, le modèle actuel de cellules souches
de cancer (CSC) postule que les CSC résident au sommet de la hiérarchie tumorale
et différentient de manière unidirectionnelle en non-CSC hautement prolifératives. En
effet, de nombreuses évidences pré-cliniques et translationnelles s’accumulent pour
suggérer que les CSC sont résistantes aux thérapies anti-cancéreuses
conventionnelles, ce qui contribue aux récidives et au développement de métastases.
L’implication de la théorie des cellules souches cancéreuses a amené à proposer que
cibler les CSCs en combinaison des thérapies conventionnelles pourrait être
nécessaire pour éradiquer le cancer. et de nombreux efforts sont entrepris pour
identifier de nouveaux composant ciblant cette population. Néanmoins, quelques
études récentes ont démontrées que CSC et non-CSC exhibent une plasticité avec
une transition d’un état à un autre (Iliopoulos et al., Proc Natl Acad Sci USA 2010;
Chaffer et al., Proc Natl Acad Sci USA 2011; Debeb BG et al., Stem Cells, 2012). De
plus, nous et d’autres équipes avons récemment montré que des agents de
chimiothérapies, des radiations ionisant, ainsi que des agents modulateur de la
chromatine, tels que les inhibiteurs de HDAC, peuvent reprogrammer des cellules
cancéreuses plus différentiées en CSC (Lagadec et al., Stem cells 2012; Debeb BG et
al., Stem Cells 2012). Ces découvertes posent un défi le modèle de hiérarchie
unidirectionnelle des CSC et mettent en lumière la possibilité d’un futur échec des
traitements ne ciblant que les CSC, du à la régénération tumorale à partir de non-
CSC résiduelles reprogrammées. Mais ces découvertes sont également porteuses de
grandes promesses avec une amélioration des traitements anticancéreuses en
général ; si le résultats des traitements anti-cancéreux est une fine balance entre
mort des CSC et la genèse de CSC, alors la prévention de ce dernier processus par
des thérapies ciblées pourrait dramatique déplacer la balance vers la mort cellulaire,
et même à de plus faible doses. Alors, la découverte des mécanismes moléculaires
gérant la reprogrammation cellulaire constitue une étape clé vers des traitements
anti-cancéreux plus efficaces.

Dans ce contexte, Dr. Lagadec (Stem Cells, 2012) ont montré que les radiations
ionisantes conduisent à la génération de CSC de manière dose dépendante dans une
population dépourvue de CSC de lignées cellulaires et de primo-culture de cancer du
sein. De plus, les CSC reprogrammées ré-expriment les facteurs de transcription tels
que Oct4, Sox2 et Nanog, qui sont impliqués dans le maintien du phénotype de
cellules souches.
Description du projet : Nos données préliminaires montrent également que le
milieu conditionné issu de non-CSC irradiées pourrait induire la reprogrammation de
non-CSC non exposées aux radiations, indiquant qu’une modification du sécrétomes
par l’irradiation est suffisante, au moins partiellement, pour induire la
reprogrammation cellulaire (Figure 1).
Dans ce projet, nous proposons d’identifier les mécanismes impliqués dans
l’enrichissement en CSC après irradiation. Nous focaliserons notre étude sur le
modèle de tumeurs de sein triples négatives du fait de leur mauvais pronostiques.
Plus précisément, nous allons évaluer comment un traitement de radiothérapie peut
moduler l’expression et le relargage de facteurs solubles tels que les facteurs de
croissance/cytokines/chimiokines et les microvésicles chargées en ARN/miRNA.
Ensuite, nous identifierons les signalisations intracellulaires ainsi que les
modifications épigénétiques conduisant à la ré-expression des facteurs impliqués
dans le phénotype de cellules souches cancéreuses.
Figure 1. Le milieu conditionné de non-CSC
irradiées induit la reprogrammation de non-CSC
non irradiées en CSC.

PHD PROJECT
Study of breast cancer cell plasticity : Identification of the factors involved
in reprogramming of non-tumorigenic cells into cancer stem cells.
The goal of this project is to identify the mechanisms driven radiatio-induced cell
reprogramming of non-tumorigenic cells into cells with cancer stem cell phenotype.
Thi projet will follow 2 axes: (i) a study of the soluble factors (growth
factors/Cytokines/chemokynes and microvessicles) involved in the reprogramming
process and (ii) a study of intracellular cell signaling and epigenetic modifications
driven the reexpression of factors involved in cancer stem cell phenotype.
Study of breast cancer cell plasticity.
While cancer cell population has been though to be clonal, there is increasing
evidence for the "cancer stem cell (CSC) hypothesis", which holds that cancers are
driven by a cellular component that has stem cell properties, including self-renewal,
tumorigenicity and multi-lineage differentiation capacity. Researchers and oncologists
see in this model an explanation as to why cancer may be so difficult to cure, as well
as a promising ground for novel therapeutic strategies.
Breast cancer stem cells have been for the first time prospectively identified by Al-
Hajj in 2003 (Al-Hajj, PNAS 2003). Since then, research effort has been focused on
the identification of cancer stem cells by different molecular markers and the
phenotypic characterization of these cells. Several markers have been proposed to
identify a “purer” population of Breast CSCs, CD44high/CD24-/low, ALDH1+, low
proteasome activity. Increasing pre-clinical and translational evidence suggests that
CSCs can mediate tumor metastasis (Guler et al Mod Pathol 2013; Leth-Larsen et al
Mol Med 2013; Wei et al Trans Med 2012) and are resistant to conventional anti-
cancer therapeutics that contributes to recurrence. These findings have led to the
proposal that targeting CSCs in combination with conventional or other targeted
therapies may be required to eradicate cancer and efforts are underway to identify
compounds that target this subpopulation (Cufi et al Oncotarget 2012;
Gangopadhyay et al Clin Breast Cancer 2012; Prud’homme Curr Pharm Des 2012).
However, we and others have recently challenged this assumption by demonstrating
that CSCs could rise from a non-CSCs tumoral population after exposition to radiation
therapy, chemotherapies or histone deacetylase inhibitors (Lagadec et al., Stem cells
2012 ; Debeb BG et al., Stem Cells 2012). These findings represent a divergence
from the unidirectional hierarchical model of CSCs and raise the possibility that
approaches to solely target CSCs will not be sufficient as therapeutic elimination of
CSCs may be followed by their regeneration from residual non-CSCs allowing tumor
regrowth and clinical relapse. These observations may indeed hold great promise
with regard to improving cancer treatment in general; if the net outcome of
established anticancer therapies is always a fine balance between CSC killing and
CSC generation, then preventing the latter process using targeted therapies could
dramatically shift this balance to cell killing, even at much lower total radiation
doses.

Project description: Our preliminary data show that conditioned media from
irradiated non-CSCs could also partially reprogram non-CSCs into CSCs, indicating
that irradiation-modified secretome is involved in cancer cell reprogramming (Figure
1).
In this proposal, we will identify molecular mechanisms involved in CSCs enrichment
after ionizing radiation. We will focus our study on triple negative breast cancers
because of their poor prognosis and high risk of recurrence. Especially, we will
evaluate how irradiation can modulate the production and the release of soluble
factors such as growth factors/cytokines/chemokines and RNA/miR-loaded
microvesicles. And then, we will identify cell signaling and epigenetic modifications
driving re-expression of factors involved in cancer stem cell phenotype.
Figure 1. Condioned media from irradiated non-
CSCs could induce reprogramming of non-CSCs
into CSCs.