Paysages moléculaires du cancer de la vessie : études multiomiques de l'hétérogénéité des tumeurs de la vessie en tant que biomarqueurs de réponse au traitement

Abstract

Le cancer de la vessie est le 10ème cancer le plus diagnostiqué dans le monde, avec ~75 % des cas se présentant comme une tumeur de vessie n’infiltrant pas le muscle (TVNIM) et environ 25 % comme infiltrant le muscle (TVIM). Maladie agressive, le TVIM a un taux de survie à 5 ans de 60%. Bien que les tumeurs de la vessie présentent une hétérogénéité génétique et phénotypique significative, les options thérapeutiques actuelles ne sont pas suffisamment adaptées à leurs vulnérabilités spécifiques. Afin d’atteindre une médecine stratifiée, je présente ici trois études établissant un lien entre les données moléculaires et l’action thérapeutique par la poursuite et la validation des biomarqueurs:- Les options thérapeutiques évoluent rapidement avec l'apparition de thérapies ciblées et d'inhibiteurs de points de contrôle immunitaire (immunothérapies). L’hypothèse émise est que la présence de structures lymphoïdes tertiaires (SLT) pourrait être un biomarqueur spécifique de la réponse à l'immunothérapie dans le cancer de la vessie, tels d'autres cancers, et que cela pourrait être étudié à l'aide d'un proxy moléculaire. Nous avons découvert que l'expression du gène CXCL13 est un biomarqueur fort des TLS et prédit la réponse à l'immunothérapie dans le cadre adjuvant dans le TVIM à un stade avancé. Combinés à d'autres biomarqueurs proposés, TLS/CXCL13 sont des prédicteurs utiles dans ce contexte.- Le FGFR3, un des gènes mutés les plus courants dans les TVNIM, est également présent dans environ 10 à 15 % des TVIM. Le ciblage avec l'inhibiteur du FGFR erdafitinib a un taux de réponse d'environ 40 %, mais les tumeurs deviennent souvent résistantes. Ayant intégré des données provenant d'altérations du nombre de copies, transcriptomique et protéomique des TVNIM et TVIM, nous avons découvert que les patients présentant des altérations du FGFR3 avaient une expression plus élevée de protéines clés de l'apoptose et que les modèles précliniques ayant des altérations du FGFR3 étaient très sensibles à l'apoptos, qui pouvait être inversée par la régulation négative du FGFR3 et potentialisée par birinapant. Cette analyse, débutée par l'exploration de données multimodales, a abouti à une étude préclinique d'une nouvelle option thérapeutique pour les tumeurs FGFR3 mutées- La chimiothérapie néoadjuvante (NAC) est le traitement de référence pour le TVIM mais ne profite qu'à 1/3 des patients qui la reçoivent. Les classes moléculaires basées sur la transcriptomique ont été associées précédemment à la réponse à la NAC, mais les études ont des conclusions contradictoires : des études antérieures ont affirmé que les tumeurs de type basal sont plus sensibles à la NAC, tandis que certaines études récentes soutiennent que les tumeurs de type basal ont de pire résultats après la NAC. Nous avons exploité des échantillons de 293 patients de la cohorte VESPER, qui ont été colorés avec H&E et des marqueurs immunohistochimiques pour détecter l'hétérogénéité spatiale intra-tumorale. Une fois trouvée, plusieurs échantillons ont été prélevés. Après l'extraction d'ARN et le séquençage des résections (TURBT), nous avons classé les patients en une classe moléculaire de TVIM. Ceux atteints de tumeurs de tumeurs hétérogènes peuvent soit avoir une molécule spatialement conservée, soit être de type « Mixte » (45,8% dans les tumeurs hétérogènes). Nous avons constaté que les patients de type basal et mixte ont une réponse pathologique et des résultats plus mauvais. Nous confirmons les résultats d'études récentes et identifions l'hétérogénéité intra-tumorale comme une caractéristique importante à considérer dans ce contexte.Grâce à des collaborations étroites avec des cliniciens, des statisticiens et des biologistes moléculaires, et à l'intégration de données omiques privées et publiques, ma thèse a contribué à la découverte de biomarqueurs des thérapies existantes et a introduit une nouvelle option de traitement pour un sous-groupe de patients atteints de cancer de la vessie.Bladder cancer is the 10th most commonly diagnosed cancer in the world, with ~75% of cases presenting as non-muscle invasive (NMIBC) and ~25% as muscle-invasive bladder cancer (MIBC). MIBC is an aggressive disease currently with 60% survival rates at 5 years. Although bladder tumors exhibit significant genetic and phenotypic heterogeneity, current therapeutic options are not sufficiently tailored for their distinctive vulnerabilities. Further investigation and validation of biomarkers are necessary to achieve the goal of stratified medicine. Here, I present three studies linking molecular data to treatment action.• The treatment landscape for MIBCs particularly is rapidly evolving with emerging targeted therapies and immune checkpoint inhibitors (immunotherapies). We hypothesized that the presence of tertiary lymphoid structures (TLS) could be a specific biomarker of immunotherapy response in bladder cancer like found in other cancer types, and that this could be investigated using a proxy molecular marker. After testing TLS markers, we found that CXCL13 gene expression is a strong biomarker of TLS and predicts response to immunotherapy in the adjuvant setting in advanced-stage MIBC. Combined with other biomarkers proposed, TLS/CXCL13 are useful predictors in this setting.• FGFR3 is one of the most common mutated genes in NMIBC but also present in ~10-15% of MIBC. Targeting with FGFR inhibitor erdafitinib has a response rate of ~40% with tumors often becoming resistant. We integrated data from copy number alterations, transcriptomics and proteomics data from a set of bladder tumors and found that patients harboring FGFR3 alterations had higher expression of key proteins of apoptosis, something not detected using transcriptomics alone, and that pre-clinical with FGFR3 alterations models were highly sensitive to TRAIL-induced apoptosis, which could be reversed by FGFR3 downregulation and potentialized by XIAP inhibitor birinapant. This analysis started from data mining of multi-modal data and culminated in a pre-clinical study of a new treatment option for FGFR3 mutated tumors.• Neo-adjuvant chemotherapy (NAC) is the gold standard treatment for MIBC, but it only benefits 1/3 of patients who receive it. Transcriptomic-based molecular classes were previously associated with NAC response, but studies report conflicting conclusions: earlier studies claimed basal-like tumors are more sensitive to NAC while some recent studies assert basal-like have the worse outcomes after NAC. Though these conclusions are not mutually exclusive, they suggest distinct clinical paths. In my thesis, we leveraged samples from 293 patients enrolled in the VESPER prospective cohort, which were stained with H&E and immunohistochemical markers to detect spatial intra-tumor heterogeneity. When heterogeneity was found, multiple samples were taken. After RNA extraction and sequencing of the resections (TURBTs), we classified the patients into a consensus molecular class of MIBC. Patients with heterogeneous tumors could either have a spatially conserved molecular or be of “Mixed” subtype (45.8% within heterogeneous). We found that basal-like and mixed subtype patients have worse pathological response and outcomes, particularly for those mixed where one area is basal-like. We confirm the findings of recent studies and identify intra-tumor heterogeneity as an important feature to consider in this context.Through close collaborations with clinicians, statisticians, and molecular biologists, and the integration of private and public omics data, my thesis contributes to the discovery of biomarkers of existing therapies and introduces a novel treatment option for a subgroup of bladder cancer patients