Hétérogénéité inter- et intra-tumorale et dynamique des fibroblastes associés au cancer dans l’adénocarcinome pancréatique

Abstract

Les fibroblastes associés au cancer (cancer-associated fibroblasts, CAF) sont des chefs d’orchestre du microenvironnement tumoral (stroma) de l'adénocarcinome canalaire pancréatique (AP). L'hétérogénéité du stroma pourrait expliquer les rôles physiopathologiques non univoques (pro- vs. anti-tumoraux) du stroma de l’AP. Nous avons émis l'hypothèse qu'il existe plusieurs sous-types de CAFs dans l’AP qui contribuent à l'hétérogénéité du stroma notamment par leurs interactions avec les cellules tumorales et immunitaires.Ce projet s’est décomposé en trois parties :- Dans la première partie, en appliquant des analyses bioinformatiques étendues et un large éventail de tests in vitro à des cultures primaires de CAF dérivées d’AP, nous avons démontré la diversité biologique des CAFs pancréatiques humains; nous avons identifié quatre sous-types de CAFs avec des caractéristiques moléculaires et fonctionnelles spécifiques (signatures liées à la matrice et au système immunitaire, expression de vimentine et d’actine musculaire lisse, activité proliférative), et nous avons montré que l'hétérogénéité des CAFs avait un impact sur les interactions avec les cellules tumorales dans des modèles organotypiques.- Dans la deuxième partie, nous avons montré que les sous-types de CAFs et leurs combinaisons étaient associés à des caractéristiques phénotypiques distinctes des tumeurs (sous-type moléculaire et grade, abondance et activité du stroma, infiltrats immunitaires, angiogenèse) et à la survie des patients, in silico dans les données publiques de l'ICGC et par immunohistochimie dans une cohorte de patients bien caractérisés.- Dans la troisième partie, nous avons montré que plusieurs sous-types de CAFs peuvent émerger in vitro (expériences avec des milieux conditionnés) et in vivo (xénogreffes orthotopiques) à partir des cellules stellaires pancréatiques suite à leurs interactions dynamiques avec les cellules tumorales, par un processus d'«empreinte», modulé ensuite par d'autres facteurs et/ou partenaires cellulaires dans le microenvironnement tumoral; par ailleurs, nous avons confirmé dans un contexte murin nos résultats sur l'association entre l'expression des marqueurs de sous-types de CAFs et le phénotype immunitaire observé dans les tumeurs humaines. Cette classification unique des CAFs pancréatiques humains (pCAFassigner) démontre l'hétérogénéité phénotypique inter- et intra-tumorale des CAFs dans l’AP. Nos résultats ouvrent la voie à de futures études fonctionnelles et au développement de thérapies ciblant spécifiquement certaines sous-populations de CAFs dans l’AP.Cancer-associated fibroblasts (CAF) are orchestrators of the pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) microenvironment. Stromal heterogeneity may explain differential pathophysiological roles of the stroma (pro- vs. anti-tumoral) in PDAC. We hypothesised that multiple CAF subtypes exist in PDAC that contribute to stromal heterogeneity through interactions with cancer and immune cells. This project comprised three parts:- In Part 1, by applying extended bioinformatics analysis and a wide range of in vitro assays to human PDAC-derived primary CAF cultures, we demonstrated the biological diversity of human pancreatic CAFs; we identified four CAF subtypes (A-D) with specific molecular and functional features (matrix- and immune-related signatures, vimentin and ?-smooth muscle actin expression, proliferation rate), and we showed that CAF heterogeneity had an impact on the interactions with cancer cells in mini-organotypic models.- In Part 2, we showed that the combination of CAF sub-populations was associated with distinct phenotypic characteristics of the tumours (tumour molecular subtype and grade, stromal abundance and activity, immune infiltrates, angiogenesis) and patient survival, in silico in the ICGC dataset and by immunohistochemistry in an extensively characterised patient cohort.- In Part 3, we showed that several CAF subtypes may emerge in vitro (conditioned media experiments) and in vivo (orthotopic xenografts) from the dynamic interactions of pancreatic stellate cells with cancer cells, through an “imprinting” process, and may be further modulated by other factors and/or cellular partners in the tumour microenvironment; in addition, we confirmed in a murine setting our findings about the association between CAF subtype marker expression and immune phenotype observed in human tumours.This unique classification for pancreatic CAFs (pCAFassigner) demonstrates the inter- and intra-tumoral phenotypic heterogeneity of CAFs in human PDAC. Our results provide a framework for future functional studies and pave the way for the development of therapies targeting specific CAF sub-populations in PDAC