Rôle pro-métastatique du microenvironnement tumoral

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Rôle dans la progression tumorale et la résistance aux traitements

Il a depuis longtemps été démontré que les CAFs influençaient largement la prise tumorale, ainsi que le développement de métastases. Cet effet a d’abord été démontré en utilisant des modèles de co-cultures et de co-xénogreffes de cellules cancéreuses et de fibroblastes isolés (Orimo et al. 2005 ; Gaggioli et al. 2007; Vonlaufen et al. 2008 ; Xu et al. 2010 ; Hwang et al 2008). Par l’intermédiaire de leurs sécrétions, notamment de cytokines (IL-1b, IL6), de facteurs de croissance comme le HGF, « hepatocyte growth factor », l’IGF, « insulin-like growth factor », le NGF, « nerve growth factor », l’EGF, « epithelial growth factor », et le FGF-2, les CAFs vont favoriser la croissance tumorale en activant différentes voies de signalisation (MAPK, PI3K/Akt) dans les cellules cancéreuses. Ils vont ainsi favoriser leur prolifération, migration, invasion, et inhiber leur apoptose face notamment à des thérapies, favorisant ainsi la résistance des tumeurs aux chimiothérapies et aux thérapies ciblées (Duluc et al. 2015 ; Moatassim-Billah et al. 2016 ; Djurec et al. 2018 ; Straussman et al. 2012). Su et ses collaborateurs ont également récemment montré que certaines sous-populations de CAFs étaient capables de favoriser la chimioresistance en formant une niche protectrice pour les cellules souches cancéreuses (Su et al. 2018).
Parallèlement, ils vont également agir sur les différents composants du microenvironnement, cellulaire ou non, et jouer un rôle crucial sur leur développement. Les fibroblastes activés sécrètent des protéases qui vont dégrader la matrice extracellulaire, comme les métalloprotéases matricielles MMP2, MMP3, et MMP9 qui dégradent le collagène de type 4 qui compose la membrane basale, facilitant ainsi son renouvellement lors d’épisodes réversibles de pancréatite, mais aussi la modification de composition et dégradation lors de cancer invasif. Ces protéases sont associées à l’inflammation, la fibrose, l’angiogenèse et l’invasion tumorale. Les CAFs vont aussi sécréter en quantité excessive des protéines qui vont composer la matrice, particulièrement le collagène fibrillaire de type 1 et 3, la fibronectine, une glycoprotéine jouant un rôle dans l’adhésion cellule-matrice, et la laminine, protéine de la lame basale épithéliale (Bachem et al. 2005).
Les CAFs, via leur dialogue avec la tumeur, induisent également des modifications du métabolisme des cellules cancéreuses. Les CAFs autophagiques et sénéscents stimulent le métabolisme mitochondrial dans les cellules cancéreuses adjacentes, notamment par la production de grandes quantités de carburants très énergétiques comme les corps cétoniques, et favorisent ainsi la croissance tumorale et le développement de métastases (Capparelli et al. 2012). Une autre étude récente montre que l’intéraction avec les CAFs entraine la glycogénolyse dans les cellules cancéreuses. Le glucose produit est reinjecté dans la glycolyse, ce qui favorise la prolifération, l’invasion et les métastases des cellules cancéreuses (Curtis et al. 2018).
Au niveau de la vascularisation, les CAFs vont également avoir un impact via différents mécanismes. Ils sécrètent des facteurs angiogéniques, comme le facteur de croissance de l’endothélium vasculaire (VEGF), l’angiopoïétine-1 ou l’ « insulin-like growth factor-1 » (IGF-1). De plus, l’hypoxie retrouvée dans les PDAC stimule la production de « hypoxia-inductible factor-1 » (HIF-1), par les CAFs, un facteur de transcription provoquant dans les tissus hypoxiques des réponses pro-angiogéniques. Enfin, leurs sécrétions (TGF-β, FGF, PDGF, SDF-1, CXCL14 entre autres) vont aussi avoir une action autocrine, et stimuler ainsi le maintien de leur activation et leur prolifération (Omary et al. 2007 ; Augsten et al. 2009 ; Kojima et al. 2010).

Rôle immunomodulateur

Les CAFs ont aussi un important rôle de modulation de la réponse immunitaire, avec la sécrétion de cytokines comme les interleukines 1, 6, 10, le « tumor necrosis factor » (TNFα), de chimiokines, comme le « monocyte chemotactic protein 1 » (MCP1), ou les ligands CXCL1 et le CXCL2 (Erez et al. 2010 ; Djurec et al. 2018). Il a depuis longtemps été démontré que les CAFs, via leurs sécrétions, étaient capable de recruter des macrophages (Erez et al. 2010), et que les cellules « Fibroblast activation protein » (FAP)-positives, un marqueur de CAFs, étaient immunosuppressives (Kraman et al. 2010). Les CAFs sont capables de polariser les macrophages vers un phénotype M2 pro-tumoral, notamment via la sécrétion de « Colony stimulating factor 1 » (CSF-1) (Takahashi et al. 2016 ; Zhang et al. 2017).
Des études ont aussi montré que les CAFs pouvaient participer à la mise en place de l’échappement immunitaire, en séquestrant les lymphocytes cytotoxiques CD8 pour réduire leur infiltration au sein de la tumeur, et en diminuant ainsi la réponse immunitaire anti-tumorale (Ene-Obong et al. 2013). Ils sont aussi capables d’induire la mort des CD8 via des interactions directes antigène-spécifiques entre les checkpoints immunitaires membranaires FAS et « Programmed cell death 1 » (PD-1) des lymphocytes T et les ligands FAS-L et PD-L2 des 4 CAFs (Lakins et al. 2018). Ils modifient aussi les fonctions de cellules immunitaires, en induisant la différenciation des cellules myéloïdes dérivées de la moelle osseuse en cellules myéloïdes suppressives, ou MDSC (« myeloid-derived suppressor cells »), et ce par l’activation du facteur de transcription STAT3 fibroblastique et par la sécrétion de cytokines (CCL2 notamment) (Yang et al. 2016). Les CAFs sont enfin largement impliqués dans le processus métastatique ; leur rôle sera détaillé dans la 3ème partie de ce travail.

Rôle ambigu et hétérogénéité des CAFs

Au cours des dernières années, plusieurs études importantes ont suggéré la présence de différentes sous-populations de CAFs, et modifié le paradigme du rôle exclusivement protumoral des CAFs. Plusieurs études précliniques ciblant les CAFs avaient mis en évidence un bénéfice thérapeutique de la réduction du compartiment stromal. Notamment, Olive et ses collaborateurs ont utilisé un inhibiteur du ligand Sonic hedhehog Shh secrété par les cellules cancéreuses et qui se fixe au récepteur « Patched 1 » des CAFs et entraine l’activation des facteurs de transcription Gli qui favorisent la réaction desmoplasique (Olive et al. 2009). Les essais cliniques qui s’en étaient suivis avaient été décevants (Amakye et al. 2013). L’hypothèse en découlant suggérait un ciblage plus difficile qu’initialement prévu du microenvironnement et des CAFs, et un rôle potentiellement anti-tumoral de certaines populations de CAFs. Ainsi, le groupe d’Olive a montré que le modèle murin KPC également délété pour le gène codant pour le ligand Sonic hedhehog Shh de la voie Hedhehog, présente comme attendu un compartiment stromal réduit, mais développe des tumeurs d’agressivité augmentée en comparaison avec les souris KPC contrôles, suggérant ainsi que le microenvironnement, et plus spécifiquement les CAFs, pouvait peut être également « contenir » la croissance tumorale (Rhim et al. 2014). Özdemir et ses collaborateurs, en utilisant un modèle transgénique murin de PDAC différent du modèle KPC mais développant également un stroma fibreux, dans lequel les cellules α-SMA-positives prolifératives ont été supprimées, ont montré que l’absence des ces cellules favorisent le développement de tumeurs indifférenciées plus invasives et hypoxiques, associé à une survie diminuée des animaux (Özdemir et al. 2014). Même si des limites importantes peuvent compromettre les résultats de cette étude (le marqueur α-SMA n’est pas spécifique des CAFs mais également exprimé par les cellules musculaires lisses des vaisseaux, et tous les CAFs ne l’expriment pas non plus), elle a eu le mérite de souligner la complexité non anticipée du rôle des CAFs au sein des tumeurs.
Ces résultats suggèraient en effet que plusieurs sous-populations de CAFs, pouvant être potentiellement définies par plusieurs marqueurs, remplissent des fonctions particulières et différentes. L’isolement de ces sous-populations, grâce à l’identification de marqueurs de surface cellulaire spécifiques de chaque sous-population, permettrait des études fonctionnelles pour étudier leurs rôles spécialisées. Une première étape dans cette caractérisation a été obtenue par le groupe de Tuveson qui a décrit deux populations distinctes de CAFs de cancer du pancréas. La première, appelée « myofibroblastes », se caractérise par une expression élevée de l’α-SMA, une sécrétion de protéines matricielles, une activation de la voie du TGFβ, et une localisation spatiale tumorale proche des cellules cancéreuses. L’autre, nommée « CAFs inflammatoires », se localise plutôt à distance des lésions épithéliales et présente un phénotype sécrétoire de médiateurs inflammatoires comme l’IL6, l’IL11 et le LIF, et l’activation de voies de signalisation stimulées par les cytokines et chimiokines (Öhlund et al. 2017). Kalluri a proposé en 2016 une classification, comprenant des sous-types qui restreigne la croissance tumorale (F1) ou au contraire que la favorise (F2). Les CAFs pro-tumoraux pourraient également comprendre des sous-populations, avec des CAFs sépcialisées à haute capacité de sécrétion, impliqués dans la modulation de la réponse immunitaire, l’angiogenèse et la prolifération cellulaire (F3), et des CAFs responsable de la production et du remodelge de la matrice extracellulaire (F4) (Figure 13).

Matrice extracellulaire

La matrice extracellulaire est composée d’environ 300 protéines, sécrétées localement et assemblées en un réseau organisé qui structure la plupart des tissus (Naba et al. 2012). Elle régule l’homéostasie tissulaire, le développement des organes, l’inflammation, la cicatrisation, joue un rôle dans différentes pathologies (fibrose, arthrose, …) et a initialement été considérée comme une barrière contre l’invasion tumorale. Il est ensuite devenu évident qu’elle pouvait en fait modifier, et même induire la cancérogenèse. La matrice influence la croissance, la différenciation, la survie et la mobilité des cellules cancéreuses, à la fois en apportant une structure physique et en étant un réservoir pour différents facteurs solubles qui seront libérés lors de la dégradation de la matrice (Pickup et al. 2014). La matrice extracellulaire est composée de plusieurs protéines qui jouent des rôles différents dans le développement du cancer. Dans cette partie, nous nous intéresserons aux protéines principalement dérégulées dans le cancer du pancréas, de manière non exhaustive.

Collagènes

Les collagènes sont un composant principal de la matrice extracellulaire, dont le rôle protumoral a depuis longtemps été démontré. Les molécules de collagène sont formées de trois chaînes polypeptidiques α assemblées en une triple hélice. On distingue les collagènes fibrillaires (assemblage de molécules de collagène, liasons covalente entre les rédisus lysine et hydroxylysine voisins, sous l’action de la lysyl-oxydase) qui sont les plus abondants avec notamment les collagènes I, II et III, les collagènes associés aux fibrilles reliant les collagènes entre eux et aux autres composants de la matrice (IX et XII), et les collagènes formant un réseau comme le collagène IV au niveau de la lame basale.
La réticulation, c’est-à-dire l’organisation en réseaux tridimensionnels du collagène, la augmente la dureté de la matrice, favorise les adhésions focales et l’activation de voies de signalisation, et donc l’invasion tumorale (Levental et al. 2009). La surexpression du collagène de type I, majoritaire dans la réaction desmoplasique du cancer du pancréas, facilite l’invasion des cellules cancéreuses (Liu et al. 1995) ainsi que leur résistance à la chimiothérapie. Il a été montré que la culture de cellules cancéreuses traitées par 5-fluorouracile (5-FU) augmentaient leur survie, en augmentant leur prolifération en présence de collagène de type I (incorporation de thymidine radioactive supérieure pour la culture sur collagène par rapport à la culture sur plastique) (Armstrong et al. 2004). Son action sur le phénotype malin des cellules cancéreuses passe par l’activation de l’intégrine α2β1 (Grzesiak et al. 2006), qui peut accélérer la prolifération et la migration des cellules cancéreuses. Il a aussi été montré que dans des lignées cancéreuses pancréatiques, ce collagène de type I pouvait réguler positivement l’expression de la N-cadhérine, une glycoprotéine transmembranaire exprimée plutôt dans les cellules de phénotypes mésenchymateux et donc migratoires ou métastasiques (Shintani et al. 2006). Le collagène de type IV est également très présent dans le stroma du PDAC, à proximité des cellules cancéreuses, et il a été montré qu’il produisait de nombreux signaux pro-tumoraux, pour maintenir un phénotype migratoire et de survie face à des signaux apoptotiques (Ohlund et al. 2013). Plus récemment, l’équipe de Greenspan a montré que les chaînes α3 du collagène de type V produites par les cellules tumorales favorisaient la croissance tumorale dans un modèle de cancer du sein. Ainsi, dans des souris génétiquement invalidées pour le gène COL5A3, l’activation de la voie MAPK et la prolifération cellulaire sont diminuées. Le glypican-1, un protéoglycane membranaire, se lie aux chaînes α3, et ces chaînes modulent la capacité du glypican-1 à stimuler la prolifération en réponse au FGF2 (Huang et al. 2017). Enfin, Olivares et ses collaborateurs ont également mis en évidence un rôle métabolique du collagène. Ils ont montré que dans des conditions où les apports en nutriments sont limités, les cellules cancéreuses de PDAC pouvaient assimiler des fragments de collagène pour les utiliser comme un réservoir de proline (Olivares et al. 2017).

Glycosaminoglycanes et protéoglycanes

Les glycosaminoglycanes sont des chaînes polysaccharidiques, le plus souvent fixées de façon covalente à des protéines pour former des protéoglycanes. Les protéoglycanes comme le versicane, le biglycane, la décorine, entre autres, sont présents abondamment dans les tissus cancéreux (Wight et al. 2002) et peuvent réguler l’adhésion, la survie, la prolifération et la migration des cellules cancéreuses pancréatiques en modulant des effets paracrines de facteurs de croissance (Weber et al. 2001 ; Köninger et al. 2004). L’acide hyaluronique est un glycosaminoglycane, très abondant dans la matrice des cancers pancréatiques, qui se lie au récepteur CD44 et augmente la survie cellulaire en affectant des voies de signalisation comme PI3K/Akt. Il limite aussi la perfusion vasculaire en augmentant drastiquement la pression interstitielles au sein de la tumeur, et limite l’accès des médicaments à la tumeur ; nous verrons que le ciblage de l’acide hyaluronique est un concept thérapeutique émergeant ayant déjà donné des résultats encourageants (Provenzano et al. 2012).

Glycoprotéines

De nombreuses glycoprotéines non collagéniques jouent un rôle important dans l’organisation de la MEC, et dans les interactions cellules-matrice. La fibronectine est composée de deux sous-unités glycoprotéiques unies par deux ponts disulfures. Chaque sous-unité est composée de différents domaines spécialisés dans les liaisons à différents composants de la matrice (collagène, héparines, fibrines) et aux cellules, par l’intermédiare d’intégrines. Elle est particulièrement impliquée dans la migration et l’adhésion cellullaire, ainsi que la survie cellulaire et la chimiorésistance, notamment via une activation de la voie PI3K dépendante de FAK en aval des intégrines (Topalovski et Brekken 2016).
La laminine est composée de trois longues chaînes polypeptidiques (α, β et γ) associées par des ponts disulfures. Ces chaînes contiennent des domaines de liaison au collagène, aux héparane sulfates, et aux intégrines. Il a été montré que la laminine induisait via la phosphorylation de FAK une augmentation de la chimiorésistance à la gemcitabine (Huanwen et al. 2009), et que la liaison de la laminine-1 à une intégrine stimulerait l’expression de CXCR4 et de l’IL-8, protéines inflammatoires, dans les cellules cancéreuses pancréatiques (Grzesiak et al. 2007).
La périostine, sécrétée par les CAFs, augmente la migration des cellules cancéreuses et est corrélée à l’invasion, à des métastases et à un mauvais pronostic (Liu et al. 2017). Elle favorise également l’angiogénèse via la signalisation Erk/VEGF (Liu et al. 2016).
Enfin, la thrombospondine-2, secrétée par les CAFs, peut augmenter l’expression de l’activateur du plasminogène de type urokinase, impliqués dans des cascades de protéolyses et dans la dégradation de la matrice, et promouvoir l’invasion et la migration tumorale (Farrow et al. 2009).

Protéases

Les métalloprotéases sont des protéinases zinc-dépendantes ou calcium-dépendantes qui jouent un rôle important dans la dégradation de la membrane basale et de la matrice extracellulaire, participant ainsi à l’invasion tumorale et l’apparition de métastases. L’utilisation d’un ARN interférent bloquer la MMP-2 inhibe l’invasion et l’adhésion des cellules cancéreuses pancréatiques (Zhi et al. 2009). Elles sont sécrétées à la fois par les CAFs et les cellules cancéreuses et sont corrélées à un mauvais pronostic et une courte durée de survie dans le PDAC, ainsi qu’à la présence de métastases (Schneiderhan et al 2007). Les sérine-protéases, comme la plasmine, présentent un résidu sérine dans leur site actif. La plasmine est activée par clivage protéolytique du plasminogène sous l’action d’un activateur : l’u-PA (activateur du plaminogène de type urokinase), et le t-PA (activateur du plasminogène de type tissulaire). La plasmine est capable de dégrader de nombreuses glycoprotéines, la fibronectine et la laminine, les protéoglycanes, ou encore le colllagène de type IVb (Díaz et al. 2002). Comme nous le verrons, elle est impliquée dans le processus d’invasion et de métastase.

Rigidité et propriétés mécaniques de la matrice

L’accumulation de ces différents composants de la matrice extracellulaire modifie l’architecture du tissu pancréatique autour de la tumeur. La rigidité de la matrice peut avoir comme conséquence l’activation de voies de signalisation et ainsi réguler le comportement de la cellule cancéreuse. Lorsque l’accumulation de matrice extracellulaire entraine une augmentation de la tension au sein de la tumeur, les cellules tumorales répondent en générant des forces de traction via des contractions du cytosquelette (Samuel et al. 2011). Les changements de rigidité sont ressentis et des signaux sont transmis au domaine intracellulaire par l’intermédiaire de récepteurs mécano-senseurs de type facteurs de croissance et surtout d’intégrines (Levental et al. 2009 ; Friedland et al. 2009). Les intégrines sont des hétérodimères αβ associés de façon non covalente, exprimés à la surface des cellules, et qui possèdent un large domaine extracellulaire, un domaine transmembranaire et un domaine intracellulaire. Ces mécano-senseurs recrutent des molécules d’adhésion focales, comme la kinase d’adhésion focale (FAK), les protéines des familles Src et Rac, la paxilline, pour déclencher des cascades de signalisation et la réorganisation du cytosquelette (Figure 14) (Ross et al. 2013 ; Shi et al. 2003). En conséquence, ces cascades régulent l’expression de gènes qui vont favoriser la survie, la migration et l’invasion des cellules cancéreuses (Kalli et Stylianopoulos 2018). Récemment, Laklai et ses collaborateurs ont montré que dans les tumeurs de PDAC humains où la voie du TGFβ est altérée (inactivation fonctionnelle de Smad4/DPC4), la matrice extracellulaire est rigide, ce qui est associé à une plus grande tension intra-tumorale et à l’activation consécutive de la voie STAT3, en corrélation avec un mauvais pronostic. Dans des modèles murins de cancers du pancréas mimant l’hyperactivation de la voie TGFβ et l’augmentation de tension intra-tumorale, le blocage de la voie JAK/STAT3 dans les cellules cancéreuses ralentit la progression en réduisant la rigidité de la matrice et les forces de contraction dans les cellules cancéreuses (Laklai et al. 2016).

Immunité

Les relations entre cellules immunitaires et tumeurs ont été précisées récemment. Il apparaît que dans certains cancers, l’inflammation est un constituant important du microenvironnement tumoral. En 2011, Robert Schreiber a développé le concept d’ « immunoediting » pour décrire les trois phases de la réponse immunitaire tumorale qui conduisent aux modifications de l’immunogénicité des cellules tumorales (Figure 15). La première phase est la phase d’élimination, où le système immunitaire reconnaît les cellules cancéreuses et est capable de les détruire. S’ensuit alors une phase dite d’équilibre, dans laquelle des clones tumoraux peu immunogènes qui ont survécu à la phase d’élimination sont maintenus dans un état de dormance par le système immunitaire, potentiellement pendant de longues durées.
Enfin, après une adaptation, les cellules tumorales acquièrent la capacité à contourner la réponse immunitaire par différents mécanismes, et la phase d’échappement immunitaire survient (Schreiber et al. 2011). La réponse inflammatoire favorise alors la cancérogenèse, la prolifération, l’angiogenèse, les métastases et la chimiorésistance.
Dans le cas du PDAC, la réponse immunitaire, initialement anti-tumorale, évolue clairement pour devenir pro-tumorale et favoriser le développement du cancer. Cette réponse est principalement constituée par les cytokines anti-inflammatoires comme l’IL-1, l’IL-8, l’IL-10, le MCP-1 et le TGFβ produites par les cellules cancéreuses, les CAFs et par les cellules immunitaires du microenvironnement. Les cellules cancéreuses parviennent à échapper au système immunitaire, soit en évitant d’être détectées, soit en y devenant résistantes (Sideras et al. 2014). Ce chapitre décrira rapidement les principales populations immunitaires anti-tumorales, puis de manière plus détaillée les populations pro-tumorales du microenvironnement.

Populations anti-tumorales

Réponse innée

Les cellules tueuses naturelles, ou NK, sont capables de lyser sans activation préalable les cellules étrangères ainsi que les cellules altérées comme les cellules tumorales. Elles produisent des cytokines, dont l’IFNγ, et utilisent le système perforine/Granzyme B et les ligands de récepteurs de mort (FasL et TRAIL).
Les macrophages sont issus de la différentiation de monocytes attirés au sein des tissus par des sécrétions de cytokines, chimiokines, ou autres signaux cellulaires. Ils ont pour rôle de phagocyter les débris cellulaires et les agents pathogènes, sécrètent de grandes quantités de cytokines pro-inflammatoires (IL-1β, TNF-α), et activent les lymphocytes T en présentant des antigènes tumoraux (Martinez et al. 2014).
Les cellules dendritiques (DCs) font le lien entre immunité innée et adaptative, en jouant un rôle de sentinelle du système immunitaire. Elles expriment à leur surface des glycoprotéines membranaires du CMH (Complexe Majeur d’Histocompatibilité) dont la fonction va être de présenter des antigènes aux lymphocytes T et B dans les organes lymphoïdes. Les DCs reconnaisssent, capturent et dégradent les antigènes étrangers, et les apprêtent sur les molécules de CMH, devenant ainsi des DCs matures (Wörmann et al. 2014). 56

Réponse adaptative

Les lymphocytes T et B composent la réponse immunitaire adaptative, et sont classifiés en différentes classes selon leurs marqueurs de surface qui déterminent leur fonction biologique. Les lymphocytes T CD8 sont dits cytotoxiques, ils reconnaissent les peptides présentés par le CMH-I des cellules tumorales et sont capables de les éliminer via le TNFα ou par l’activation de macrophages. Ils sont associés à un meilleur pronostic dans de nombreux cancers, notamment le cancer colorectal (Galon et al. 2006), ovarien (Sato et al. 2005), du poumon (Kawai et al. 2008) et du pancréas (Fukunaga et al. 2004). Malheureusement, au cours de la progression tumorale et donc de l’échappement immunitaire, la proportion de LTs CD8+ diminue et ces cellules perdent également leurs marqueurs d’activation biologique (Yu et al. 2012). Nous avons vu que cette immunosuppression pouvait impliquer les CAFs, mais nous verrons que d’autres sous-populations immunitaires peuvent bloquer les effets cytotoxiques des CD8.
Les lymphocytes « helper » CD4 soutiennent l’activation des LTs CD8+, des lymphocytes B et des macrophages via la sécrétion de cytokines comme l’IL2. On distingue plusieurs sous-populations de LTs « helper », avec des rôles plutôt ambigus dans le contexte tumoral. Néanmoins, on considère plutôt que les Th1 sont anti-tumoraux, ils produisent de l’IFNγ, activent les CD8 cytotoxiques ainsi que les macrophages. Les Th2 sont quant à eux plutôt associés à un mauvais pronostic dans plusieurs cancers dont celui du pancréas, mais ils peuvent également exercer des fonctions anti-tumorales (De Monte et al. 2011).
Les lymphocytes B sont responsables de l’immunité humorale, puisqu’ils produisent, après différentiation au contact d’un antigène des anticorps dirigés contre cet antigène pour le neutraliser. Plusieurs sous-populations de lymphocytes B ont été identifiées, avec des effets pouvant être protumoraux. Certains lymphocytes B sécrètent des cytokines capables d’induire le recrutement de lymphocytes T régulateurs, et d’inhiber la réponse T CD8 (IL-4, IL-10, TGFβ) (Fremd et al. 2013). Plus récemment, Lee et ses collaborateurs ont mis en évidence que la délétion du « hypoxia inductible factor 1α » (HIF1α) accélérait le développement de lésions cancéreuses dans un modèle murin Kras-muté, et que cet effet était associé à une forte accumulation de lymphocytes B au sein du pancréas. La déplétion de ces lymphocytes par un anticorps anti-CD20 inhibait le développement de lésions cancéreuses dans ce modèle< (Lee et al. 2016).
Au cours de l’immuno-échappement, de nombreux mécanismes comme l’absence de reconnaissance des antigènes tumoraux, ou l’immunosuppression par d’autres cellules immunitaires empêchent les lymphocytes de jouer leur rôle anti-tumoral. Il a également été montré récemment que la tumeur imposait des restrictions métaboliques qui restreignaient la réponse des cellules T (Chang et al. 2015).

Macrophages associés aux tumeurs

Au niveau de la réponse innée, les macrophages associés aux tumeurs ou TAMs sont les composants les plus importants. Les macrophages sont recrutés et passent d’un phénotype M1 (pro-inflammatoire) à un phénotype M2 (anti-inflammatoire) sous l’action de cytokines du microenvironnement comme l’interleukine-10, le TGF-β, le SDF-1, la thrombospondine et le CSF-1 (« colony stimulating factor-1 »). Les macrophages présentent des origines diverses, et l’équipe de DeNardo a identifié dans des modèles murins de PDAC deux origines associées à des fonctions biologiques particulières. En effet, si les macrophages provenant de l’activation de monocytes circulants avaient plutôt un rôle de cellule présentatrice d’antigène, les macrophages activés au sein du tissu pendant la progression tumorale étaient associés à des profils trancriptomiques fibrotique, avec un rôle dans la production de protéines et le remodelage de la matrice extracellulaire (Zhu et al. 2017). D’autre part, à des stades précoces de la carcinogenèse pancréatique, les macrophages infiltrant le pancréas sont impliqués dans le processus de transdifférentiation des acini. En secrétant des cytokines pro-inflammatoires comme la chimiokine RANTES et le TNFα, les macrophages induisent la métaplasie acino-canalaire par l’activation de la voie NFκB (Liou et al. 2013).
Des travaux récents de l’équipe de Varner ont mis en évidence un rôle majeur de l’isoforme p110γ de la sous-unité catalytique des PI3K de la classe 1B. Ils ont montré que, dans le PDAC, l’activité de cette lipide kinase dans les macrophages était responsable de la suppression de la réponse T cytotoxique, de la réaction fibrotique et du rôle pro-métastatique (Kaneda et al. 2016). De manière plus générale, ils ont démontré que la PI3Kγ était à l’origine d’un switch entre immuno-stimulation et suppression par les macrophages dans le cancer. La voie PI3Kγ inhibe l’activation de la voie NFκB, et active le facteur de transcription C/EBPβ, à l’origine de modifications transcriptionnelles qui favorisent l’immunosuppression et la croissance tumorale (Kanda et al. 2016).
Très récemment, Candido et ses collaborateurs ont montré que les macrophages étaient une sous-population leucocytaire majeure au sein du PDAC, et qu’ils contribuaient de manière importante au génotype squameux de l’étude de Bailey (mauvais pronostic, plus métastatique) (Bailey et al. 2016). Le ciblage des macrophages CSF1R-positifs induit une augmentation de l’apoptose des cellules cancéreuses, associée à une restauration de l’activité des cellules T (Candido et al. 2018). Les macrophages sont en effet capables d’inhiber la réponse des lymphocytes T via plusieurs mécanismes comme la production d’espèces réactives de l’oxygène ou la production de cytokines immunosuppressives comme l’interleukine-10 et le TGF-β. Ils sont également capables d’induire l’apoptose des LTs via le TNF et le monoxyde d’azote (NO) (Saio et al. 2001), et ils produisent également de l’arginase-1, une enzyme qui métabolise l’arginine nécessaire à la prolifération des LTs au sein du microenvironnement (Rodriguez et al. 2004). Ils jouent aussi un rôle important dans l’invasion en influençant le remodelage de la matrice extracellulaire (Afik et al. 2016) et en produisant des stimuli chimiotactiques comme l’EGF et l’interleukine-1b. Les TAMs sont aussi largement impliquées dans la cascade d’invasion/métastase, cet aspect sera traité en détail dans la troisième partie de ce travail (Figure 17).

Neutrophiles associés aux tumeurs

En 2009, une étude de l’équipe d’Albelda a montré que, au même titre que plusieurs phénotypes de macrophages avaient été mis en évidence, les neutrophiles associés aux tumeurs pouvaient également avoir plusieurs états d’activation et de différentiation et étaient classifiables en TAN « N1 », anti-tumoraux, et TAN « N2 » protumoraux (Fridlender et al. 2009). En effet, dans un contexte tumoral et sous l’effet du TGFβ notamment, les neutrophiles passent du phénotype N1, avec l’expression de cytokines et chimiokines, de bas niveaux d’arginase, et la capacité de tuer les cellules cancéreuses in vitro, au phénotype N2. Les TANs N2 ont une signature moléculaire proche de celle des macrophages M2, ils favorisent la croissance tumorale en produisant des facteurs angiogéniques et des MMPs, répriment la réponse immunitaire anti-tumorale, et sont largement impliqués dans l’apparition de métastases (Shaul et Fridlender 2018).

Cellules myéloïdes suppressives MDSC

Les cellules myéloïdes suppressives, ou MDSCs sont des cellules immunitaires immatures, d’origine myéloïde, et à propriétés immunosuppressives. Dans des souris développant un PDAC, elles sont retrouvées en grandes quantités dans la rate et dans les tumeurs pancréatiques (Bayne et al. 2012). Ce sont des cellules immatures capables de se différencier en cellules dendritiques, en macrophages ou en granulocytes, qui affectent à la fois la réponse innée et adaptative. Elles proviennent de précurseurs souches hématopoïétiques, notamment sous l’action du GM-CSF ou de l’IL-1β produits par les cellules cancéreuses pancréatiques (Bayne et al. 2012 ; Tu et al. 2008). Dans des modèles de cancer du sein, Walte et ses collaborateurs montrent que l’activation de la voie mTOR dans les cellules cancéreuses, en favorisant la sécrétion de G-CSF, stimule aussi l’accumulation de MDSCs (Welte et al. 2016). L’expression du facteur de transcription Snail (inducteur de l’EMT) dans les cellules cancéreuses ovariennes induit une augmentation de sécrétion de CXCL1 et CXCL2, des ligands de CXCR2, et va favoriser la migration des MDSCs au site tumoral (Taki et al. 2018). Enfin, il a été montré récemment que l’hypoxie au sein des tumeurs, via le facteur de transcription HIF-1, favorise également le recrutement de MDSC. Dans un modèle de cancer du foie, les auteurs ont démontré que HIF-1 induit l’expression d’une enzyme (ectonucleoside triphosphate diphosphohydrolase 2) qui convertie l’ATP en AMP, maintenant les MDSCs dans un état indifférencié et empêchant ainsi leur différenciation en cellules dendritiques (Chiu et al. 2017).
Morphologiquement, les MDSCs ressemblent à un mélange de monocytes et granulocytes, et deux sous-types majeurs de MDSCs ont été décrits : les MDSCs granulocytiques (G-MDSC) et monocytiques (M-MDSC) (Movahedi et al. 2008). Les G-MDSC utilisent plutôt les espèces réactives de l’oxygène pour l’immunosuppression avec des contacts directs avec les cellules T, tandis que les M-MDSC utilisent l’iNOS, l’arginase et la 61 sécrétion de cytokines, et ne nécessitent pas de contact cellule-cellule (Youn et al. 2012). Une étude récente de l’équipe de Korkaya met aussi en évidence une infiltration spatio-temporelle différente des sous-types de MDSCs, avec plutôt une infiltration de la tumeur primaire par les M-MDSC et des sites métastatiques par les G-MDSC (Ouzounova et al. 2017).
Leur action immunosuppressive passe par plusieurs facteurs (Figure 18), dont la séquestration de cystéine, un acide aminé essentiel à l’activation des lymphocytes T ; par l’expression de hauts niveaux d’arginase, ce qui conduit à un manque de L-arginine nécessaire à la synthèse de protéines par les lymphocytes T ; par la production d’espèces réactives de l’oxygène ou de TGF-β. Ces différents facteurs inhibent les fonctions des lymphocytes T et des cellules NK (Bayne et al. 2012 ; Pergamo et Miller 2017). La déplétion de MDSC dans des GEMM de PDAC entraine une accumulation de LT CD8+ activé au sein de la tumeur, et augmente l’apoptose des cellules cancéreuses (Stromnes et al. 2014). L’autophagie a également été démontrée comme une voie importante de l’immunosuppression par les MDSCs. Chez des patients et des souris atteints de mélanome, les MDSCs présenent des hauts niveaux d’autophagie, et la suppression de l’autophagie dans les cellules myéloïdes entraine un ralentissement de la croissance tumorale associé à un défaut de la dégradation lysosomale et à une réponse immunitaire anti-tumorale (Alissafi et al. 2018). De plus, via la sécrétion de TGFβ et d’IL-10, les MDSCs peuvent induire la polarisation des macrophages associés aux tumeurs ainsi que le développement de lymphocytes T régulateurs immunosuppresseurs (Pergamo et Miller 2017).

Survie dans la circulation sanguine

Une fois la circulation sanguine atteinte, les cellules cancéreuses doivent résister à une large variété de stress jusqu’à atteindre un site secondaire distant et s’y réimplanter. Les contraintes de cisaillement du débit sanguin sont suffisamment fortes pour détruire la plupart des cellules tumorales, et les cellules doivent aussi résister à l’absence d’adhésion aux composants de la matrice, normalement essentielle à la survie. De plus, ces cellules doivent être capables de se protéger contre le système immunitaire, particulièrement les cellules NK (« natural killer »). Le réseau sanguin est un environnement très hostile pour les cellules tumorales circulantes (CTC), et on estime que moins d’1% des CTC peut y survivre et produire des métastases.
Les cellules circulantes se protègent des contraintes physiques et immunitaires en sécrétant des molécules comme la thrombine, la cathepsine B, les MMP-2 et 14, ou la podoplanine. Ces molécules vont activer différents récepteurs et voies de signalisation qui provoquent des désordres de la coagulation et l’agrégation de plaquettes autour d’elles. Ce mécanisme de détournement de la coagulation normale s’appelle l’agrégation plaquettaire induite par les cellules tumorales. De plus, cet agrégat permet aussi de faciliter l’arrêt à distance et l’extravasation des CTC (Jurasz et al. 2004). De même, des travaux récents ont montré que les cellules cancéreuses exprimant des hauts niveaux de Mucine-4, une glycoprotéine de surface, s’associaient plus facilement avec les plaquettes et les leucocytes dans la circulation, ce qui favorise la survie et le développement de métastases (Rowson-Hodel et al. 2018). Une autre étude récente a montré que l’apoptose des cellules cancéreuses due aux contraintes de cisaillement dans la circulation était médiée par une augmentation de la production d’anion superoxide par les mitochondries. Les cellules cancéreuses qui expriment des hauts niveaux de manganese superoxide dismutase (MnSOD) sont plus résistantes à ces forces de cisaillement et métastases plus facilement (Fu et al. 2016).
Le développement de techniques d’isolement a permis d’étudier plus précisément ces CTC, au niveau moléculaire et fonctionnel. Les séquençages d’ADN de nouvelle génération permettent l’étude du spectre de mutations de ces CTC, et Heitzer et ses collaborateurs ont comparé les mutations retrouvées dans la tumeur primaire, dans les métastases et dans les CTC. Ils ont montré que les CTC présentaient les mutations initiales retrouvées dans la tumeur primaire, mais également des mutations CTC-spécifiques, qui étaient également présentes à un niveau sous-clonal dans la tumeur primaire et dans les métastases (Heitzer et al. 2013). L’arrivée du séquençage sur cellule unique permet également de mettre en évidence l’hétérogénéité des CTC (Miyamoto et al. 2015). Au niveau clinique, la présence de CTC corrèle négativement avec la survie sans progression et la survie globale dans des cancers du poumon, gastrique, du pancréas et des mélanomes (Ilie et al. 2014 ; Mimori et al. 2008 ; Reid et al. 2013 ; Rhim et al. 2014). Les CTC peuvent également être utiles pour prévoir l’atteinte métastatique. En effet, les patients avec un nombre élevé de CTC sont plus susceptibles de développer des métastases hépatiques dans l’adénocarcinome pancréatique (Tien et al. 2016). Ainsi, la définition de valeurs seuil et de techniques fiables de mesure de CTC pourrait être particulièrement utiles pour suivre la progression, les rechutes ou encore les mécanismes de résistance et amener un bénéfice clinique fort dans les prochaines années (Dasgupta et al. 2017).

Arrêt à distance et extravasation

En utilisant la circulation sanguine pour atteindre différents sites à distance, les cellules circulantes vont ensuite quitter la circulation sanguine par un processus appelé extravasation. Elles doivent d’abord parvenir à ralentir et à adhérer aux cellules endothéliales. L’attachement des cellules cancéreuses est la première étape du processus d’extravasation, et intervient plutôt dans les petits capillaires, où les emboles de CTC et plaquettes sont d’abord ralentis physiquement par le diamètre des vaisseaux. Des adhérences sont ensuite créées, via l’expression d’un large spectre de ligands et de récepteurs par les EC et les cellules cancéreuses.
Les CTC miment le mécanisme d’adhésion-extravasation utilisé par les leucocytes pour ralentir et entrer dans un organe précis en cas d’inflammation, avec d’abord des adhésions faibles qui sont suivies d’interactions plus fortes. La sélectine endothéliale (E-sélectine) exprimées à la surface des cellules endothéliales est un important récepteur pour les adhésions de leucocytes, et est également impliquée dans les adhésions des cellules tumorales. Les cellules endothéliales quiescentes n’expriment pas l’E-sélectine, mais son expression est induite par des cytokines inflammatoires secrétées par les cellules cancéreuses elles-mêmes ou par les leucocytes qui leur sont associés. Un des ligands des sélectines est le tétrasaccharide sialyl Lewis x ou sLEx, attaché aux glycoprotéines à la surface des cellules.
D’ailleurs, des niveaux élevés de sLEx dans les tumeurs sont généralement associés à un mauvais pronostic (Nakamori et al. 1993 ; Zwenger et al. 2014). D’autres ligands sont exprimés par les cellules cancéreuses, dont le CD44, le CD24, la mucine 1 (MUC1), et la protéine de liaison à la galectine-3 (LGALS3BP). L’équipe de Vignjevic a également montré récemment que sur des souris développant des tumeurs primaires, la lumière des vaisseaux sanguins hépatiques présente des dépôts de fibronectine. Les cellules cancéreuses circulantes sont capables de se fixer à cette fibronectine via la taline-1, un composant important des adhésions focales, en facilitant ainsi la la migration transendothéliale (Barbazán et al. 2017). La cadhérine neuronale (N-cadhérine) est un autre récepteur important pour l’attachement des CTC aux cellules endothéliales. Elle est exprimée à la fois par les cellules cancéreuses et les cellules endothéliales, et il a été montré que des modèles murins transgéniques qui expriment la N-cadhérine sur l’épithélium mammaire développent d’avantage de métastases pulmonaires (Hulit et al. 2007), et que l’expression exogène de N-cadhérine sur des cellules de cancer du sein induit le développement de métastases (Hazan et al. 2000) (Figure 21).
Enfin, il est important de noter que les cellules cancéreuses de chaque origine présentent une affinité particulière pour certains organes, appelée tropisme. Un des mécanismes de ce tropisme est le relargage de chimiokines particulières associé à l’expression de récepteurs à ces chimiokines par les cellules tumorales, qui va permettre le ciblage d’un organe cible. Un des exemples de ce mécanisme est l’expression du récepteur CXCR4 par les cellules de cancer du sein, qui vont migrer préférentiellement vers les organes exprimant des niveaux importants du ligand CXCL12, comme le poumon, le foie ou le cerveau.

Bases moléculaires de la métastase

De nombreuses voies de signalisation et mutations sont impliquées dans le développement du cancer, et notamment dans le processus de métastases. Cette partie se propose d’apporter une vue d‘ensemble des voies majeures impliquées.

RAS/RAF/MEK/ERK

La voie de signalisation RAS/RAF/MEK/ERK est particulièrement importante dans les adénocarcinomes du poumon, du colon ou du pancréas dans lesquels la mutation KRAS, activatrice de RAS, est prédominante (plus de 90% des PDAC). RAS peut aussi être activé par la fixation de ligands comme l’EGF (« epithelial growth factor »), l’IGF (« insulin growth factor ») ou le FGF (« fibroblast growth factor ») sur des récepteurs tyrosine kinase (TK), comme l’EGFR, l’IGFR et le FGFR, respectivement. On peut également retrouver des mutations activatrices ou des surexpressions de ces récepteurs sur les cellules cancéreuses, qui conduisent à une sur-activation de la voie RAS/RAF/MEK/ERK, mais aussi de la voie PI3K/Akt/mTOR ou de la voie STAT (« signal transducer and activator of transcription »). La cascade de signalisation provoquée par la fixation d’un ligand aux récepteurs TK ou les activations constitutives de RAS va entrainer la transduction d’un signal de la membrane jusqu’au noyau, avec au départ l’activation de RAS (« small GTPase rat sarcoma oncogene homolog »), qui se le lie et active RAF (« rapidly accelerated fibrosarcoma kinase »). RAS phosphoryle ensuite la kinase MEK qui active les MAPKs (« mitogen-activated protein kinases ») donc les kinases ERK1 et ERK2 (« extracellular signal-regulated kinases »). Ces kinases sont les effecteurs principaux de cette voie, et entrainent la transcription de gènes avec un effet majeur sur de nombreux processus cellulaires majeurs, comme la prolifération, la survie, et l’invasion (Figure 22). Des modifications aberrantes de cette voie entraînent l’initiation tumorale et sa progression.

Rôle pro-métastatique du microenvironnement tumoral

Le rôle majeur du microenvironnement tumoral dans la progression tumorale est aujourd’hui largement reconnu. Ce microenvironnement est impliqué dans chaque étape de la cascade d’invasion-métastases. Selon sa composition, le microenvironnement peut jouer un rôle de pression de sélection, ou promouvoir la progression tumorale en protégeant les cellules cancéreuses contre les défenses immunitaires ou les contraintes physiques. Le développement de la maladie métastatique est donc lié à la coévolution des cellules cancéreuses et du microenvironnement.

Interactions sur le site primaire

La modification des cellules cancéreuses susceptibles de métastaser se fait au niveau de la tumeur primaire, probablement au niveau des fronts d’invasion, à l’interface entre cellules tumorales et stroma. Là, les cellules sont le plus exposées à la sélection induite par le microenvironnement, car ce front est enrichi en différents types cellulaires du stroma, comme les CAFs ou les cellules immunitaires pro-tumorales. Les signaux émis par ces cellules facilitent l’invasion tumorale et peuvent aider à la sélection des sous-populations de cellules cancéreuses à plus haute capacité métastatiques. Une étude a montré que des cellules cancéreuses isolées des fronts d’invasion de tumeurs pancréatiques contiennent une sous-population exprimant les marqueurs CD133 et CXCR4. Ces cellules présentent des forte capacités de migration et sont capables de former des métastases après injection dans un modèle murin (Hermann et al. 2007).
Au sein de la tumeur primaire, les CAFs et les composants de la matrice extracellulaire sont largement impliqués dans l’invasion locale. Dès 2007, Gaggioli et ses collaborateurs ont montré sur des modèles d’invasion de co-cultures de fibroblastes et de cellules cancéreuses que les fibroblastes généraient des rails d’invasion au sein de la matrice, et que les cellules cancéreuses suivaient ces rails. Le remodelage de la matrice par les CAFs est dépendant des intégrines α3 et α5, et de la régulation de chaîne légère de la myosine (MLC) par la protéine Rho (Gaggioli et al. 2007). Grasset et ses collaborateurs ont montré récemment que la matrice activait mécaniquement la voie de l’EGF dans les cellules cancéreuses (Grasset et al. 2018). Récemment, deux études ont mis en évidence que les CAFs sont capables de produire de la fibronectine, et d’aligner les fibres de fibronectine pour orienter la migration des cellules cancéreuses. Cet alignement se fait en augmentant les forces de tractions et de contractions par l’intermédiaire de la myosine non musculaire II et du PDGFRα, et en transmettant ces forces à la fibronectine via les intégrines α5, β1 et β3. En l’absence de fibronectine, les CAFs sont toujours capables de contracter la matrice, mais plus d’induire l’invasion des cellules cancéreuses (Erdogan et al. 2017 ; Attieh et al. 2017). L’augmentation des capacités d’invasion et de migration des cellules cancéreuses se fait principalement par l’EMT, et cette transition est induite par le microenvironnement, via la sécrétion de différents facteurs. Notamment, les MDCSs ont été montrées comme promotrices de l’EMT par l’activation des voies de signalisation TGFβ, EGF, et HGF (Toh et al. 2011). Les TAMs induisent également l’EMT via la production de TGFβ, et l’induction de la voie Wnt (Linde et al. 2018). Les TAMs facilitent aussi l’invasion locale en sécrétant des MMPs et par l’activation du système protéolytique activateur du plasminogène de type urokinase (uPA). Enfin, les CAFs ont largement été décrits comme inducteurs de l’EMT dans différents cancers, via la sécrétion de nombreux facteurs solubles (Giannoni et al. 2010) ou l’IL-6 (Moatassim-Billah et al. 2016 ; Wu et al. 2017). De plus, il a été montré que l’EMT, en plus de faciliter l’invasion et la migration des cellules cancéreuses, leur permettait d’acquérir des propriétés de cellules souches (Mani et al. 2008). Ce phénomène est souligné par le fait que de nombreuses CTC expriment à la fois des marqueurs de l’EMT et des marqueurs de cellules souches (Aktas et al. 2009). Ainsi, les TAMs sont également capables d’induire le phénotype souche des cellules cancéreuses au niveau des fronts d’invasion, via l’EMT induite par la sécrétion de TGFβ (Fan et al. 2014), mais aussi en activant la voie JAK/STAT dans les cellules cancéreuses (Mitchem et al. 2013). Il a récemment été montré dans un modèle ex-vivo que les CAFs facilitent l’invasion des cellules cancéreuses du côlon d’une manière MMPs-indépendante, probablement en exerçant des contraintes physiques pour étirer la membrane basale et former des espaces par lesquels les cellules cancéreuses peuvent passer (Glentis et al. 2017).
Les TAMs sont également des cellules clés dans le contrôle de l’angiogenèse au sein de la tumeur, particulièrement via la sécrétion de VEGF-A. En effet, le niveau de VEGF-A est corrélé à la densité des TAMs dans différents types de cancer (Valkovic et al. 2002). En plus d’être secrété par les TAMs, le VEGF-A peut être retenu dans la matrice extracellulaire, et sa forme soluble peut être relâchée lors de la dégradation de la matrice. Les TAMs et les CAFs peuvent largement contribuer à ce processus, car ils sont les sources majoritaires de MMPs. Particulièrement, l’équipe de Nakamura a montré que des cultures d’organoïdes co-cultivés avec des CAFs envahissaient d’avantage la matrice de collagène environnante que les organoïdes seuls. Des contacts directs ont été identifiés entre les cellules des organoïdes et les CAFs, et la destruction de la membrane basale impliquait la MMP2 qui se lie à la MT1MMP (membrane type-1 MMP) (Koikawa et al. 2018). Enfin, les travaux de l’équipe de Ganju ont montré récemment que le CXCL12 secrété par les CAFs augmentait la perméabilité des vaisseaux en recrutant des précurseurs endothéliaux et en diminuant les adhérences et les jonctions serrées endothéliales (Ahirwar et al. 2018). La rigidité de la matrice au sein de la tumeur primaire induit aussi l’expression de la protéine CCN1 par les cellules endothéliales, et que cette protéine favorise la translocation nucléaire et la signalisation de la β-caténine. Cette voie augmente les niveaux de N-cadhérine à la surface des cellules endothéliales, favorisant ainsi les interactions entre endothélium et cellules cancéreuses invasives (Reid et al. 2017). En favorisant ainsi l’angiogenèse au sein de la tumeur primaire, les cellules du microenvironnement facilitent l’intravasation des cellules cancéreuses invasives.
Au niveau de la tumeur primaire, les cellules stromales peuvent également jouer un rôle dans la sélection de clones « éduqués » pour un organe à distance. En effet, les signaux émis par le microenvironnement au sein de la tumeur primaire peuvent être proche de ceux retrouvés dans l’organe cible, et peuvent ainsi sélectionner les sous-populations de cellules cancéreuses les plus adaptées à cet environnement. Par exemple, les CAFs des tumeurs primaires de cancers du sein secrètent du CXCL12 et de l’IGF-1, cytokines fortement exprimées dans le stroma osseux. Cette pré-sélection favorise les cellules cancéreuses qui répondent à ces signaux de survie, notamment avec une forte activité des récepteurs Src, et ainsi la survie des cellules cancéreuses dans le microenvironnement osseux (Zhang et al. 2013).

Microenvironnement au site métastatique

Le microenvironnement mis en place au niveau des sites distants, s’il est moins décrit que celui de la tumeur primaire, joue également un rôle majeur sur le développement des lésions métastatiques, en favorisant l’arrêt à distance, l’extravasation, et la colonisation des cellules cancéreuses invasives.

Formation de la niche pré-métastatique

Avant même l’arrivée des cellules cancéreuses dans un organe secondaire, le stroma de ces organes peut être modifié par des signaux provenant de la tumeur primaire. Ce microenvironnement modifié est décrit comme une pré-niche métastatique, concept développé par Psaila et Lyden en 2009 (Figure 27). Des facteurs solubles provenant de la tumeur, comme le VEGF-A et le PIGF, vont favoriser le recrutement de cellules dérivées de la moelle osseuse (BMDC) et leur accumulation dans l’organe cible. Ce recrutement est associé à un remodelage important de la matrice extracellulaire, avec une surexpression de la fibronectine et l’induction de MMP9. Par exemple, la LOXL2 sécrétée au niveau de la tumeur primaire, va circuler jusqu’à la pré-niche où elle va favoriser la production de fibronectine, l’expression de MMP9 et de CXCL12 et le recrutement de cellules dérivées de la moelle osseuse (BMDC) (Wu et al. 2018). Au niveau hépatique, l’équipe de Schmid a récemment montré que des macrophages étaient recrutés précocement, et qu’ils étaient capables d’activer les cellules étoilées hépatiques (HSCs) en myofibroblastes, notamment via la granuline. Ces HSCs activées vont en retour secréter des protéines matricielles comme la périostine, et ainsi mettre en place un environnement fibrotique propice au développement métastatique (Nielsen et al. 2016)
Les protéines inflammatoires S100A8/9 sont également surexprimées, et stimulent l’expression de la sérum amyloïde A3 (SAA3), qui va à son tour recruter des cellules myéloïdes CD11b-positives et des protéines du remodelage matriciel (Hiratsuka et al. 2008). Des travaux récents ont également montré que les cellules de cancer colorectal sécrètent le VEGF-A, qui va stimuler la production de CXCL1 par les macrophages au niveau de la tumeur primaire. L’élévation du niveau de CXCL1 au niveau hépatique va induire le recrutement de MDSC CXCR2-positive dans la pré-niche (Wang et al. 2017).
Récemment, l’équipe de Karin de Visser a également montré l’implication de neutrophiles polarisés particuliers dans les tumeurs mammaires. Dans ces tumeurs, les lymphocytes T γδ produisent de l’IL-17, qui va induire l’expansion des neutrophiles et leur polarisation vers un phénotype immunosuppressif (inhibition de la réponse T CD8 cytotoxique). Ces neutrophiles sont aussi capables d’aider à la mise en place de la pré-niche métastatique en sécrétant des molécules inflammatoires comme les S100A8 et S100A9 (Coffelt et al. 2015). Une autre étude de 2015 a mis en évidence le rôle majeur des neutrophiles dans le développement du microenvironnement pré-métastatique pulmonaire dans des modèles de cancers du sein. Ils démontrent que les neutrophiles sont largement impliqués dans l’initiation des métastases, notamment via la production de leucotriènes, des lipides impliqués entre autres dans le recrutement par chimiotactisme de différentes sous-populations immunitaires sur les sites d’inflammation. L’inhibition génétique ou pharmacologique de la protéine Alox5 (« leukotriene-generating enzyme arachidonate 5-lipoxygenase ») supprime l’activité des neutrophiles et réduit l’apparition de métastases (Wculek et Malanchi 2015).

Table des matières

I) Biologie et pathologies du pancréas
1) Anatomie et physiologie du pancréas
a) Anatomie
b) Physiologie
2) Adénocarcinome canalaire pancréatique
a) Epidémiologie et facteurs de risques
b) Biologie du PDAC
c) Modèles expérimentaux d’étude du PDAC
II) Microenvironnement du PDAC
1) Généralités
2) CAFs
a) Origines
b) Rôle dans la progression tumorale et la résistance aux traitements
c) Rôle immunomodulateur
d) Rôle ambigu et hétérogénéité des CAFs
3) Matrice extracellulaire
a) Collagènes
b) Glycosaminoglycanes et protéoglycanes
c) Glycoprotéines
d) Protéases
e) Rigidité et propriétés mécaniques de la matrice
4) Immunité
a) Populations anti-tumorales
b) Macrophages associés aux tumeurs
c) Neutrophiles associés aux tumeurs
d) Cellules myéloïdes suppressives MDSC
e) Lymphocytes T régulateurs
III) Biologie de la métastase
1) Processus métastatique
a) Invasion locale
b) Intravasation
c) Survie dans la circulation sanguine
d) Arrêt à distance et extravasation
e) Micrométastase
f) Colonisation
2) Bases moléculaires de la métastase
a) RAS/RAF/MEK/ERK
b) PI3K/Akt/mTOR
c) HGF/c-MET
d) Wnt/B-Caténine
e) JAK/STAT
3) Rôle pro-métastatique du microenvironnement tumoral
a) Interactions sur le site primaire
b) Microenvironnement au site métastatique
4) Métastases et PDAC
a) Altérations génétiques
b) Sous-types tumoraux
c) Dérégulations de miARNs
d) Cellules souches cancéreuses
e) Exosomes
IV) Stratégies thérapeutiques innovantes dans le PDAC
1) Thérapies actuelles
a) Tumeurs résécables d’emblée
b) Tumeurs localement avancée
c) Formes métastatiques
2) Diagnostic précoce
a) Généralités
b) Signature génétique et épigénétique
c) ARN non codants
d) Biopsies liquides
3) Thérapies ciblées
a) Ciblage moléculaire
b) Ciblage de la matrice
c) Immunothérapie
4) Ciblage des CAFs
a) Reprogrammer les CAFs
b) Somatostatine et Analogues de Somatostatine
RESULTATS EXPERIMENTAUX
I) Potentiel anti-métastatique du SOM230 : ciblage pharmacologique indirect des fibroblastes associés au cancer
II) Le ciblage pharmacologique du dialogue entre CAFs et macrophages M2 empêche le développement de métastases dans le PDAC
III) DISCUSSION GENERALE & PERSPECTIVES
Modèles de PDAC
Implications des CAFs, des macrophages et de leurs sécrétions dans le développement de métastases
Effets du SOM230 sur d’autres types cellulaires
Conclusion générale
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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