Thèse Plasticité Chromatinienne Induite par l'Adn Extrachromosomique Ecdna Comme Mécanisme de Résistance Thérapeutique des Cancers H/F

Université Paris-Saclay GS Life Sciences and Health

Établissement : Université Paris-Saclay GS Life Sciences and Health
École doctorale : Cancérologie : Biologie - Médecine - Santé
Laboratoire de recherche : Prédicteurs moléculaires et nouvelles cibles en oncologie
Direction de la thèse : Olivier BERNARD
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-03T23:59:59

L'ADN circulaire extrachromosomique (ecDNA) correspond à des molécules de chromatine circulaires, acentriques et physiquement séparées des chromosomes (1). En fonction de leur taille, leur structure et leur comportement clonal, ces molécules peuvent inclure des ecDNA de grande taille, associés aux tumeurs, souvent porteurs d'oncogènes amplifiés, ainsi que des ADN circulaires extrachromosomiques plus petits (eccDNA), présents à la fois dans les cellules normales et cancéreuses. Par leur amplification à haut nombre de copies, leur ségrégation inégale lors de la mitose, leur chromatine hautement accessible et leur capacité à former des hubs régulateurs, les ecDNA favorisent une expression accrue d'oncogènes et accélèrent la diversification génomique ainsi que les processus mutationnels. Ces propriétés en font des moteurs puissants de l'hétérogénéité tumorale et de la résistance aux traitements des cancers (2).

Malgré les progrès récents de la génomique des cancers, le rôle des ecDNA reste encore insuffisamment caractérisé dans de nombreuses pathologies, en particulier dans des contextes où l'instabilité génomique et la plasticité cellulaire jouent un rôle majeur dans l'évolution tumorale. C'est notamment le cas de certaines tumeurs solides et d'hémopathies malignes agressives, où les mécanismes d'adaptation sous pression thérapeutique demeurent partiellement compris.
Les lymphomes B agressifs, notamment le lymphome diffus à grandes cellules B (DLBCL), présentent une hétérogénéité biologique importante, et une proportion significative de patients développe une résistance primaire ou acquise aux traitements standards, ainsi qu'aux nouvelles thérapies ciblées ou aux immunothérapies (3). De manière similaire, le cancer de l'ovaire séreux de haut grade (HGSOC), la forme la plus fréquente et la plus agressive des cancers de l'ovaire, se caractérise par une instabilité génomique marquée, une chimiorésistance fréquente et un pronostic défavorable. Dans ces deux maladies, certaines formes de plasticité tumorale échappent encore aux analyses classiques fondées sur le séquençage de fragments d'ADN courts.

Ce projet de thèse en co-mentorat s'inscrit dans un programme translationnel reliant les expertises complémentaires en hématologie et en oncologie des tumeurs solides, au sein de l'équipe U981 de Gustave Roussy. Il repose sur l'hypothèse que, dans les lymphomes B agressifs et dans le cancer de l'ovaire séreux de haut grade, les ecDNA oncogéniques constituent des unités dynamiques d'adaptation capables de remodeler l'organisation chromatinienne, favorisant les conflits transcription-réplication, et d'accélérer l'évolution clonale sous pression thérapeutique. L'intégration de données de séquençage long-read, d'analyses épigénomiques, d'études sur les R-loops et le stress de réplication, ainsi que de suivis cliniques longitudinaux permettra d'explorer cette hypothèse de manière globale et comparative entre les tumeurs solides et les hémopathies malignes. Leur suivi longitudinal pourrait ainsi permettre d'identifier de nouveaux mécanismes de résistance et de développer des biomarqueurs prédictifs exploitables en clinique.

Ce projet de thèse se situe ainsi à l'interface de la recherche fondamentale, de la génomique avancée et de la médecine de précision, avec l'ambition de mieux comprendre la plasticité tumorale et d'améliorer la prise en charge des patients atteints de lymphomes B agressifs et de cancer de l'ovaire.

L'ecDNA représente une forme particulière d'organisation du génome tumoral capable de modifier rapidement l'expression génique et l'évolution clonale des cellules cancéreuses. Contrairement aux altérations génomiques linéaires classiques, ces structures circulaires peuvent amplifier des régions génomiques entières, détourner des éléments régulateurs et générer des architectures chromatiniennes favorisant une transcription accrue des oncogènes. Dans plusieurs cancers, les ecDNA ont été associés à des états de chromatine actifs, à une instabilité génomique accrue et à un pronostic défavorable.

Dans le cancer de l'ovaire séreux de haut grade (HGSOC), caractérisé par une instabilité génomique extrême et une évolution tumorale rapide, des analyses cytogénétiques et des études récentes par séquençage long-read (4,5) ont montré que les ecDNA sont particulièrement abondants. Ces observations suggèrent que ces structures pourraient contribuer à l'amplification oncogénique et à la diversification clonale caractéristiques de cette maladie. Par ailleurs, des données émergentes indiquent que les conflits transcription-réplication (6) et les structures hybrides ADN/ARN, telles que les R-loops (7,8), sont enrichis dans les ecDNA, ce qui pourrait représenter une vulnérabilité spécifique exploitable sur le plan thérapeutique.

En ce qui concerne les lymphomes B agressifs, et plus particulièrement les DLBCL, les données sur les ecDNA restent encore limitées mais en pleine expansion. Des travaux récents ont mis en évidence un paysage diversifié d'ADN circulaire, comprenant des eccDNA (de petite taille), associés à l'instabilité génomique et à des programmes transcriptionnels spécifiques (9). L'abondance de ces structures apparaît corrélée au niveau d'instabilité génomique des cellules tumorales, un phénomène particulièrement pertinent dans les lymphomes dérivés des cellules B du centre germinatif, où les processus physiologiques de diversification des immunoglobulines, la réplication rapide et le remodelage chromatinien favorisent les cassures de l'ADN et la réorganisation du génome.

Malgré ces avancées, plusieurs questions majeures demeurent ouvertes dans les deux pathologies. La fréquence réelle et la diversité structurelle des ecDNA dans les échantillons tumoraux primaires restent encore mal caractérisées, tout comme leur évolution au cours de la maladie et sous pression thérapeutique. De plus, les différentes catégories d'ADN circulaire - l'eccDNA de petite taille et l'ecDNA oncogénique de grande taille - pourraient coexister et remplir des fonctions distinctes selon le contexte tumoral. L'identification des gènes conducteurs portés par ces structures, leur impact sur l'architecture chromatinienne tridimensionnelle et leur valeur pronostique dans des cohortes cliniques prospectives représentent donc des questions centrales.

Dans ce contexte, l'étude comparative des ecDNA dans les DLBCL et le HGSOC offre une opportunité unique d'identifier des mécanismes communs d'évolution tumorale et de plasticité génomique entre deux types de cancers biologiquement distincts mais partageant une forte instabilité génétique.

ecDNA represents a particular form of tumor genome organization capable of rapidly altering gene expression and the clonal evolution of cancer cells. Unlike classical linear genomic alterations, these circular structures can amplify entire genomic regions, hijack regulatory elements, and generate chromatin architectures that promote increased oncogene transcription. In several cancers, ecDNA has been associated with active chromatin states, increased genomic instability, and poor prognosis.

In high-grade serous ovarian cancer (HGSOC), which is characterized by extreme genomic instability and rapid tumor evolution, cytogenetic analyses and recent long-read sequencing studies (4, 5) have shown that ecDNA is particularly abundant. These observations suggest that such structures may contribute to oncogene amplification and clonal diversification characteristic of this disease. In addition, emerging evidence indicates that transcription-replication conflicts (6) and hybrid DNA/RNA structures such as R-loops (7, 8) are enriched on ecDNA, which could represent a specific vulnerability that may be therapeutically exploitable.

In aggressive B-cell lymphomas, and particularly diffuse large B-cell lymphoma (DLBCL), data on ecDNA remain limited but are rapidly expanding. Recent studies have revealed a diverse landscape of circular DNA, including small eccDNA molecules, associated with genomic instability and specific transcriptional programs (9). The abundance of these structures appears to correlate with the level of genomic instability in tumor cells, a phenomenon particularly relevant in lymphomas derived from germinal center B cells, where physiological processes such as immunoglobulin diversification, rapid replication, and chromatin remodeling promote DNA breaks and genome reorganization.

Despite these advances, several major questions remain open in both diseases. The actual frequency and structural diversity of ecDNA in primary tumor samples remain poorly characterized, as does their evolution during disease progression and under therapeutic pressure. Moreover, different categories of circular DNA-small eccDNA and large oncogenic ecDNA-may coexist and fulfill distinct functions depending on the tumor context. Identifying the driver genes carried by these structures, understanding their impact on three-dimensional chromatin architecture, and determining their prognostic value in prospective clinical cohorts therefore represent key questions.

In this context, the comparative study of ecDNA in DLBCL and HGSOC offers a unique opportunity to identify common mechanisms of tumor evolution and genomic plasticity across two biologically distinct cancer types that nevertheless share a high degree of genetic instability.

Le premier objectif du projet consistera à cartographier et à reconstruire les ecDNA présents dans des lignées et des biopsies tumorales de patient(e)s atteints de DLBCL et d'HGSOC, à différents stades thérapeutiques. Une stratégie expérimentale combinant l'enrichissement en ADN circulaire et le séquençage long-read de type Nanopore sera mise en place sur des lignées cellulaires afin de distinguer l'ADN chromosomal et extra-chromosomal, puis appliquée à des échantillons cliniques. L'analyse bioinformatique permettra de reconstituer l'architecture des ecDNA, d'identifier les régions génomiques amplifiées et d'établir un atlas des ecDNA récurrents selon les contextes tumoraux et thérapeutiques.

Le deuxième objectif visera à déterminer l'impact fonctionnel des ecDNA sur la régulation chromatinienne, les programmes transcriptionnels tumoraux et les processus de stress de réplication associés à la transcription. Le projet combinera l'analyse de l'accessibilité chromatinienne, des modifications d'histones, des R-loops et de l'expression génique afin d'identifier des signatures épigénétiques spécifiques associées aux ecDNA et de comprendre comment ces structures contribuent à la plasticité transcriptionnelle et à l'adaptation cellulaire.

Le troisième objectif portera sur le rôle des ecDNA dans la résistance thérapeutique et sur leur potentiel en tant que biomarqueurs dynamiques dans les deux maladies. Le projet exploitera des séries de biopsies pré- et post-traitement, ainsi que des échantillons de plasma et d'ascite, afin d'évaluer la détection et, si possible, le suivi longitudinal des ecDNA dans l'ADN circulant. L'objectif est d'identifier l'émergence ou l'expansion d'ecDNA associée à une réponse thérapeutique défavorable et de développer des modèles prédictifs de résistance intégrables aux essais cliniques.

The first objective of the project will be to map and reconstruct ecDNA present in cell lines and tumor biopsies from patients with DLBCL and HGSOC at different therapeutic stages. An experimental strategy combining circular DNA enrichment and Nanopore-based long-read sequencing will first be implemented in cell lines to distinguish chromosomal from extrachromosomal DNA and will then be applied to clinical samples. Bioinformatic analyses will enable the reconstruction of ecDNA architecture, the identification of amplified genomic regions, and the establishment of an atlas of recurrent ecDNA by tumor type and therapeutic context.

The second objective will aim to determine the functional impact of ecDNA on chromatin regulation, tumor transcriptional programs, and transcription-associated replication stress. The project will combine analyses of chromatin accessibility, histone modifications, R-loops, and gene expression in order to identify specific epigenetic signatures associated with ecDNA and to understand how these structures contribute to transcriptional plasticity and cellular adaptation.

The third objective will focus on the role of ecDNA in therapeutic resistance and on its potential as a dynamic biomarker in both diseases. The project will leverage a series of pre- and post-treatment biopsies, as well as plasma samples and ascites, to evaluate the detection and, when possible, longitudinal monitoring of ecDNA in circulating DNA. The goal is to identify the emergence or expansion of ecDNA associated with an unfavorable therapeutic response and to develop predictive models of resistance that could be integrated into clinical trials.