Thèse Décryptage du Microenvironnement Tumoral Résistant à la Radiothérapie Interne Vectorisée Ciblant le Récepteur de la Transferrine Afin de Développer de Nouvelles Stratégies Thérapeutiques Com H/F Doctorat.Gouv.Fr

Le développement de nouvelles cibles moléculaires constitue néanmoins un défi majeur afin d'étendre cette approche à un plus grand nombre de cancers. Parmi celles-ci, le récepteur de la transferrine (TfR1/CD71) apparaît particulièrement prometteur. Ce récepteur transmembranaire joue un rôle essentiel dans l'homéostasie du fer en assurant l'internalisation de la transferrine circulante. Son expression est fortement augmentée dans la majorité des tumeurs solides, conséquence directe de l'augmentation des besoins en fer nécessaires à la prolifération cellulaire. Cette surexpression est notamment régulée par plusieurs voies oncogéniques majeures telles que PI3K/AKT/mTOR, MYC ou HIF-1, faisant du TfR un véritable marqueur fonctionnel du métabolisme tumoral.

Contrairement à de nombreux récepteurs surexprimés uniquement dans certains sous-types tumoraux, le TfR présente l'avantage d'être exprimé dans une grande variété de cancers, notamment les cancers bronchiques non à petites cellules, les carcinomes hépatocellulaires, les cancers du sein, du pancréas ou les glioblastomes. Son mécanisme d'endocytose particulièrement efficace favorise une internalisation rapide des ligands et permet ainsi une délivrance intracellulaire optimale des radionucléides thérapeutiques. Cette propriété en fait une cible idéale pour le développement d'une nouvelle génération de radioligands utilisant la transferrine naturelle comme vecteur biologique.

Dans ce contexte, l'équipe BioMaps/ImmunoMaps a récemment développé un radioligand innovant basé sur la transferrine humaine radiomarquée au lutétium-177 (177Lu-Tf). Les premiers résultats précliniques obtenus dans un modèle syngénique de cancer pulmonaire (CMT167) démontrent une accumulation tumorale importante ainsi qu'une réduction significative de la croissance tumorale après traitement. Néanmoins, malgré une efficacité thérapeutique marquée, aucune rémission complète n'a pu être obtenue et une fraction des animaux développe progressivement une résistance au traitement après plusieurs administrations.

Ces observations suggèrent que la résistance à la RIV ne résulte pas uniquement d'une diminution de l'expression de la cible ou d'une perte de captation du radioligand, mais implique probablement une adaptation dynamique de l'ensemble du microenvironnement tumoral. De nombreuses études récentes montrent que les traitements anticancéreux exercent une pression de sélection conduisant à une reprogrammation profonde des cellules tumorales mais également des cellules immunitaires infiltrantes. Les macrophages associés aux tumeurs, les lymphocytes T régulateurs, les cellules myéloïdes suppressives ainsi que les fibroblastes associés au cancer peuvent progressivement remodeler leur activité afin de créer un environnement immunosuppresseur limitant durablement l'efficacité thérapeutique.

Parallèlement, les cellules tumorales activent différentes voies de survie impliquant la réparation des dommages à l'ADN, le stress oxydant, le métabolisme du fer, l'autophagie ou encore la ferroptose. Ces mécanismes restent aujourd'hui largement inexplorés dans le contexte spécifique de la radiothérapie interne vectorisée ciblant le récepteur de la transferrine.

Les progrès récents des technologies de transcriptomique à haut débit, qu'il s'agisse du RNA-seq, du single-cell RNA sequencing ou de la transcriptomique spatiale, offrent désormais la possibilité de caractériser simultanément les modifications moléculaires des cellules tumorales et des différentes populations immunitaires composant le microenvironnement tumoral. Associées à l'imagerie moléculaire in vivo, ces approches permettent d'établir un lien direct entre les modifications biologiques observées et la réponse thérapeutique.

L'hypothèse centrale de cette thèse est que la résistance acquise à la RIV ciblant le récepteur de la transferrine résulte d'une reprogrammation coordonnée des cellules tumorales et de leur microenvironnement immunitaire. L'identification de ces signatures moléculaires permettra non seulement de découvrir de nouveaux biomarqueurs prédictifs de réponse, mais également de proposer des stratégies thérapeutiques combinées capables de restaurer la sensibilité des tumeurs résistantes et d'accélérer le développement clinique de cette nouvelle approche radiothéranostique. Objectif 1
Développer des modèles précliniques de résistance acquise à la radiothérapie interne vectorisée utilisant la transferrine naturelle radiomarquée au 177Lu dans des modèles murins de cancer pulmonaire et hépatique.

Objectif 2
Caractériser les modifications transcriptomiques et immunologiques du microenvironnement tumoral associées à la résistance thérapeutique.

Objectif 3
Identifier des biomarqueurs prédictifs de réponse à la RIV-Tf.

Objectif 4
Développer et valider des stratégies thérapeutiques combinées permettant de restaurer la sensibilité des tumeurs résistantes. Le projet reposera sur une stratégie translationnelle intégrée combinant radiopharmacie, modèles précliniques, imagerie moléculaire, immunologie et transcriptomique.

WP1 - Développement des modèles précliniques de résistance
Le radioligand 177Lu-transferrine sera produit et contrôlé au sein de la plateforme de radiopharmacie de BioMaps. Son efficacité thérapeutique sera évaluée dans deux modèles syngéniques murins représentatifs de cancers connus pour leur forte expression du récepteur de la transferrine : un modèle de cancer bronchique non à petites cellules et un modèle de carcinome hépatocellulaire.
Les animaux recevront plusieurs cycles de traitement afin de reproduire les schémas thérapeutiques utilisés en clinique et de favoriser l'émergence de clones résistants. Les réponses tumorales seront suivies longitudinalement par mesure des volumes tumoraux, survie et imagerie moléculaire.

WP2 - Caractérisation immunologique des tumeurs résistantes
Les tumeurs sensibles et résistantes seront prélevées à différents temps après traitement afin d'étudier l'évolution du microenvironnement tumoral.
Une caractérisation multiparamétrique sera réalisée par cytométrie en flux, immunohistochimie multiplex et imagerie quantitative afin de quantifier les principales populations immunitaires infiltrantes (lymphocytes CD8+, CD4+, Treg, macrophages, cellules dendritiques, neutrophiles et cellules myéloïdes suppressives). L'expression des principaux points de contrôle immunitaire (PD-L1, CTLA-4, TIM-3, LAG-3) sera également évaluée.

WP3 - Profilage transcriptomique des mécanismes de résistance
En collaboration avec le CEA/SIMOS avec Stéphane Hua, des analyses transcriptomiques seront réalisées sur les tumeurs sensibles et résistantes. Selon les développements technologiques disponibles, ces analyses pourront combiner RNA-seq, transcriptomique unicellulaire et transcriptomique spatiale.
L'objectif sera d'identifier les programmes moléculaires associés à la résistance thérapeutique, en particulier ceux impliqués dans la réparation de l'ADN, le métabolisme du fer, le stress oxydant, la ferroptose, les voies inflammatoires et les interactions entre cellules tumorales et immunitaires.
Une analyse bioinformatique intégrative permettra ensuite de reconstruire les réseaux de communication cellulaire et d'identifier des biomarqueurs prédictifs de réponse.

WP4 - Validation fonctionnelle et développement de nouvelles combinaisons thérapeutiques
Les voies biologiques identifiées seront validées dans de nouvelles cohortes animales.
Des stratégies de combinaison thérapeutique seront ensuite évaluées en associant la RIV-Tf à des inhibiteurs de points de contrôle immunitaire, à des inhibiteurs des voies de réparation de l'ADN, à des modulateurs du métabolisme du fer ou à toute autre cible identifiée par les analyses transcriptomiques.
Les effets thérapeutiques seront corrélés aux modifications du microenvironnement tumoral afin d'identifier les combinaisons les plus prometteuses en vue d'une future transposition clinique.