• Langue : Français
• Discipline : Biologie cellulaire
• Identifiant : 2024ULILS015
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 27/03/2024

Résumé en langue originale

Le traitement des DMG altérés H3 K27, n’ayant pas connu d’amélioration au cours de ces 50 dernières années, figure parmi les plus grands défis de la neuro-oncologie pédiatrique. En 2012, a été découverte une mutation spécifique de l’histone 3 (oncohistone), dite H3.3 K27M, présentant une prévalence très élevée (70-80% des cas) dans les DMG. Bien que l’impact épigénétique de cette mutation ait été décrit, des études demeurent nécessaires afin de mieux comprendre son rôle dans le phénotype agressif et la réponse aux thérapies des cellules DMG. Afin d’étudier précisément l’impact de la mutation H3.3 K27M sur le phénotype des cellules de DMG,nous avons développé et caractérisé des modèles cellulaires isogéniques complémentaires de gliome pédiatrique de haut grade induits et invalidés pour l’oncohistone. À l’aide de ces modèles, nous souhaitions élucider l’impact de H3.3 K27M sur la biologie des cellules de DMG et leur réponse aux traitements anti-cancéreux, notamment la radiothérapie, unique traitement de référence actuel pour la prise en charge des DMG. Par la caractérisation de nos lignées cellulaires de gliomes pédiatriques sustentoriels induites pourH3.3 K27M, nous avons montré que l’oncohistone impacte la réponse aux radiations ionisantes et à certaines thérapies ciblées de manière dépendante du contexte cellulaire.Sur la base de ce constat, nous avons pris le parti de caractériser les impacts biologiques de l’oncohistone dans un contexte cellulaire plus pertinent de DMG. En ce sens, nous avons établi des modèles cellulaires knock-out pour H3.3 K27M et les avons caractérisés comparativement à leurs lignées cellulaires parentales mutées. Par des caractérisations omiques (transcriptomique et protéomique) et du métabolisme cellulaire de ces modèles, nous avons notamment identifié un impact de la mutation H3.3 K27M sur le métabolisme lipidique des cellules DMG. De surcroit, dans des modèles de sphéroïdes 3D, cette modification du métabolisme lipidique associée à l’oncohistone semblait conditionnée par des facteurs du microenvironnement encore à l’étude.D’autre part, une approche fonctionnelle par criblage pharmacologique nous a permis d’identifier des dépendances à certaines voies de réparation des dommages à l’ADN spécifiquement associées à la mutationH3.3 K27M. De plus, la caractérisation radiobiologique de nos modèles, actuellement en cours, indique une radiosensibilité associée à H3.3 K27M, corrélant avec une diminution de l’efficacité de réparation de l’ADN postirradiation. Au-delà de cet impact sur la réparation des dommages à l’ADN, notre criblage pharmacologique a également révélé une sensibilité exacerbée à certains composés de la famille des glycosides cardiaques induite par H3.3 K27M. Ce résultat apparaît particulièrement intéressant au regard de nos données transcriptomiques montrant un enrichissement en gènes impliqués dans les cardiomyopathies et l’homéostasie ionique parmi les gènes différentiellement exprimés en présence de l’oncohistone. Dans ce contexte, nous avons entrepris l’étude des processus moléculaires et biologiques sous-jacents à cette différence de sensibilité gouvernée parH3.3 K27M.In fine, nous avons utilisé nos modèles cellulaires isogéniques pour montrer que l’oncohistoneH3.3 K27M entraîne des modifications du métabolisme lipidique des cellules de DMG. Ces changements métaboliques pourraient rendre les cellules de DMG altérés H3 K27 plus susceptibles au déclenchement de certaines voies de morts cellulaires (e.g. ferroptose) et affecter la réponse à certaines thérapies. De plus, H3.3K27M semble induire des sensibilités spécifiques, notamment à la radiothérapie et aux glycosides cardiaques [...]

Résumé traduit

H3K27-altered DMG treatment is one of the most significant challenges in pediatric neuro-oncology,with no improvement in patient survival over the past 50 years. In 2012, it was shown that DMGs harbor a specific histone 3 mutation (oncohistone) called H3.3 K27M with a very high prevalence (70-80% of cases). Although theH3.3 K27M impact on the epigenetic landscape has been well described, studies are needed to understand betterits role in DMG cells’ aggressiveness and response to therapies.To study the H3.3 K27M mutation impact on DMG cell phenotypes precisely, we developed andcharacterized pediatric high-grade glioma isogenic cellular models induced and knock-out for the oncohistone.Using these models, we aimed to decipher the oncohistone impact on DMG cell biology and response to anticancertherapies, including radiation therapy, the only current standard of care for DMGs. Characterization of our H3.3 K27M-induced pediatric supratentorial glioma cell lines reveals that the oncohistone affects the response to ionizing radiations and specific targeted therapies in a cellular context-dependentway. Based on these results, we settled to characterize oncohistone biological impacts in a more relevant cellular context of DMG. In that sense, we established H3.3 K27M knock-out cellular models and characterized them regarding their parental DMG H3.3 K27M mutated cell lines. Through omic (transcriptomic and proteomic)and cell metabolism characterizations of these models, we notably showed the H3.3 K27M mutation impact on DMG cells’ lipid metabolism. In 3D spheroid models, this H3.3 K27M-induced lipid metabolism rewiring appeared conditioned by microenvironment factors still under investigation.On the other hand, a functional pharmacological screen identified H3.3 K27M-driven dependencies tospecific DNA repair pathways. In addition, ongoing radiobiological characterization of our models indicates anH3.3 K27M-associated radiosensitivity correlating with a decrease in DNA repair efficiency following ionizingradiations. Beyond this DNA repair impact, our pharmacological screen also revealed an H3.3 K27M-relatedsensitivity to cardiac glycoside drugs. This result makes sense with our transcriptomic data showing enrichmentin genes involved in cardiomyopathies and ion homeostasis among differentially expressed genes with theoncohistone. In this context, we began unraveling the molecular and biological processes underlying thisH3.3 K27M-driven effect.Finally, we used our isogenic cellular models to show that the H3.3 K27M oncohistone drives lipidmetabolism modifications. These metabolic changes could prime H3K27-altered DMG cells to specific regulatedcell death pathways (e.g., ferroptosis) and affect the response to certain therapies. Moreover, the H3.3 K27Mseems to drive specific sensitivities, notably to radiation therapy and cardiac glycoside drugs. Understanding the underlying molecular mechanisms governing these H3.3 K27M-associated Achille heels could highlight newinsights into the oncohistone role in DMG cells and provide rationales for developing new therapeutic strategies.