Dans un article récent publié dans EMBO Médecine Moléculairedes chercheurs ont étudié l’hétérogénéité cellulaire, moléculaire et spatio-temporelle du glioblastome (GBM), une tumeur cérébrale primitive maligne et très agressive.
Ils ont effectué le séquençage de l’acide ribonucléique unicellulaire (scRNA-seq) de sept ensembles de cultures de cellules souches GBM (GSCC) dérivées de patients combinées à des co-cultures de macrophages associés au GBM (GAM)-GBM. Il est important de noter que ces GSCC couvraient un large spectre d’aberrations génétiques fréquemment présentes dans le GBM.
De plus, ils ont effectué en temps réel in vivo surveillance des interactions GAM-GBM dans des modèles de xénogreffes orthotopiques de poisson zèbre.
Sommaire
Arrière-plan
Le traitement du GBM n’a pas changé au cours des 15 dernières années et les patients survivent rarement au-delà de deux ans. L’hétérogénéité des tumeurs GBM et un microenvironnement tumoral immunosuppresseur (TME) contribuent à entraver la réponse au traitement.
Contrairement aux autres macrophages, les GAM sont des cellules immunitaires hautement plastiques présentant des propriétés immunosuppressives qui favorisent la progression tumorale au lieu d’empêcher la formation de tumeurs.
Lorsqu’ils sont co-cultivés avec des GSCC, ils se polarisent vers un phénotype plus immunosuppresseur, même si ce changement ne suit pas la classification basée sur les marqueurs M1/M2 pour caractériser les sous-types de macrophages. Puisqu’ils constituent 30 à 50 % de la tumeur, ils constituent une cible valable pour de nouvelles approches thérapeutiques.
Il est nécessaire d’évaluer en parallèle plusieurs approches thérapeutiques ciblant les GAM, telles que le blocage du recrutement, la reprogrammation et la phagocytose médiée par le GAM.
À propos de l’étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont développé une in vitro modèle pour analyser comment les GSCC ont influencé les caractéristiques phénotypiques des GBM d’une manière spécifique au patient à l’aide de scRNA-seq. Ils ont co-cultivé des GAM et des GSCC pendant quatre jours dans un rapport de 1:5 en utilisant la méthode de la goutte suspendue.
Ensuite, ils ont collecté des cellules dans diverses conditions, les ont étiquetées à l’aide de la méthodologie MULTI-seq et les ont regroupées pour scRNA-seq.
Ensuite, ils ont optimisé un modèle d’avatar de poisson zèbre (un in vivo modèle) dans lequel ils ont greffé des protéines fluorescentes vertes (GFP) + GSCC dans une lignée rapporteuse de macrophages.
Ils ont cultivé des avatars de poisson zèbre à une température élevée de 34°C pour permettre le développement normal des embryons tout en maintenant un environnement favorisant la prolifération des cellules tumorales.
L’imagerie en direct haute résolution des embryons de poisson zèbre dans des films accélérés a aidé les chercheurs à capturer et à visualiser les interactions dynamiques entre les GAM et les cellules tumorales transplantées en temps réel.
De plus, un pipeline d’analyse d’images traité in vivo enregistrements, qui ont permis d’identifier des modèles de comportement spatio-temporels distincts des GSCC et des GAM.
Résultats
Le séquençage et le démultiplexage de l’ARN Sc ont permis d’extraire jusqu’à 5 320 cellules provenant de huit co-cultures et d’une monoculture de GAM qui répondaient aux seuils de contrôle de qualité de cette étude. Le nombre moyen de gènes détectés par cellule était de 3 334.
L’étude analyse l’hétérogénéité découverte du GAM au niveau moléculaire et un changement évident de phénotype in vitro et in vivo. Il a également capturé des modèles d’interaction cellule-cellule spécifiques au patient.
En outre, les résultats ont démontré que l’étendue de la polarisation des macrophages était en corrélation avec le recrutement et l’activité du GAM dans les modèles d’avatar du poisson zèbre correspondants.
Le pipeline avancé de traitement d’image a capturé les interactions spatio-temporelles complexes entre les GSCC et les GAM. Ils ont découvert une invasion différentielle de cellules tumorales et une infiltration de GAM réactifs dans différents in vivo des modèles. En outre, ils ont révélé comment l’invasion des cellules tumorales et l’infiltration de GAM réactifs variaient selon les patients.
Il est à noter que les modèles de xénogreffe de poisson zèbre, en raison de leurs caractéristiques uniques telles que la facilité de manipulation génétique, la petite taille et la faisabilité économique, se sont révélés très adaptés à l’étude de l’initiation, de la progression, de la migration, du système vasculaire et de l’invasion du GBM.
Plus important encore, ils semblent les plus adaptés à la xénotransplantation de cellules tumorales GBM, compte tenu de leur grande ressemblance avec la structure du cerveau humain. Dans le contexte du GBM, ils pourraient aider les chercheurs à évaluer les médicaments qui traversent la barrière hémato-encéphalique (BBB).
En outre, l’analyse de l’enrichissement des ensembles de gènes (GSEA) a révélé que les GSCC non invasifs dans le modèle d’avatar du poisson zèbre présentaient un enrichissement pour la production et le dépôt de matrice extracellulaire (ECM).
Analyse différentielle de l’expression génique et immunohistochimie sur des échantillons de tumeurs GBM et expériences knock-out (KO) chez le poisson zèbre identifiées le LGALS1 gène comme principal régulateur de l’immunosuppression. Des études ont impliqué le LGALS1 gène codant pour la protéine galectine-1 (GAL-1) dans la modulation des interactions cellule-cellule et cellule-matrice extracellulaire (ECM).
Donné que LGALS1 est impliqué dans l’immunosuppression, les changements observés dans son expression pourraient être corrélés à une survie réduite chez les patients atteints de GBM. Ainsi, LGALS1 KO dans les cellules tumorales GBM pourrait transformer le paysage immunitaire.
Des études ont également montré que LGALS1 favorise la résistance à la chimiothérapie et à l’immunothérapie ; ainsi, intégrant LGALS1-des médicaments ciblés dans les programmes actuels de traitement du GBM pourraient améliorer efficacement les résultats pour les patients atteints du GBM.
En outre, les analyses ont mis en évidence le rôle potentiel du récepteur déclencheur exprimé sur la signalisation des cellules myéloïdes 2 (TREM2) dans la progression du GBM. Des études ont impliqué la signalisation TREM2 dans l’immunosuppression observée dans de nombreuses pathologies différentes, telles que les maladies neurodégénératives, l’obésité et plusieurs cancers.
Une étude a révélé que TREM2 l’expression était associée à un mauvais pronostic du GBM. Ainsi, davantage d’études sont nécessaires pour élucider les mécanismes régissant les rôles immunosuppresseurs de la signalisation GAL1 et TREM2.
Conclusions
Le profilage scRNA-seq et le modèle d’avatar du poisson zèbre ont révélé deux caractéristiques corrélées à la survie des patients atteints de GBM. Premièrement, ils ont montré « une hétérogénéité substantielle parmi les patients atteints de GBM dans la polarisation du GAM induite par le GBM », et deuxièmement, ils ont montré « la capacité à attirer et à activer les caractéristiques des GAM en corrélation avec la survie des patients ».
Dans la recherche préclinique, ces modèles pourraient fonctionner comme une plate-forme de criblage fonctionnelle pour aider à améliorer les traitements contre le GBM et à identifier de nouvelles cibles immunomodulatrices prometteuses.
Plus important encore, ces modèles ont le potentiel de maximiser l’efficacité du traitement contre le GBM, de prédire la réponse d’un patient à des médicaments spécifiques et d’établir des critères d’inclusion pour les essais cliniques évaluant les traitements contre le GBM.
Compte tenu de l’échec constant des thérapies actuelles contre le GBM, il est crucial de développer des stratégies thérapeutiques personnalisées contre le GBM.
À cet égard, des modèles précliniques basés sur des échantillons de tumeurs GBM provenant de patients pourraient permettre une reproduction plus précise de la complexité tumorale du patient, ce qui, à son tour, faciliterait l’identification de répondeurs exceptionnels pouvant bénéficier d’une thérapie spécifique.
