Abstract:
Chondrosarcoma and glioblastoma are tumors characterized by their high resistance to X-rays irradiations. This resistance is associated with hypoxia, which can reduces the effectiveness of irradiation and promote the presence of Cancer Stem Cells (CSCs). Additionally, IDH mutation, frequently found in these tumors, could lead to the stabilization of Hypoxia-Inducible Factors (HIFs) and their signaling pathways even in the presence of oxygen. One potential therapeutic strategy to overcome these resistances is the use of carbon ion irradiation (C-ions), which can induce more direct damages to the targeted cells. Another therapeutic solution could be the use of inhibitors, targeting DNA repair proteins in order to block these systems and create synergistic effects with irradiation. Furthermore, IDH mutations could induce a particular sensitivity to these inhibitors.
The objective of this thesis is to assess the efficacy of irradiations in combination with DNA repair pathway inhibitors (PARP, ATM, and ATR inhibitors). We also evaluated the impact of IDH1 mutation and hypoxia on the presence of CSCs. In the first part of our study, we observed that PARP inhibition can radiosensitize chondrosarcoma cells to low LET irradiations (X-Rays and protons). These effects were enhanced in the IDH1-mutated cell line. The study of DNA repair pathways involved in repairing double-strand breaks induced by X-Rays and C-ions in chondrosarcoma, with ATM and ATR inhibitors (repair pathways for double-strand breaks and the signaling associated with these damages) in glioblastoma, suggests the involvement of these pathways in repairing damages induced by C-ions and demonstrates the potential of these molecules to sensitize these cancer models to C-ions. IDH1 mutation seems to enhance the proliferation and adaptation of cells to hypoxia and the resistance against irradiation. Despite this resistance, C-ions remain more effective than other irradiation types. Finally, hypoxia appears to promote the presence of CSCs. The effectiveness of C-ions in controlling this subpopulation was demonstrated in both models, while the use of inhibitors seemed ineffective.
Overall, our results suggest the potential of C-ions therapy to counteract the resistance induced by hypoxia and CSCs. The addition of inhibitors could be interesting for sensitizing cancer cells, although their effects appear to be dependent on the irradiation type and on cellular characteristics such as mutations. The efficacy of these molecules on CSCs seems to be limited.
Keywords: Hadrontherapy, Chondrosarcoma, Glioblastoma, Hypoxia, Cancer Stem Cells.
Contact CIMAP : François Chevalier (CIMAP/Aria).
Rôle des cellules souches et de l’hypoxie dans la radioresistance tumorale : avantage de l’hadronthérapie dans le traitement du chondrosarcome et du glioblastome
Résumé :
Le chondrosarcome et le glioblastome sont des tumeurs caractérisées par leur forte résistance aux traitements par Rayons X (RX). Cette résistance est associée aux phénomènes d’hypoxie qui peut réduire l’efficacité des irradiations et promouvoir la présence de cellules souches cancéreuses (CSCs). De plus, la mutation IDH, fréquemment retrouvée au sein de ces tumeurs, pourrait induire la stabilisation des facteurs inductibles de l’hypoxie (HIFs) et de leur signalisation même en présence d’oxygène. L’une des solutions thérapeutiques envisagée pour diminuer ces résistances est l’utilisation de l’hadronthérapie par ions carbone (Cions) qui permet d’induire plus de dommages directs aux cellules ciblées que lesRX. Une autre piste pour améliorer la prise en charge de ces tumeurs, serait d’utiliser des inhibiteurs des voies de réparation de l’ADN, afin de bloquer ces systèmes et avoir des effets synergiques avec les irradiations. De plus, la mutation d’IDH pourrait induire une sensibilité particulière à ces inhibiteurs.
L’objectif de cette thèse est de mesurer l’efficacité des irradiations en association avec des inhibiteurs des voies de réparation de l’ADN (inhibiteurs de PARP, ATM et ATR). Nous avons également évalué l’impact de la mutation d’IDH1 et de l’hypoxie, sur la présence des CSCs.
Dans un premier temps, nous avons observé que l’inhibition de PARP pouvait radio-sensibiliser les cellules de chondrosarcomes aux irradiations de faible TEL (RX et protons). Ces effets sont augmentés pour la lignée mutée IDH1. L’étude des voies de réparation impliquées dans les cassures induites par RX et Cions sur le chondrosarcome, avec les inhibiteurs d’ATM et d’ATR (voies de réparation des dommages doubles brins et signalisation associée à ces dommages) dans le glioblastome suggèrent l’implication de ces voies pour réparer les dommages induits par les Cions et montrent un intérêt de ces molécules pour sensibiliser ces modèles cancéreux vis-à-vis des Cions. La mutation IDH1 semble favoriser la prolifération et l’adaptation des cellules à l’hypoxie associée à une résistance vis-à-vis des différentes qualités d’irradiations. Malgré cette radiorésistance, les Cions restent plus efficaces que les autres qualités d’irradiations. Enfin, l’hypoxie semble favoriser la présence des CSCs. L’efficacité des Cions pour contrôler cette sous population a été démontrée dans les 2 modèles, tandis que l’utilisation des différents inhibiteurs semblent inefficaces.
D’une manière générale, ces résultats suggèrent l’intérêt de l’hadronthérapie par Cions pour pallier aux résistances induites par l’hypoxie et les CSCs. L’ajout d’inhibiteurs pourrait être intéressant pour sensibiliser les cellules cancéreuses, bien que leurs effets semblent dépendant de la qualité d’irradiation ainsi que des caractéristiques cellulaires comme les mutations. L’efficacité de ces molécules sur les CSCs semblent cependant limitée.
Mots-clés : Cellules souches cancéreuses, Chondrosarcome, Glioblastome, Hadronthérapie, Hypoxie.