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Des cartes 3D ultra précises des cellules cancéreuses révèlent les secrets de la croissance tumorale
Des cartes 3D ultra-précises des cellules cancéreuses décryptent la façon dont les tumeurs se développent et proposent de nouvelles approches thérapeutiques.
Des cartes 3D ultra précises des cellules cancéreuses révèlent les secrets de la croissance tumorale
Des cartes détaillées qui décrivent avec précision l'emplacement des cellules dans les tumeurs et examinent la biologie des tumeurs offrent de nouvelles informations sur le développement de plusieurs types de cancer, notamment le cancer du sein, du côlon et du pancréas, et pourraient fournir des indices sur des traitements potentiels.
Dans une série de 12 études, publié le 30 octobre dans la revue Nature, des chercheurs du Human Tumor Atlas Network (HTAN) ont analysé des centaines de milliers de cellules provenant de tissus humains et animaux. Certaines études décrivent Cartes 3D de cellules – appelées atlas cellulaires – dans les tumeurs, tandis que d’autres créent des « horloges moléculaires » qui suivent les changements cellulaires qui conduisent au cancer.
"Appliquer ces nouveaux outils au cancer nous permet de l'examiner sous un angle différent", explique Ken Lau, biologiste cellulaire informatique au centre médical de l'université Vanderbilt à Nashville, Tennessee, et co-auteur d'une étude documentant l'évolution temporelle des événements cellulaires dans le développement du cancer colorectal. 1. "Nous pouvons réellement voir des choses que nous ne pouvions pas voir auparavant."
Cartographie des tumeurs
Dans certaines études, les chercheurs ont créé des atlas qui leur ont permis d’étudier les tumeurs au niveau unicellulaire et d’étudier comment le cancer se développe. Une équipe a analysé l'organisation des cellules dans 131 échantillons provenant de six types différents de cancer, notamment des tumeurs du sein, du côlon, du pancréas et du rein. 2. Les scientifiques ont découvert que différentes régions d’une même tumeur pouvaient réagir différemment aux médicaments. Comprendre comment différents groupes cellulaires réagissent aux traitements pourrait aider à développer des thérapies plus efficaces.
D’autres études ont utilisé la cartographie 3D pour examiner des échantillons de polypes du côlon – des excroissances anormales dans la muqueuse intestinale qui peuvent devenir cancéreuses. Ils ont identifié des changements moléculaires dans les cellules des polypes, notamment une perte des connexions ADN et des modifications de l'activité des gènes. 3, ainsi que des changements dans la réponse immunitaire, la croissance cellulaire et le métabolisme hormonal 4, qui peut survenir précocement et rendre les cellules du polype malignes.
Les thérapies ciblant ces changements pourraient rendre les traitements contre le cancer et les interventions précoces en matière de santé plus efficaces, explique Ömer Yilmaz, biologiste des cellules souches au Massachusetts Institute of Technology de Cambridge. "Le meilleur traitement contre le cancer est la prévention. Et si nous pouvons comprendre comment différentes populations cellulaires réagissent à l'environnement et au régime alimentaire, comment cela affecte la tumorigenèse et comment différents clones contribuent à ce processus, cela pourrait conduire à de meilleures méthodes de prévention ou de détection."
Aperçus sur l’immunité
D’autres atlas fournissent des indices sur les raisons pour lesquelles certains cancers sont plus difficiles à traiter que d’autres. "Les tumeurs ne sont pas uniquement constituées de cellules cancéreuses", explique Daniel Abravanel, médecin-chercheur au Dana-Farber Cancer Institute de Boston, Massachusetts, et co-auteur d'une étude sur le cancer du sein. 5. Par exemple, les immunothérapies qui ne ciblent pas directement les cellules cancéreuses, mais soutenir le système immunitaire pour les éliminer, moins efficace contre le cancer du sein que d’autres types de cancer, ajoute-t-il.
Pour découvrir pourquoi, Abravanel et ses collègues ont créé un atlas des tumeurs en 3D à partir de dizaines d’échantillons provenant de 60 personnes atteintes de formes agressives de cancer du sein. Ils ont examiné la répartition des cellules immunitaires et ont découvert que certains types de cellules immunitaires étaient plus fréquents dans certaines tumeurs, en particulier chez les personnes ayant reçu une immunothérapie.
Chez trois personnes, des biopsies prélevées sur la même tumeur à 70-220 jours d'intervalle ont montré des différences dans les quantités de cellules immunitaires appelées cellules T et macrophages. Dans deux cas, le nombre de ces cellules avait diminué avec le temps, tandis que dans le troisième cas, il avait augmenté.
"Cela montre vraiment à quel point le microenvironnement immunologique est dynamique et peut expliquer pourquoi les tentatives visant à caractériser les tumeurs et à prédire les réponses aux thérapies immunitaires à partir d'une biopsie à un moment donné ont donné des résultats incohérents", explique Brian Lehmann, chercheur sur le cancer du sein spécialisé en génomique au Vanderbilt-Ingram Cancer Center à Nashville, Tennessee.
Dans une autre étude, des chercheurs ont découvert que certains sous-types agressifs de cancer du sein contenaient plus de cellules immunitaires que d'autres et semblaient devenir « atténués » avec le temps. 6. Ces cellules expriment une protéine appelée CTLA4, qui limite leur capacité à répondre aux tumeurs. Les thérapies ciblant CTLA4 ont montré des résultats prometteurs dans le traitement du mélanome et du cancer du poumon. "Cela ouvre des possibilités supplémentaires pour l'utilisation de cette thérapie dans un sous-ensemble de cancers du sein", explique Lehmann.
Montre CRISPR
D’autres expériences montrent comment les cellules deviennent des cellules cancéreuses. Dans l'étude sur le cancer colorectal, Lau et ses collègues ont développé une « horloge moléculaire » pour suivre la façon dont les cellules normales commencent à proliférer de manière incontrôlable dans l'intestin. 1. Ils ont utilisé une analyse unicellulaire et un outil d'édition génétique (CRISPR) pour créer des mutations dans l'ADN de chaque cellule. Ces mutations ont agi comme des horodatages, documentant l’évolution des changements et des divisions de chaque cellule.
Lau et son équipe ont appliqué cette approche à 418 polypes du côlon humain et ont découvert que jusqu'à 30 % des polypes provenaient de plusieurs types de cellules plutôt que d'une seule cellule. Dans 60 % des polypes, un groupe de cellules a commencé à « dépasser » les autres à mesure que le polype se développait, conduisant à la formation d’une tumeur. Deux études similaires chez la souris 7, 8, comprenant une analyse de 260 922 cellules uniques provenant de 112 échantillons de tissu intestinal, a également montré qu'un mélange de cellules déclenche collectivement des tumeurs colorectales.
Ces résultats remettent en question l’idée antérieure selon laquelle le cancer du côlon provient de cellules uniques et non régulées de la muqueuse intestinale et pourraient ouvrir de nouvelles opportunités de diagnostic et d’intervention précoces.
"Pour évaluer le risque de [croissances précancéreuses], les gens utilisent la taille. Plus la tumeur est grosse, plus le risque est élevé", explique Lau. Mais l’horloge moléculaire et d’autres analyses montrent qu’« il pourrait y avoir d’autres biomarqueurs impliquant la génétique et l’évolution ».
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Islam, M. et al. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-024-07954-4 (2024).
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Lun, C.-K. et coll. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-024-08087-4 (2024).
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Zhu, Y. et al. Cancer naturel https://doi.org/10.1038/s43018-024-00823-z (2024).
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Esplin, E.D. et coll. Cancer naturel https://doi.org/10.1038/s43018-024-00831-z (2024).
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Klughammer, J. et coll. Nature Med. https://doi.org/10.1038/s41591-024-03215-z (2024).
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Iglesia, MD et coll. Cancer naturel https://doi.org/10.1038/s43018-024-00773-6 (2024).
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Sadien, I.D. et coll. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-024-08053-0 (2024).
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Lu, Z. et coll. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-024-08133-1 (2024).