Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Transcriptomique spatiale“

Rationnel : L’artérite à cellules géantes (ACG) est une vascularite affectant l’aorte et ses principales branches, caractérisée par un infiltrat inflammatoire et un remodelage vasculaire. Les complications ischémiques de la maladie sont liées à une hyperplasie de l’intima par prolifération de myofibroblastes. Les fibroblastes adventitiels ont été peu étudiés au cours de l’ACG et pourraient participer au phénomène de remodelage vasculaire.Objectifs : Nous émettons l’hypothèse que les fibroblastes adventitiels sont impliqués dans le remodelage vasculaire de l’ACG.Méthodes : Nous avons inclus des patients ayant eu une biopsie d’artère temporale (BAT) pour suspicion d’ACG. Nous avons tout d’abord étudié la répartition intratissulaire des fibroblastes sur coupe d’artère temporale et leurs marqueurs d’activation par méthode immunohistochimique. A partir de l’isolement de fibroblastes adventitiels de BAT de sujets atteints d’ACG et de contrôles, nous avons effectué des tests fonctionnels de ces fibroblastes. Nous avons réalisé une étude transcriptomique spatiale d’artères temporales de sujets sains et de patients atteints ACG à l’aide de l’outil Digital Spatial Profiler (Nanostring) afin de mettre en évidence des signatures d’expression génomique selon les différentes couches artérielles.Résultats : Les fibroblastes de l’adventice des patients atteints d’ACG expriment des marqueurs d’activation. Ils présentent des capacités de prolifération, migration et sécrétion. L’analyse d’enrichissement montre que les fonctions liées à l’inflammation/réponse immunitaire et le remodelage vasculaire étaient en revanche significativement limitées aux couches internes (intima et media). Les fonctions immunitaires activées concernaient la différenciation des macrophages, les activations des lymphocytes T et B et du complément. Concernant les voies de remodelage vasculaire, nous avons constaté une activation : du processus métabolique du collagène, de la prolifération des fibroblastes, de l’angiogenèse, et de la prolifération des cellules musculaires lisses dans l’intima et la média. Notre analyse du réseau pharmacogénomique a permis d’identifier les gènes qui pourraient potentiellement être ciblés par des traitements actuellement approuvés ou par de nouvelles immunothérapies.Conclusion : Les fibroblastes semblent impliqués dans le processus de l’ACG. Nos résultats fournissent la première caractérisation par profilage spatial in situ des acteurs moléculaires impliqués dans l’ACG, essentielle pour la découverte de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles pour traiter cette vascularite
Rational: Giant cell arteritis (GCA) is a vasculitis affecting the aorta and its main branches, characterized by an inflammatory infiltration and vascular remodeling. Ischemic complications of the disease are linked to intimal hyperplasia due to proliferation of myofibroblasts. Adventitial fibroblasts have been little studied in GCA and may play a role in vascular remodeling.Objectives: We hypothesize that adventitial fibroblasts are involved in GCA vascular remodeling.Methods: We included patients who had undergone temporal artery biopsy (TAB) for suspected GCA. We first studied in situ distribution of fibroblasts on temporal artery sections and their activation markers by immunohistochemistry. Using adventitial fibroblasts isolated from GCA patients and controls, functional tests on these fibroblasts were done. We performed a spatial transcriptomic study of temporal arteries from healthy subjects and GCA patients, using the Digital Spatial Profiler (Nanostring) to identify genomic expression signatures in the different arterial layers.Results: Adventitial fibroblasts from GCA patients express activation markers. They display proliferation, migration and secretion capacities. Enrichment analysis showed that functions related to inflammation/immune response and vascular remodeling were significantly restricted to the inner layers (intima and media). Activated immune functions included macrophage differentiation, T and B lymphocyte and complement activation. Regarding vascular remodeling pathways, we observed activation of collagen metabolic processes, fibroblast proliferation, angiogenesis, and smooth muscle cell proliferation in the intima and media. Our pharmacogenomic network analysis identified genes that could potentially be targeted by currently approved treatments or new immunotherapies.Conclusion: Fibroblasts appear to be involved in the GCA process. Our results provide the first characterization by in situ spatial profiling of the molecular players involved in GCA, essential for the discovery of potential new therapeutic targets to treat this vasculitis

Au cours du développement, la coordination des comportements cellulaires est essentielle à la formation d’organes complexes et fonctionnels. L’analyse de ces processus cellulaire est essentielle pour comprendre comment les tissues se forment au cours du développement. Pour ce faire, il est tout d’abord primordial d’identifier les gènes dont l’expression est corrélée avec chacun de ces processus cellulaires. Avec pour modèle la formation de l’épithélium dorsal (le notum) de la pupe de drosophile, mon travail de thèse a visé à identifier les mécanismes moléculaires qui gouvernent la régulation spatiale de la morphogenèse de l’échelle cellulaire à l’échelle de l’organisme. Dans un premier temps, j’ai mis en œuvre une analyse de transcriptomique spatiale qui m’a permis d’identifier de nouveaux gènes impliqués dans la morphogenèse du notum. Dans un second temps, j’ai développé un microscope confocal rotatif avec l’aide de la plateforme d’imagerie de l’Institut Curie. En appliquant cette nouvelle méthode au cours du développement de la pupe jusqu’au stade adulte, j’ai pu observer la morphogenèse de l’aile et du notum de manière simultanée. J’ai ainsi identifié un nouveau mouvement morphogénétique du notum entre 45-50 hAPF qui semble indépendant de la morphogenèse de l’aile dans le temps et dans l’espace. Enfin j’ai montré que ce mouvement est contrôlée par l’expression de sérine-protéases qui libèrent l’attachement de l’épithélium à la cuticule. Ce travail de thèse représente un apport important à une compréhension fine et intégrée de la régulation de la morphogenèse et de la coordination des dynamiques cellulaires au cours du développement
In order to achieve complex shapes during development, multicellular organisms need to coordinate cellular behaviors to form complex and functional organs. Identifying genes that are expressed in patterns that correlate with cellular processes is therefore primordial. Using the dorsal epithelium (the notum) of drosophila pupa as a model, my thesis aimed at uncovering the molecular mechanisms which control the spatial regulation of morphogenesis at the cell and tissue scale. First, I developed spatial transcriptomics which enabled the identification of new expression patterns involved in notum morphogenesis. Second, I developed, in collaboration with the imaging platform of Institut Curie, Rotating Sample Confocal Microscopy. Using this technique, I was able to simultaneously observe the morphogenesis of the notum, hinge and wing blade. This enabled the discovery of a new morphogenetic movement in the notum between 45-50hAPF. My results suggest that this extensive folding and elongation of the notum is independent of folding in the wing. Furthermore, I demonstrated that the expression of serine proteases regulate the attachment of the tissue to the cuticle which triggers the onset of the folding and determines the final shape of the tissue. Overall, this work increases our understanding of the spatial regulation of morphogenesis and contributes to the knowledge on how the extracellular matrix can regulate tissue shape

Les cancers pelviens ont une prévalence élevée et sont principalement traités par radiothérapie. Si elle permet un contrôle de la tumeur, la radiothérapie peut également provoquer des lésions aux tissus sains environnants, entrainant des complications invalidantes définies comme une maladie à part entière, la «Pelvic Radiation Disease» ou PRD. Aujourd'hui, il n'existe pas de traitement curatif pour cette pathologie fibrosante. Ce projet vise à étudier le microenvironnement du côlon après irradiation afin d'identifier, à terme, des cibles thérapeutiques pour la prise en charge des séquelles coliques de la PRD. Pour ce projet, un modèle de souris développant des lésions coliques fibrosantes similaires à celles observées chez les patients atteints de PRD a été mis au point. Il consiste en une irradiation colorectale localisée en dose unique de 26Gy. Nous avons défini 2 temps d'étude post-irradiation : à 2 semaines afin d'étudier les effets aigus de l'irradiation ainsi que le processus de régénération et 12 semaines pour étudier la fibrose. Des études histologiques ont permis de caractériser les lésions muqueuses avec un ulcère profond à 2 semaines, et des remaniements fibreux à 12 semaines. Aux 2 temps étudiés, un processus de prolifération accru et désordonné a été observé ainsi qu'un déficit en protéines de jonctions épithéliales suggérant un défaut de la fonction de barrière. Nous avons démontré l'impact du microenvironnement colique irradié sur les processus de prolifération et de différenciation épithélial par un système de coculture avec des organoïdes coliques suivi par vidéo-microscopie. Nos résultats ont permis de valider les observations in vivo, à savoir une prolifération accrue des organoïdes en présence de stroma issus de souris 12 semaines post-irradiation. Afin de caractériser les cellules mésenchymateuses du stroma après irradiation, des expériences de séquençage d'ARN sur cellule unique (à partir de cellules coliques triées EpCAM-CD45- et issues de colon total) et de transcriptomique spatiale ont été réalisées. Elles ont mis en évidence un nouveau marqueur, Edil3, spécifique de la population stromale majeure du côlon. Ce nouveau marqueur nous a permis de mieux caractériser cette population cellulaire en termes de fonction et de localisation au niveau du côlon sain. Nous avons proposé de la nommer Mésitocytes. Au temps précoce, nous avons établi que cette population pouvait se différencier vers un profil pro-inflammatoire appelé « IAF » pour «Inflammation-Associated Fibroblasts». Nous avons également observé une augmentation de l'expression de transcrits impliqués dans des fonctions cruciales telles que l'homéostasie épithéliale, l'angiogenèse et l'inflammation par la majorité des cellules mésenchymateuses. Les résultats montrent l'importance des signaux moléculaires prolifératifs issus des cellules endothéliales lymphatiques et des cellules musculaires lisses, notamment Grem-1. L'analyse de la phase chronique après irradiation, confirme l'augmentation des signaux prolifératifs par les cellules du stroma. De plus, un nouveau type de cellules fibroblastique associé à la fibrose a été observé, caractérisé par profil transcriptionnel différent des IAF observés en phase précoce. L'étude de l'impact de l'irradiation sur le compartiment épithélial a mis en évidence des modifications importantes au niveau de la population de colonocytes et l'émergence de cellules épithéliales avec un phénotype « revival », déjà décrit dans la littérature. De façon intéressante, ces populations ont des localisations spécifiques au niveau des cryptes en régénération. Nous avons également établi l'importance de gènes tels que Lypd8 et Anxa1 dans la progression des cellules épithéliales proliférantes vers un phénotype «revival». Des observations intéressantes issues des analyses de transcriptomique spatiale permettent également d'émettre des hypothèses quant au rôle des cellules immunitaires dans le processus de régénération épithélial
Pelvic cancers are highly prevalent and are mainly treated with radiotherapy. While radiation therapy may control the tumor, it can also cause damage to surrounding healthy tissue, leading to disabling complications defined as a disease “pelvic radiation disease” (PRD). Currently, there is no curative treatment for this fibrosing pathology. The aims of this project are to study the colonic microenvironment after irradiation with a view to identify new therapeutic targets to improve the management of the colonic sequelae of PRD. For this project, a mouse model developing fibrosing colonic lesions similar to those observed in PRD patients was developed. It consists of localized colorectal irradiation with a single dose of 26Gy. We defined 2 post-irradiation study periods: 2 weeks to study the acute effects of irradiation and the regeneration process, and 12 weeks to study fibrosis. Histological studies characterized the mucosal lesions, with a deep ulcer at 2 weeks and fibrous remodeling at 12 weeks. At the 2 time points studied, an increased and disorganized proliferative process was observed, as well as a deficit in epithelial junction proteins, suggesting a defect in barrier function. We demonstrated the impact of the irradiated colonic microenvironment on epithelial proliferation and differentiation processes using a co-culture system with colonic organoids monitored by video microscopy. Our results validated in vivo observations of increased organoid proliferation in the presence of stroma derived from mice 12 weeks post-irradiation.To characterize stromal mesenchymal cells after irradiation, single-cell RNA sequencing experiments (using EpCAM-CD45-sorted colonic cells and from whole colon) and spatial transcriptomics were performed. They revealed a new marker, Edil3, specific for the major stromal population of the colon. This new marker allowed us to better characterize this cell population in terms of function and localization in the healthy colon. We proposed to call them mesitocytes. In the early stages, we found that this population could differentiate towards a pro-inflammatory profile called "IAF" for "Inflammation-Associated Fibroblasts". We also observed increased expression of transcripts involved in critical functions such as epithelial homeostasis, angiogenesis and inflammation by the majority of mesenchymal cells. The results demonstrate the importance of proliferative molecular signals from lymphatic endothelial cells and smooth muscle cells, particularly Grem-1. Analysis of the chronic phase after irradiation confirms the increase in proliferative signals from stromal cells. In addition, a new fibroblast cell type associated with fibrosis was observed, characterized by a transcriptional profile different from that of the IAF observed in the early phase. The study of the effects of irradiation on the epithelial compartment revealed significant changes in the colonocyte population and the appearance of epithelial cells with a "revival" phenotype, already described in the literature. Interestingly, these populations have specific localizations in regenerating crypts. We also established the importance of genes such as Lypd8 and Anxa1 in the progression of proliferating epithelial cells towards a "revival" phenotype. Interesting observations from spatial transcriptomic analyses also allow us to hypothesize the role of immune cells in the epithelial regeneration process

Le lymphome diffus à grandes cellules B (DLBCL) est le sous-type le plus fréquent de lymphome non hodgkinien (NHL), caractérisé par une prolifération anormale de cellules B matures. C'est une maladie agressive pour laquelle les stratégies thérapeutiques actuelles sont insuffisantes. Le microenvironnement tumoral (TME) est un réseau dynamique de cellules, molécules et des autres éléments qui entourent une tumeur. Ceux-ci tiennent un rôle prépondérant dans le développement du cancer, la réponse au traitement et la survie des patients. Étudier le TME chez les patients atteints de DLBCL est essentiel pour découvrir de nouveaux mécanismes cellulaires et moléculaire impliqués dans progression de la maladie et identifier des biomarqueurs pronostiques. Cependant, sa structure tissulaire diffuse rend difficile l'étude précise de l'organisation et des interactions cellulaires au sein du TME.L'objectif de ce projet de thèse est de réaliser une caractérisation multimodale complète des cellules immunitaires dans le microenvironnement tumoral du DLBCL. Pour faciliter l'accès aux échantillons humains, j'ai développé et mis en place un protocole de recherche clinique permettant un accès à des biopsies de patients suivis à l'hôpital Saint-Louis, et garantissant que la cohorte de patients reflète l'hétérogénéité de la maladie.Tout d'abord, j'ai réalisé une caractérisation en profondeur des lymphocytes T infiltrant la tumeur (TILS). Pour ce faire, j'ai utilisé des technologies innovantes de cytométrie en flux et spectrale multiparamétrique pour étudier finement la diversité de cellules T dans les biopsies de DLBCL ainsi que leurs réseaus de communication avec les autres cellules immunitaires. Une analyse non supervisée a pu mettre en évidence la présence de nouveaux sous-types de cellules T, par comparaison aux tissus contrôle. De plus, l'analyse de l'expression ligand-récepteur a permis d'étudier la communication cellulaire de ces sous-populations de cellules T dans le TME.En parallèle de cette étude, j'ai pu caractériser les profils transcriptomiques des cellules immunitaires présents dans le TME. Pour ce faire, j'ai utilisé une technologie de pointe, la transcriptomique spatiale, des outils bio-informatiques innovant pour cartographier l'expression des gènes directement dans des échantillons de biopsies de DLBCL fixés au formol et inclus en paraffine. J'ai ainsi pu identifier des profils d'expression génique distincts et anatomiquement restreints, défiant la notion historique d'une architecture diffuse du TME du DLBCL. Ces profils peuvent être classifiés en écosystèmes, différant de par leurs compositions cellulaires, leurs fonctions et leurs interactions avec les cellules avoisinantes. De façon importante, la prédominance de certains écosystèmes permettent une classification des patients selon leur taux de survie globale, révélant le potentiel pronostique de ces identités cellulaires spatiales.Enfin, j'ai réalisé une évaluation in vitro du mécanisme d'action et de l'efficacité d'un anticorps bloquant développé par la société pharmaceutique Servier. Celui-ci a été développé pour qui perturber un signal inhibiteur entre les cellules NK et les cellules B malignes. Mes résultats montrent que le candidat améliore la cytotoxicité des cellules NK à l'encontre des cellules tumorales dans un système de co-culture in vitro. Ces résultats soulignent l'importance de cibler les interactions cellulaires entre les cellules immunitaires et les cellules B malignes pour le développement de thérapies plus efficaces dans le DLBCL.Ce projet multidisciplinaire, mené sur des échantillons humains, apporte une compréhension approfondie de l'hétérogénéité des cellules immunitaires, de leurs interactions et localisations dans le microenvironnement du DLBCL. Ainsi, ce projet pourrait conduire à la découverte de nouveaux biomarqueurs et de stratégies thérapeutiques plus efficaces pour les patients atteints de DLBCL
Diffuse Large B-cell Lymphoma (DLBCL) is the most prevalent subtype of non-Hodgkin's Lymphoma worldwide, characterized by an abnormal proliferation of mature B cells. It is an aggressive B-cell malignancy for which the current therapeutic strategies are still insufficient. The tumor microenvironment (TME) is the dynamic network of cells and all elements surrounding and interacting with the tumor. It plays an important role in cancer development, treatment response, and patient survival. Consequently, investigating the TME in DLBCL patients is crucial to discover the mechanisms leading to relapse and identify prognostic biomarkers. However, its diffuse tissue structure presents a challenge in elucidating the cellular organization and communication within the TME. The objective of my Ph.D. thesis is to conduct a comprehensive multimodal characterization of the immune cells within the DLBCL tumor microenvironment.To facilitate access to human samples, I developed and implemented an ethically approved clinical research protocol and a circuit of tissue and blood samples from patients with DLBCL treated at Saint Louis hospital, ensuring that the patient cohort reflects the heterogeneity of the disease.First, I performed a deep characterization of T lymphocytes, with special focus on describing their role within the DLBCL tissue. Indeed, Tumor-infiltrating T-cells (TILS) are key players in the NHL TME, presenting different subtypes and cell states. I apply multiparametric flow cytometry and high-dimensional spectral cytometry to investigate the complex landscape of T diversity in DLBCL biopsies, as well as their communication patterns with other immune cells in the tissue. The unsupervised analysis approach identified unexpected T-cell subtypes at a protein level, compared to tissue control and other lymphoproliferative disorders. Furthermore, the ligand-receptor expression analysis enabled the cell-cell communication study of those T-cell subpopulations within the TME context. Second, I aimed to characterize transcriptomic immune landscapes at a large scale within DLBCL tissue. However, RNA sequencing technologies characterize isolated cells from dissociated tissues with a loss of spatial context. I applied spatial transcriptomics, a cutting-edge technology that enables gene expression mapping in formalin-fixed paraffin-embedded samples of DLBCL biopsies, thus preserving their morphological information. I identified distinct anatomically restricted gene expression profiles in DLBCL samples, defying the historical notion of DLBCL diffuse architecture. These profiles can be classified into ecosystems that differ in cellular composition, functional patterns, and neighborhood characteristics. Moreover, their spatially resolved signatures classify patients with different overall survival revealing the prognostic potential of these spatial identities.Third, I evaluated the effects of altering the communication between NK cells and malignant B cells in DLBCL. I performed a functional in vitro assessment of a blocking antibody developed by the pharmaceutical company Servier. The functional assays demonstrated the effect of the molecular candidate in co-culture settings by improving cytotoxic functions of NK cells against tumor cells. These findings highlight the importance of targeting the interaction between effector cells and malignant B cells to develop effective therapies for DLBCL.This multidisciplinary project carried out on human samples provides a deep understanding of the heterogeneity of immune cells in DLBCL microenvironment at a protein and transcriptomic level while considering their spatial organization. Hence, this project holds significant therapeutic potential, by gaining insights into the disease heterogeneity and its impact on clinical outcome. This project could eventually lead to the discovery of new potential biomarkers and effective therapeutic strategies for DLBCL patients