Analyse unicellulaire intégrée révélant des états de cellules cancéreuses régulés par l’épigénétique et une signature centrale guidée par l’hétérogénéité dans le cancer du sein résistant au tamoxifène

Contexte académique

Le cancer du sein est l’un des cancers les plus fréquents chez les femmes, et le traitement endocrinien (comme le tamoxifène) est une approche standard pour les patientes atteintes de cancer du sein positif pour le récepteur des œstrogènes α (ER). Bien que le traitement endocrinien réduise significativement le risque de récidive, environ un tiers des patients développent une résistance au traitement et connaissent une rechute. L’hétérogénéité inter- et intra-tumorale est considérée comme un facteur majeur contribuant à la résistance endocrinienne. Les progrès récents dans le séquençage de l’ARN unicellulaire (scRNA-seq) et le séquençage ATAC unicellulaire (scATAC-seq) permettent d’explorer l’hétérogénéité tumorale à une résolution unicellulaire. Cependant, cette analyse unicellulaire intégrée n’avait pas encore été utilisée pour caractériser le transcriptome et l’accessibilité chromatinienne dans la résistance endocrinienne du cancer du sein.

Source de l’article

Cette étude a été réalisée par Kun Fang, Aigbe G. Ohihoin, Tianxiang Liu, Lavanya Choppavarapu et al., avec des contributions de plusieurs institutions, dont le Medical College of Wisconsin, le Luxembourg Institute of Health et l’Université Duke. L’article a été publié en 2024 dans la revue Genome Medicine.

Déroulement de l’étude

1. Collecte des échantillons et isolation des cellules uniques

L’étude a utilisé 8 échantillons de tissus mammaires humains, comprenant 2 tissus normaux (NTs), 3 tumeurs primaires (PTs) et 3 tumeurs récurrentes traitées au tamoxifène (RTs). Grâce à la technique d’isolation des noyaux cellulaires uniques, les chercheurs ont isolé environ 82 400 cellules de ces tissus et ont effectué des analyses scRNA-seq et scATAC-seq.

2. Séquençage de l’ARN unicellulaire et ATAC unicellulaire

Les bibliothèques pour le scRNA-seq et le scATAC-seq ont été préparées en utilisant respectivement le kit Chromium Single Cell 3’ Library et le kit ATAC Solution de 10x Genomics. Les données de séquençage ont été prétraitées, puis intégrées et analysées à l’aide de logiciels tels que Seurat et Signac.

3. Annotation des types cellulaires et évaluation de l’hétérogénéité tumorale

À partir des données scRNA-seq, les chercheurs ont identifié plusieurs types de cellules dans les tissus tumoraux mammaires et ont défini des états de cellules cancéreuses (CSS) spécifiques aux PTs et aux RTs. En intégrant les données scRNA-seq et scATAC-seq, les chercheurs ont également identifié une signature centrale guidée par l’hétérogénéité (HCS) composée de 137 gènes.

4. Validation fonctionnelle

Les chercheurs ont validé in vitro le rôle oncogénique d’un gène clé de la signature centrale, BMP7, dans les cellules de cancer du sein résistantes au tamoxifène. En utilisant des siRNA pour réduire l’expression de BMP7, ils ont montré que cela inhibait la prolifération des cellules cancéreuses en modulant la voie de signalisation MAPK.

Résultats principaux

1. Hétérogénéité unicellulaire dans les tissus du cancer du sein

L’étude a révélé une hétérogénéité cellulaire significative dans les tissus du cancer du sein, en particulier entre les PTs et les RTs. Grâce aux données scRNA-seq, les chercheurs ont défini 9 états de cellules cancéreuses (CSS), dont 5 spécifiques aux PTs, 3 spécifiques aux RTs et 1 partagé entre les PTs et les RTs.

2. États de cellules cancéreuses régulés par l’épigénétique

À l’aide des données scATAC-seq, les chercheurs ont identifié des régions de chromatine ouverte dans les CSS spécifiques aux RTs et ont découvert que ces régions étaient étroitement liées à l’expression des gènes de la signature centrale. Des analyses supplémentaires ont montré que la régulation épigénétique de ces gènes pourrait être réalisée par une coopération entre enhancers et promoteurs.

3. Validation fonctionnelle de la signature centrale

Les chercheurs ont validé in vitro la fonction d’un gène clé de la signature centrale, BMP7. La réduction de l’expression de BMP7 a significativement inhibé la prolifération des cellules de cancer du sein résistantes au tamoxifène et a restauré leur sensibilité au tamoxifène. Des études mécanistiques supplémentaires ont montré que BMP7 exerce son effet oncogénique en modulant la voie de signalisation MAPK.

Conclusion

Cette étude, grâce à une analyse unicellulaire intégrée, a révélé les mécanismes de régulation épigénétique dans la résistance endocrinienne du cancer du sein et a identifié une signature centrale guidée par l’hétérogénéité. Ces découvertes fournissent des bases scientifiques importantes pour comprendre l’hétérogénéité tumorale et développer de nouvelles stratégies thérapeutiques.

Points forts de l’étude

1. Analyse de l’hétérogénéité tumorale à une résolution unicellulaire : L’étude est la première à analyser de manière intégrée le transcriptome et l’accessibilité chromatinienne dans la résistance endocrinienne du cancer du sein à une résolution unicellulaire.
2. Identification et validation fonctionnelle de la signature centrale : L’étude a identifié une signature centrale de 137 gènes et a validé expérimentalement la fonction d’un gène clé, BMP7.
3. Révélation des mécanismes de régulation épigénétique : L’étude a mis en lumière le rôle crucial des facteurs épigénétiques dans la résistance endocrinienne du cancer du sein, ouvrant la voie à de nouvelles cibles thérapeutiques.

Signification et valeur

Cette étude approfondit notre compréhension des mécanismes de résistance endocrinienne dans le cancer du sein et offre de nouvelles perspectives pour le développement de stratégies thérapeutiques personnalisées ciblant l’hétérogénéité tumorale. Grâce à l’analyse unicellulaire intégrée, l’étude démontre le rôle clé de la régulation épigénétique dans la progression tumorale, ouvrant de nouvelles voies pour la recherche sur le cancer.