Study of immune resistant mechanisms in mouse models of breast cancer

Abstract

[ES] La inmunoterapia es un tratamiento prometedor para el cáncer de mama triple negativo (TNBC), pero los pacientes recaen, lo que destaca la necesidad de comprender los mecanismos de resistencia. En esta tesis doctoral hemos descubierto que, en el tumor primario de cáncer de mama, las células tumorales que resisten el ataque de los linfocitos T son quiescentes. Las células cancerosas quiescentes (QCC) forman nichos con baja infiltración inmune. Estas células QCC exhiben mayor capacidad de regenerar tumores 2 y tienen un perfil de expresión génica relacionado con resistencia a quimioterapia y pluripotencia. Adaptamos la secuenciación de ARN unicelular para obtener también una resolución espacial precisa que nos permitiese analizar los infiltrados dentro y fuera del nicho de QCC. Este análisis transcriptómico reveló la inducción de programas relacionados con la hipoxia e identificó células T más agotadas, fibroblastos supresores y células dendríticas disfuncionales dentro de las áreas de QCC. Esto pone de manifiesto los fenotipos diferenciales en las células infiltrantes según su ubicación intratumoral. Fuimos capaces además de identificar la activación HIF1a específicamente en las QCC como el responsable del fenotipo de exclusión y disfuncionalidad inmune. La activación forzada de HIF1a en células tumorales era suficiente para recapitular el fenotipo observado en las áreas con QCC. Por todo esto, hemos demostrado que las QCC constituyen reservorios resistentes a la inmunoterapia al orquestar un medio inmunosupresor hipóxico localizado que bloquea la función de las células dendríticas y por tanto de los linfocitos T. La eliminación de las QCC es la clave que promete contrarrestar la resistencia a la inmunoterapia y prevenir la recurrencia de la enfermedad en el TNBC.

[CA] La immunoteràpia és un tractament prometedor per al càncer de mama triple negatiu (TNBC), però els pacients recauen, fent destacar la necessitat de comprendre els mecanismes de resistència. En aquesta tesi doctoral hem descobert que al tumor primari de càncer de mama, les cèl·lules tumorals que resisteixen l'atac dels limfòcits T són quiescents. Les cèl·lules canceroses quiescents (QCC) formen nínxols amb baixa infiltració immune. Aquestes cèl·lules QCC exhibeixen més capacitat de regenerar tumors i tenen un perfil d'expressió gènica relacionat amb resistència a quimioteràpia i pluripotència. Hem adaptat la sequ¿enciació d'ARN unicel·lular per obtenir també una resolució espacial precisa que ens permetés analitzar els infiltrats dins i fora del nínxol de QCC. Aquesta anàlisi transcriptòmica va revelar la inducció de programes relacionats 3 amb la hipòxia i va identificar cèl·lules T més esgotades, fibroblasts supressors i cèl·lules dendrítiques disfuncionals dins de les àrees de QCC. Això posa de manifest els fenotips diferencials a les cèl·lules infiltrants segons la seva ubicació intratumoral. Vam ser capaços a més d'identificar l'activació de HIF1a específicament a les QCC com a responsable del fenotip d'exclusió i disfuncionalitat immune. L'activació forçada de HIF1a en cèl·lules tumorals era suficient per recapitular el fenotip observat a les àrees amb QCC. Per tot això, hem demostrat que les QCC constitueixen reservoris resistents a la immunoteràpia en orquestrar un micro-ambient immunosupressor hipòxic localitzat que bloqueja la funció de les cèl·lules dendrítiques i per tant dels limfòcits T. L'eliminació de les QCC és la clau que promet contrarestar la resistència a la immunoteràpia i prevenir la recurrència de la malaltia al TNBC.

[EN] Immunotherapy is a promising treatment for Triple-Negative Breast Cancer (TNBC), but many patients relapse or do not respond, highlighting the need to understand mechanisms of resistance. In this doctoral thesis we discovered that in primary breast cancer, tumor cells that resist T cell attack are quiescent. These Quiescent Cancer Cells (QCCs) form clusters with reduced immune infiltration. They also display superior tumorigenic capacity and higher expression of chemotherapy resistance and stemness genes. We adapted single-cell-RNA-sequencing with precise spatial resolution to profile infiltrating cells (stromal and immune cells) inside and outside the QCC niche. This transcriptomic analysis revealed hypoxia-induced programs and identified the presence of more abundant exhausted T-cells, tumor-protective fibroblasts, and dysfunctional dendritic cells inside clusters of QCCs. This uncovered differential phenotypes in infiltrating cells based on their intra-tumor location with respect to QCCs. We were also able to identify HIF1a expression in QCC as the driver of immune exclusion and dysfunction. Forced activation of a HIF1a program in cancer cells recapitulated the immune phenotype observed in the QCCs' niche. Thus, QCCs constitute immunotherapyresistant reservoirs by orchestrating a local immune-suppressive milieu that blocks DC activation impairing T-cell function. Eliminating QCCs holds the promise to counteract immunotherapy resistance and prevent disease recurrence in TNBC.