A new therapeutic strategy to prolong lung cancer response to EGFR inhibitors in preventing the resistant cells emergence

Les patients atteints de cancer bronchique non à petites cellules (CBNPC) avec mutations activatrices de l'epidermal growth factor receptor (EGFR) sont traités en première ligne avec des inhibiteurs de l’activité tyrosine kinase (TKIs) de ce récepteur, tels que l’osimertinib.Malheureusement, après une phase initiale de réponse, presque invariablement les patients rechutent, suite à l'émergence de sous-populations de clones résistants, souvent déjà présents avant le début du traitement. Notre équipe a récemment mis au point une nouvelle stratégie basée sur CRISPR/Cas9 pour récapituler et étudier l'hétérogénéité intratumorale, que nous avons appelée CRISPR-barcoding. En utilisant des modèles cellulaires générés par cette approche, nous avons réalisé un criblage de petites molécules, qui nous a permis d’identifier l’inhibiteur multikinase sorafenib pour sa capacité à prévenir l’amplification des cellules de CBNPC insensibles aux EGFR-TKIs.Dans mes travaux de thèse, nous avons montré que, en combinaison avec l’osimertinib,le sorafenib réduit l’avantage sélectif des cellules résistantes à l’inhibition d’EGFR, tout en préservant la réponse des cellules sensibles. Le sorafenib agit par un mécanisme complexe et indépendant des MAPKs, qui implique l’inhibition précoce de l’activité catalytique des MAPK interacting kinases 1/2 et de la phosphorylation du facteur de transcription STAT3. A des stades plus tardifs, ce composé provoque une réduction de l’expression du facteur anti-apoptotique MCL-1 et promeut la dégradation de l’EGFR par les lysosomes. En utilisant des lignées cellulaires et des patient-derived cells de CBNPC, nous avons montré que le sorafenib empêche l’émergence de sous-populations contenant différentes mutations identifiées chez les patients, telles que EGFR-C797S, KRAS-G12D, BRAF-V600E, PIK3CA-E545K, ou l’amplification d’autres récepteurs à activité tyrosine kinase, comme MET et HER2. Nous avons pu confirmer ces résultats in vivo dans des modèles CRISPR-barcoding de CBNPC, qui ont révélé que la combinaison osimertinib-sorafenib retarde fortement la progression tumorale. En conclusion, mes travaux de thèse proposent une nouvelle approche thérapeutique, quivise à prolonger la réponse du CBNPC aux EGFR-TKIs en prévenant l’évolution clonale induite par le traitement via l’abolition de l’avantage sélectif des cellules résistantes.Non-small cell lung cancer (NSCLC) patients whose tumors display activating mutations of the epidermal growth factor receptor (EGFR) are treated in the first line with tyrosine kinase inhibitors (TKIs) of this receptor, including osimertinib. After an initial response, the tumors almost invariably relapse, as a result of the emergence of subpopulations of resistant clones, which can be already present before the onset of the treatment. Our group recently developed CRISPR-barcoding, a novel approach to recapitulate and investigate oncogenic mutations in a context that mimics intratumor heterogeneity. Using cell models generated through this approach, we performed a small-molecule screen and identified the multikinase inhibitor sorafenib for its capacity to prevent the amplification of NSCLC cells insensitive to EGFR inhibition. During my thesis, we showed that, in combination with osimertinib, sorafenib decreases the selective advantage of EGFR-TKI resistant cells, while preserving the response of sensitive cells. Sorafenib acts independently of MAPKs through a complex mechanism involving early inhibition of MAPK interacting kinases 1/2 catalytic activity and STAT3 phosphorylation. At later time points, this compound induces down-regulation of the pro-apoptotic factor MCL-1 and promotes EGFR degradation by the lysosomes. Using NSCLC established lines and patientderived cells, we showed that sorafenib can prevent the emergence of cell subpopulations containing different types of resistance mutations identified in patients, including EGFRC797S, KRAS-G12D, BRAF-V600E, PIK3CA-E545K, or the amplification of other receptor tyrosine kinases, such as MET and HER2. We confirmed these results in vivo using NSCLCCRISPR-barcoding models, which revealed that the osimertinib-sorafenib combination can substantially delay tumor progression. Together, my studies support a new therapeutic strategy to prolong NSCLC response to EGFR-TKIs by abolishing the selective advantage of resistant cells, thus resulting in a global inhibition of drug-induced clonal evolution