Role of tumor plasticity in immune escape and immunotherapy resistance in melanoma

Le mélanome est le cancer de la peau le plus agressif. La prise en charge des patients atteints de mélanome métastatique a été améliorée grâce à l’essor de stratégies d’immunothérapie ciblant les points de contrôle du système immunitaire (ICI). Si des réponses durables sont observées chez une partie des patients, près de 60% des patients sont encore résistants aux ICI, tels que les anti-PD1. Si l'efficacité des immunothérapies dans le mélanome métastatique repose bien entendu sur la composition du microenvironnement immunitaire, il apparaît que des mécanismes intrinsèques aux cellules cancéreuses joueraient également un rôle clé dans l'échappement et la résistance immunitaire, mais les interactions complexes entre ces différentes populations cellulaires restent à mieux caractériser. Dans ce contexte, l’expression du facteur de transcription inducteur d’EMT ZEB1, est fréquemment réactivée dans le mélanome, où elle soutient la plasticité des cellules de mélanome et la résistance aux thérapies ciblées. Nous démontrons à présent qu’une forte expression de ZEB1 dans les cellules tumorales modifie la composition et la fonction du microenvironnement immunitaire dans le mélanome. L’analyse spatiale de l’infiltrat immunitaire dans des cohortes d’échantillons de mélanomes humains a ainsi révélé une corrélation entre une forte expression de ZEB1 par les cellules tumorales et une diminution de l'infiltration par les lymphocytes T CD8+ ainsi qu’une augmentation des macrophages (TAM) pro-tumoraux de type M2. De plus, des expériences de gain ou de perte de fonction dans des modèles murins de mélanome ont confirmé que ZEB1 entrave le recrutement des lymphocytes T CD8+ et favorise la polarisation des TAM de type M2, via une régulation directe de la production de chimiokines et cytokines. L’expression de ZEB1 dans les cellules tumorales entraîne ainsi une évasion immunitaire de la tumeur et une résistance au blocage des points de contrôle immunitaire in vivo. Si l’expression de ZEB1 seule ne suffit pas à prédire la réponse aux ICI dans les cohortes de patients traités par ICI, la perte d’expression de SOX10, associée à la dédifférenciation tumorale, est en revanche associée à la résistance aux ICI. De plus, nous identifions une population de TAM de type M1 exprimant PD-L1 comme un biomarqueur prédictif de la réponse à l’immunothérapie et proposons donc d’intégrer les informations spatiales de l’infiltrat immunitaire avec un score de plasticité tumorale afin de mieux prédire la réponse aux ICI. Enfin, le ciblage de ZEB1 améliore l'efficacité de l'immunothérapie anti-PD-1 in vivo, ce qui laisse entrevoir une nouvelle cible thérapeutique dans le mélanome métastatique.Melanoma is the most aggressive type of skin cancer. The treatment of metastatic melanoma has been recently improved with the development of immunotherapy strategies targeting immune checkpoints (ICI). While long-term responses may be observed in some patients, nearly 60% of patients are still resistant to anti-PD1. The efficacy of immunotherapies in metastatic melanoma depends on the composition of the immune microenvironment, but cancer cell-intrinsic mechanisms are believed to participate to immune escape and resistance, while the complex interactions between these cell subpopulations remain to be precisely characterized. In this context, the EMT-inducing transcription factor ZEB1 is a major regulator of melanoma cell plasticity, favoring resistance to targeted therapies. Here we demonstrate the major role of melanoma cell intrinsic ZEB1 expression in shaping an immunosuppressive microenvironment in melanoma. Spatial analysis of the immune infiltrate in human melanoma samples revealed a correlation between high ZEB1 expression in tumor cells with decreased CD8+ T cell infiltration and increased M2-like macrophages (TAMs). Furthermore, gain-or-loss-of-function experiments in mouse models of melanoma confirmed that ZEB1 impairs CD8+ T cell recruitment and promotes M2-like TAM polarization, through regulation of chemokine/cytokines production. ZEB1 expression thus leads to tumor immune evasion and resistance to immune checkpoint blockade in vivo. While ZEB1 expression alone is not sufficient to predict ICI response in cohorts of patients treated by ICI, SOX10 down-regulation, linked with dedifferentiation, is associated with resistance to ICI. Moreover, we identified PD-L1+ M1 TAM as predictive of ICI response and thus propose to integrate spatial information with a score of tumor cell plasticity in order to better predict ICI. Finally, targeting ZEB1 improves the efficacy of anti-PD-1 immunotherapy, suggesting a new therapeutic target in metastatic melanoma