Neuroblastoma (NB) is an embryonal malignancy derived from the abnormal differentiation of the sympathetic nervous system. NB is a highly heterogeneous disease in terms of clinical, biological and genetic features. NB display an intratumoral heterogeneity and are composed of both neuroblastic and mesenchymal-like cells, displaying a cellular plasticity between both phenotypes. The Anaplastic Lymphoma Kinase (ALK) gene is frequently altered in NB through copy number changes and mutations, with ALK-F1174L and ALK-R1275Q being the most potent activating mutations. ALK amplification and mutations are associated to decrease in the overall free-survival of NB patients. Increased frequencies of ALK mutations have been found at relapse in NB. ALK thus represents a bona fide target for NB therapy.
We studied the impact of deregulated ALK signaling during embryonic development on the formation and differentiation of sympathetic neuroblasts. We report that the expression of the human ALK-F1174L mutation in migrating neural crest cells disturbs early sympathetic progenitor differentiation, in addition to increasing their proliferation, both mechanisms being potentially crucial events in the development of embryonal tumors such as NB. Our study suggests that dysregulated signaling of ALK during embryogenesis promotes a precancerous state and may represent an initial and developmental path for NB oncogenesis.
In the second part of this work, we investigated the impact of ALK-wt, ALK-R1275Q and ALK-F1174L -mediated signaling on NB tumorigenesis and progression. ALK isoforms were overexpressed in the human NB cell lines SK-N-Be2c (adrenergic and tumorigenic) and SH-EP (mesenchymal and weakly tumorigenic) through lentiviral vectors. Transduced cells were further injected orthotopically in the adrenal gland of athymic Swiss nude mice or subcutaneously in NOD-SCID- mice, respectively. The overexpression of the ALK variants had a low impact on the aggressive NB cell line SK-N-Be2c. In contrast, the expression of ALK-wt, ALK-R1275Q and ALK-F1174L in the SH- EP cell line promotes an aggressive phenotype of the tumors. Indeed, histological and transcriptomic analyses revealed that the overexpression of ALK mediates a change in the cellular phenotype and increases the metastatic potential of the SH-EP tumor cells. Furthermore, we identified the downregulation of genes related to axon guidance, extracellular matrix (ECM) organization in ALK-wt and ALK-F1174L tumors, while these pathways were found upregulated in ALK-R1275Q tumors. Further investigations are needed to validate these data and to understand the consequences of their deregulation in NB pathogenesis.
To conclude, this work contributed to increase the understanding of ALK mutation as a path to initiate NB-genesis during embryonic development. Moreover, our observations suggest that ALK overexpression and mutations may promote an aggressive phenotype in NB tumors, further opening new research perspectives for the role of ALK deregulated signaling in NB.
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Le neuroblastome (NB) est une tumeur se développant à partir du système nerveux sympathique (SNS). Le NB est une maladie très hétérogène en termes d’évolution clinique, caractéristiques biologiques et altérations génétiques. Les tumeurs de NB présentent également une hétérogénéité intratumorale. Elles sont composées de cellules adrénergiques et mésenchymateuses qui présentent une plasticité cellulaire. Le gène Anaplastic lymphoma kinase (ALK) est fréquemment amplifié ou muté dans le NB, et ces altérations sont associées à un mauvais pronostic chez les patients. Les mutations ALK-F1174L et ALK-R1275Q sont les mutations les plus fréquentes. De plus, une augmentation du nombre de mutations ponctuelles du gène ALK a été décrite lors des rechutes. ALK constitue ainsi une cible thérapeutique importante dans le NB.
Nous avons étudié l'impact de la mutation ALK-F1174L sur la formation et la différentiation du SNS lors du développement embryonnaire. L'expression de la mutation ALK-F1174L dans les cellules de crête neurale perturbe la formation du SNS, en bloquant la différenciation des progéniteurs sympathiques et en augmentant leur prolifération. Ces deux mécanismes sont des événements cruciaux pour le développement du NB. Notre étude suggère ainsi que l’expression de la mutation ALK- F1174L pendant l'embryogenèse favorise un état précancéreux et serait ainsi impliqué dans l’initiation de la maladie.
Dans un second temps, nous avons étudié l'implication de ALK-wt et des mutations ALK-F1174L et ALK-R1275Q dans la pathogenèse du NB. Les variants ont été surexprimés dans les lignées de NB SK-N-Be2c (adrénergique et tumorigène) et SH- EP (mésenchymateuse et peu tumorigène) par infection lentivirale. Les cellules transduites ont ensuite été injectées respectivement de façon orthotopique dans la glande surrénale de souris athymic Swiss nude mice, ou en sous-cutanée dans des souris NOD-SCID- mice. Alors que la surexpression des variants ALK n’a que peu d’impact dans la lignée de NB agressive SK-N-Be2c, la surexpression de ALK-wt, ALK- F1174L et ALK-R1275Q dans la lignée peu tumorigène SH-EP induit un phénotype agressif des tumeurs de NB. En effet, les analyses histologiques et transcriptomiques suggèrent que la surexpression du gène ALK favorise un changement du phénotype cellulaire et montrent une augmentation du potentiel métastatique des tumeurs. De plus, des gènes impliqués dans la formation axonale et l’organisation de la matrice extracellulaire (ECM) sont négativement régulés dans les tumeurs ALK-wt et ALK- F1174L, alors que ceux-ci sont positivement régulés dans les tumeurs ALK-R1275Q. Des études approfondies seront nécessaires pour valider ces données et comprendre les conséquences de la modulation de ces gènes dans la pathogenèse du NB.
Pour conclure, ce travail a permis d’apporter une meilleure compréhension de l’impact des mutations du gène ALK au niveau du développement embryonnaire. De plus, nos observations suggèrent que l’amplification et les mutations induisent un phénotype agressif des tumeurs de NB. Ces données ouvrent de nouvelles perspectives de recherche quant au rôle de ALK dans l’initiation et le développement du NB.