Thèse Melanopredict Comment Prédire l'Imprévisible Grâce à la Détection des Rares Cellules de Mélanomes qui Résistent aux Thérapies H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Montpellier École doctorale : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé Laboratoire de recherche : IRCM - Institut de Recherche en Cancérologie de Montpellier Direction de la thèse : Gilles FREISS ORCID 0000000219430735 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-11T23:59:59 La prise en charge du mélanome avancé a été révolutionnée depuis 15 ans grâce à la découverte de l'oncogène BRAF-V600 (~45 % des cas), permettant le développement d'inhibiteurs ciblant la voie MAPK (MAPKi), et grâce à l'immunothérapie avec le développement d'anticorps inhibiteurs de points de contrôle immunitaire. Ces deux approches ont permis une amélioration spectaculaire du pronostic des patients, mais l'efficacité des inhibiteurs MAPK est limitée par l'apparition très fréquente de résistances acquises.
L'efficacité des traitements anticancéreux repose sur l'individualisation des traitements. Pour les MAPKi, aucun biomarqueur ne permet de prédire la durée de réponse au traitement. Notre hypothèse est que le réseau de signalisation intracellulaire MAPK est au coeur de la résistance du mélanome aux MAPKi. Nous avons développé une approche de phospho-protéomique quantitative sur cellule unique pour analyser l'hétérogénéité intratumorale des réseaux MAPK. Nous avons récemment identifié une sous-population cellulaire minoritaire présentant un réseau MAPK distinct de la population principale. Cette sous-population pourrait être à l'origine des cellules persistantes tolérantes aux drogues et responsables de la récidive.
En combinant analyses expérimentales (sur des lignées cellulaires et des organoïdes tumoraux) et validation clinique (études rétrospectives), nous proposons d'analyser la contribution de cette sous-population cellulaire à la résistance aux traitements pour mieux comprendre la réponse du mélanome avancé aux inhibiteurs MAPK. Anticiper les échecs thérapeutiques dus à la résistance cancéreuse aux traitements est un élément clé pour avancer vers une médecine personnalisée efficace.
La prise en charge du mélanome avancé a été révolutionnée grâce à la découverte de l'oncogène BRAF-V600, permettant le développement d'inhibiteurs ciblant la voie MAPK (MAPKi). Mais l'efficacité des MAPKi est limitée par des résistances primaires et l'apparition très fréquente de résistances acquises (Dahmani, 2022). Malgré la cartographie exhaustive des caractéristiques tumorales génomiques et transcriptomiques, aucun biomarqueur ne permet de prédire la réponse au traitement.
L'acquisition de la résistance est un phénomène complexe avec des mécanismes de sélection cellulaire basés sur de multiples particularités génétiques ou non-génétiques de certaines sous-populations cancéreuses. De plus, les cellules résistantes peuvent ne pas préexister dans la tumeur naïve du traitement. Pendant le traitement, quelques cellules cancéreuses ne meurent pas et constituent la maladie résiduelle sous forme de cellules persistantes tolérantes aux drogues (DTP). Pendant quelques semaines/mois/années, les cellules DTP subissent aléatoirement des modifications génétiques et/ou transcriptomiques jusqu'à devenir capable de proliférer sous traitement, conduisant à la récidive cancéreuse.
Il est maintenant clairement établi que la résistance du mélanome aux MAPKi emprunte ce chemin stochastique. Dans ce cas, il est donc vain de rechercher les particularités des cellules résistantes dans la tumeur avant traitement puisque ces dernières s'observeront au moment de la récidive. Au contraire, il est fondamental d'identifier les sous-populations cellulaires de la tumeur avant traitement qui sont tolérantes aux MAPKi. C'est notamment le travail du laboratoire de Chris Marine (VIB/KU Leuven-Belgique) qui a identifié des sous-populations de mélanome tolérantes aux MAPKi par des analyses transcriptomiques sur cellules uniques (Rambow, 2018 ; Marin-Bejar, 2021). L'ensemble des études actuelles abordent également cette question sous les mêmes aspects transcriptomiques.
Notre idée nouvelle est que l'identité transcriptomique n'est pas assez pertinente pour expliquer la tolérance aux MAPKi et qu'il faut étudier directement, et en détails, ce qui est ciblé par la thérapie : le réseau MAPK au niveau protéique. Le concept même d'hétérogénéité intratumorale de la signalisation intracellulaire comme explication de la résistance aux traitements est complètement nouveau. Le projet est d'analyser la contribution de sous-populations cellulaires MAPK à la résistance aux traitements pour mieux comprendre la réponse du mélanome avancé aux MAPKi. Cette approche innovante et audacieuse permettra une avancée décisive dans la caractérisation de l'identité cellulaire de sous-population(s) de mélanome impliquée(s) dans la récidive aux MAPKi.

Management of advanced melanoma has been revolutionized by the discovery of the BRAF-V600 oncogene, enabling the development of inhibitors targeting the MAPK pathway (MAPKi). But the efficacy of MAPKi is limited by primary resistance and the very frequent appearance of acquired resistance (Dahmani, 2022). Despite exhaustive mapping of genomic and transcriptomic tumor characteristics, no biomarker can predict response to treatment.
The acquisition of resistance is a complex phenomenon with cellular selection mechanisms based on multiple genetic or non-genetic features of certain cancer subpopulations. Moreover, resistant cells may not pre-exist in the treatment-naive tumor. During treatment, some cancer cells do not die out and constitute residual disease in the form of persistent drug-tolerant cells (PDTCs). Over a period of weeks/months/years, DTP cells undergo random genetic and/or transcriptomic modifications until they become capable of proliferating under treatment, leading to cancer relapse.
It is now clearly established that melanoma resistance to MAPKi follows this stochastic pathway. In this case, it is pointless to look for the particularities of resistant cells in the pre-treatment tumor, since these will be observed at the time of recurrence. On the contrary, it is essential to identify cell subpopulations in the pre-treatment tumor that are tolerant to MAPKi. In particular, this is the work of Chris Marine's laboratory (VIB/KU Leuven-Belgium) which identified MAPKi-tolerant melanoma subpopulations by single-cell transcriptomic analyses (Rambow, 2018; Marin-Bejar, 2021). The current body of studies also addresses this issue from transcriptomic aspects.
Our novel idea is that transcriptomic identity is not relevant enough to explain MAPKi tolerance and that we need to study directly and in detail what is targeted by therapy: the MAPK network at the protein level. The very concept of intratumoral heterogeneity of intracellular signaling as an explanation of treatment resistance is completely new. The aim of the project is to analyze the contribution of MAPK cell subpopulations to treatment resistance, in order to better understand the response of advanced melanoma to MAPKi. This innovative and ambitious approach will enable a decisive breakthrough in characterizing the cellular identity of melanoma subpopulation(s) involved in MAPKi relapse.
Nos objectifs principaux pour ce projet sont :
1. VÉRIFIER l'implication de ces sous-populations MAPK dans la résistance sur un petit panel de lignées cellulaires de mélanome.
2. IDENTIFIER ces sous-populations MAPK dans les tumeurs de mélanome.
3. CORRÉLER ces sous-populations avec la durée de la réponse aux MAPKi dans une étude pilote rétrospective.

Our main objectives for this project are:
1. VERIFY the role of these MAPK subpopulations in resistance using a small panel of melanoma cell lines.
2. IDENTIFY these MAPK subpopulations in melanoma tumors.
3. CORRELATE these subpopulations with the duration of response to MAPKi in a retrospective pilot study.

1. VÉRIFIER l'implication de ces sous-populations MAPK dans la résistance sur un petit panel de lignées cellulaires de mélanome.
Nos résultats préliminaires ont été obtenus sur une lignée cellulaire de mélanome. Dans un premier temps, l'implication des sous-populations MAPK dans l'acquisition de la résistance sera vérifiée dans un petit panel de lignées cellulaires. Pour cela nous identifierons les marqueurs de surface des sous-populations MAPK pour suivre leur évolution au cours du traitement MAPKi et caractériser leur implication dans la résistance. Ces marqueurs seront identifiés en comparant le surfaceome des sous-populations MAPK avec celui de la population principale. Ensuite, il s'agira de suivre, grâce aux marqueurs identifiés, l'évolution des sous-populations au cours du traitement MAPKi pour détecter leur enrichissement par rapport à la population principale. Nous pourrons également trier les cellules de la sous-population grâce aux marqueurs de surface et caractériser la biologie de ces cellules (RNA-Seq, prolifération, cytotoxicité, ...).

2. IDENTIFIER ces sous-populations MAPK dans les tumeurs de mélanome.
Nous avons développé un panel d'anticorps pour identifier les sous-populations MAPK dans les lignées cellulaires par cytométrie de masse. Pour analyser les coupes de tumeurs de mélanome, il s'agira de transposer ce panel pour une utilisation en imagerie par cytométrie de masse (IMC). Les coupes de mélanomes seront préparées par l'anatomopathologiste spécialisée de l'Unité de Recherche Translationnelle de l'institut qui validera préalablement les zones d'intérêt à analyser. Les analyses seront réalisées dans l'institut à la plateforme SIMCaT avec l'appareil HYPERION XTi. Les sous-populations MAPK seront tout d'abord recherchées sur la base des particularités de leur niveau de phosphorylation des protéines par la méthode de l'algorithme opt-SNE. Un intérêt tout particulier sera porté à une signature identique à celle que nous avons détecté dans les lignées cellulaires. L'aspect spatial sera abordé en associant l'environnement cellulaire proche aux sous-populations MAPK. Les particularités spécifiques à ces sous-populations MAPK seront comparées de manière intra-tumorale et inter-tumorale afin de déterminer si leur existence est liée à des caractéristiques intrinsèques aux cellules cancéreuses ou à leur micro-environnement.

3. CORRÉLER ces sous-populations avec la durée de la réponse aux MAPKi dans une étude pilote rétrospective.
C'est un projet exploratoire pour lequel nous voulons analyser vingt tumeurs. Nous avons à disposition un total de 74 cas provenant de deux cohortes du CHU de Montpellier et de l'hopital Saint-Louis de l'APHP de Paris. Nous disposons des données clinico-biologiques, dont la cartographie des modifications génomiques, et du suivi de la réponse au traitement. Les tumeurs seront sélectionné·es avec l'onco-dermatologue de notre équipe pour former un groupe de répondeurs longs, et un groupe de récidive précoce. La corrélation avec la présence de sous-populations MAPK dans chacun des deux groupes sera évaluée. Dans nos résultats préliminaires, la sous-population MAPK est tolérante aux MAPKi. Les sous-populations présentent dans le groupe de récidive précoce et absentes dans le groupe de réponse prolongée seront donc préférentiellement recherchées. In fine, une cartographie exhaustive des sous-populations MAPK sera réalisée. L'homogénéité intra-groupe Vs les différences inter-groupes seront évalués.

1. VERIFY the role of these MAPK subpopulations in resistance using a small panel of melanoma cell lines.
Our preliminary results were obtained using a single melanoma cell line. As a first step, we will verify the role of MAPK subpopulations in the development of resistance using a small panel of cell lines. To do this, we will identify surface markers of the MAPK subpopulations to track their evolution during MAPKi treatment and characterize their role in resistance. These markers will be identified by comparing the surfaceome of the MAPK subpopulations with that of the main population. Next, using the identified markers, we will track the evolution of the subpopulations during MAPKi treatment to detect their enrichment relative to the main population. We will also be able to sort cells from the subpopulation using surface markers and characterize the biology of these cells (RNA-Seq, proliferation, cytotoxicity, etc.).

2. IDENTIFY these MAPK subpopulations in melanoma tumors.
We have developed a panel of antibodies to identify MAPK subpopulations in cell lines using mass cytometry. To analyze melanoma tumor sections, this panel will need to be adapted for use in imaging by mass cytometry (IMC). The melanoma sections will be prepared by the specialized pathologist at the institute's Translational Research Unit, who will first validate the regions of interest to be analyzed. The analyses will be performed at the institute's SIMCaT platform using the HYPERION XTi instrument. MAPK subpopulations will first be identified based on the characteristics of their protein phosphorylation levels using the opt-SNE algorithm. Particular attention will be paid to a signature identical to the one we detected in cell lines. The spatial aspect will be addressed by linking the immediate cellular environment to the MAPK subpopulations. The specific characteristics of these MAPK subpopulations will be compared intra-tumorally and inter-tumorally to determine whether their existence is linked to intrinsic characteristics of the cancer cells or to their microenvironment.

3. CORRELATE these subpopulations with the duration of response to MAPKi in a retrospective pilot study.
This is an exploratory project for which we plan to analyze twenty tumors. We have a total of 74 cases available from two cohorts at the Montpellier University Hospital and the Saint-Louis Hospital of the APHP in Paris. We have access to clinical and biological data, including genomic alteration mapping, and treatment response follow-up. Tumors will be selected in collaboration with the onco-dermatologist on our team to form a group of long-term responders and a group of early relapse cases. The correlation with the presence of MAPK subpopulations in each of the two groups will be evaluated. In our preliminary results, the MAPK subpopulation is tolerant to MAPKi. Subpopulations present in the early recurrence group and absent in the long-term response group will therefore be prioritized for investigation. Ultimately, a comprehensive mapping of MAPK subpopulations will be performed. Intra-group homogeneity versus inter-group differences will be evaluated.

Diplôme de Master ou diplôme reconnu équivalent Bac +5.
De manière préférentielle, le/la candidat-e pourrait avoir acquis des connaissances théoriques et pratiques de la biologie cellulaire et moléculaire, la pharmacologie moléculaire, la biochimie.
Compétences personnelles : motivation, prise d'initiative, autonomie et ouverture d'esprit. Intérêt pour la recherche sur le cancer et la pluridisciplinarité