Characterizing the melanoma brain metastasis microenvironment using CyTOF IMC and the adenosine pathway in melanoma

Abstract

Introduction: Le mélanome est le type de cancer de la peau le plus fréquent et les métastases du système nerveux central en sont une complication fréquente et grave. Les cellules de mélanome interagissent avec une grande variété de types de cellules dans le microenvironnement tumoral (MET), ce qui peut entraîner des effets pro- ou antitumoral. Plusieurs voies immunosuppressives ont été récemment découvertes comme des cibles médicamenteuses prometteuses, notamment la voie de l'adénosine. L'adénosine extracellulaire s'accumule dans le MET suite à l'hydrolyse de l'ATP par les ectonucléotidases CD39 et CD73. Les principaux régulateurs de la voie de l'adénosine sont CD39, CD73, et les récepteurs A2a et A2b.

Matériel et Méthodes: Pour caractériser spatialement le MET des métastases cérébrales du mélanome (MCM), nous avons quantifié l'expression de 35 marqueurs protéiques à l'aide du time of flight (CyTOF) Imaging Mass Cytometry (IMC) dans 21 MCM, et segmenté et classé plus de 130 000 cellules. Ensuite, pour évaluer les effets du ciblage du récepteur A2b et du CD73 dans la voie de l'adénosine sur le développement du mélanome, nous avons utilisé les tests de prolifération IncuCyte et MTS pour évaluer la prolifération des cellules de mélanome.

Résultats: Dans notre ensemble de données, les caractéristiques immunitaires du MET étaient hétérogènes dans tous les échantillons et le type de cellule le plus courant après les cellules cancéreuses du mélanome était les macrophages dérivés de la moelle osseuse (MDMO). Les échantillons à propagation leptoméningée avaient significativement moins de neutrophiles, de MDMO de type M1, d'autres cellules T et plus de cellules cancéreuses dans leur microenvironnement. Nous avons observé que la stimulation du récepteur A2b a un effet antiprolifératif sur les cellules cancéreuses du mélanome.

Conclusion: Cette recherche met en évidence le rôle du MET dans la progression du mélanome et l'importance du MET comme base pour le développement de nouvelles thérapies pour les patients atteints de cancer.

Background: Melanoma is the most frequent type of skin cancer and metastasis to the central nervous system is a common and serious complication of it. Melanoma cells interact with a wide variety of cell types in the tumor microenvironment (TME) which can lead to tumor-promoting or tumor suppressive effects. Several immunosuppressive pathways have emerged as promising drug targets, including the adenosine pathway. The extracellular adenosine accumulates in the TME as the result of ATP hydrolysis by the ectonucleotidases CD39 and CD73. Key regulators of the adenosine pathway are CD39, CD73, A2a and A2b receptor. Methods: To spatially characterize the TME of melanoma brain metastases (MBM), we quantified the expression of 35 protein markers using time of flight (CyTOF) Imaging Mass Cytometry (IMC) in 21 MBMs, and segmented and classified over 130 000 cells. Then, to evaluate the effects of targeting the A2b receptor and CD73 in the adenosine pathway on the development of melanoma, we used the IncuCyte and MTS proliferation assays to assess the proliferation of melanoma cells. Results: In our dataset, the immune landscape of the TME was heterogeneous across all samples and the most common cell type after melanoma cancer cells were bone marrow derived macrophages (BMDM). Samples with leptomeningeal spread had significantly less neutrophils, M1-like BMDM, T other cells and more cancer cells in their microenvironment. We observed that stimulation of the A2b receptor has an antiproliferative effect on melanoma cancer cells. Conclusion: This research highlights the role of the TME in the progression of melanoma and the importance of the TME as grounds for development of new therapies for cancer patients.