Impact of D-2HG on the Tumor Microenvironment of IDH-mutated Gliomas

Impact du D-2HydroxyGlutarate sur le micro-environnement tumoral des gliomes avec mutation IDH Contexte : Les gliomes diffus sont les tumeurs primitives malignes du système nerveux central les plus fréquentes. Certains présentent une mutation du gène codant pour l'isocitrate déshydrogénase 1 ou 2 (IDH) qui leur confère la néo-activité de transformer l'alpha-cétoglutarate (α-KG) produit par l'enzyme non mutée en D-2hydroxyglutarate (D-2HG). L'accumulation de cet oncométabolite entraîne l'inhibition compétitive des dioxygénases dépendantes de l'α-KG, incluant la famille TET (Ten Eleven Translocase) des ADN hydroxylases, et les JmjC/KMDs histone déméthylases, qui conduit elle-même à l'hyperméthylation des histones et de l'ADN des cellules tumorales. Les macrophages et microglies associés aux tumeurs (TAMs) sont des cellules myéloïdes très abondantes dans les gliomes, dont le phénotype et la réponse immunitaire sont déterminés par l'ontogenèse et le microenvironnement. Les TAMs présentent des caractéristiques différentes en fonction du statut IDH du gliome, mais les mécanismes de régulation sous-jacents restent largement méconnus. Le D-2HG relargué dans le microenvironnement par les cellules de gliomes IDH-mutants (IDH-m) pourrait influencer le phénotype et la fonction de ces TAMs. Nous avons émis l'hypothèse que le D-2HG pourrait modifier l'épigénome des TAMs, comme dans le cas des cellules tumorales.Matériel et méthodes : Nous avons comparé le méthylome (puce EPIC de méthylation) et le transcriptome des TAMs (CD11B+ isolés par tri cellulaire activé par magnétisme) de 25 gliomes IDH-m et 11 gliomes IDH-wildtype (IDH-wt), ainsi que de tissu cérébral contrôle non tumoral. Pour déterminer les effets directs du D-2HG sur la microglie, nous avons mis au point des cultures primaires de microglie humaine obtenues à partir d'une chirurgie de gliome ou d'épilepsie. Nous avons d'abord dosé le D-2HG dans la microglie traitée par D-2HG par spectrométrie de masse par chromatographie en phase liquide (LC-MS) afin d'évaluer l'entrée du métabolite dans ces cellules, et avons évalué l'activité enzymatique de TET. Nous avons exposé ou non des cellules microgliales au D-2HG pendant 14 jours et analysé leur méthylome et leur transcriptome. Les ratios de 5mC/5hmC ont été analysés à une résolution de base unique. Nous avons évalué la réponse transcriptomique et la respiration mitochondriale après stimulation au LPS de la microglie pré-traitée par D-2HG. Enfin, nous avons analysé par snRNA-seq le transcriptome microglial d'un échantillon apparié de gliome IDH-m avant et après traitement par l'inhibiteur d'IDH-m ivosidenib, qui diminue les concentrations intratumorales de D-2HG.Résultats : Nous montrons que les cellules myéloïdes CD11B+ des gliomes IDH-m humains présentent une hyperméthylation de l'ADN principalement au niveau des enhancers. Cette hyperméthylation est liée à une diminution de l'expression des gènes impliqués dans les réponses inflammatoires et le métabolisme glycolytique, et à l'inactivation des facteurs de transcription qui régulent la réponse microgliale aux stimuli environnementaux. L'exposition prolongée de la microglie primaire humaine au D-2HG inhibe l'oxydation de 5mC médiée par TET, ce qui entraîne une accumulation réduite des niveaux globaux de 5hmC. Nous avons observé des rapports 5mC/5hmC élevés, en particulier au niveau d'enhancers spécifiquement actifs dans ces cellules. Conformément à la modulation des enhancers, la microglie traitée au D-2HG présente une capacité pro-inflammatoire réduite et une augmentation de la phosphorylation oxydative. À l'inverse, la diminution des niveaux de D-2HG après traitement par ivosidenib chez un patient atteint de gliome IDH-m est associée à la restauration de l'expression génique liée à l'activation microgliale.Conclusion : Nos résultats fournissent une base mécanistique de l'état hyporéactif de la microglie dans les gliomes IDH-m et élargissent le concept selon lequel les oncométabolites peuvent perturber la fonction des cellules immunitaires du microenvironnement tumoral.