Abstract :
[en] Canine idiopathic pulmonary fibrosis (CIPF) is a progressive interstitial lung disease characterized by abnormal collagen accumulation in the lung interstitium, leading to respiratory failure. The disease primarily affects aging West Highland white terriers and is of unknown origin. It shares similarities with human idiopathic pulmonary fibrosis (IPF), a condition often associated with an increased risk of developing lung cancer, which worsens prognosis. In dogs, primary lung cancer such as pulmonary adenocarcinoma (PAC) similarly carries a poor prognosis at advanced stages and may be more prevalent in WHWTs with CIPF, further complicating treatment strategies. Despite advances in molecular characterization of CIPF, much remains unknown regarding its pathobiology. At present, CIPF is incurable, and predicting its progression is challenging. This highlights an urgent need for novel therapeutic targets and reliable diagnostic or prognostic markers. Similarly, deeper insights into the pathobiology of canine lung cancer are essential to guide the development of new treatment options.
This thesis aimed to explore the molecular and cellular alterations CIPF and canine PAC with the aim of identifying new biomarkers and potential therapeutic targets. The first step involved the generation of a single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) atlas from healthy canine lung biopsies. This comprehensive molecular map included over 26,000 cells and uncovered 46 transcriptionally distinct subpopulations across immune, mesenchymal, epithelial, and endothelial compartments. Rare and specialized cells, such as unconventional T cells and Schwann cells, were identified, and fibroblast populations showed significant heterogeneity with indications of immune-regulatory potential. Cross-species integration with human lung data revealed strong transcriptional parallels, validating the dog as a relevant translational model for respiratory disease research.
Building on this foundation, molecular alterations in PAC were investigated using scRNA-seq on biopsies from three primary tumors. Compared with the healthy atlas, cancer-associated fibroblasts in PAC displayed strong upregulation of genes involved in epithelial-to-mesenchymal transition and angiogenesis, such as fibroblast activation protein (FAP) and collagen triple helix repeat containing 1 (CTHRC1). Tumor-associated macrophages expressed markers possibly linked to immune evasion, such as osteopontin (SPP1). Additional gene expression changes were observed across epithelial, endothelial, lymphoid, and muscle cells. Finally, the presence of CTHRC1+ fibroblasts and SPP1+ macrophages within tumors was demonstrated spatially using immunofluorescence microscopy. This study emphasizes the cellular and molecular heterogeneity of PAC and suggests new avenues for biomarkers and therapeutic targets.
In parallel, a preliminary single-cell transcriptomic analysis was conducted on CIPF-affected lung tissue. This study, though based on a small number of samples, offered notable findings including the overexpression of FAP in fibroblasts and SPP1 in macrophages. This preliminary study provides an early single-cell characterization of CIPF lung tissue, revealing potential molecular targets. Expanding the sample size in future research will be crucial to confirm these findings and identify additional disease-related changes.
FAP expression was investigated in CIPF-affected lung and in PAC biopsies. This study demonstrated that FAP expression was absent in healthy lung tissue but strongly expressed by cancer-associated fibroblasts in PAC and by fibroblasts in areas of active fibrosis in CIPF. Importantly, FAP expression correlated strongly with fibrosis activity and, to a lesser extent, with severity. These findings, validated through both visual scoring and digital image analysis, established FAP as a robust marker of fibrotic activity in CIPF lungs. Although plasmatic FAP concentrations were found to be significantly lower in affected dogs, the clinical relevance of this finding remains uncertain. Nonetheless, the study emphasized the potential of FAP for diagnostic and therapeutic strategies in dogs affected by CIPF and/or PAC.
Finally, we aim to develop a noninvasive method of detecting FAP expression in vivo. A pilot study assessed the feasibility and safety of [18F]FAPI-74 positron emission tomography combined with computed tomography (PET/CT) imaging in both healthy dogs and WHWTs diagnosed with CIPF. The imaging procedure was well tolerated and revealed significantly increased tracer uptake in CIPF-affected lungs compared with healthy controls. Biodistribution data indicated hepatobiliary and urinary clearance, with moderate gastrointestinal uptake. These results suggest that [18F]FAPI-74 PET/CT is a promising, noninvasive method to detect and monitor active fibrotic processes in CIPF.
This thesis deepens our understanding of canine lung biology by combining single-cell transcriptomics and molecular imaging to study both healthy and diseased states. It provides the first single-cell atlas of the healthy canine lung, establishing a critical reference for future investigations. In disease contexts, it reveals key molecular alterations in canine PAC and CIPF. FAP emerged as a promising marker of fibrotic and neoplastic processes, with potential diagnostic and therapeutic applications. The successful use of [18F]FAPI-74 PET/CT imaging in dogs with CIPF demonstrates a feasible, noninvasive approach to monitor fibrotic activity in vivo.
[fr] La fibrose pulmonaire idiopathique canine (CIPF) est une maladie pulmonaire interstitielle progressive caractérisée par une accumulation anormale de collagène dans l’interstitium pulmonaire, conduisant à une insuffisance respiratoire. Cette maladie de cause inconnue touche principalement les chiens âgés de race West Highland white terrier (WHWT). Elle ressemble à la fibrose pulmonaire idiopathique (IPF) humaine, une condition associée à un r9023490isque accru de cancer pulmonaire, ce qui aggrave le pronostic. Chez les chiens, le cancer pulmonaire primaire, comme l’adénocarcinome pulmonaire (PAC), présente également un mauvais pronostic aux stades avancés et semble plus fréquent chez les WHWTs atteints de CIPF, compliquant davantage le traitement. Malgré les progrès dans la caractérisation moléculaire de la CIPF, de nombreux aspects de sa pathobiologie restent inconnus. À ce jour, la CIPF est incurable et sa progression difficilement prévisible. Cela souligne un besoin en nouvelles cibles thérapeutiques, ainsi qu’en marqueurs diagnostiques et pronostiques fiables. De même, une meilleure compréhension de la pathobiologie du cancer pulmonaire canin est essentielle pour développer de nouvelles options thérapeutiques.
Cette thèse visait à explorer les altérations moléculaires et cellulaires dans la CIPF et le PAC canin afin d’identifier de nouveaux biomarqueurs et des cibles thérapeutiques potentielles. La première étape a consisté à générer un atlas de séquençage ARN à cellule unique (scRNA-seq) à partir de biopsies pulmonaires saines de chiens. Cette carte moléculaire comprenait plus de 26 000 cellules et a révélé 46 sous-populations distinctes, réparties entre les compartiments immunitaire, mésenchymateux, épithélial et endothélial. Des cellules rares et spécialisées, telles que des lymphocytes T non conventionnels et des cellules de Schwann, ont été identifiées, et les populations de fibroblastes ont montré une hétérogénéité marquée avec des indications d’un potentiel rôle immuno-régulateur. L’intégration avec des données humaines a montré de fortes similarités, confirmant le chien comme modèle pertinent en recherche respiratoire.
Les altérations moléculaires dans le PAC ont ensuite été explorées par scRNA-seq sur des biopsies de trois tumeurs primaires. Comparés à l’atlas sain, les fibroblastes associés aux cancers présentaient une forte surexpression de gènes impliqués dans la transition épithélio-mésenchymateuse et l’angiogenèse, comme fibroblast activation protein (FAP) et collagen triple helix repeat containing 1 (CTHRC1). Les macrophages associés aux tumeurs exprimaient des marqueurs possiblement liés à l’évasion immunitaire, comme l’ostéopontine (SPP1). D’autres altérations d’expression génique ont été observées dans les cellules épithéliales, endothéliales, lymphoïdes et musculaires. Enfin, la présence de fibroblastes CTHRC1+ et de macrophages SPP1+ dans les tumeurs a été confirmée spatialement par microscopie en immunofluorescence. Cette étude souligne l’hétérogénéité cellulaire et moléculaire du PAC et suggère de nouvelles pistes de biomarqueurs et de cibles thérapeutiques.
Une analyse scRNA-seq préliminaire a été menée sur des tissus pulmonaires atteints de CIPF. Bien que reposant sur un nombre limité d’échantillons, elle a fourni des résultats notables, notamment la surexpression de FAP dans les fibroblastes et de SPP1 dans les macrophages. Cette étude constitue une première caractérisation à l’échelle cellulaire du tissu pulmonaire atteint de CIPF, mettant en évidence des cibles moléculaires potentielles. L’inclusion d’échantillons additionnels sera essentielle pour confirmer ces résultats et identifier d’autres altérations liées à la maladie.
Une étude de l’expression de FAP par immunohistochimie montré que FAP était absente dans les tissus sains mais fortement exprimée par les fibroblastes associés aux cancers dans les biopsies de PAC, et par les fibroblastes dans les zones de fibrose active dans les biopsies pulmonaires de CIPF. L’expression de FAP était fortement corrélée à l’activité de la fibrose et, dans une moindre mesure, à sa sévérité. Ces résultats établissent FAP comme un marqueur robuste de l’activité fibrotique dans les poumons atteints de CIPF. Bien que les concentrations plasmatiques de FAP aient été significativement plus faibles chez les chiens atteints, la pertinence clinique de cette observation reste incertaine. L’étude a donc révélé le potentiel de FAP comme marqueur diagnostique et cible thérapeutique dans la CIPF et le PAC.
Enfin, afin de développer une méthode non invasive de détection de l’expression de FAP in vivo, une étude pilote a évalué la faisabilité et la sécurité de l’imagerie par tomographie par émission de positons au [18F]FAPI-74 combinée à la tomodensitométrie ([18F]FAPI-74 PET/CT) chez des chiens sains et chez des WHWT atteints de CIPF. La procédure d’imagerie a été bien tolérée et a révélé une captation accrue du traceur dans les poumons atteints de CIPF par rapport aux témoins sains. Une élimination hépatobiliaire et urinaire a été observée, avec une captation modérée dans le tractus gastro-intestinal. Ces résultats suggèrent que l’imagerie PET/CT au [18F]FAPI-74 est une méthode prometteuse et non invasive pour détecter et monitorer l’activité de la fibrose dans la CIPF.
Cette thèse approfondit notre compréhension du poumon du chien en combinant transcriptomique unicellulaire et imagerie moléculaire. Elle fournit le premier atlas à échelle cellulaire du poumon sain de chien, établissant une référence pour les recherches futures. Dans les contextes pathologiques, elle met en évidence des altérations moléculaires clés dans le PAC et la CIPF. FAP émerge comme un marqueur prometteur de processus fibrotiques et néoplasiques, avec des applications thérapeutiques et diagnostiques potentielles, telle que l’imagerie PET/CT au [18F]FAPI-74.
