In vitro and in vivo analysis of anti-tumour activity of UVI5008, a novel chromatin enzyme inhibitor

par Harshal Khanwalkar

Thèse de doctorat en Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie

Sous la direction de Hinrich Gronemeyer et de Ángel Rodríguez de Lera.

Soutenue en 2010

à Strasbourg .

  • Titre traduit

    Analyse in vitro et in vivo de l'activité anti-tumorale d'UVI5008, un nouvel inhibiteur d'enzymes modifiant la chromatine


  • Résumé

    De plus en plus de données indiquent que le cancer n’est pas uniquement la conséquence d’altérations génétiques, mais résulte également en partie d’altérations épigénétiques. De façon intéressante, cette dérégulation épigénétique est réversible, faisant des enzymes responsables des cibles thérapeutiques potentielles. En effet, les enzymes de modification de la chromatine et en particulier les Histones Déacétylases (HDACs) et les ADN Méthyltransférases (DNMTs), ont récemment émergé comme de nouvelles cibles prometteuses appelées « drogues épigénétiques » pour le traitement des cancers. Le but de ce projet a été de caractériser l’activité de UVI5008, un dérivé de la psammaplin A qui a initialement été isolée de l’éponge marine Psammaplysilla. Ce composé a été synthétisé dans le laboratoire de l’un de nos collaborateurs, le professeur Angel R. De Lera (Université de Vigo, Espagne), et nous avons pu montrer que ce composé cible spécifiquement plusieurs enzymes épigénétiques et présente une activité anti-tumorale in vitro et in vivo. Nous avons évalué l’activité anti-tumorale potentielle de UVI5008 in vitro sur des lignées de cellules cancéreuses et ex vivo sur des blastes issus de patients leucémiques. Nos résultats indiquent que UVI5008 réduit la prolifération cellulaire en induisant un arrêt du cycle cellulaire en phase G1-M et l’apoptose dans des lignées cellulaires de leucémie myéloïde aiguë (AML) établies et dans des blastes issus de patients AML en culture ex vivo. Des essais enzymatiques in vitro ont permis de mettre en évidence que UVI5008 bloque l’activité de HDAC1, 4 et 6 et augmente l’acétylation globale et spécifique des histones. Outre son activité d’inhibition des HDACs, ce nouvel inhibiteur bloque également la méthylation des îlots CpG situés sur les promoteurs des gènes suppresseurs de tumeur p16/INK4 et RAR-Beta, un récepteur de l’acide rétinoïque. Enfin, nous avons observé que UVI5008 possède des capacités inhibitrices des sirtuines, le niveau d’acétylation de p53 sur le résidu lysine 382 étant augmenté suite à un traitement avec ce composé. Nous avons également pu mettre en évidence une activité antitumorale de UVI5008 in vivo dans des xénogreffes de cellules HCT116 (issues de cancer du colon humain) et de cellules MCF7 (provenant de cancer du sein humain) dans des souris nues, de même que dans un modèle murin de cancer mammaire, les souris MMTV-Myc. Dans ces différents modèles, une augmentation de l’acétylation des histones et de p53K382 a pu être observée in tumouri. De façon importante, l’activité de UVI5008 est spécifique des cellules cancéreuses et sans toxicité importante pour les cellules normales. De plus, son activité est indépendante de p53, ce qui représente un avantage, la majorité des cancers ayant une mutation ou une extinction de l’expression de p53. ErbB2 joue un rôle important dans de nombreuses pathologies humaines. Son niveau est augmenté par amplification génique ou surexpression dans environ 30 % des cancers mammaires humains, de même que dans d’autres pathologies humaines, et cette marque est associée à un mauvais pronostique pour les patients. Nous avons donc choisi de tester l’activité anti-tumorale de UVI5008 sur un autre modèle de tumorigenèse chez la souris par la surexpression de l’oncogène ErbB2 dans la glande mammaire, les souris MMTV-ErbB2, et nous avons pu montrer une efficacité similaire de UVI5008 sur ces tumeurs mammaires. À l’heure actuelle, il n’existe pas de traitement qui cible simultanément l’ensemble de ces 3 familles d’enzymes que sont les HDACs, les DNMTs et les SIRTs. Nos résultats suggèrent fortement que ces enzymes peuvent être ciblées simultanément par un composé unique, ce qui pourrait représenter un avantage pour les nouvelles thérapies contre le cancer.


  • Résumé

    It is becoming increasingly clear that cancer is a consequence not only of genetic but also of epigenetic alterations. Interestingly, this epigenetic deregulation is reversible making the corresponding enzymes promising drug targets. Chromatin modifying enzymes, in particular histone deacetylases (HDACs) and DNA methyltransferases (DNMTs), have recently emerged as new promising targets of the so-called “epigenetic drugs” for the treatment of cancer. The aim of this project is to characterize the activities of UVI 5008, a derivative of psammaplin A, a natural product that was originally isolated from the marine sponge Psammaplysilla sp. This compound was synthesized by one of our collaborators, Prof. Angel. R de Lera’s lab (Vigo University, Spain) and we were able to show that it targets several epigenetic effector enzymes and displays anti-tumour activity in vitro and in vivo. We have assessed the tumoricidal activity of UVI5008 both in vitro in a panel of cancer cell lines as well as ex vivo in leukemia patient’s blasts. Our results indicate that UVI5008 reduces cell proliferation by inducing G1-M arrest and apoptosis in established acute myeloid leukemia (AML) cells and AML patient’s blasts in ex vivo culture. In vitro enzymatic assays showed that UVI5008 blocks HDAC1, 4 and 6 as well as increases the global and site-specific histone acetylation. Apart from its HDAC inhibitory activity, the novel inhibitor blocks CpG island methylation of the promoters of p16/INK4 and retinoic acid receptors (RAR)-beta tumor suppressors. Moreover, we have observed that UVI5008 has sirtuin inhibitory capacity as it increases the acetylation levels of p53 on lysine 382 residue. We could also show that UVI5008 exerts its antitumor effect in vivo in HCT-116 (human colon cancer) and MCF-7 (human breast cancer) xenografted tumours in nude mice as well as in a mouse breast cancer model MMTV-myc, which was accompanied by increased histone and p53K382 acetylation in tumouri. Importantly, UVI5008 anti-tumoral activity is selective for cancer cells, without significant toxicity to normal cells and is p53-independent which is also promising, as in the majority of cancers p53 is either silenced or mutated. It is well documented that ErbB2 gene plays an important role in human malignancies. It is amplified and /or overexpressed in approximately 30% of human breast carcinomas and in many other types of human malignancies and individuals with ErbB2-overexpressing tumours have significantly poor clinical outcome. Taking into consideration this fact, we have assessed the anti tumour activity of UVI5008 in one more mouse breast cancer model MMTV-ErbB2, which revealed that UVI5008 is equally active in ErbB2 overexpressing breast tumours. To date there is not a single drug that simultaneously targets all these three families of enzymes namely HDACs, DNMTs and SIRTs. Taken together, our data strongly suggest that targeting these enzymes simultaneously by a single drug is a feasible and an attractive paradigm for new cancer therapies.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (Pagination multiple)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 94-105.

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  • Bibliothèque : Université de Strasbourg. Service des bibliothèques. Bibliothèque L'Alinéa.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th.Strbg.Sc.2010;0828
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