Rôle de la sphingosine kinase 1 dans la régulation de l'hypoxie intratumorale

Involment of sphingosine kinase I in regulation of intratumoral hypoxia

• Auteur / Autrice : Pierre Bouquerel
• Direction : Olivier Cuvillier, Isabelle Ader
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Cancérologie
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Jury : Président / Présidente : Laurence Nieto
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Mazurier, Gilles Pagès

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cancer

Anoxémie

Sphingolipides

Mots clés libres

Sphingolipides

Sphingosine Kinase-1

Hypoxie

Hif-2a

Hypoxia Inducible Factor

Cancer rénal

Résumé

L'hypoxie est une caractéristique des tumeurs solides qui contrôle la mise en place des voies de signalisation impliquées dans la néovascularisation, l'apparition de métastases, l'augmentation de la croissance tumorale et la résistance aux traitements. L'activation du facteur HIF-1 (Hypoxia Inducible Factor 1) a été identifiée comme le mécanisme principal de l'adaptation au stress hypoxique. Bien que les premières études aient principalement porté sur le rôle de HIF-1, de nombreux travaux soulignent l'importance de HIF-2 dans la régulation de certains gènes et fonctions biologiques. Le facteur HIF-2, présentant une Forte homologie avec HIF-1, joue notamment un rôle clef dans la progression des cancers rénaux à cellules claires (ccRCC). Nous avons précédemment identifié la voie Sphingosine Kinase-1/ sphingosine 1-phosphate (SphK1/S1P), impliquée dans de nombreux processus dont l'angiogenèse, prolifération et la survie cellulaire, en tant que nouveau modulateur de l'activité de HIF-1. Considérant le rôle crucial de HIF-2 dans les ccRCC, il est essentiel de mieux comprendre le rôle de la SphK1 dans la régulation de HIF-2a dans ces modèles. Dans ce but, les mécanismes de régulation du taux de HIF-2a et de l'activité de HIF-2 par la SphK1 ont été étudiés. Cette étude in vitro a été réalisée in vitro dans de nombreux modèles de ccRCC possédant des profils d'expression de HIF-1a et HIF-2a différents et représentant l'ensemble des groupes retrouvés en clinique humaine (expression de HIF-1a et de HIF-2a ou de HIF-2a seul). De manière intéressante, nos résultats indiquent que la SphK1 régule le taux de HIF-2a dans les différents modèles cellulaires, dont les ccRCC. Dans toutes ces lignées l'inhibition de la SphK1 entraîne une diminution du taux de HIF-2a ainsi qu'une diminution de l'expression des gènes cibles de HIF-2. Dans les lignées de ccRCC, la SphK1 stimule la traduction de HIF-2 via l'activation des protéines mTOR et p70S6K. En amont, nous avons établi que la phospholipase D (PLD) était responsable de l'activation de la SphK1 et que l'inhibition de la PLD conduisait à une diminution de l'activité de la SphK1 et du taux de HIF-2a. De plus, l'inhibition de la formation des espèces réactives de l'oxygène (ROS) bloque l'activation de la voie PLD/SphK1/HIF-2a. Nous avons ainsi identifié la voie ROS/PLD/SphK1 comme une nouvelle voie de régulation du facteur HIF-2a. Ce travail a permis d'identifier la SphK1 comme régulateur clef du facteur HIF-2 démontrant l'intérêt thérapeutique de cibler la SphK1 dans le cas des cancers où HIF-2 joue un rôle prépondérant tels que les cancers rénaux, pulmonaires et les neuroblastomes.

Hypoxia is a characteristic of solid tumors that triggers the activation of signaling pathways promoting neovascularization, metastasis, increased tumor growth and resistance to treatments. The activation of the transcription factor hypoxia-inducible factor 1 (HIF-1) has been identified as the master mechanism of adaptation to hypoxia. Whereas initial characterization of hypoxia-induced transcription emphasized on HIF-1, there is now evidence that HIF-2, which is closely related to HIF-1, could regulate unique genes and physiological functions. Notably, HIF-2, rather than HIF-1, has been shown to play a critical role in clear cell renal carcinoma (ccRCC). We have previously identified the sphingosine kinase-1/sphingosine 1-phosphate (SphK1/S1P) pathway - which elicits various cellular processes including cell proliferation, cell survival or angiogenesis - as a new modulator of HIF-1 activity. Considering the crucial role of HIF-2 in ccRCC, it was essential to understand the role of the SphK1 signaling in these tumors. To this end, the mechanisms underlying the regulation of HIF-2a level and activity, via the SphK1 signaling, have been investigated. These in vitro studies have been conducted in various ccRCC models exhibiting different HIF-1a and HIF-2a status, and representing all the sub-groups found in human clinic (which can produce either HIF-1a and HIF-2a or HIF-2a alone). Our data indicate that SphK1 regulates HIF-2a level in several cancer cell models including ccRCC. Depletion of SphK1 decreased HIF-2a level and consequently resulted in decreased expression levels of HIF-2a responsive genes. In ccRCC, SphK1 stimulates translation of HIF-2a via p70-S6kinase and mTOR pathway. Upstream, we have established that Phospholipase D (PLD) is responsible for the up-regulation of SphK1, and that inhibition of PLD leads to a decrease in SphK1 activity and in HIF-2a level and activity. Moreover inhibition of reactive oxygen species (ROS) production abolished PLD/SphK1/ HIF-2a pathway. Overall, we have identified a new molecular mecanism whereby a ROS/ PLD/SphK1 signaling pathway regulates HIF-2a. We provide evidence that SphK1 act as a master regulator for HIF-2a and giving support to its inhibition as a valid strategy for ccRCC and others cancers for which HIF-2a is particularly relevant (lung, neuroblastoma).