Metabolic control of the glioma stem cell behavior

par Luiz Gustavo Feijo Dubois

Thèse de doctorat en Cerveau. Cognition. Comportement

Sous la direction de Hervé Chneiweiss et de Vivaldo Moura Neto.

Soutenue en 2013

à Paris 6 .

  • Titre traduit

    Contrôle métabolique du comportement des cellules souches de glioma


  • Résumé

    Glioblastomas (GBM) are the most frequent and aggressive tumors of the human central nervous system (CNS). Highly vascularized, infiltrating, and resistant to current therapies, they affect patients at different ages. The median survival of patients is shorter than 18 months. A growing body of evidence indicates that glioblastoma cancer stem-like cells (GSC) play a major role in the development of these tumors and their resistance to current therapies. Development of effective therapies requires understanding the molecular mechanisms that govern GSC properties, including the signals that sustain their interactions with the tumor stroma, and determining the extent to which these mechanisms differ between GSC and neural stem cells (NSC). Our studies of the signals that underlie the interactions between GSC or “non-stem” GBM cells demonstrated that the deposition of an extracellular matrix (ECM) rich in Tenascin-C and poor in Fibronectin, by “non-stem” GBM cells, induced human endothelial cell death and impaired tubulogenesis in vitro. Furthermore, we described for the first time, in vitro and in vivo, an angiogenic function for HDGF (hepatoma derived growth factor) secreted only by GSC. Comparison of the effects of the natural polyphenol Resveratrol (RSV) on GSC and NSC showed that RSV induced in a specific manner GSC cell cycle arrest in a Sirtuin2-dependent manner. My main body of works focused on the metabolic pathways that participate in GSC maintenance. It took advantage of the recent demonstration that the cluster of microRNAs, miR-302-367, irreversibly commits GSC into a non stem-like state, and suppresses their ability to initiate tumours in vivo (Fareh et al. , 2012). Metabolome profiling of GSC and GSC-miR-302-367 (measure of the intracellular and secreted levels of 271 metabolites by mass spectrometry) pointed notably to changes in the GABA metabolic pathway. We showed that changes in GABA metabolism translated to an over-production of the GABA by-product, γ-hydroxybutyrate (GHB), which inhibited GSC clonal and self-renewal properties, and decreased the nuclear expression of the transcription factor Nanog, essential for the maintenance of stem-like properties in GSC. GHB decreased also GSC proliferation, an effect accompanied by the increased expression of CDKN1 (cyclin-dependent kinase inhibitor or p21) that limits the cell cycle progression. GHB effects on GSC were accompanied with impaired activity of TET2 methylcytosine dioxygenase, an enzyme necessary for the initiation of DNA demethylation. GHB exerted similar effects on GSC derived from distinct adult and pediatric high-grade glioma and bearing different mutations. Finally, research into the mechanisms by which miR-302-367 induces GHB overproduction showed a direct targeting of the transcript of ALDH5A1 gene by miR-302-367. The knockdown of ALDH5A1 by siRNA led to increased levels of GHB and reduced GSC proliferation. These results demonstrate an unprecedented role for GABA by-products in the control of GSC maintenance and epigenetic regulation. Alltogether, the results of these studies identify novel molecular mechanisms governing GSC maintenance that belong to cell metabolism and neoangiogenesis processes.


  • Résumé

    Des nombreux travaux indiquent une participation cruciale de cellules souches cancéreuses au développement et à la résistance aux thérapies des glioblastomes (GBM), les tumeurs primaires les plus fréquentes et les plus agressives du SNC. Mes travaux ont eu pour but d’identifier les voies moléculaires qui gouvernent les propriétés des cellules souches de glioblastome (CSG) et leurs interactions avec le micro-environnement, et de déterminer dans quelle mesure ces voies s’apparentent à celles qui gouvernent le comportement des cellules souches neurales (CSN). Les études des signaux qui sous-tendent les interactions entre les GSC ou les cellules plus différenciées des GBM avec les cellules endothéliales ont abouti à l’identification d’un déséquilibre de la matrice extra-cellulaire sécrétée par les cellules de GBM, qui induit la mort cellulaire des cellules endothéliales humaines et une tubulogenèse défectueuse in vitro. De plus, nous avons décrit par la première fois, in vitro et in vivo, une fonction angiogénique pour HDGF (Hepatoma derived growth factor) et sa sécrétion par les CSG. La comparaison des effets du polyphénol naturel Resvératrol (RSV) sur les GSC et les CSN a montré une sensibilité spécifique des CSG aux effets inhibiteurs du RSV sur le cycle cellulaire due à leur expression de la déacétylase SIRT2, qui n’est pas présente dans les CSN. Mes principaux travaux ont porté sur les voies métaboliques contrôlant le maintien des CSG. Ils se sont appuyés sur l’expression du groupe de micro-ARN, miR-302-367, qui inhibe de façon irréversible les propriétés souches et tumorigènes des CSG (Fareh et coll. , 2012). Nous avons postulé qu’un tel changement de phénotype cellulaire devait s’accompagner d’altérations métaboliques participant à la perte des propriétés fonctionnelles des CSG induite par miR-302-367. La comparaison des profils métaboliques des CSG et des CSG-miR-302-367 (spectrométrie de masse, 271 métabolites extra- et intra-cellulaires mesurés) a révélé une altération de la voie de synthèse du GABA dans les CSG-miR-302-367 marquée notamment par une augmentation de la production de γ-hydroxybutyrate (GHB), un catabolite du GABA. De façon remarquable, l’exposition de CSG naïves au GHB a reproduit les effets inhibiteurs du miR-302-367 sur les propriétés clonales et d’auto-renouvellement des CSG, ainsi que la diminution de l’expression nucléaire du facteur de transcription « souche » Nanog, essentiel au maintien des propriétés souche des CSG. Le GHB diminue aussi la prolifération des CSG, un effet accompagné d’une augmentation de l’expression de CDKN1 (cyclin-dependent kinase inhibitor 1A ou p21), qui limite la progression du cycle cellulaire. Les effets du GHB se retrouvent sur des GSC issues de GBM de l’adulte comme de gliomes de haut-grade de l’enfant, porteurs de mutations distinctes. Ils apparaissent liés à son action inhibitrice sur l’activité de la méthylcytosine dioxygénase TET2, nécessaire à l’initiation de la déméthylation de l’ADN. Enfin, la recherche des mécanismes par lesquels l’expression de miR-302-367 aboutit à la surproduction de GHB a montré un ciblage direct du transcrit du gène ALDH5A1 par miR-302-367. Le knockdown d’ALDH5A1 par des siARN conduit à une augmentation des niveaux de GHB et à la réduction de la prolifération des CSG. Ces études révèlent la participation des régulations métaboliques au contrôle des propriétés des CSG, et ouvre de nouvelles voies pour le ciblage thérapeutique des glioblastomes.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (155 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p.128-155. Index

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Pierre et Marie Curie. Bibliothèque Universitaire Pierre et Marie Curie. Section Biologie-Chimie-Physique Recherche.
  • Accessible pour le PEB
  • Cote : T PARIS 6 2013 680
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.