Profilage en cascade du système ubiquitine-protéasome dans le cancer

par Anastasiia Rulina

Thèse de doctorat en Biologie du développement - Oncogenèse

Sous la direction de Maxim Balakirev.

Le président du jury était Xavier Gidrol.

Le jury était composé de Maxim Balakirev, Philippe Soubeyran, Jadwiga Chroboczek.

Les rapporteurs étaient Damien Arnoult, Matthias Nees.


  • Résumé

    Ce travail décrit un criblage systématique du système ubiquitine-protéasome (UPS) basé sur une organisation en cascade. Nous avons évalué l’effet de l’inhibition par ARN interférent de composants individuels d’UPS sur la viabilité de cellules cancéreuses de la prostate, avec un accent particulier sur les cellules TMPRSS:ERG-positive (VCaP), comme un modèle de phénotype prévalent du cancer. Sept gènes ont été identifiés comme étant particulièrement importants pour le fonctionnement des cellules cancéreuses de la prostate. Parmi eux, le gène-candidat le plus prometteur était UBE2U. Cette thèse met en évidence l’implication d’UBE2U dans la carcinogénèse de la prostate et décrit les premières caractérisations d’UBE2U comme une cible thérapeutique potentielle.La prévalence des composants de la voie CRL/NEDD8 parmi les hits (4 sur 7) suggère que la neddylation est importante dans la biologie des cellules cancéreuses de la prostate. Deux de ces gènes, CUL2 et RBX1, n’ont des effets spécifiques que dans des cellules TMPRSS2:ERG-positives, et, donc, sont potentiellement ERG-dépendantes. Nous avons également révélé un rôle crucial du facteur d’échange de CRL (CAND1), en particulier lorsque la neddylation est compromise. L’inhibition de CAND1 induit l’apoptose dans des cellules VCaP, qui est renforcé par l’inhibiteur spécifique de la neddylation MLN4924. CAND1 est donc une nouvelle cible thérapeutique potentielle. Par ailleurs, nous avons démontré que l’inhibition de la voie CRL/NEDD8 dans les cellules cancéreuses de prostate a des conséquences qui dépendent fortement du contexte cellulaire. L’inhibiteur MLN4924 induit l’apoptose dans toutes les lignées cellulaires testées, bien que les cellules TMPRSS2:ERG-positives se soient révélées significativement plus résistantes. Nous avons démontré que la résistance accrue des cellules VCaP reflète la plasticité des cellules cancéreuses régulée par un réseau d’interactions ERG:NF-kB:c-Myc:Wnt/β-cat:AR. L’inhibition partielle de la neddylation enclenche une reprogrammation transcriptionnelle de cellules VCaP, amenant à la quiescence des cellules et à l’inhibition de l’apoptose dépendant de la prolifération. Cet effet est le résultat de la réactivation du programme AR. Nous avons conclus que la voie CRL/NEDD8 régule le réseau transcriptionnel qui contrôle la plasticité des cellules cancéreuses. Ces résultats peuvent aider à trouver des traitements plus efficaces de cancers TMPRSS2:ERG-positifs.Finalement, nous avons observé que l’inhibition de la neddylation modifie les propriétés de la membrane et la morphologie des cellules VCaP. Cet effet est accompagné par des changements du taux et de la localisation de plusieurs protéines associées à la membrane, y compris l’occludine, la N-cadherine, la paxilline and FAK. Nous en avons conclus que la voie CRL/NEDD8 pourrait être impliquée dans le tri/trafic des protéines membranaires. Cette partie du projet nécessite de plus amples études, étant donné que la compréhension des mécanismes sous-jacents est importante et peut mettre à jour un nouveau rôle de la voie CRL/NEDD8 dans la régulation des fonctions cellulaires.Conclusion générales :1. Nous avons caractérisé l’implication de tous les composants E1-E2 d’UPS dans la régulation de la viabilité des cellules cancéreuses de prostate (avec cinq différentes lignées cellulaires).2. Nos travaux ont mise en évidence de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles pour le traitement du cancer, telles qu’UBE2U et CAND1.3. Nous avons démontré le rôle de la voie CRL/NEDD8 dans la régulation de la plasticité et de la morphologie des cellules cancéreuses.

  • Titre traduit

    Cascade profiling of the ubiquitin-proteasome system in cancer


  • Résumé

    In this work we describe a systematic approach for screening of ubiquitin-proteasome system (UPS) based on cascade organization. We have evaluated the effect of RNAi knockdown of individual UPS components on viability of PCa cells with major focus on TMPRSS:ERG-positive cell line, VCaP, as a model of prevalent phenotype of prostate cancer. Seven genes have been identified to be particularly important for the functioning of PCa cells. Among them, UBE2U was the strongest hit. This thesis provides the first evidence for UBE2U involvement in prostate carcinogenesis and describes initial characterization of UBE2U as a potential drug-target.The prevalence of the components of CRL/NEDD8 pathway in the hits (four out of seven) suggested the importance of neddylation for PCa biology. Two of these hits, CUL2 and RBX1, being specific to TMPRSS2:ERG-positive cells, are potentially ERG-dependent. We have also revealed the crucial role of CRL-exchange factor CAND1, in particular, when the neddylation is compromised. Knockdown of CAND1 induces apoptosis in VCaP cells that is further potentiated by neddylation-specific inhibitor MLN4924. CAND1 is, therefore, a novel potential drug target. Furthermore, we have demonstrated that the inhibition of CRL/NEDD8 pathway in prostate cancer cells has a complex outcome that strongly depends on cellular context. MLN4924 inhibitor induced apoptosis in all tested cell lines, though TMPRSS2:ERG positive cells were significantly more resistant. We have demonstrated that the increased resistance of VCaP cells reflects the plasticity of cancer cells ensured by sophisticated interaction network ERG:NF-kB:c-Myc:Wnt/β-cat:AR. We found that partial inhibition of neddylation triggered transcriptional reprogramming of VCaP cells leading to cell quiescence and inhibition of proliferation-dependent apoptosis. This was a result of re-activation of AR program and induction of differentiation-like state. We conclude that CRL/NEDD8 pathway regulates cancer transcriptional network that underlies cancer cells plasticity. This knowledge would help to find better treatments for TMPRSS2:ERG-positive cancers.Finally, we observed that neddylation inhibition changed membrane properties and morphology of VCaP cells. This was accompanied by dose-dependent changes in the level and the localization of several membrane-associated proteins, including occludin, N-cadherin, paxillin and FAK. We thus conclude that CRL/NEDD8 pathway might be involved in sorting/trafficking of membrane proteins. This part of the work requires further investigation, as understanding of the underlying mechanisms is of general importance and may uncover a new role of CRL/NEDD8 pathway in regulation of cellular functions.General conclusions:1. We have obtained a comprehensive dataset on the involvement of all human E1-E2 UPS components in the regulation of viability of PCa cells, represented by five different cell lines.2. Our work has revealed new potential drug targets for PCa treatment: UBE2U and CAND1.3. We have demonstrated the role of CRL/NEDD8 pathway in the regulation of cancer cell plasticity and morphology.


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