Etudes génomiques haut débit pour la découverte de biomarqueurs dans le cancer du sein

High-Throughput Genomics for Biomarker Discovery in Breast Cancer

• Auteur / Autrice : Veronika Smutna
• Direction : Fabrice André
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance le 01/07/2016
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cancérologie : biologie-médecine-santé (Villejuif, Val-de-Marne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Prédicteurs moléculaires et nouvelles cibles en oncologie (Villejuif, Val-de-Marne ; 2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Jean Feunteun
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fabrice André, Jean Feunteun, Jean-Yves Pierga, Hervé Bonnefoi, Chafika Mazouni
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Yves Pierga, Hervé Bonnefoi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métabolisme

Marqueurs biologiques

Cancer du sein

Mots clés libres

Biomarqueur

Cancer du sein

Métabolisme

Biomarker

Breast cancer

Metabolism

Résumé

Le cancer du sein est l’un des cancers le plus souvent diagnostiqué chez les femmes en Europe et dans le monde. Pour certaines formes agressives de cancer du sein, la chimiothérapie est le seul traitement systémique efficace. L'identification des nouveaux biomarqueurs potentiels de progression du cancer, ainsi que leur caractérisation et validation est cruciale, et peut permettre une meilleure compréhension de la biologie du cancer du sein. Nous avons réalisé le séquençage à haut débit de l'exome sur une cohorte de 29, 23 et 27 patients atteints de cancer du sein micropapillaire, métaplasique, et lobulaire pléomorphe respectivement. Outre le taux de mutation élevé dans les gènes déjà étudiés dans la progression du cancer, les carcinomes lobulaires pléomorphiques ont présenté des mutations du gène PYGM (8 patients sur 27, 30%), impliqué dans le métabolisme du glycogène. D'autres analyses de bases de données publiques montrent que PYGM est considérablement sous-exprimé dans les cancers de manière générale par rapport aux tissus normaux et que la faible expression dans les tumeurs est corrélée avec une faible survie sans rechute. Le marquage immunohistochimique sur les tissus inclus en paraffine et fixés au formol de notre cohorte de patients, a confirmé une diminution de l'expression de PYGM dans la zone tumorale comparé aux tissus non-cancéreux adjacents. Pour étudier l'effet de la dérégulation du PYGM sur le métabolisme de la cellule cancéreuse et sa fonction potentielle dans la progression du cancer, nous avons surexprimé PYGM dans des lignées cellulaires cancéreuses. Nous avons observé que la surexpression du PYGM a diminué la quantité du glycogène et modulé certains produits finaux du métabolisme du glycogène. L’analyse métabolomique a révélé une activation métabolique due à la surexpression de PYGM; la modulation de la mort cellulaire dans les conditions de privation de glucose a été observée, mais ces deux effets étaient dépendants de la lignée cellulaire. Les analyses biochimiques et moléculaires nous ont aidés à étudier le comportement des cellules en fonction du niveau d'expression de PYGM. Ces analyses pourraient nous informer sur la pertinence du ciblage du PYGM dans le développement de nouveaux traitements basés sur les biomarqueurs métaboliques utilisés pour le traitement du cancer du sein. L'impact de plusieurs autres biomarqueurs potentiels, identifiés par des analyses de génome, a été testé au cours de ce travail et les gènes étudiés sont mentionnés à la fin de la section résultats. En conclusion, les technologies haut débit jouent un rôle important dans l’identification des nouvelles voies qui peuvent être impliquées dans le développement des cancers.

Breast cancer is the most common cancer diagnosed in women in Europe and worldwide. For some aggressive forms of breast cancer, chemotherapy represents the only effective systemic treatment option. The identification of new potential cancer progression biomarkers, as well as their characterization and validation, is crucial, and may lead to a better understanding of breast cancer biology. We performed whole exome and targeted sequencing on a cohort of 29 micropapillary, 23 metaplastic, and 27 pleomorphic lobular breast cancer patients samples. Apart from high mutational rate in genes already known in cancer progression, pleomorphic lobular carcinoma presented mutations in PYGM, a gene involved in glycogen metabolism, in 8 out of 27 samples (30 %). Further analyses of publicly available datasets showed that PYGM is dramatically underexpressed in common cancers as compared to normal tissues and that low expression in tumors is correlated with poor relapse-free survival. Immunohistochemical staining on formalin-fixed paraffin-embedded tissues available in our cohort of patients confirmed higher PYGM expression in normal breast tissue compared to equivalent tumoral zone. We thus overexpressed PYGM in different cancer cell lines in order to investigate the effect of PYGM dysregulation on cancer cell metabolism and its potential function in cancer progression. We observed that PYGM overexpression decreased glycogen content and modulated final glycogen metabolism products content. Metabolomics analysis revealed a metabolic activation due to PYGM overexpression; and modulation of cell death under glucose deprivation was observed, however these effects were cell line dependent. Biochemical and molecular analyses help us to investigate cell behavior according to PYGM expression level and could inform about a potential efficacy of PYGM targeting in new therapy development based on metabolic biomarkers applied to breast cancer treatment. The impact of several other potential biomarkers, identified by broad genome analyses, was tested during this thesis and these genes are mentioned in the end of result section. Altogether, high-throughput technologies play an important role in novel cancer pathways identification that may be involved in the pathogenesis of common malignancies.