Synthesis and biochemical study on the effect of a novel gallium complex on tumor cell Invasion and matrix metalloproteinase activity in vitro.

par Ahmed Mohamed

Thèse de doctorat en Pharmacotechnie et biopharmacie

Sous la direction de Didier Desmaële.

Le président du jury était Christian Cavé.

Le jury était composé de Didier Desmaële, Christian Cavé, Hamid Morjani, Philippe Collery.

Les rapporteurs étaient Alexandre Escargueil, Patrick Deschamps.

  • Titre traduit

    Synthèse et étude biochimique de l'effet d'un nouveau complexe de gallium sur l'invasion tumorale et l'activité inhibitrice des métalloprotéases matricielles in vitro


  • Résumé

    Deux complexes de gallium solubles dans l'eau de formule [Ga(III)LCl], où L est la forme déprotonée de dérivés d'acide N-2-hydroxybenzyl-aspartique ont été synthétisés et caractérisés par RMN 1H et 13C, FT-IR, spectrométrie de masse et analyse élémentaire. Les données analytiques obtenues sont cohérentes avec une structure mononucléaire dans laquelle le cation gallium (III) est ligandé par l'un des deux groupes acide carboxylique, l'oxygène phénolique et l’atome d'azote du groupe 2-hydroxybenzylamino. Dans une telle structure, le ligand tridendate assure la liaison de l'ion métallique tandis que l'appendice carboxylique fournit la solubilité dans l'eau. La cytotoxicité du complexe gallium de l'acide (R)-2-(5-chloro-2-hydroxybenzylamino)succinique (GS2) a été évaluée contre les lignées cellulaires de cancer du sein humain MDA-MB231 et de fibrosarcome HT-1080. Nous avons établi que GS2 est plus cytotoxique que le dérivé dépourvu de chlore aromatique et que le chlorure de gallium. GS2 est capable d'induire l'apoptose par la régulation négative de la phosphorylation de l'AKT et l’arrêt du cycle cellulaire en G2M via l’activation de la voie des caspases 3/7. Bien que de nombreux effets moléculaires et cellulaires du Ga aient été décrits, y compris l'inhibition du protéasome et les activités ostéoclastiques, le complexe GS2 apparaît comme le premier complexe de gallium capable de réduire la phosphorylation d'AKT dans les cellules cancéreuses. L'activité de GS2 sur l'invasion cellulaire et sur l'expression et l'activité des métalloprotéinases matricielles (MMP) a été étudiée en utilisant une chambre de Boyden revêtue de collagène de type I. Nous avons analysé l'activité sur les MMPs par zymographie et dosage enzymatique en utilisant des substrats fluorogènes à haute affinité. Une inhibition sélective de MMP-14 a été observée pour bloquer la migration et l'invasion de cellules tumorales. L'expression de l'ARNm des MMP a été analysée par qRT-PCR. GS2 induit une diminution de l'invasion cellulaire. Un effet d'inhibition dose-dépendante a été observé sur les activités de MMP-2, MMP-9 et MMP-14. Une diminution de l'expression de l'ARNm de MMP-14 a été observée dans les deux lignées cellulaires, tandis que l'expression des ARNm de MMP-2 et de MMP-9 ne décroit que dans les cellules tumorales MDA-MB231. Les données obtenues sur l'expression de l'ARNm de MMP-14 ont été confirmées par analyse Western Blot. GS2 semble être une molécule capable de réduire l'activité de MMP-14 dans des maladies métastatiques cancéreuses présentant un niveau élevé d'expression et d'activité de MMP-14. En conclusion, ces données montrent que le complexe GS2, en combinaison avec une chimiothérapie cytotoxique, est un composé prometteur pour la thérapie anti-invasive et anticancéreuse.


  • Résumé

    Two water soluble gallium complexes with formula [Ga(III)LCl], where L is the deprotonated form of N-2-hydroxybenzyl aspartic acid derivatives were synthesized and characterized by 1H NMR, 13C NMR, FT-IR, mass spectrometry and elemental analysis. The analytical data are consistent with a mononuclear structure in which the gallium (III) cation is liganded by one of the two carboxylic acid groups, the phenol oxygen and the nitrogen atom of the 2-hydroxybenzylamino group. In such a structure, the tridendate ligand secures the binding of the metal ion whereas the carboxylic appendage provides the water solubility. The cytotoxicity of the gallium complex of (R)-2-(5-chloro-2-hydroxybenzylamino) succinic acid (GS2) was evaluated against human breast carcinoma MDA-MB231 and fibrosarcoma HT-1080 cell lines. The 5-chloro derivative GS2 was found to be more cytotoxic than the unsubstituted derivative and GaCl3. GS2 induces apoptosis through down-regulation of AKT phosphorylation, G2M arrest in cell cycle via activation of the caspase3/7 pathway. Although, many molecular and cell effects of Ga have been described, including proteasome inhibition and osteoclastic activities, GS2 appears as the first Ga compounds able to decrease AKT phosphorylation in cancer cells. The activity of GS2 on cell invasion and on the expression and activity of Matrix Metalloproteinases (MMPs) have been investigated using modified Boyden chamber coated with type I collagen. We analyzed the activity on MMPs by zymography and enzymatic assay using high affinity fluorogenic substrates. A selective inhibition of MMP-14 has been reported to blocks tumor cell migration and invasion. The expression of MMPs mRNA was analyzed by qRT-PCR. GS2 induces a decrease in cell invasion. A dose dependent inhibition effect was observed on MMP-2, MMP-9 and MMP-14 activities. A decrease in MMP-14 mRNA expression was observed in both cell lines, whereas MMP-2 and MMP-9 mRNA expression was decreased only in MDA-MB231 cells. Thus, we propose that GS2 compound may be a potential candidate to decrease the MMP-14 activity in cancer metastatic diseases presenting high level of MMP-14 expression and activity. Taken together, these data show that GS2, in combination with cytotoxic chemotherapy a is a promising compound for anti-invasive and anticancer therapy.


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