Ciblage cellulaire et intracellulaire de TRAP1 comme nouvelle approche thérapeutique contre le cancer

Cellular and subcellular targeting of TRAP-1 as a new therapeutic approach for cancer treatment

• Auteur / Autrice : Clelia Mathieu
• Direction : Juliette Vergnaud, Elias Fattal
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Pharmacotechnie et biopharmacie
• Date : Soutenance le 15/12/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Galien Paris-Saclay (Châtenay-Malabry, Hauts-de-Seine ; 1998-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Université Paris-Saclay. Faculté de pharmacie (Orsay, Essonne ; 2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Santé et médicament (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Samir Messaoudi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lucie Sancey, Carmen Garrido, Alexandre Detappe
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Lucie Sancey, Carmen Garrido

Mots clés

Mots clés contrôlés

Médicaments -- Récepteurs

Liposomes

Chimiothérapie anticancéreuse

Cancer -- Recherche

Mots clés libres

CD44

Mitochondries

TRAP-1

Liposomes

Mitochondria

Liposomes

CD44

TRAP-1

Résumé

La famille des chaperonnes HSP90, localisées dans différents organites cellulaires, a été choisie comme cible pour traiter les résistances aux traitement anti-tumoraux. Hsp90 est une cible intéressante non seulement parce que son inhibition conduit à la dégradation des oncoprotéines clientes et réduit la croissance tumorale, mais aussi parce que son affinité pour les inhibiteurs est améliorée dans les cellules cancéreuses par rapport aux cellules normales. Hsp90 peut être inhibée par différentes familles de molécules, qui agissent principalement sur le domaine N-terminal ou C-terminal de la protéine. Par ailleurs, l’un des inconvénients de l’inhibition N-terminale d’HSP90 est qu’elle déclenche la libération de HSF-1 et active ainsi une réponse de choc thermique (HSR) (induction de HSP70 et 90), conduisant à une résistance au traitement et contrecarrant l’effet d’inhibition. Par conséquent, il semble très intéressant de cibler le domaine C-terminal puisque son inhibition ne libère pas de HSF-1. Depuis plusieurs années, les recherches se sont focalisées sur la synthèse de composés actifs qui peuvent se lier à ce domaine. Notre groupe a développé précédemment un inhibiteur C-terminal HSP90 : le 6-BrCaQ. Pour améliorer l’activité de cet inhibiteur, l’analogue mitochondrial de HSP90 (TRAP1) a été choisie comme une cible car les mitochondries sont le siège de la production d’énergie des cellules et régulent l’apoptose et le métabolisme. Notre projet consiste d’abord à modifier le 6-BrCaQ pour qu’il s’accumule dans les mitochondries en le conjuguant au triphenylphosphonium (TPP+), puis à encapsuler le nouvel inhibiteur dans des liposomes, afin de cibler la fonction mitochondriale dans les cellules de cancer du colon et du sein. Pour atteindre spécifiquement les cellules cancéreuses, nous avons greffé à la surface des liposomes des ligands reconnaissant le récepteur CD44, surexprimé dans les cellules cancéreuses et impliqué dans la prolifération cellulaire et l’angiogenèse. Avec cette approche, nous développons un système permettant une meilleure compréhension du mécanisme d’inhibition et de la réponse cellulaire à travers HSP90 à différents niveaux dans les cellules. La cytotoxicité du nouvel inhibiteur a été étudiée in vitro par MTT et comptage après exclusion au bleu Trypan, ainsi que son effet sur le potentiel mitochondrial par fluorescence et cytométrie en flux (JC-1 et TMRE). Le métabolisme cellulaire a été étudié de façon approfondie ainsi que la régulation de l’expression des protéines clientes de TRAP1. La molécule libre a ensuite été encapsulée avec succès dans un liposome pour faire une étude in vivo. Leur effet est similaire à celui de la molécule libre. Un aptamère dirigé contre CD44 et l’acide hyaluronique ont été conjugué à la surface des liposomes pour améliorer l’accumulation tumorale. Pour conclure, un nouvel inhibiteur de TRAP1, ciblant l’extrémité C-terminale, a été synthétisé et présente une activité mitochondriale prometteuse. L’effet sur les mitochondries a été démontré, ainsi que l’effet sur l’expression des protéines partenaires mitochondriales de TRAP1. Il a été encapsulé avec succès dans des liposomes. Cette stratégie améliorera la sélectivité tumorale en ajoutant un ciblage subcellulaire et facilitera l’administration du médicament.

The HSP90 chaperone family, localized in different organelles of the cells, has been targeted to treat drug resistances in cancer. Hsp90 is an interesting target in anticancer therapy not only because its inhibition leads to the degradation of client oncoproteins and reduces tumor growth, but also because its affinity for inhibitors is enhanced in cancer cells compared to normal cells. Hsp90 can be targeted by different families of inhibitors, which act mainly on the N-terminal or the C-terminal domain. Nevertheless, one disadvantage of N-terminal inhibition of hsp90 is that it triggers HSF-1 release and thereby activates a Heat Shock Response (HSR) (induction of hsp70 and 90), leading to resistance to treatment and counteracting the inhibition effect. Therefore, it appears very interesting to target the C-terminal domain since its inhibition does not release HSF-1, responsible for the adverse effects. Indeed, efforts have been made to synthesize active compounds that can bind to this domain. Our group developed previously a C-terminal HSP90 inhibitor: 6-BrCaQ. To enhance the cytotoxicity of the HSP90 inhibition, TRAP1, the mitochondrial analogue of HSP90, has been chosen to be targeted selectively. As the mitochondria are the powerhouse of the cells and regulate apoptosis and metabolism, our project is first to modify the 6-BrCaQ to enhance accumulation into mitochondria by conjugating it to triphenylphosphonium (TPP+), and then to encapsulate the best inhibitor into liposomes, in order to target the mitochondrial function as well as the mitochondrial Hsp90 or Hsp90-like proteins in cancer cells. To reach specifically the cancer cells, we grafted on the surface of liposomes ligands for the CD44 receptor, overexpressed in cancer cells and involved in cellular proliferation and angiogenesis. With this approach, we develop a system allowing a better understanding of the inhibition mechanism and the cellular response through Hsp90 at different levels within cells. The cytotoxicity of the new inhibitor was studied in vitro by MTT and trypan blue exclusion counting, as well as its effect on mitochondrial potential by fluorescence and flow cytometry (JC-1 and TMRE). The cell metabolism has been deeply analyzed in combination to the regulation of client protein of TRAP1 expression. The free molecule has been successfully encapsulated into liposomes to do an in vivo study on xenografted tumors in nude mice. The effect of encapsulated inhibitor is similar to the free drug. An aptamer directed against CD44 and hyaluronic acid were conjugated at the surface of the liposomes and the uptake of liposomes and the active targeting were checked. Finally, a new TRAP1 inhibitor, targeting the C-terminal extremity of the protein, has been synthetized with a promising mitochondrial activity. The effect on the mitochondria has been demonstrated, as well as the effect on the expression of the mitochondrial partner proteins of TRAP1. It has been successfully encapsulated into liposomes. This strategy will improve the tumor specificity by adding a subcellular targeting and facilitate the drug administration.