Rôle des domaines EGF de la mucine MUC4 dans la relation structure-fonction et le ciblage thérapeutique du complexe oncogénique MUC4-ErbB2 dans l'adénocarcinome pancréatique

Role of the MUC4 mucin EGF domains in the structure-function relationship and therapeutic targeting of the MUC4-ErbB2 oncogenic complex in pancreatic adenocarcinoma

• Auteur / Autrice : Nicolas Stoup
• Direction : Isabelle Van Seuningen, Nicolas Lebègue
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance le 28/03/2023
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École graduée Biologie-Santé (Lille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Hétérogénéité, plasticité et résistance aux thérapies des cancers (CANTHER)
• Partenaire(s) de recherche : Fondation : Institut de Recherches sur le Cancer de Lille
• Jury : Président / Présidente : Isabelle Fournier-Grumbach
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Eric Ogier-Denis
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Juliette Vergnaud-Gauduchon, Thierry Chardès
• DOI : 10.70675/1dc2464bz351fz439bz8cecz94632b60b6af

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pancréas

Cancer -- Thérapeutique

Interactions protéine-protéine

Petites molécules

Mucines

Tumeurs du pancréas

thérapie

Mucine-4

Mots clés libres

Muc4

ErbB2

Ciblage thérapeutique

Petites molécules inhibitrices

Cancer du pancréas

Interaction protéine-Protéine

Muc4

ErbB2

Therapeutic targeting

Small inhibitory compounds

Pancreatic cancer

Protein-Protein interaction

Résumé

Le cancer du pancréas représente la 4e cause de mortalité par cancer dans le monde. C'est une pathologie fortement létale, dont la survie à 5 ans n'excède pas 10%. Ce pronostic sombre s'explique majoritairement par un diagnostic tardif de la maladie, le plus souvent à des stades métastatiques ou localement avancés (80 % des patients au diagnostic), mais aussi et surtout par un manque de thérapies efficaces. En effet, les thérapies ciblées, notamment celles visant le récepteur ErbB2 (surexprimé dans ce cancer), ainsi que les chimiothérapies conventionnelles (FOLFIRINOX, gemcitabine, Nab-paclitaxel) restent des échecs, constituant des options davantage palliatives que thérapeutiques. En outre, l'incidence de ce cancer est en constance augmentation depuis les années 1980 (+247,7% entre 1980 et 2012), le projetant même à la seconde place des cancers en termes de mortalité d'ici à 2030. Ce problème de santé publique inquiétant nécessite donc d'identifier de nouvelles cibles thérapeutiques afin de proposer de nouveaux traitements alternatifs, plus efficaces pour lutter contre ce cancer. Dans ce sens, la mucine membranaire MUC4 semble être une cible attractive, puisqu'elle est néo-exprimée dès les stades précoces de la maladie et sur-exprimée au cours de la carcinogenèse pancréatique. MUC4 est une large O-glycoprotéine présente à la surface des épithélia, dont le rôle principal est d'assurer l'homéostasie cellulaire, mais qui est fortement dérégulée dans les processus tumoraux. Aussi, MUC4 constitue l'un des seuls partenaires connus d'ErbB2 à la membrane. Des travaux antérieurs du laboratoire avaient identifié une région dans la partie extracellulaire de MUC4 comportant trois domaines de type EGF et impliquée dans l'interaction avec ErbB2. Cependant, avant ces travaux de thèse, rien n'était connu sur la biologie exacte concernant l'interaction entre MUC4 et ErbB2, ni même si les domaines MUC4EGF possédaient une activité biologique intrinsèque pro-tumorale. De même, aucune molécule ciblant efficacement le complexe n'a été testé à ce jour. Le but de ce projet était donc (i) d'élucider les relations structure-fonctions du complexe MUC4-ErbB2, en montrant l'importance des domaines EGF de MUC4 dans l'interaction avec ErbB2 et la promotion tumorale pancréatique, puis (ii) de caractériser les effets d'un premier inhibiteur du complexe MUC4-ErbB2 ciblant la mucine. Ces travaux montrent ainsi que les domaines EGF de MUC4 génèrent toute l'oncogénicité du complexe, en portant l'interaction avec ErbB2 sur des clusters clés identifiés, et en jouant le rôle de facteurs de croissance, capables de promouvoir la prolifération et la migration cellulaires in vitro et in vivo. Nous avons aussi identifié les voies de signalisation spécifiquement activées par le complexe MUC4EGF-ErbB2, ainsi que les marqueurs protéiques spécifiquement up-régulés sous cette interaction. Enfin, nous montrons que le complexe MUC4-ErbB2 peut être ciblé par de petites molécules inhibitrices afin de réduire la prolifération cellulaire cancéreuse in vitro et favoriser la réaccessibilité des thérapies ciblées visant ErbB2. L'ensemble de ces résultats valide ainsi l'intérêt thérapeutique porté par le ciblage du complexe MUC4-ErbB2, et plus particulièrement les domaines EGF de MUC4, comme nouvelle stratégie anti-cancéreuse dans le cancer du pancréas.

Pancreatic cancer is the 4th leading cause of cancer death worldwide. It is a highly lethal pathology, whose 5-year survival does not exceed 10%. This poor prognosis is explained by a late diagnosis of the disease, most often at metastatic or locally advanced stages (80% of patients at diagnosis), but also mainly due to a lack of efficient therapies. Targeted therapies, especially those targeting the ErbB2 receptor (overexpressed in this cancer), as well as conventional therapies (FOLFIRINOX, gemcitabine, Nab-paclitaxel) remain inefficient or fail, representing palliative options more than therapeutic treatments. Moreover, the incidence of this cancer is constantly increasing since the 80's (+247.7% globally between 1980 and 2012), and epidemiologic projections indicate that it will be second leading cause of cancer death by 2030. So, this major public health problem requires the identification of new therapeutic targets in order to propose new alternative treatments, more efficient to reduce the progression of this cancer. In this way, the MUC4 membrane mucin seems to be an attractive target, since it is neo-expressed from the early stages of the disease and over-expressed during pancreatic carcinogenesis. MUC4 is a large O-glycoprotein expressed at the surface of epithelia, whose main role is to ensure cellular homeostasis, but which is strongly deregulated in tumor processes. Also, MUC4 is one of the only known partners of ErbB2 at the membrane. Previous work in the laboratory had identified a region in the extracellular part of MUC4 encompassing three EGF-like domains, and involved in the interaction with ErbB2. However, before this thesis work, nothing was known about the exact biologic modalities of the interaction between MUC4 and ErbB2, as well as if the MUC4EGF domains possessed intrinsic pro-tumoral biological activity. Also, no molecules efficiently targeting the complex have been tested so far. Hence, the aim of this project was (i) to elucidate the structure-function relationships of the MUC4-ErbB2 complex, by enlightening the importance of the EGF domains of MUC4 in the interaction with ErbB2 and the pancreatic tumor promotion, and then (ii) to characterize the effects of the first inhibitory peptide of the MUC4-ErbB2 complex targeting the mucin. This work thus shows that the EGF domains of MUC4 generate the oncogenicity of the complex, by bearing the interaction with ErbB2 on specific hostspots and by playing the role of growth factors, promoting cell proliferation and cell migration both in vitro and in vivo. We have also identified the signaling pathways specifically activated by the MUC4EGF-ErbB2 complex, and the pro-tumoral markers up-regulated by this interaction. Finally, we show that the MUC4-ErbB2 complex can be targeted by small inhibitory molecules to reduce cancer cell proliferation in vitro and to promote the reaccessibility of targeted therapies against ErbB2. Together, these results validate the therapeutic interest of targeting the MUC4-ErbB2 complex, and especially the MUC4EGF domains, as a new anti-cancer strategy in pancreatic cancer.