Ether lipides, canal SK3 et cancer du sein

par Marion Papin

Projet de thèse en Chimie

Sous la direction de Christophe Vandier.

Thèses en préparation à Tours , dans le cadre de Santé, Sciences Biologiques et Chimie du Vivant - SSBCV , en partenariat avec Nutrition, Croissance et Cancer (laboratoire) depuis le 11-10-2019 .


  • Résumé

    Les éther-lipides (EL) naturels/endogènes sont soit des triglycérides soit des phospholipides membranaires. Ces EL membranaires constituent une classe de lipides basée sur un squelette glycérol auquel vient se greffer un alcool gras en position 1 (ou sn1), par le biais d'une liaison éther. Il est généralement admis que la quantité d'EL est plus importante dans les tumeurs humaines par rapport aux tissus non tumoraux (Snyder and Wood, Cancer Res. 1969;29:251-257). Cependant, la signification clinique de leur présence n'a pas encore été établie et l'identification des espèces moléculaires d'EL régulant la biologie des cellules cancéreuses reste peu documentée. Il a été notamment montré que l'AlkylGlycerone Phosphate Synthase (AGPS), une enzyme clé de la synthèse des EL, était sur-exprimée dans les cellules cancéreuses agressives et que son expression était corrélée avec la quantité d'EL (Benjamin et al, 2013 Proc Natl Acad Sci U S A. 2013;110(37):14912-7.). Notre équipe a montré que le canal SK3, canal potassique de petite conductance activé par le calcium, était anormalement exprimé dans les cellules cancéreuses et que son activité favorisait le développement des métastases osseuses (Chantome et al., Cancer Res. 2013;73(15):4852-61). Récemment, nous avons identifié un lien entre la quantité d'EL et l'expression de ce canal. En effet, l'extinction de l'AGPS réduit la synthèse d'EL ainsi que l'expression des ARNm SK3 ce qui a pour conséquence d'inhiber l'entrée de calcium ainsi que la migration dépendante du canal SK3. Par ailleurs, une corrélation positive entre l'expression de l'AGPS et celle du canal SK3 a été retrouvée dans des tumeurs du sein (résultats non publiés, Thèse Delphine Fontaine). Les objectifs de ce projet de thèse sont, Tache 1 : de quantifier les espèces moléculaires d'EL dans des biopsies de cancer du sein et de comparer leurs expressions en fonction de l'agressivité tumorale et du phénotypage moléculaire. L'expression des espèces moléculaires d'EL sera ensuite confrontée avec celle des ARNm et de la protéine SK3 (exprimées dans 60% des biopsies de cancer du sein) par les techniques de q-PCR et d'immunohistochimie. La quantification des EL sera réalisée par HTPLC (High-performance thin-layer chromatography, système CAMAG) et la composition des espèces moléculaires par chromatographie en phase gazeuse et en spectrométrie de masse (en collaboration avec Patrick Emond, IBrain Inserm UMR1253, Plateforme Métabolomique et d'Analyse Chimique). Des échantillons de tumeurs du sein seront collectés chez des patientes atteintes de cancer du sein traitées chirurgicalement et dont on connait les paramètres suivants : grade SBR, expression Her2 et statut TNM. Ces mêmes expériences seront réalisées dans une cohorte de tissus de cancer mammaires de chien (collaboration Jérôme ABADIE, Oniris-Nantes). Tache 2 : de valider le rôle des EL identifiés dans la biologie des cellules cancéreuses du sein. Les EL identifiés seront testés sur des lignées de cancer du sein exprimant le canal SK3 et pour lesquelles la quantité d'EL aura été réduite (extinction de l'AGPS, rescue) ou non (supplémentation). L'expression des ARNm SK3 sera mesurée par la technique de q-PCR, l'activité du canal SK3 sera mesurée par le technique de patch-clamp (configuration cellule entière), la régulation de l'entrée constitutive de calcium sera mesurée en imagerie calcique et la prolifération, migration/invasion cellulaire seront également évaluées. Tache 3 : d'étudier le mécanisme d'action des EL identifiés sur l'expression du canal SK3. Nos premiers résultats montrent que les EL ne régulent pas l'activité du promoteur KCNN3 mais aurait plutôt un effet post transcriptionel en contrôlant l'expression du miARN499, miARN déjà décrit comme ciblant les ARNm SK3. Nous proposons d'élargir ce champ d'investigation à l'étude d'autres miRNA (en collaboration avec Pierre François Cartron, Inserm U892, Nantes) à visée SK3 et également la régulation de leurs expressions par les EL identifiés. Ce projet pourrait permettre d'identifier des EL modulateurs du canal SK3 et de complexes de canaux potassiques et calciques pour lesquels nous avons montré un rôle important dans le développement de métastases. Il s'agit d'un champ précis, concernant des lipides particuliers (EL) cibles de protéines originales (canaux ioniques membranaires), pour une problématique dans un domaine de la santé pour laquelle il n'existe actuellement aucune thérapie efficace. Par ailleurs, plusieurs études montrent qu'il est possible de modifier la quantité et la qualité des lipides endogènes par des apports de lipides exogènes. Ainsi, si nous mettons en évidence que la composition membranaire en EL est différente en fonction de l'agressivité et qu'une classe particulière d'EL régule des fonctions importantes des cellules tumorales, il serait possible de modifier la composition membranaire de ces lipides. Ces lipides pourraient alors devenir des agents thérapeutiques et radio- ou chimio-sensibilisants (il a déjà été montré que certain EL de synthèse étaient des radiosensibilisants) ou bien être utilisés en prévention du cancer sous réserve d'avoir fait le lien entre composition membranaire en EL et développement tumoral.

  • Titre traduit

    Ether lipids, SK3 channel and breast cancer


  • Résumé

    Natural/endognenous ether-lipids (EL) are either triglycerides or membrane phospholipids. These membrane ELs constitute a class of lipids with a glycerol backbone and a fatty alcohol in position 1 (or sn1) link with an ether linkage. It is generally accepted that the quantity of EL is greater in human tumors compared to non-tumor tissues (Snyder and Wood, Cancer Res, 1969; 29: 251-257). However, the clinical significance of their presence has not yet been established and the identification of molecular species of EL regulating the biology of cancer cells remains poorly documented. In particular, it has been shown that AlkylGlycerone Phosphate Synthase (AGPS), a key enzyme in EL synthesis, was over-expressed in aggressive cancer cells and that its expression was correlated with the quantity of EL (Benjamin et al, Proc Natl Acad Sci U S A. 2013;110(37):14912-7.). We shown that the SK3 channel, a calcium activated small conductance potassium channel, was abnormally expressed in cancer cells and that this channel promotes the development of bone metastases (Chantome et al., Cancer Res 2013; 73 (15)).:4852-61). Recently, we have identified a link between the amount of EL and the expression of this channel. In fact, the extinction of the AGPS reduces the synthesis of EL as well as the expression of the SK3 mRNAs, leading to an inhibition of calcium entry and the migration dependent on the SK3 channel. A positive correlation between the expression of AGPS and the SK3 channel has also been found in breast tumors (unpublished results, PhD Delphine Fontaine). The objectives of this PhD project are: Task 1: to quantify the molecular species of EL in breast cancer biopsies and to compare their expressions according to tumor aggressiveness and molecular phenotyping. The expression of the molecular species of EL will then be compared to transcripts and SK3 protein (expressed in 60% of breast cancer biopsies) using q-PCR and immunochemistry. Quantification of the EL will be performed by HTPLC (high-performance thin-layer chromatography, CAMAG system) and the composition of molecular species by gas chromatography and mass spectrometry (in collaboration with Patrick Emond, iBrain Inserm UMR1253, Metabolomic Platform and Chemical Analysis). Breast tumor specimens will be collected from surgically treated breast cancer patients known to have the following parameters: SBR grade, Her2 expression, and TNM status. Same experiments will be carried out in a cohort of breast cancer tissues of dogs (collaboration Jérôme ABADIE, Oniris-Nantes). Task 2: To validate the role of identified ELs in the biology of breast cancer cells. The identified ELs will be tested on breast cancer lines expressing the SK3 channel and for which the amount of EL will have been reduced (extinction of AGPS, rescue) or not (supplementation). The expression of SK3 transcripts will be measured using q-PCR, the activity of the SK3 channel will be measured by the patch-clamp technique (whole cell configuration), the regulation of the constitutive calcium entry will be measured using calcium imaging and the proliferation, migration / cellular invasion will also be evaluated. Task 3: to study the mechanism of action of identified ELs on the expression of the SK3 channel. Our first results show that ELs do not regulate the activity of the KCNN3 promoter but would rather have a post-transcriptional effect by controlling the expression of miRNA499, miRNA already described as targeting SK3 mRNAs. We propose to extend this field of investigation to the study of other miRNAs (in collaboration with Pierre François Cartron, Inserm U892, Nantes) targeting SK3 and also the regulation of their expressions by identified ELs. This project could identify modulators of the SK3 channel and of potassium and calcium channel complexes for which we have shown an important role in the development of metastases. This is a specific field, concerning particular lipids (EL) targets of original proteins (membrane ion channels), for a problem for which there is currently no effective therapy. In addition, several studies show that it is possible to modify the quantity and quality of endogenous lipids by exogenous lipid supplementation. Thus, if we show that the membrane composition in EL is different depending on the aggressiveness and that a particular class of EL regulates important functions of the tumor cells, it would be possible to modify the membrane composition of these lipids. These lipids could then become therapeutic agents and radio- or chemo-sensitizers (it has already been shown that certain synthetic EL were radiosensitizers) or be used in cancer prevention if we demonstrate a relation between membrane composition in EL and tumor development.