Une approche protéomique pour comprendre les adaptations métaboliques du cancer du poumon non à petites cellules

par Alfonso Martin bernabe

Thèse de doctorat en BIS - Biotechnologie, instrumentation, signal et imagerie pour la biologie, la médecine et l'environnement

Sous la direction de Michel Sève et de Marta Cascante.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes en cotutelle avec l'Université de Barcelone , dans le cadre de École doctorale ingénierie pour la santé, la cognition, l'environnement (Grenoble) , en partenariat avec Laboratoire Bioénergétique Fondamentale et Appliquée (laboratoire) .


  • Résumé

    Les cancers du poumon sont généralement classés en deux groupes principaux: le cancer du poumon à petites cellules et le cancer du poumon non à petites cellules (NSCLC), qui représentent environ 83% de tous les cas de cancer du poumon avec un taux de survie global de 21%. Les thérapies conventionnelles dans le NSCLC, y compris la radiothérapie et la chimiothérapie à base de platine, manquent de spécificité et provoquent souvent de graves effets secondaires car elles affectent les cellules saines. Pour résoudre ce problème, des thérapies ciblées ont été utilisées avec succès en raison de leur spécificité pour les cellules cancéreuses. Des thérapies ciblées contre les mutations du récepteur du facteur de croissance épidermique (EGFR) et les réarrangements anaplasiques de la lymphome kinase (ALK) se sont révélées efficaces dans le CBNPC. Cependant, la réponse thérapeutique peut être limitée en raison de la résistance aux médicaments. C'est le cas des patients développant des tumeurs avec une mutation KRAS activatrice qui conduit à une activité constitutive de la signalisation RAS indépendante des signaux amont. Pour cette raison, une meilleure compréhension de la progression tumorale et de la résistance est nécessaire pour améliorer les traitements contre le cancer. À ce jour, les approches ciblant le KRAS oncogène ont échoué. Compte tenu de l'importance de la reprogrammation métabolique dans plusieurs cancers, y compris le cancer du poumon et le rôle régulateur de la signalisation KRAS. Nous avons exploré la reprogrammation métabolique des cellules NSCLC contrôlées par KRAS pour trouver des vulnérabilités dans le métabolisme modifié qui peuvent être exploitées comme cibles thérapeutiques. Pour cela, nous avons caractérisé le protéome de lignées cellulaires NSCLC (A549 et NCI-H460) hébergeant des mutations activatrices de l'oncogène KRAS avec un accent particulier sur les enzymes métaboliques. Nous avons trouvé non seulement une expression régulatrice des enzymes glycolytiques, fréquente dans le cancer dans le cadre de l'effet Warburg, mais aussi une régulation positive remarquable de la voie des pentoses phosphates (PPP) dans les branches oxydatives et non oxydatives. Sur la base de cette étude, nous avons évalué la faisabilité de l'utilisation de l'enzyme PPP (glucose 6-phosphate déshydrogénase (G6PD) et 6-phosphogluconate déshydrogénase (6PGD) et transcétolase (TKT)) comme cibles pour améliorer ou développer de nouvelles thérapies. Récemment, l'acétylation de la protéine lysine (KDAC) est apparue comme un mécanisme de coordination du métabolisme et des preuves croissantes ont montré que la régulation de l'acétylation des enzymes métaboliques joue un rôle majeur dans le cancer. Par conséquent, les inhibiteurs de la lysine désacétylases (KDACI) ont attiré l'attention non seulement comme des stratégies prometteuses pour l'intervention thérapeutique, mais aussi comme un outil pour étudier le rôle de l'acétylation de la lysine dans la reprogrammation métabolique NSCLC. En outre, la reprogrammation métabolique dépend également fortement du microenvironnement tumoral tel que le niveau d'oxygène. Par conséquent, nous avons également analysé l'inhibition de KDAC dans des conditions normoxiques et hypoxiques afin de mieux comprendre les stratégies adaptatives sous de telles perturbations. Nos résultats ont montré que les KDACI induisent une prolifération cellulaire faible, une différenciation, un arrêt du cycle cellulaire et une apoptose accompagnés d'une modification du phénotype métabolique de la tumeur favorisée par l'hypoxie. Ensemble, ces résultats nous permettent de mieux comprendre comment les KDACI contrôlent les voies métaboliques sous hypoxie dans le NSCLC.

  • Titre traduit

    A proteomic approach for understanding the metabolic adaptations in non-small cell lung cancer


  • Résumé

    Lung cancers are broadly classified into two main groups: small cell lung cancer and non-small cell lung cancer (NSCLC), which accounts for approximately 83% of all lung cancer cases with an overall 5-year survival rate of 21%. Conventional therapies in NSCLC including radiotherapy and platinum-based chemotherapy lack specificity and often cause severe side effects as they affect healthy cells. To address this problem, targeted therapies have been successfully used due to their specificity for cancer cells. Targeted therapies against epidermal growth factor receptor (EGFR) mutations and anaplastic lymphoma kinase (ALK) rearrangements have been shown to be effective in NSCLC. However, therapeutic response may be limited due to drug resistance. This is the case of patients whose tumors harbor activating KRAS mutation that leads to constitutive activity of RAS signaling independent of upstream signals. For this reason, a better comprehension of tumor progression and resistance is needed to improve cancer treatments. To date, approaches targeting oncogenic KRAS have been unsuccessful. Given the importance of metabolic reprogramming in multiple cancers including lung cancer and the regulatory role of KRAS signaling. We explored the metabolic reprogramming of KRAS-driven NSCLC cells to find vulnerabilities in the altered metabolism that can be exploited as therapeutic targets. For this, we characterized the proteome of NSCLC cell lines (A549 and NCI-H460) harboring activating mutations of the oncogene KRAS with particular focus on metabolic enzymes. We found not only up-regulation expression of glycolytic enzymes, which is frequently found in cancer as part of the “Warburg effect”, but also a remarkable up-regulation of the pentose phosphate pathway (PPP) in both oxidative and non-oxidative branches. Based on this study, we evaluated the feasibility of use PPP enzyme (glucose 6-phosphate dehydrogenase (G6PD) and 6-phosphogluconate dehydrogenase (6PGD) and transketolase (TKT)) as targets for improve or develop of new therapies. Recently, protein lysine acetylation (KDAC) has emerged as a metabolism-coordinating mechanism and mounting evidence has shown that acetylation regulation of metabolic enzymes plays a major role in cancer. Consequently, lysine deacetylases inhibitors (KDACIs) have drawn attention not only as promising strategies for therapeutic intervention but also as tool for studying the role of lysine acetylation in NSCLC metabolic reprogramming. Furthermore, metabolic reprogramming also depends strongly on the tumor microenvironment such as oxygen level. Therefore, we also analyzed the inhibition of KDAC under normoxic and hypoxic conditions in order to better understand the adaptive strategies under such perturbations. Our results showed that KDACIs induce low cell proliferation, differentiation, cell cycle arrest and apoptosis accompanied by a change in the tumor metabolic phenotype enhanced under hypoxia. Together, these results allow us to better understand how KDACIs control metabolic pathways under hypoxia in NSCLC.