Combinaisons de nouveaux inhibiteurs de désacétylase d’histones 6 avec des inhibiteurs de tyrosine kinase pour le traitement de la leucémie myéloïde chronique

Combinations of novel HDAC6 inhibitors with tyrosine kinase inhibitors for chronic myeloid leukemia treatment

• Auteur / Autrice : Hélène Losson
• Direction : Marc Diederich, Michael Schnekenburger
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 16/01/2020
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale BioSE - Biologie, Santé, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Biologie Moléculaire et Cellulaire du Cancer (Luxembourg)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Louis Merlin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marc Diederich, Michael Schnekenburger, Dominique Payet-Bornet, Muriel Cuendet, Carine Michiels
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Dominique Payet-Bornet, Muriel Cuendet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cellules souches

Résistance aux médicaments

Thérapies combinées

Inhibiteurs

Histone désacétylase

Inhibiteurs des tyrosine kinases

Thérapeutique

Leucémie myéloïde chronique

Mots clés libres

Inhibiteur d’HDAC6

Inhibiteur de tyrosine kinase

Traitements combinés

Effet synergique cytotoxique

Résistances à l’imatinib

Cellules souches cancéreuses

HDAC6 inhibitor

Tyrosine kinase inhibitor

Combination treatments

Synergistic cytotoxic effect

Imatinib resistance

Cancer stem cells

Résumé

Les patients atteints de leucémie myéloïde chronique (LMC) breakpoint cluster region-Abelson (BCR-ABL)+ sont traités avec des inhibiteurs de tyrosine kinase (ITK), comme l’imatinib, cependant certains développent des résistances et des effets secondaires sévères. Des traitements combinés à base d’inhibiteurs d’histone désacétylase (HDAC)6 (HDAC6i), pouvant potentiellement réduire l’expression de BCR-ABL, apparaît être une approche intéressante pour prévenir l’apparition de résistances aux ITK. De plus, l’implication d’HDAC6 dans les voies de dégradation des protéines rend son inhibition couplée à celle du protéasome susceptible de sensibiliser les cellules aux ITK. Notre hypothèse est que la combinaison ITK-HDAC6i pourrait être efficace pour le traitement de la LMC. Dans un premier temps, les effets anti-cancéreux d’un HDAC6i identifié dans notre laboratoire, le composé 7b, à celui de référence, la tubacine, en combinaison avec l’imatinib ont été comparés. La combinaison imatinib-7b a généré des effets anti- cancéreux plus importants que la combinaison imatinib-tubacine et a provoqué une mort synergique apoptotique dépendante des caspases dans les cellules K-562 et réduit la proportion de cellules souches leucémiques alors qu’elle n’a eu qu’un effet modéré sur des cellules saines. Enfin, la combinaison a diminué plus fortement la capacité de formation de colonies et la masse tumorale des cellules de LMC respectivement en milieu semi-solide et dans des poissons zèbres xénogreffés, par rapport aux composés seuls. D’un point de vue mécanistique, la combinaison induit l’ubiquitination et la dégradation de BCR-ABL, et la dérégulation de protéines de ses voies de signalisation impliquées dans la prolifération et la survie cellulaire. La protéine HDAC6 possédant deux sites catalytiques, nos résultats tendent à montrer que le composé 7b cible le deuxième. Dans un second temps, une étude a été initiée sur un nouvel HDAC6i de type hydroxamate, le MAKV-15, qui diminue l’expression de BCR-ABL, et qui en pré-traitement avec le bortezomib, sensibilise les cellules à l’imatinib, entrainant une augmentation de la mort apoptotique dépendante des caspases dans les cellules sensibles et résistantes à l’imatinib. Enfin, nos résultats suggèrent que l’inhibition d’HDAC6 potentialise l’effet de l’imatinib, pourrait prévenir l’apparition de résistances et que de telles combinaisons pourraient représenter une approche thérapeutique prometteuse pour les patients atteints de LMC.

Breakpoint cluster region-Abelson (BCR-ABL)+ chronic myeloid leukemia (CML) patients receive tyrosine kinase inhibitors (TKIs) such as imatinib as the first-line treatment; however, some patients develop resistances and severe adverse effects. Combination treatments, especially with histone deacetylase (HDAC)6 inhibitors (HDAC6i), appear as an attractive option to prevent TKI resistances considering the capacity of HDAC6i to downregulate BCR-ABL. Moreover, HDAC6 is implicated in protein degradation pathways, so that its inhibition combined with that of the proteasome could sensitize cells to TKIs. Thus, we hypothesized that HDAC6i combined to TKIs could be effective for CML treatment. In the first part, we compared the anti-CML effects of a HDAC6i identified in our laboratory, compound 7b, to the reference HDAC6i tubacin, in combination with imatinib. Results showed that the imatinib-7b combination generated stronger anti- CML effects than imatinib-tubacin. Especially, the imatinib-7b combination elicited a potent synergistic caspase- dependent apoptotic cell death and drastically reduced the proportion of cancer stem cells in K562 CML cells, whereas it only moderately impacted various healthy cell models. Ultimately, the imatinib-7b combination decreased more potently the colony forming capacities and tumor mass formation of CML cells in a semisolid methylcellulose medium and in xenografted zebrafishes, respectively, compared to each compound alone. Mechanistically, the combination induced BCR-ABL ubiquitination and downregulation leading to a dysregulation of multiple key proteins of its downstream pathways involved in CML proliferation and survival. Results tend to demonstrate that 7b could target the second site. In the second part, we initiated a study of a novel hydroxamate-based HDAC6i, MAKV-15, and preliminary results demonstrated it triggered BCR-ABL downregulation. Accordingly, in pre-treatment with bortezomib it sensitizes CML cells to imatinib leading to enhanced caspase-dependent apoptotic death in imatinib-sensitive and imatinib-resistant CML cells. Considering that HDAC6 is reported to possess two functional catalytic sites, we finally attempted to determine which catalytic site is targeted by these HDAC6i. Taken together, our results suggest that HDAC6i potentiate the effect of imatinib and could overcome TKI resistance in CML cells and therefore such combination may represent a promising therapeutic approach for CML patients.