Biomarqueurs et nouvelles approches thérapeutiques ciblant les cellules souches cancéreuses dans le carcinome hépatocellulaire

Biomarkers and novel therapeutic approaches targeting cancer stem cell metabolism in hepatocellular carcinoma

• Auteur / Autrice : Yoann Daniel
• Direction : Anne Corlu, Florian Cabillic
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Cancérologie
• Date : Soutenance le 13/09/2021
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Nutrition, métabolismes et cancer (Rennes)
• Jury : Président / Présidente : Jamila Meharzi-Faivre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Béatrice Desvergne, Philippe Legrand
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pascale Bossard, Rodrigue Rossignol

Mots clés

Mots clés contrôlés

Récepteurs PPAR

Mitochondries

Métabolisme

Cellules souches

Carcinome hépatocellulaire

Mots clés libres

Carcinome hépatocellulaire

Cellules souches cancéreuses

Métabolisme

Mitochondrie

Plasticité cellulaire

Chimiorésistance

Ppar

Hepatocellular carcinoma

Cancer stem cells

Metabolism

Mitochondria

Cellular plasticity

Chemoresistance

Ppar

Résumé

La plasticité des hépatocytes tumoraux leur permet de se rétrodifférencier en cellules souches cancéreuses (CSC) sous l’influence de signaux pro-inflammatoires. Cette rétrodifférenciation contribue à l’hétérogénéité des carcinomes hépatocellulaires (CHC) et à leur chimiorésistance. Il a été démontré récemment que les processus de différenciation/rétrodifférenciation s’accompagnent d’une reprogrammation métabolique. Notre projet vise à caractériser la reprogrammation métabolique des hépatocytes tumoraux en fonction de leur état de différenciation et à identifier des acteurs du métabolisme cellulaire susceptibles de constituer de nouvelles cibles thérapeutiques. Pour modéliser la diversité des CHC, nous utilisons des lignées cellulaires qui présentent des aptitudes de différenciation/ rétrodifférenciation différentes. Nos résultats montrent que les cellules hépatiques les plus immatures présentent un réseau mitochondrial moins développé, une diminution de l’activité mitochondriale se traduisant par une phosphorylation oxydative, une glutaminolyse, une β-oxydation, une lipogenèse de novo et une élongation des acides gras diminuées. En corollaire, la glycolyse basale et la production de lactate sont augmentées. Nous avons également mis en évidence que les CSC hépatiques captent des quantités importantes d’acides gras dans leur environnement et qu’elles les stockent sous forme de gouttelettes lipidiques. Ces modifications du métabolisme lipidique en fonction de l’état de différenciation cellulaire nous a amenés à étudier la famille de récepteurs nucléaires PPAR, connue pour son rôle dans la différenciation et l’homéostasie métabolique. Nous montrons que PPARγ favorise la rétrodifférenciation des hépatocytes tumoraux qui se traduit par une augmentation des marqueurs d’EMT et de cellules souches. Cette rétrodifférenciation s’accompagne également d’une diminution du nombre de branchements et de la longueur du réseau mitochondrial ainsi qu’une faible respiration mitochondriale. L’analyse de cohortes de CHC montre que PPARγ est associé à un mauvais pronostic tandis que PPARα, qui augmente au cours de la différenciation cellulaire, est lui un facteur de bon pronostic. L’inhibition de PPARγ augmente la longueur et le nombre de branchements du réseau mitochondrial et réactive l’OXPHOS ce qui génère une production de ROS, provoquant la mort des CSC hépatiques. L’activation de PPARα provoque également une augmentation de la longueur du réseau mitochondrial et induit, en association avec le DCA, une mortalité cellulaire dans les CSC. Il apparaît donc intéressant d’évaluer les thérapies ciblant PPARα ou PPARγ en complément des chimiothérapies pour limiter la récurrence des CHC.

The plasticity of tumor hepatocytes allows them to retrodifferentiate into cancer stem cells (CSC) under the influence of pro-inflammatory signals. This retrodifferentiation contributes to the heterogeneity of hepatocellular carcinomas (HCC) and their chemoresistance. It has recently been shown that differentiation/retrodifferentiation processes are accompanied by metabolic reprogramming. Our project aims at characterizing the metabolic reprogramming of tumor hepatocytes according to their differentiation state and to identify regulators of cell metabolism that could constitute new therapeutic targets. To model the diversity of HCC, we use cell lines with different differentiation/ retrodifferentiation abilities. Our results show that the most immature liver cells exhibit a less developed mitochondrial network, decreased mitochondrial activity resulting in decreased oxidative phosphorylation, glutaminolysis, β-oxidation, lipogenesis and fatty acid elongation. As a corollary, basal glycolysis and lactate production are increased. We also demonstrated that hepatic CSC capture significant amounts of fatty acids from their environment and store them as lipid droplets. These modifications of lipid metabolism according to the state of cell differentiation led us to study the family of nuclear receptors called PPAR, known for its role in differentiation and metabolic homeostasis. We show that PPARγ promotes the retrodifferentiation of tumor hepatocytes resulting in an increase in EMT and stem cell markers. This retrodifferentiation is also accompanied by a decrease in mitochondrial network branching and length as well as a low mitochondrial respiration. Analysis of HCC cohorts shows that PPARγ is associated with a poor prognosis while PPARα, whose expression increases during cell differentiation, is a good prognostic factor. Inhibition of PPARγ increases mitochondrial network branching and length and reactivates OXPHOS, which generates ROS production, leading to the death of hepatic CSC. Interestingly, PPARα activation causes an increase in the length of the mitochondrial network and induces, in association with DCA, a cell death in CSC. Therefore, it is interesting to evaluate therapies targeting PPARα or PPARγ in combination with chemotherapies to limit the recurrence of HCC.