123 - La métabolomique fonctionnelle au service de la recherche en santé

Peu de modèles permettent d’étudier in vitro les cellules épithéliales mammaires (MECs) et la majorité n’exprime pas le récepteur aux estrogènes α (ERα), perdant ainsi de leur valeur expérimentale. Notre objectif est de développer une méthode d’isolation et de culture primaire des MECs de souris afin d’étudier l’impact de ce récepteur sur le métabolisme de ces cellules. Nécessitant une expertise spécialisée, nous avons fait le choix de mettre au point un protocole sans FACS pour purifier les MECs pour la culture primaire, en combinant des digestions séquentielles et une purification à l'aide de billes magnétiques.

Nous obtenons des colonies qui restent différenciées jusqu’à 6 jours avec un enrichissement en cellules épithéliales luminales (>85%). Lorsqu’elles sont ensemencées dans des disques de Matrigel, elles forment des organoïdes qui récapitulent la morphologie de la glande mammaire in vivo. ERα y est exprimé et les cellules répondent aux estrogènes. Nous avons aussi utilisé l'analyse des flux métaboliques extracellulaires pour démontrer que ces derniers induisent un changement métabolique, l'effet Warburg, souvent observé dans le cancer.

En conclusion, nous avons mis au point un protocole de purification des MECs pour les cultures bi- et tridimensionnelles. Ce modèle permet d’étudier comment les œstrogènes modulent la biologie de la glande mammaire, et en particulier comment ces hormones reprogramment le métabolisme pendant la lactation et la carcinogenèse mammaire.

Malgré le développement de traitements adaptés à des types spécifiques de cancer, comme les inhibiteurs de kinases oncogéniques (IKs), beaucoup de patients en souffrent encore, à cause de la résistance développée aux traitements. Les altérations dans la synthèse protéique et le métabolisme représentent des mécanismes importants soutenant cette résistance. Il est possible de cibler la synthèse protéique spécifique aux cellules cancéreuses par des molécules inhibitrices de l’initiation de la traduction d’ARNm, étape limitante de ce processus, tuant ainsi les cellules cancéreuses toutes en épargnant les cellules saines. De plus, nous pensons que le ciblage de la machinerie traductionnelle peut atténuer la résistance aux IKs en empêchant la reprogrammation métabolique et l'adaptation aux thérapies. Nous avons, d’abord, vérifié l’efficacité des inhibiteurs de la traduction ciblant le complexe d’initiation eIF4F via l’évaluation de la croissance et de la mort cellulaire (Annexine V) dans des cellules de mélanome BRAFV600E, sensibles ou résistantes à l’inhibiteur de BRAF ‘vemubrafenib’. De plus, nous avons évalué leurs effets sur le ralentissement de la synthèse protéique via le fractionnement des polysomes. Nous avons, ensuite, quantifié par spectrométrie de masse les métabolites issus des principales voies métaboliques (le cycle de l’acide citrique et la glycolyse) pour mettre en évidence les mécanismes moléculaires ciblés par ces drogues au sein des cellules cancéreuses résistantes. Ultimement, l’étude de la coordination entre les programmes traductionnels et métaboliques qui sous-tendent la résistance aux inhibiteurs BRAF nous aidera à identifier les mécanismes moléculaires qui pourraient la surmonter.

Le récepteur aux androgènes (AR) est l’un des oncogènes majeurs pour le cancer de la prostate (CaP). Afin de développer de nouvelles approches thérapeutiques en aval du AR, notre équipe s’intéresse aux fonctions moléculaires de ce récepteur et plus particulièrement à son rôle dans la reprogrammation métabolique du CaP.

Nos données récentes montrent que AR active mTOR, une voie de signalisation permet la reprogrammation du métabolisme pour soutenir la prolifération aberrante des cellules tumorales. Également, la voie de mTOR est généralement inhibée par la AMP-activate protein kinase (AMPK), une voie de réponse au stress énergétique qui bloque la prolifération pour rétablir l’équilibre métabolique. De façon surprenante, nos résultats obtenus par Western Blotmontrent que le AR active simultanément ces deux voies dans différents modèles de CaP. Ainsi, l’interrelation des voies AMPK-mTOR y diffère du modèle couramment observé dans d’autres contextes cellulaires. D’autant plus que le traitement de cellules de CaP avec des modulateurs pharmacologiques d’AMPK et de mTOR permet d’observer que mTOR n’est pas inhibé par AMPK. Il serait même nécessaire pour l’activation d’AMPK par AR.

Afin de déterminer le rôle d’AMPK dans le CaP, nous avons étudié l’effet de sa modulation sur la prolifération et la viabilité cellulaires, ainsi que sur le métabolisme par analyse de flux extracellulaire, dans différents modèles de CaP. Nos résultats indiquent que l’inhibition d’AMPK diminue drastiquement la prolifération et la viabilité des cellules de CaP, et qu’elle empêche leur reprogrammation métabolique AR-dépendante.

L’inhibition d’AMPK serait donc une alternative prometteuse pour lutter contre le CaP.

La fusion des gènes CBFA2T3-GLIS2 (CG2) est associée à une forme agressive de la leucémie aiguë mégacaryoblastique (LAMK). Plusieurs études ont démontré l’importance de l’adaptation du métabolisme des cellules leucémiques pour leur survie mais aussi le potentiel thérapeutique suite à la création de vulnérabilités métaboliques. Cependant, aucune étude n’a exploré le rôle potentiel de CG2 dans les altérations métaboliques survenant dans la LAMK.

Un modèle murin a été généré par l’utilisation de cellules souches et de progéniteurs hématopoïétiques exprimant CG2 ou uniquement Glis2. L’analyse de l’expression des gènes métaboliques par séquençage d’ARN associée à l’analyse du niveau des métabolites par GC-MS a permis de mettre en avant des voies métaboliques altérées.

Les gènes impliqués dans le complexe pyruvate déshydrogénase et leur régulateurs (Dlat, Pdha1, Dld, Pdk2, Pdp2), la pyruvate carboxylase, l’aspartate aminotransférase et la succinate déshydrogénase sont dérégulées dans les cellules CG2+. L’analyse des niveaux des métabolites par GC-MS montre une réduction globale des métabolites associée à la glycolyse et du cycle de Krebs mais aussi une augmentation du niveau de pyruvate, d’aspartate et de GABA dans les cellules exprimant la fusion. L’inhibition de GLIS2 par GANT61 démontre une diminution importante de ces 3 derniers métabolites dans une lignées humaines CG2+.  

Il semblerait que la fusion CG2 induit un important changement métabolique des cellules hématopoïétique pour favoriser la leucémogénèse. En utilisant le modèle murin ainsi que des lignées cellulaires humaines, nous cherchons à identifier et valider des cibles métaboliques thérapeutiques dans les LAMK CG2+.

Les plastiques contiennent des bisphénols (BP) qui agissent comme perturbateurs endocriniens. L’exposition aux BP est associée à la progression tumorale pour les cancers hormono-sensibles. Bien que la vessie ne soit pas un tissu hormono-sensible, l’activation des récepteurs hormonaux joue un rôle dans le développement du cancer de la vessie. Puisque la vessie est exposée aux BP via l’urine, une exposition au BPA affecterait le métabolisme énergétique des cellules saines et cancéreuses de vessie, de manière à favoriser l'initiation et la progression tumorale. 

Des cellules urothéliales saines (UC), cancéreuses non-invasives (RT4), cancéreuses invasives (T24) et des fibroblastes vésicaux (FHu) sains ont été utilisées. Des FHu ont été induits en fibroblastes associés au cancer (CAF) avec du milieu conditionné par des RT4 ou T24. L’effet d’une exposition chronique au BPA sur le métabolisme des cellules a été mesuré avec le XF Extracellular Flux Analyzer.

Le métabolisme des RT4, T24 et CAF semble augmenter après 72h d’exposition au BPA, alors que celui des FHu est diminué. L’induction des FHu en CAF démontre aussi une reprogrammation métabolique, passant à un métabolisme mitochondrial vers un métabolisme glycolytique. L’exposition au BPA diminue le métabolisme des FHu, ce qui pourrait affecter la production de matrice extracellulaire. L’augmentation du métabolisme glycolytique des CAF pourrait mener à une acidification du milieu extracellulaire, favorisant ainsi l’invasion tumorale.

Les cellules cancéreuses de la prostate (CaP) dépendent du récepteur androgène (AR) pour leur prolifération anormale et leur survie. Nous avons récemment découvert que le AR induit une reprogrammation du métabolisme des cellules de CaP en contrôlant l'enzyme cytoplasmique isocitrate déshydrogénase 1 (IDH1) sauvage, ce qui entraîne une prolifération accrue des cellules tumorales. Cependant, les fonctions métaboliques spécifiques d’IDH1 dans le CaP ou comment exploiter la dépendance des cellules tumorales pour cette enzyme pour fin thérapeutique, sont inconnues. Dans des modèles humains in vitro de CaP, nous avons montré que l’expression et l'activité d’IDH1 sont augmentées de façon AR-dépendante. En utilisant des outils pharmacologiques et génétiques, nous avons montré qu’IDH1 est un contributeur majeur à la régénération des niveaux de NADPH dans le CaP. Ce cofacteur joue un rôle clé dans la synthèse des biomatériaux nécessaires à la division cellulaire. Par essais métaboliques fonctionnels, il a été démontré que l’inhibition dl'IDH1 altère simultanément la respiration mitochondriale ainsi que la capacité glycolytique, liées à une diminution des taux de prolifération cellulaire. De plus, les inhibiteurs pharmacologiques de l’enzyme IDH1 mutante et approuvés par la FDA inhibent l'activité et la prolifération d’IDH1 sauvage dans les cellules du CaP, suggérant que ces inhibiteurs pourraient être utilisés pour traiter les patients atteints de CaP même en l'absence de mutation de l'IDH1. Globalement, nos résultats démontrent qu’IDH1 est un acteur clé du métabolisme des cellules de CaP. Finalement, ils supportent l'hypothèse que l'inhibition d'IDH1 à l'aide de molécules déjà approuvées représente une solution thérapeutique viable.

Le syndrome de Leigh canadien français (LSFC) est une maladie métabolique autosomique récessive rare, caractérisée par des crises d'acidose lactique sévères et une mortalité précoce. Les patients atteints du LSFC présentent des mutations dans le gène LRPPRC ce qui entraînent des défauts de la chaîne respiratoire et un dysfonctionnement mitochondrial.

La respiration mitochondriale module l'activité métabolique cellulaire, ce qui a un impact sur de nombreux types cellules, y compris la différenciation et la fonction des cellules immunitaires. Nous avons donc émis l’hypothèse, qu'en plus des troubles neurologiques et métaboliques, les patients atteints de LSFC pourraient présenter une réponse immunitaire altérée.

Afin de mieux comprendre l'efficacité de la réponse immunitaire chez les patients LSFC, nous avons examiné la qualité de la réponse humorale au vaccin contre la rougeole, la rubéole et les oreillons (RRO) chez les patients LSFC en mesurant les niveaux d'anticorps dans le plasma. Nos résultats démontrent que chez les patients LSFC, la réponse au vaccin RRO était variable, certains individus produisant des anticorps contre les trois virus, tandis que d'autres avaient une réponse partielle ou inefficace. Les résultats suggèrent que les mutations du gène LRPPRC présentes chez les patients LSFC peuvent affecter la réponse immunitaire à certains vaccins.