Caractérisation in vitro et in vivo de nouveaux agents pyrrolo-pyrimidine ciblant les microtubules pour le traitement des cancers

Characterization of new microtubule-targeting agents with a pyrrolopyrimidine structure for the treatment of cancers

• Auteur / Autrice : Pauline Gilson
• Direction : Amandine Hurbin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire
• Date : Soutenance le 30/10/2017
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut pour l'avancée des biosciences (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Laurence Paturle-Lafanechère
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Amandine Hurbin, Charles Dumontet, Benoît Busser
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stéphane Honoré, Jean-Louis Merlin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cancer -- Thérapeutique

Mots clés libres

Criblage cellulaire à haut-Débit

Pyrrolo-Pyrimidine

Résistance

Apoptose

Microtubules

Poisons du fuseau

High throughput cell-Based screen

Pyrrolopyrimidine

Resistance

Apoptosis

Microtubules

Spindle poisons

Résumé

En dépit de l’émergence des thérapies ciblées et de l’immunothérapie, la chimiothérapie reste un gold-standard pour le traitement de nombreux cancers. Parmi les agents chimiothérapeutiques conventionnels, les poisons du fuseau interférant avec la dynamique des microtubules (taxanes, vinca-alcaloïdes) sont très largement utilisés. Cependant, leurs nombreux effets indésirables et l’émergence de chimiorésistance limitent leur efficacité et soulignent la nécessité d’identifier de nouveaux inhibiteurs de la tubuline.Notre équipe a réalisé un criblage cellulaire à haut-débit sur plus de 7500 molécules chimiques et identifié une famille de composés pyrrolo-pyrimidine, active sur les formes de cancer pulmonaire résistantes à l’apoptose et aux thérapies ciblées. Notre objectif était de caractériser in vitro et in vivo 15 molécules de cette famille afin d’identifier à terme un potentiel candidat-médicament pour le traitement des cancers résistants.Des essais préliminaires de cytotoxicité et d’apoptose sur différentes lignées cancéreuses pulmonaires ont permis de sélectionner, parmi les 15 composés pyrrolo-pyrimidine, 2 molécules prometteuses : PP-2 et PP-13. PP-2 et PP-13 ont des effets cytotoxiques sur de nombreuses lignées cancéreuses humaines, incluant les lignées résistantes aux thérapies ciblées. En perturbant l’organisation et la dynamique des microtubules, PP-2 et PP-13 induisent le blocage transitoire des cellules en prométaphase puis aboutissent aux phénomènes de catastrophe mitotique, de glissement mitotique ou de division asymétrique. Des études mécanistiques avancées montrent que PP-2 et PP-13 sont des agents poisons du fuseau et entrent en compétition avec la colchicine pour la liaison sur la tubuline. Contrairement aux antimitotiques conventionnels, PP-2 et PP-13 ne sont pas sensibles aux mécanismes de chimiorésistance par surexpression de pompes d’efflux. De plus, à l’IC50, ces 2 composés n’affectent pas le réseau microtubulaire des cellules à l’interphase suggérant un effet toxique (et principalement neurotoxique) moindre. La molécule PP-13 semble être la molécule anticancéreuse la plus prometteuse en raison de son IC50 10 fois inférieure à celle de PP-2 dans les différentes lignées cancéreuses étudiées et d’une affinité pour la tubuline 2 fois plus élevée. In vivo, PP-13 réduit significativement la croissance tumorale et étastatique. L’ensemble de ces résultats suggère que PP-13 pourrait être une alternative intéressante pour le traitement de nombreux cancers y compris des cancers chimiorésistants.

Despite the emergence of targeted therapies and immunotherapy, chemotherapy remains a gold-standard for the treatment of numerous malignancies. Spindle poisons that interfere with microtubule dynamics (taxanes, vinca alkaloids) are commonly used in chemotherapy drug combinations. However, their troublesome side effects and the emergence of resistance highlight the need for identifying alternative agents. Thanks to a high throughput cell-based assay, we screened agents able to restore apoptosis in apoptosis-resistant lung cancer cells. We selected 15 molecules belonging to the pyrrolopyrimidine family and investigated their anti-cancer effects in vitro and in vivo. Our aim was to identify a potential drug-candidate for the treatment of resistant cancers.From cytotoxicity and apoptosis preliminary assays, we selected the 2 most promising molecules (PP-2, PP-13) among the 15 pyrrolopyrimidine compounds. PP-2 and PP-13 exert cytotoxic effects on a large panel of human cancer cell lines, including targeted therapy-resistant cell lines. By interfering with mitotic spindle organization and microtubule dynamics, PP-2 and PP-13 impair the congression of the chromosomes, promote spindle assembly checkpoint-dependent mitotic blockade and finally lead to asymmetric division, mitotic slippage and direct apoptotic death. PP-2 and PP-13 directly target tubulin and compete with colchicine for the binding to tubulin. Unlike conventional antimitotic agents, PP-2 and PP-13 are not sensitive to chemoresistance mechanisms involving the overexpression of efflux pumps. Moreover, at IC50, these two compounds do not affect the microtubule network during interphase suggesting a less toxic (mainly neurotoxic) effect. Among these two compounds, the PP-13 molecule appears to be the most interesting anti-cancer molecule because of its IC50 10-fold lower than PP-2 and its 2-fold higher affinity for tubulin. In vivo, PP-13 significantly reduces tumor and metastasis growth. All these results suggest that PP-13 might be a potential alternative for the treatment of many cancers including chemoresistant cancers.