Identification de nouveaux inhibiteurs de kinases pour le traitement des cancers de prostate résistants à la castration

Identification of new kinase inhibitors for the treatment of metastatic castration-resistant prostate cancers

• Auteur / Autrice : Joëlle Azzi
• Direction : Nadine Houédé, Philippe Pourquier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Soutenance le 16/12/2016
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé (Montpellier ; Ecole Doctorale ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Cancérologie (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Jacques Robert
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nadine Houédé, Philippe Pourquier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gaëlle Fromont-Hankard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tumeurs de la prostate

Tumeurs prostatiques résistantes à la castration

Facteurs de transcription

Inhibiteurs des tyrosine kinases

Prostate -- Cancer

Mots clés libres

Cancer de prostate

Résistance

Chimiothérapie

Inhibiteurs de kinases

Prostate cancer

Resistance

Chemotherapy

Kinase inhibitors

Résumé

Le cancer de la prostate est le plus fréquent chez l’homme et se place au 3ème rang des décès par cancer. Les formes métastatiques sont traitées par une castration centrale à base d’agonistes ou d’antagonistes de la LH-RH avec une efficacité limitée, puis avec une chimiothérapie à base de taxanes, ou une hormonothérapies de deuxième génération (abiratérone et enzalutamide) avec une espérance de vie qui ne dépasse pas 36 mois en phase de résistance à la castration. Dans le but d’identifier de nouvelles alternatives, de nombreuses classes thérapeutiques ont été testées, en particulier les inhibiteurs de kinases (IK) avec des résultats décevants. Or, de plus en plus d’IK arrivent sur le marché et il n’existe toujours pas de rationnel préclinique fort pour choisir les molécules à tester dans les futurs essais. Notre travail de Thèse vise à identifier des marqueurs prédictifs de la réponse aux IK dans des modèles de cancer de prostate pour orienter ce choix. Il repose sur une approche in silico utilisant les banques de données du panel des 60 lignées cancéreuses du NCI pour rechercher des corrélations entre l’expression de 92 gènes caractéristiques de la résistance à la castration et la sensibilité aux IK testés dans ce panel. Nous avons mis en évidence une signature de 20 gènes dont l’expression était corrélée à la réponse au vémurafénib et au sélumétinib ciblant respectivement RAF et MEK. Nous avons validé ces corrélations au niveau fonctionnel pour 11 d’entre eux dans les lignées DU145, 22RV1 et LNCaP, leur répression modulant la sensibilité des cellules à ces inhibiteurs. En particulier, la répression du gène ETV1, remanié dans 10% des cancers de prostate, confère une hypersensibilité au vémurafénib et au sélumétinib. En absence de traitement, la répression d’ETV1 induit un blocage en phase G2/M du cycle cellulaire qui est accompagné d’une diminution de la phosphorylation des kinases p38 (et d’une de ses cibles, HSP27) et AKT. En revanche, elle n’entraîne aucune altération de la voie des MAPK, suggérant que le phénotype d’hypersensibilité serait liée à un défaut d’autres voies de signalisation, notamment à une augmentation de l’apoptose que l’on observe dans les cellules 22RV1 traitées au vémurafénib. Parmi les gènes dont l’expression est régulée par ETV1 (identifiés par une approche in silico croisant des données de microarray, de Chip-Seq, et de corrélation dans le panel), nous avons recherché ceux qui pouvaient jouer un rôle dans l’hypersensibilité au vémurafénib des lignées où ETV1 est réprimé. Plusieurs candidats ont été identifiés notamment les gènes de la famille DUSP régulant la phosphorylation de p38. Ces gènes sont en cours de validation. Un volet plus « translationnel » de notre travail a consisté à évaluer, sur la base de nos résultats, des combinaisons de drogues entre inhibiteurs de kinase et inhibiteurs d’ETV1 (YK-279 et BRD32048) ou enzalutamide. Contrairement à nos attentes, aucune sensibilisation au vémurafénib n’a été observée en présence des inhibiteurs d’ETV1. En revanche le vémurafénib potentialise la réponse des cellules LNCaP à l’enzalutamide alors que cette association est antagoniste dans les cellules 22RV1, soulignant l’importance du contexte génétique pour l’utilisation de cette association (lignée 22RV1 : BRAF muté, expression du variant AR-V7, PTEN sauvage ; lignée LNCaP : PTEN muté).Notre travail a donc permis d’identifier une signature de réponse au vémurafénib pour prédire une réponse à cet IK actuellement en essai clinique dans les tumeurs de prostate BRAF mutées. Il a également permis pour la première fois d’établir le rôle fonctionnel d’ETV1 dans la réponse cellulaire au vémurafénib, données qui peuvent être transposées à d’autres types tumoraux où les inhibiteurs de RAF sont utilisés en routine clinique.

Prostate cancer is the most frequent in men and is the third leading cause of death by cancer. Metastatic form of the disease is treated by central castration using LH-RH agonist or antagonists with a limited efficacy, followed by taxane-based chemotherapy or second generation hormone therapies such as abiraterone acetate or enzalutamide. However, overall survival never exceeds 36 months when tumors become resistant to castration. In the search for new alternatives, numerous anticancer drugs from different classes have been tried, in particular kinase inhibitors (KI) but with desapointing results. Yet, increasing number of KI are being approved and there is still no strong preclinical rational to decide which molecule to test in further clinical trials. Our thesis was intended to identify predictive markers to the response to KI in prostate cancer cell models to orient this choice. It relies on an in silico approach based on the use of the NCI60 cell line panel to search for correlations between the expression of 92 genes that are characteristics of castration resistance and the sensitivity to KI that have been tested in the panel. We identified a 20 genes’ signature the expression of which is correlated to the sensitivity to vemurafenib and selumetinib targeting respectively RAF and MEK. We validated these correlations at the functional level for 11 of them in DU145, 22RV1 and LNCaP cell lines, their repression leading to altered sensitivity to these two inhibitors. In particular, repression of the ETV1 transcription factor that is rearranged in 10% of prostate tumors, sensitized cells to vemurafenib and selumetinib. In the absence of drug, ETV1 repression induced a G2/M blockage that was accompanied by a reduced phosphorylation of p38 (and its downstream substrate HSP27) and AKT kinases. Conversely, it did not altered the MAPK pathway, suggesting that hypersensitivity to vemurafenib and selumetinib could be linked to a deregulation of other signaling pathways, in particular to increased apoptosis that was observed in ETV1-repressed 22RV1 cells following treatment with vemurafenib. Among the genes that are regulated by ETV1 (that were identified by an in silico approach using microarray, Chip-Seq and correlations from the NCI60 panel), we identified several candidates that could be involved in the sensitization to vemurafenib when ETV1 is repressed, including genes from the DUSP family that are known to regulate p38 phosphorylation. These genes are currently being validated. A translational part of our thesis was to evaluate drug combinations between kinase inhibitors and either ETV1 inhibitors (YK-279 et BRD32048) or enzalutamide. Unexpectedly, we did not observed a sensitization of prostate cancer cells to vemurafenib by ETV1 inhibitors. Interestingly, we found that vemurafenib could potentiate enzalutamide cytotoxicty in LNCaP cells whereas this association had antagonistic effects in 22RV1 cells, pointing towards the importance of the genetic background to use such associations (BRAF mutated, AR-V7 expression and wild-type PTEN for 22RV1 ; mutated PTEN for LNCaP)Our thesis work has allowed the identification of a predictive signature of response to vemurafenib that is currently tested in BRAF mutated prostate tumors. It also allowed to establish for the first time a functional role of ETV1 in cell response to vemurafenib. These data could potentially being transposed to other cancer types where BRAF inhibitors are routinely used in the clinic.