Exploitation du métabolisme mitochondrial oxydatif dans l'éradication du mélanome métastatique

Mitochondrial oxidative metabolism can be therapeutically exploited for the treatment of metastatic melanoma

• Auteur / Autrice : Paola Corazao-Rozas
• Direction : Pierre Formstecher, Jérôme Kluza
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire
• Date : Soutenance le 08/10/2014
• Etablissement(s) : Lille 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé (Lille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche Jean-Pierre Aubert
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jérôme Kluza

Mots clés

Mots clés contrôlés

Stress oxydatif

métabolisme

Mitochondries

Dissertations universitaires

Mélanome

Stress oxydatif

Métabolisme

Mitochondries

Mélanome

Mots clés libres

Mélanome

Mitochondries

Stress oxydatif

Melanomas

Mitochondrion

Résumé

La plupart des cellules cancéreuses présentent une reprogrammation métabolique qui favorise la glycolyse et diminue la phosphorylation oxydative. Cette reprogrammation a reçu le nom d’effet Warburg et permet aux cellules tumorales de proliférer même en conditions adverses. Bien que l’effet Warburg ait été, pendant longtemps, associé à un dysfonctionnement mitochondrial, plusieurs études ont montré que dans les cellules cancéreuses les mitochondries ne sont pas dysfonctionnelles et jouent même un rôle important dans la tumorigénèse. Cependant, les mécanismes qui régulent cette reprogrammation métabolique dans le mélanome restent encore à être bien évalués. Dans ce contexte, nous avons montré que les mélanomes présentent une faible activité mitochondriale caractérisée par une diminution de la consommation d’oxygène. Ce profil métabolique est contrôlé au moins en partie par le facteur de transcription HIF-1, via l’expression de la pyruvate déshydrogénase kinase 3 (PDK3). L’inhibition pharmacologique de la PDK3, utilisant le Dichloroacetate (DCA) est suffisante pour réactiver la phosphorylation oxydative et induire la production des espèces réactives de l’oxygène (ROS). Ainsi, la combinaison du DCA avec la molécule pro-oxydant elesclomol permet de potentialiser l’effet antitumural de cette dernière, de manière synergique. Fait intéressant, cette combinaison est également efficace dans les cellules ayant développé une résistance au vemurafenib, un inhibiteur de la protéine BRAFV600E. Dans ce contexte, dans la deuxième partie de cette étude, nous avons évalué si les cellules résistantes au vemurafenib présentent une modification métabolique qui pourrait expliquer leur sensibilité à la combiniasion DCA+eleslclomol. Nous avons montré que le vemurafenib induit une diminution de la glycolyse rendant les cellules dépendantes à la phosphorylation oxydative et augmente la biogénèse mitochondriale de manière dépendante ou indépendante de la réactivation de la voie MITF/PGC1α. En accord avec ces résultats, les cellules résistantes au vemurafenib présentent une augmentation de la consommation d’oxygène et de la production de ROS par rapport aux cellules sensibles. Le nouveau profil métabolique des cellules résistantes les rende plus sensibles aux agents pro-oxydants tels que l’elesclomol Nos résultats ont permis de montré la possibilité de cibler les modifications métaboliques par une approche pro-oxydant dans le but d’éradiquer de manière efficace les cellules de mélanome.

Most cancer cells undergo a metabolic rewiring from oxidative phosphorylation to glycolysis that allows them to proliferate even under stressful conditions. This phenomenon is known as the Warburg Effect and has been often associated to mitochondrial dysfunction. Although, many studies have shown that mitochondria is still active in cancer cells and seems to play a key role in tumorigenesis little is know about the mechanisms that regulate this metabolic swift. In this context, we first focused in the study of melanoma metabolism in different cell lines as in samples coming from patients. We first found that melanoma cells present low mitochondrial activity characterized by low oxidative phosphorylation. This metabolic behavior is at least partially controlled by the hypoxia-inducible factor-1α HIF-1α witch is constitutively express in melanoma cells even under nomoxic conditions. Inhibition of this factor induces a strong decrease in the expression and activity of PDK3. Pharmacological inhibition of PDK3 activity by dichloroacetate (DCA) is enough to reactivate mitochondrial oxidative phosphorylation and reactive oxygen species (ROS) production. Furthermore DCA increases in a synergistic manner elesclomol’s induced ROS production and cell death. Interestingly, BRAF V600E melanoma cells that were resistant to the BRAF inhibitor vemurafenib show were also sensible to this combination. Consequently, as a second part of this work we looked for to understand, why resistant cells were so sensible to these agents and if there were some metabolic modifications that could explain this behavior. We found that vemurafenib BRAFV600E induced inhibition causes an important decrease in glycolysis and renders melanoma cells addicted to oxidative phosphorylation by increasing mitochondria biogenesis dependently or not of MTIF/PCG1 axis. Conversely, vemurafenib resistant melanoma cell lines show higher mitochondrial activity associated with higher ROS production. Thus these cells are more sensible to elesclomol induced cell death than vemurafenib sensible cell lines. Our findings provide new insights into the metabolic pathways that allow cells to adapt to difficult microenvironment, showing that these metabolic modifications, especially in terms of ROS production, can be used to target and eradicate melanoma cells.