Rôles des isoformes de PI3K p110α et p110ß dans l'initiation de la carcinogenèse pancréatique induite par Kras oncogénique

Role of Pl3K isoforms p110alpha and p110beta in Kras-induced pancreatic cancerogenesis

• Auteur / Autrice : Romain Baer
• Direction : Philippe Caron, Julie Guillermet-Guibert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biotechnologies, cancérologie
• Date : Soutenance le 14/09/2015
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie Santé Biotechnologies (Toulouse)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gène KRAS

Cancérogenèse

Cancer

Pancréas

Mots clés libres

Voie de signalisation

PI3K

Cancer du pancréas

Modèles murins

Inflammation

Kras muté

Résumé

L'adénocarcinome pancréatique (PDAC) est un des cancers les plus létaux, tuant environ 95% des patients diagnostiqués à 5 ans. A l'heure actuelle, aucune chimiothérapie curative n'est disponible. La voie PI3K est une des voies les plus altérées dans les cancers. En particulier, dans la moitié des cancers pancréatiques, une augmentation d'activité de la voie PI3K/Akt/mTOR a été décrite et corrélée à un mauvais pronostic. Les enzymes de signalisation phosphoinositide-3-kinase (PI3K) de classe I sont présentes chez les mammifères sous plusieurs isoformes (p110a, p110ß p110d et p110y). Les isoformes p110a et p110ß sont ubiquitaires alors que p110d et p110y sont majoritairement exprimées dans les cellules immunitaires. Toutes les isoformes de classe I présentent un domaine d'activation par Ras, dont la fonctionnalité reste à être approfondie. Les PI3Ks de classe I phosphorylent le PIP2 en PIP3, un second messager lipidique capable de réguler des fonctions biologiques très variées telles que la prolifération ou la différenciation cellulaire. Bien que les rôles physiologiques des différentes isoformes de PI3K commencent à être connus, le débat actuel dans le domaine des PI3Ks est de savoir quelle isoforme cibler dans le traitement des cancers. Il a récemment été publié que la dépendance à la voie PI3K/Akt d'une tumeur est liée, selon l'organe et les altérations génétiques associées, à l'activité d'une isoforme. La mutation activatrice de l'oncogène KrasG12D est retrouvée dans plus de 90% des cas d'adénocarcinomes pancréatiques et est reconnue comme la mutation '' initiatrice '' du PDAC. Les souris qui présentent une activation constitutive de l'oncogène KrasG12D reproduisent toutes les étapes de la carcinogenèse pancréatique humaine, des lésions prénéoplasiques jusqu'à l'adénocarcinome (5% des souris à 12 mois). Partant des constats que les PI3K et Kras interagissent physiquement et que seules p110a et p110ß sont exprimées dans le pancréas sain, l'objectif de mon projet de thèse était de déterminer si les deux isoformes ubiquitaires de PI3K pouvaient jouer des rôles différents dans l'initiation de la carcinogenèse pancréatique induite par Kras muté. Pour cela, nous avons généré un nouveau modèle murin qui associe la mutation de l'oncogène KrasG12D avec une inactivation conditionnelle de l'activité kinase de p110a ou de p110ß, mimant ainsi l'utilisation d'un inhibiteur pharmacologique spécifique. Durant ma thèse, j'ai démontré que seule l'isoforme p110a est nécessaire à l'initiation de la carcinogenèse pancréatique induite par Kras muté. De manière dose-dépendante, l'inactivation d'une seule copie de p110a prolonge significativement la survie des animaux, tandis que les souris présentant une inactivation complète de l'activité kinase de p110a ne développent pas de lésion prénéoplasique. L'inactivation de cette seule isoforme bloque totalement la transdifférenciation des acini, normalement induite par Kras muté ou lors d'une pancréatite aigüe. p110a contrôle cette reprogrammation cellulaire, ainsi que les modifications morphologiques associées, en régulant les petites GTPases Rho, intermédiaires de signalisation essentielles au remodelage du cytosquelette d'actine. De plus, l'activité kinase de p110a est essentielle au maintien d'autres voies de signalisation oncogéniques comme les voies EGFR/MAPK, NF-kB ou encore IL6/STAT3. Dans un modèle de carcinogenèse pancréatique agressif où le suppresseur de tumeur p53 est partiellement inactivé, p110a exprimée dans l'épithélium est impliquée dans la progression tumorale en régulant la prolifération des cellules canalaires mais également, celle des cellules du microenvironnement par une action possiblement paracrine. Cette étude est la première démonstration génétique in vivo de l'implication d'une isoforme de PI3K dans le cancer du pancréas, et apporte un rationnel en faveur de l'utilisation des inhibiteurs spécifiques de p110a dans le traitement du cancer du pancréas.

Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is one of the most lethal cancers, with a 5-yr survival rate <5% of diagnosed patients. No efficient chemotherapy is currently available. PI3K signaling is one of the most altered signaling pathways in cancer. In half of PDAC, PI3K/Akt/mTOR activation is increased and correlated with poor prognosis. Mammals have four isoforms of Class I PI3K (p110a, p110ß p110d and p110y)which activate the Akt/mTOR signaling pathway. p110a and p110ß are ubiquitously expressed whereas p110d and p110y are mainly expressed in immune cells. All PI3K isoforms possess a Ras-binding domain whether it is functional for all isoforms remains to be demonstrated. Upon cell stimulation by cell surface receptors, PI3K generate the phosphatidylinositol tri-phosphate (PIP3), a lipid messenger involved in many cellular processes such as cell growth, proliferation, migration or cell differentiation. PI3K isoforms have nonredundant roles under physiological, nondisease conditions. In cancer, this redundancy of PI3K isoforms appears more complex and intensely debated. It is thus crucial to delineate and understand which PI3K isoform we have to target for each cancer type. Recently, it was shown that PI3K/Akt tumour dependency is tissue-specific and depends on genetic alterations. KrasG12D -activating mutation is found in more than 90% of PDAC and known as the PDAC-initiative mutation. Pancreatic specific expression of a KrasG12D allele in mice faithfully reproduces human pancreatic cancerogenesis, from preneoplastic lesions to adenocarcinoma. Based on the fact that PI3K isoforms and Kras interacts physically and that Kras is the major mutation in PDAC, the aim of my PhD project aims to determine if the two ubiquitous PI3K isoforms, p110a and p110ß, could have non redundant roles during Kras-driven pancreatic cancer initiation. In order to dissect the putative divergent role of p110a and p110ß in the inititation of Kras-driven pancreatic cancerogenesis, we generated new mice models which combined the expression of mutated-Kras and an inactivation of the p110a or p110ß-kinase domains in the pancreas using a conditional targeting strategy, mimicking pharmacological blockade of p110a or p110ß activity. During my PhD, I demonstrated that PI3K p110a isoform is required for Kras-driven pancreatic cancerogenesis. Inactivation of one copy of the pik3ca gene is sufficient to prevent mouse lethality and complete inactivation of p110a catalytic activity completely blocked the occurrence of all types of preneoplastic lesions induced by mutated Kras. Inactivation of this single isoform abrogates the transition of exocrine acinar cells into pancreatic preneoplastic ductal lesions induced by oncogenic Kras and/or pancreatic injury. p110a signaling through small GTPase Rho and actin cytoskeleton controls the reprogramming of acinar cells and regulates cell morphology in vivo and in vitro. Moreover, p110a kinase activity is required for the maintenance of other oncogenic signaling pathways as EGFR/MAPK, NF-kB or IL6/STAT3 axis. Finally, epithelial p110a was necessary for pancreatic ductal cancers to arise from Kras-induced pancreatic preneoplastic lesions by increasing epithelial and stromal cells proliferation in the context of mutated p53. This is the first genetic demonstration of the physiopathological implication of one PI3K isoform in PDAC in vivo and my data provide a strong rational for the use of selective p110a inhibitors in pancreatic cancer therapeutic strategy.