Rôle fonctionnel des pentoses phosphates et glutamine dans le métabolisme des cellules cancéreuses

Functional role of pentose phosphate pathway and glutamine in cancer cell metabolism

• Auteur / Autrice : Ibrahim Halil Polat
• Direction : Philippe Sabatier, Marta Cascante i Serratosa
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biotechnologie, instrumentation, signal et imagerie pour la biologie, la médecine et l'environnement
• Date : Soutenance le 04/11/2016
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE) en cotutelle avec Universitat de Barcelona
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale ingénierie pour la santé, la cognition, l'environnement (Grenoble ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Recherche translationnelle et innovation en médecine et complexité (La Tronche, Isère, France ; 1995-....)
• Jury : Président / Présidente : Santiago Imperial i Ródenas
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Sabatier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Loranne Agius, José Antonio Lupiañez

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pentose phosphates

Glutamine

Phosphates

Pentoses

Métabolisme

Cellules cancéreuses

Mots clés libres

Cancer

Métabolisme

Pentose Phosphate Pathway

Glutamine

Cancer

Metabolism

Pentose Phosphate Pathway

Glutamine

Résumé

Cancer est un terme qui rassemble plusieurs ensembles hétérogène de maladies et il est caractérisé par la perte de contrôle physiologique et la transformation maligne des cellules saines. Il est essentiel de comprendre le cancer de la biologie cellulaire afin d'identifier de nouveaux biomarqueurs pour le diagnostic précoce et la conception de nouvelles stratégies thérapeutiques. Reprogrammation métabolique est une caractéristique émergente de cancer, ce qui signifie que les cellules cancéreuses passent leur métabolisme de base pour répondre aux exigences accrues de la croissance et la division cellulaire. Par conséquent, explorer reprogrammant métabolique que les cellules cancéreuses subissent est une stratégie clé pour identifier de nouvelles cibles pour le traitement du cancer. Dans cette thèse, de nouvelles possibilités pour le traitement du cancer ont été explorés en analysant la reprogrammation métabolique de la tumeur. À cet égard, nous avons étudié et proposé voie des pentoses phosphates (PPP) enzymes cibles thérapeutiques putatifs contre les cancers du sein et du côlon. En outre, nous avons exploré le métabolisme de la glutamine dans les cellules du cancer du sein et les adaptations du réseau métaboliques qu'ils subissent dans le but de contourner la privation de glutamine et la déficience mitochondriale générale. Ainsi, le ciblage PPP est l'intérêt des chercheurs d'utiliser à la fois oxydantes et non oxydantes phases de cette voie métabolique comme une cible de médicament thérapeutique. Pour tester cela, nous inhibés bœuf PPP enzymes 6PGD dans les cellules cancéreuses du sein et G6PD dans les cellules du côlon.Nous avons effectué la caractérisation de la reprogrammation métabolique induite par l'inhibition de l'enzyme de bœuf PPP par l'ARN interferase (ARNi) silençage médiation, afin d'explorer le potentiel de cette enzyme comme une cible de médicament thérapeutique dans deux lignées de cellules de cancer du sein. Nous avons demontré que l'inhibition 6PGD a entraîné une diminution taux de prolifération, arrêt du cycle cellulaire et induction de l'apoptose médiée par l'activation de p53, en diminuant les capacités de formation mammosphere et le métabolisme altéré de carbone central par modulation de Warburg phenomenan et en améliorant le métabolisme de la glutamine. D'autre part, nous avons montré l'effet de l'inhibition de la G6PD sur la prolifération des cellules du cancer du côlon et du PPP est régulée par la disponibilité de la glutamine dans les cellules cancéreuses du côlon.De plus, nous avons caractérisé les adaptations métaboliques que les cellules cancéreuses du sein subissent la privation de glutamine ou lorsque les mitochondries sont fait défection. Nous avons effectué une analyse des flux métaboliques utilisant métabolomique et Fluxomique et nous avons utilisé la biologie des systèmes afin d'estimer une vision globale des modifications de flux dans différentes conditions de culture. Nous avons observé une augmentation du cycle de pyruvate avec privation glutamine, ce qui indique que le ciblage des enzymes de cette voie telle que l'enzyme malique pourrait être une approche prometteuse combinée à l'inhibition de l'enzyme de glutaminase. D'autre part, nous avons observé que mimant une hypoxie par des cellules de cancer du sein de traitement redirigée oligomycine pour augmenter la carboxylation réductrice. Considérant que l'hypoxie est une condition commune dans l'environnement de la tumeur, le ciblage mécanisme de carboxylation réductrice pourrait être une nouvelle stratégie de lutte contre le cancer. Collectivement, les résultats présentés dans cette thèse démontre l'importance du métabolisme de la prolifération des cellules cancéreuses et la survie. Ce travail met également en évidence l'importance de la biologie des systèmes se rapproche de comprendre les mécanismes moléculaires sous-jacents des maladies multifactorielles complexes afin de souligner de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles.

Moreover, we characterized the metabolic adaptations that breast cancer cells undergo in the deprivation of glutamine or when mitochondria are defected. We conducted metabolic flux analysis using metabolomics and fluxomics approaches and we employed Systems Biology approaches in order to estimate a global view of flux alterations in different culture conditions. We observed an increased pyruvate cycle with glutamine deprivation, thus indicating that targeting the enzymes of this pathway such as malic enzyme could be a promising approach combined with inhibition of glutaminase enzyme. On the other hand, we observed that mimicking hypoxia by oligomycin treatment redirected breast cancer cells to increase reductive carboxylation. Considering that hypoxia is a common condition in the tumor environment, targeting reductive carboxylation mechanism could be a novel strategy to fight against cancer. Collectively, all the results provided in this thesis demosntrate the importance of metabolism in cancer cell proliferation and survival. This work also highlights the importance of Systems Biology approaches to comprehend the molecular mechanisms underlying complex multifactorial diseases in order to point out new potential therapeutic targets.