Vectorisation du 6BrCaQ, un inhibiteur potentiel de hsp90, par des liposomes pour le traitement du cancer

Liposomal delivery of 6BrCaQ, a potential hsp90 inhibitor, for cancer therapy

• Auteur / Autrice : Félix Sauvage
• Direction : Gillian Barratt
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Pharmacotechnie et biopharmacie
• Date : Soutenance le 16/11/2016
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué (Châtenay-Malabry, Hauts-de-Seine ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Galien Paris-Saclay (Châtenay-Malabry, Hauts-de-Seine ; 1998-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Elias Fattal
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gillian Barratt, Juliette Vergnaud-Gauduchon, Jean-Luc Coll
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Meyer, Béatrice Heurtault

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanomédecine

Liposomes

Cancer -- Thérapeutique

Mots clés libres

Liposomes

Hsp90

Cancer

Nanomédecine

Xénogreffe orthotopique

Liposomes

Hsp90

Cancer

Nanomedicine

Orthotopic xenograft

Résumé

Hsp90 (heat shock protein 90) est une protéine chaperonne ubiquitaire et conservée impliquée dans le repliement et la réparation de protéines dites « clientes ». Parmi ces protéines, de nombreuses sont impliquées dans des phénomènes oncogéniques, faisant de hsp90 une cible d’intérêt dans le traitement du cancer. Hsp90 est constituée de trois domaines, un domaine N-terminal site de l’hydrolyse de l’ATP, nécessaire à sa fonction ; un domaine intermédiaire où vient se fixer la protéine cliente et un domaine C-terminal impliqué dans la dimérisation, étape indispensable pour le repliement de la protéine cliente. De nombreux inhibiteurs ont été synthétisés en ciblant ces différents domaines. Les inhibiteurs N-terminaux sont efficaces, à l’instar de la Geldanamycine en termes d’activité anti-tumorale mais des effets secondaires ainsi que des résistances au traitement ont limité leur utilisation en pratique clinique. En effet, l’inhibition N-terminale induit une réponse au stress caractérisée par une augmentation de hsp90 et de ses co-chaperonnes, souvent associée à une résistance au traitement et un pronostic défavorable. La novobiocine, un antibiotique coumarinique, est capable d’inhiber le domaine C-terminal de hsp90, sans induire de réponse au stress. Ainsi de nombreux dérivés de cette molécule ont été synthétisés, parmi lesquels on trouve le 6BrCaQ. Cette molécule induit l’apoptose et le blocage dans le cycle cellulaire sur plusieurs lignées cellulaires (dont MCF-7 et MDA-MB-231) et provoque la dégradation de plusieurs protéines clientes impliquées dans le développement tumoral mais sa faible solubilité limite son administration in vivo.Dans cette thèse, une forme liposomale du 6BrCaQ a été développée et étudiée sur des lignées cellulaires de cancer de prostate, de sein et de leucémie aigüe myéloïde in vitro et in vivo sur un modèle orthotopique de cancer du sein (MDA-MB-231 luc-GFP). Le 6BrCaQ liposomal est capable d’ induire de l’apoptose, de bloquer le cycle cellulaire sur différentes lignées cellulaires (PC-3, MDA-MB-231 et MOLM-13) mais également de ralentir la migration cellulaire sur PC-3 (test de comblement de blessure). De plus, le 6BrCaQ liposomal entre en synergie avec la doxorubicine (cellules PC-3) et la daunorubicine (cellules MOLM-13). Au niveau moléculaire, les liposomes de 6BrCaQ modifient l’expression protéique de Hsp90 sans modifier celle d’Hsp70 sur PC-3 alors que les gènes codant pour les Hsp70 semblent être légèrement induits dans MDA-MB-231. Les résultats in vivo ont montré un ralentissement de la croissance tumorale sur un modèle de cancer du sein orthotopique (MDA-MB-231-luc2-GFP) dès 13 jours de traitement pour une dose de 1 mg/kg injectée une fois par semaine. Des analyses histologiques ont révélé une augmentation de la proportion des zones nécrotiques dans le groupe traité par rapport au contrôle et une diminution significative de la prolifération cellulaire (marquage au KI67) intra-tumorale.Par ailleurs, Hsp90 possède également des isoformes et des analogues localisés dans des organites intracellulaires, parmi lesquelles, TRAP-1, localisée au niveau de la mitochondrie, impliquée dans la rgulation du métabolisme mitochondrial et qui pourrait jouer un rôle dans la progression tumorale et les métastases. Le déqualinium (DQ) est capable de cibler la mitochondrie. Dans une seconde partie du travail, des liposomes encapsulant le DQ ont été formulés dans le but de vectoriser le 6BrCaQ vers la mitochondrie. Toutefois, face à la difficulté d’encapsuler le DQ dans des liposomes, une étude de physico-chimie sur l’interaction DQ/liposomes a été mise en place pour comprendre comment le DQ agit sur les bicouches phospholipidiques. Cette étude a révélé que, malgré une capacité de ciblage mitochondrial des liposomes, le DQ était difficile à encapsuler dans les milieux salins et n’était pas inerte sur les bicouches lipidiques ce qui limite son utilisation pour la formulation de liposomes ciblant la mitochondrie.

Hsp90 (Heat shock protein 90) is an ubiquitous and well-conserved chaperone protein involved in the folding and the repair of « client » proteins. Among these proteins, several are involved in oncogenic phenomena making hsp90 an interesting target for cancer therapy. Hsp90 consists of three domains ; a N-terminal domain as the ATP hydrolysis site ; a middle domain where the client proteins binds and a C-terminal domain involved in the dimerization, a necessary step to refold the client protein. Several inhibitors were synthesized to target these different domains. N-terminal inhibitors such as Geldanamycin ; were shown to be very efficient but side effects and resistance to the treatment limited their clinical use. Indeed, N-terminal inhibition induces a stress response characterized by an increase of hsp90 and its co-chaperones which is often associated with resistance to the treatment and poor prognosis. Novobiocin, a coumarin antibiotic, is capable of inhibiting the C-terminal domain of hsp90, without inducing a stress response. Several derivatives of this molecule have been synthesized, including 6BrCaQ. The latter was effective in terms of apoptosis induction and cell cycle blockade on several cell lines (MCF-7, MDA-MB-231) and induced pro-tumoral client protein degradation but its low solubility limits its in vivo administration. In this thesis, a liposomal formulation of 6BrCaQ has been developed and studied on in prostate cancer cell lines and acute myelogenous leukemia in vitro and in vivo in an orthotopic model of breast cancer (MDA-MB-231 luc-GFP). Liposomal 6BrCaQ showed ability to induce apoptosis, to block the cell cycle on several cell lines (PC-3 and MDA-MB-231) and slow down migration of PC-3 cells (wound healing assay). Liposomal 6BrCaQ is able to synergize with doxorubicine or daunorubicine in PC-3 cells and in MOLM-13 cells, respectively. Moreover, protein and RNA expression profiles show that in PC-3 cells liposomal 6BrCaQ downregulates Hsp90 protein and in MDA-MB-231 cells slightly upregulates Hsp70 gene expression. Results obtained during in vivo experiments on the breast orthotopic model revealed a slow downslowdown of tumor growth after 13 days for a dose of 1 mg/kg injected weekly. Histological analysis revealed necrosis in treated groups and aassociated with a decreased cell proliferation (ki67 staining).Hsp90 also has isoforms and analogues localized in intracellular organelles, including, TRAP-1, localized in the mitochondrion and probably implicated in malignant progression through its role in the regulation of the mitochondrial metabolism. Dequalinium (DQ) demonstrated ability to target the mitochondrion. In a second part of the work, liposomes encapsulating DQ have been formulated in order to target 6BrCaQ to mitochondria. However, faced with the difficulty of encapsulating the DQ in liposomes, a physical chemistry study on the interaction DQ / liposomes was established to understand how DQ acts on phospholipid bilayers. Though a mitochondrial targeting capacity, this study revealed DQ was difficult to encapsulate in liposomes in saline medium and not completely inert on lipid bilayers limiting its use to target liposomes to mitochondria.