Etude de la correction de mutations non sens par de nouvelles molécules pouvant servir d'approches thérapeutiques ciblées

Study of the correction of nonsense mutations by new molecules useful to develop targeted therapeutic approaches

• Auteur / Autrice : Hana Benhabiles
• Direction : Fabrice Lejeune
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie et biologie moléculaire
• Date : Soutenance le 20/12/2017
• Etablissement(s) : Lille 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École graduée Biologie-Santé (Lille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Mécanismes de la tumorigenèse et thérapies ciblées (M3T)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Thérapie moléculaire ciblée

Maladies rares

Mutation ponctuelle

Gènes p53

ARN messager

Tumeurs

Dissertation universitaire

Dégradation des ARNm non-sens

Thérapie moléculaire ciblée

Maladies héréditaires

Gène p53

ARN messagers

Cancer

Mots clés libres

Mutations non sens

Codon stop précoce

Translecture

Cancer

ARN messager

Nonsense mutations

Premature termination codons

MRNA

Résumé

Les mutations non sens introduisent un codon stop prématuré dans une phase ouverte de lecture. Ce type de mutation est retrouvé chez environ 11% des patients atteints de maladies génétiques et dans de nombreux cancers. En effet, entre 5 et 40% des mutations affectant des gènes suppresseurs de tumeurs sont des mutations non sens. La conséquence de la présence d’une mutation non sens dans un gène est la dégradation rapide de l’ARN messager correspondant, par l’activation d’un mécanisme de surveillance des ARN appelé NMD (pour nonsense-mediated mRNA decay) conduisant à une absence d’expression du gène mutant. Dans le cas des cancers, l’absence d’expression d’un gène suppresseur de tumeurs tel que TP53, perturbe un ensemble de processus biologiques dont l’apoptose, facilitant ainsi la progression tumorale.En utilisant un système de criblage moyen débit permettant d’identifier des molécules capables de ré-exprimer des gènes porteurs d’une mutation non sens en inhibant le NMD et/ou en activant la translecture, plusieurs molécules ont été identifiées. La translecture est un mécanisme naturel conduisant à l’incorporation d’un acide aminé à la position du codon stop prématuré au cours de la traduction. Parmi les molécules identifiées, je me suis intéressée à un extrait végétal nommé H7 et au composé CNSM1 (pour corrector of nonsense mutation 1) qui permettent une ré-expression très efficace du gène TP53 lorsqu’il est porteur d’une mutation non sens. J’ai caractérisé ces composés en montrant notamment la ré-expression du gène TP53 porteur d’une mutation non sens dans différentes lignées cellulaires issues de différents cancers. J’ai montré également la très faible toxicité de ces molécules, validant leur potentielle utilisation en clinique. Mon étude a aussi permis de montrer que la protéine p53 synthétisée est fonctionnelle puisqu'elle est capable d’induire l’activation transcriptionnelle d’un de ses gènes cibles, le gène TP21.En permettant la ré-expression du gène suppresseur de tumeur mutant, des molécules comme CNSM1 ou H7 restaurent la capacité des cellules à entrer en apoptose et pourraient aussi réduire certaines résistances à la chimiothérapie.De plus, par une approche d’édition du génome, j’ai confirmé le lien existant entre le blocage du cytosquelette et l’inhibition du NMD. J’ai aussi identifié deux protéines impliquées dans le réarrangement du cytosquelette qui pourraient être ciblées pour inhiber le NMD en thérapie et ré-exprimer une protéine tronquée fonctionnelle. L’utilisation de H7 ou de CNMS1 pourrait ainsi être couplée à une inhibition du NMD pour optimiser la correction des mutations non sens. Ces molécules correctrices de mutations non sens représentent de nouvelles approches thérapeutiques ciblées du cancer et des maladies rares liées aux mutations non sens.

Nonsense mutations generate premature termination codons (PTC) within an open reading frame. This type of mutation is found in about 11% of patients with genetic disorders. Concerning cancer, 5 to 40% of mutations affecting tumor-suppressing genes are nonsense mutations. The presence of a PTC in a gene leads to rapid degradation of its mRNA mediated by the RNA surveillance mechanism named NMD (Nonsense-mediated mRNA decay) preventing the synthesis of truncated proteins. In cancer, the absence of expression of tumor suppressing genes such as TP53 interferes with many biological pathways including apoptosis enabling tumor progression.A screening system that allows identifying molecules capable of re-expressing genes harboring nonsense mutations by inhibiting the NMD system and/or by activating readthrough has been developed in the lab. Readthrough is a natural mechanism, which occurs during translation, leading to the incorporation of an amino acid at the PTC position. Among the molecules that have been identified thanks to the screen, a natural extract named H7 and a compound named CNSM1 efficiently rescues the expression of the nonsense-mutated TP53 gene carrying a PTC.CNSM1 and H7 induces the expression of full-length proteins from PTC-containing genes indicating that these compounds are capable of activating readthrough. I validated the screen results on several cancer cell lines harboring an endogenous nonsense mutation in TP53 gene and showed that the function of p53 was restored in the presence of CNSM1 or H7. I also investigated the cellular toxicity related with the use of CMNS1 on cultured cells and the in vivo effect of H7 in a mouse model harboring a nonsense mutation in dystrophin gene. My results demonstrate that these compounds have a mild cellular toxicity. In addition, using a genome editing approach I confirmed the relationship between the cytoskeletal blockage and the NMD inhibition. I identified two proteins that are implicated in the cytoskeletal rearrangement, which might be targeted to induce NMD inhibition and then the expression of truncated but functional protein from the mutated mRNA. H7 or CNMS1 might be coupled to an NMD inhibition strategy to improve the nonsense mutation correction. Knowing CNSM1 and H7 are so far the most efficient molecule capable of rescuing the expression of PTC-containing genes, these compounds represents a realistic hope for a new-targeted therapy for pathologies associated with nonsense mutations.