Rôle de la protéine STING dans la résistance du cancer du sein à la chimiothérapie

Role of STING protein in breast cancer resistance to chemotherapy

• Auteur / Autrice : Laura Cheradame
• Direction : Vincent Goffin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et moléculaire
• Date : Soutenance le 15/11/2019
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Necker Enfants-Malades (Paris ; 2014-....)
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Rieux-Laucat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Rieux-Laucat, Nina Robin, Mauro Modesti, Thierry Dubois, Stefano Cairo
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Nina Robin, Mauro Modesti

Mots clés

Mots clés contrôlés

Immunologie

Cancer

Chimiothérapie anticancéreuse

Mots clés libres

Cancer du sein

Chimiothérapie

Réparation de l'ADN

STING

Interférons

Breast cancer

Chemotherapy

DNA repair

STING

Interferons

Résumé

Le cancer du sein est un problème de santé publique majeur qui tue plus de 600 000 femmes par an dans le monde. La majorité des patientes répondent bien au traitement initial, mais dans de nombreux cas, les cellules cancéreuses développent des mécanismes de résistance au traitement, ce qui conduit à une récidive tumorale fatale pour la patiente. Pour tenter d'élucider les mécanismes de résistance du cancer du sein à la chimiothérapie, le partenaire industriel de cette thèse CIFRE (Xentech) a développé un large panel de PDX (pour Patient Derived Xenograft). Ce modèle expérimental préclinique consiste à implanter, sur des souris immunodéficientes, des fragments de tumeurs directement prélevées chez les patientes. L'analyse de ces PDXs après traitement des souris par chimiothérapie a permis de mettre en évidence la surexpression d'une signature de gènes cibles des interférons (IFN), dénommée signature IFN/STAT1, par les cellules cancéreuses résiduelles, c'est-à-dire les cellules qui ont résisté à la chimiothérapie et qui sont responsables de la récidive tumorale. Le but de ce travail de thèse était i) d'élucider les mécanismes d'induction de cette signature et ii) d'évaluer son impact sur la progression tumorale mammaire. Nous avons d'abord identifié des modèles cellulaires de cancer du sein qui reproduisent in vitro l'induction de cette signature suite à un stress génotoxique (chimiothérapie). Nous avons démontré que cette signature était induite par l'expression d'IFNs qui, par un mécanisme autocrine/paracrine, activent la voie de signalisation canonique JAK/STAT. Nous avons ensuite démontré que cette production d'IFN était induite par la voie STING/TBK1/IRF3. STING (Stimulator of Interferon Genes) est un senseur de l'ADN cytosolique, bien connu pour être activé dans les cellules immunitaires suite à une infection par un pathogène à ADN (virus, bactéries). Nous avons proposé que, dans les cellules cancéreuses, STING est activé par l'ADN génomique endommagé qui s'accumule dans le cytoplasme suite au traitement génotoxique. C'est la première fois que l'activation de la voie STING/TBK1/IRF3 est mise en évidence dans le contexte tumoral humain. Au plan fonctionnel, nous avons démontré que l'expression de la grande majorité des gènes de la signature IFN/STAT1 conférait une résistance au traitement génotoxique. Au cours de ces travaux, nous avons découvert une localisation subcellulaire inattendue de STING. Alors que cette protéine est habituellement décrite comme résidente du réticulum endoplasmique, nous avons détecté sa présence à la membrane interne du noyau des cellules cancéreuses. Cette observation nous a conduit à découvrir que STING stimulait la réparation de l'ADN des cellules cancéreuses, en interagissant avec le complexe nucléaire de réparation DNA-PK, et en stimulant son assemblage aux sites de cassures de l'ADN. Ainsi, l'inhibition génétique de STING augmente la quantité d'ADN endommagé, diminue la viabilité des cellules cancéreuses, et les rend plus sensibles à un traitement génotoxique. Ces travaux révèlent la première fonction de STING indépendante de l'induction de gènes pro-inflammatoires. Au vu de la capacité de STING à stimuler l'immunité anti-tumorale (immunosurveillance), des agonistes de STING sont actuellement testés en essais cliniques dans différents cancers. Allant à l'encontre du dogme actuel, notre travail démontre un rôle pro-tumoral de STING intrinsèque aux cellules cancéreuses, impliquant deux mécanismes : l'expression de gènes de survie et la réparation de l'ADN. Cette découverte dévoile un nouveau paradigme quant à l'implication de STING dans le cancer et pose la question de son ciblage thérapeutique. Alors que la tendance actuelle est à la stimulation, son inhibition pourrait dans certains cas être bénéfique.

Breast cancer is a major public health issue that kills more than 600 000 women per year worldwide. Most patients initially respond to treatment, but in many cases, cancer cells develop resistance mechanisms that lead to tumor recurrence and ultimately patient death. To identify mechanisms of breast cancer resistance to chemotherapy, our industrial partner (Xentech) has developed a large panel of Patient-Derived Xenografts (PDXs). These preclinical models consist in implanting fragments of patient tumor into immunodeficient mice. Using these models, Xentech discovered that residual cells, which resist the treatment and cause the recurrence, specifically overexpress a set of interferon (IFN)-stimulated genes referred to as the 'IFN/STAT1 signature'. The aim of my PhD project was i) to elucidate the molecular mechanisms of induction of this signature and ii) to determine its impact on mammary tumor progression. First, we identified breast cancer cell lines that express in vitro the IFN/STAT1 signature in response to genotoxic stress (chemotherapy). We showed that this signature was induced by IFNs that activate the canonical JAK/STAT signaling in an autocrine/paracrine manner. Then, we showed that the expression of IFNs was induced by the STING/TBK1/IRF3 signaling pathway. STING, for Stimulator of Interferon Genes, is a well-known DNA sensor that activates immune responses following viral and bacterial infection. We propose that, in cancer cells, STING is activated by damaged genomic DNA that accumulates within the cytoplasm following genotoxic stress. During this work, we uncovered an unexpected subcellular localization of STING. Indeed, while this protein is usually described as an endoplasmic reticulum resident protein, we detected it at the inner nuclear membrane of cancer cells. This observation led us to discover that STING stimulates DNA repair by interacting with, and promoting the assembly of, the DNA repair complex DNA-PK. Genetic inhibition of STING increased DNA damage, reduced cancer cell survival and sensitized them to genotoxic stress. This work unveils the first function of STING that is independent of the induction of pro-inflammatory genes. Based on the rational that STING stimulates anti-tumor immunity (immunosurveillance), STING agonists are currently being tested in clinical trials for different cancer types. Against the current dogma, our work demonstrates a cell-autonomous pro-tumoral role of STING that involves two distinct molecular mechanisms: the induction of survival genes and DNA repair. Our work unveils a new paradigm for STING involvement and therapeutic targeting in cancer. While the clinic is currently inclined towards STING activation, its inhibition could be in some cases beneficial.