Rôle du canal calcique Orai3 dans la résistance à la chimiothérapie dans le cancer du poumon : implication des cellules souches cancéreuses

Role of the calcium channel Orai3 in chemoresistance in lung cancer : involvement of cancer stem cells

• Auteur / Autrice : Hiba Abou Daya
• Direction : Halima Ouadid-Ahidouch, Frédéric Hague
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie-Santé. Physiopathologie humaine
• Date : Soutenance le 05/11/2020
• Etablissement(s) : Amiens
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, technologie et santé (Amiens)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physiologie cellulaire et moléculaire (Amiens ; 2003-....)
• Jury : Président / Présidente : Loïc Garçon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Halima Ouadid-Ahidouch, Frédéric Hague, Loïc Lemonnier, Fabien Van Coppenolle, Nicolas Jonckheere
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Loïc Lemonnier, Fabien Van Coppenolle

Mots clés

Mots clés contrôlés

Canaux calciques

Cisplatine

Mots clés libres

Orai3

Cancer du poumon non à petites cellules

Chimiorésistance

Cellules souches cancéreuses

Calcium signaling

Non-Small cell lung cancer

Chemoresistance

Cancer stem cells

Cisplatin

Résumé

Depuis son approbation par la FDA (Food and Drug Administration) en 1978, la thérapie par les sels de platine reste le traitement chimiothérapeutique standard actuel pour le cancer du poumon non à petites cellules (CPNPC). Cependant, la résistance aux sels de platine évolue rapidement chez les patients atteints de CPNPC et l'une des principales raisons de cette résistance est leur capacité à enrichir la population des cellules souches cancéreuses (CSC). Les canaux calciques de type SOC (Store Operated Channel) représentent la voie d'entrée majeure du calcium dans les cellules non excitables et sont impliqués dans différents processus cancéreux notamment la survie. Parmi ces canaux, le canal calcique Orai3 a été récemment identifié comme un élément important dans la résistance à la chimiothérapie dans les cellules cancéreuses du sein. De plus, ce canal est surexprimé dans les cancers CPNPC, est corrélé au grade tumoral élevé et constitue un marqueur prédictif de métastases et de mauvais pronostic chez les patients atteints de tumeurs CPNPC résécables. In-vitro, Orai3 régule la prolifération des cellules CPNPC d'une façon calcium-dépendante, via la voie Akt. À partir de ces données, mes travaux de thèse ont porté sur l'étude de l'effet potentiel du canal Orai3 dans la résistance au Cisplatine ainsi que les voies de signalisation associées dans le cancer du poumon. Nos résultats, sur lignées cellulaires et sur tissus cancéreux, montrent très clairement que le traitement chimiothérapeutique augmente l'expression d'Orai3. Cliniquement, l'augmentation de l'expression d'Orai3, après un traitement chimiotérapeutique, est associée à la non régression ou à une régression partielle de la tumeur. Dans les lignées cellulaires CPNPC, un traitement au Cisplatine augmente l'expression d'Orai3 d'une façon temps-dépendante. Cet effet s'accompagne par l'augmentation de la population des cellules souches cancéreuses (marquage avec CD133) et aussi des marqueurs des CSC notamment Nanog, SOX2 et Slug. L'invalidation de l'expression d'Orai3 ou la réduction de la concentration du calcium extracellulaire sensibilise les cellules au Cisplatine, et réduit totalement l'expression de Nanog et SOX2 et partiellement l'expression de Slug. Par ailleurs, la surexpression d'Orai3 induit la surexpression de Nanog et SOX2. D'une façon intéressante, nous avons constaté un changement de la fonction d'Orai3 en fonction du traitement au Cisplatine. En effet, Orai3 devient SOC après traitement au Cisplatine, ou dans les cellules surexprimant Orai3, alors qu'il régule l'entrée calcique basal avant le traitement ou dans les cellules transfectées avec le vecteur vide. Cette fonction SOC d'Orai3 est retrouvée aussi dans les cellules souches cancéreuses. Finalement, nous avons montré qu'en inhibant la voie Akt, aucune augmentation des marqueurs de CSC n'a été observée et la réponse au Cisplatine a été favorisée. En conclusion, l'augmentation de l'expression d'Orai3 permet à ce canal de devenir SOC favorisant ainsi l'entrée du calcium. Ce dernier, via la voie Akt, permet l'enrichissement de la population des CSC (augmentation des marqueurs des CSC) insensibles au Cisplatine. L'ensemble de nos résultats montre, pour la première fois, le rôle du canal Orai3 dans la résistance à la chimiothérapie due à l'augmentation de la population des cellules souches. Par conséquent, Orai3 pourrait constituer un biomarqueur prédictif du choix des médicaments chimiothérapeutiques

Since approved by the FDA (Food and Drug Administration) in 1978, platinum doublet therapy remains the current gold standard chemotherapeutic treatment for non-small cell lung cancer (NSCLC). However, resistance to platinum salts evolves rapidly in patients with NSCLC and one of the major reasons behind this resistance is their proved ability to enrich CSC (cancer stem cell) population. Calcium is recognized as an activator of critical signaling pathways, including the ones responsible for resistance to apoptosis. Herein, the calcium channel Orai3 has been recently identified as an important element in the resistance to chemotherapy in breast cancer cells. Furthermore, Orai3 channel is overexpressed in NSCLC tissues, is correlated to a high tumor grade and constitutes a predictive marker of metastasis and survival in resectable NSCLC tumors. In-vitro, Orai3 channel controls cell proliferation in NSCLC cell lines in a calcium dependent manner, via the Akt pathway. In the present work, we investigated the role of Orai3 channel in resistance to Cisplatin in NSCLC and the signaling pathways associated. We found that Orai3 channel becomes overexpressed after treatment with Cisplatin in NSCLC tissues and cell lines. Clinically, Orai3 overexpression after chemotherapy was associated with partial or no tumor regression. In cell lines, Cisplatin treatment increased Orai3 expression in a time-dependent manner and this overexpression was accompanied by an enrichment of CSCs population demonstrated by CD133 staining and an overexpression of the CSCs markers Nanog, SOX-2 and Slug. Moreover, Orai3 silencing or the reduction of extracellular calcium concentration sensitized the cells to Cisplatin and leads to a drastic reduction in the expression of Nanog and SOX-2 and a partial reduction of Slug expression. Furthermore, Orai3 overexpression induced the overexpression of both markers Nanog and SOX-2. Interestingly, we remarked a change in the function of Orai3 upon the treatment with Cisplatin. In basal conditions, Orai3 was found to regulate basal calcium entry in control cells or cells transfected with an empty vector while upon the treatment with Cisplatin or when Orai3 is overexpressed via Orai3 vector transfection, it becomes involved in SOC entry. We also noticed that Orai3 functions as SOC channel in CSCs. Finally, we found that upon the inhibition of the signaling pathway Akt, the expression of the stemness markers didn’t increase and Cisplatin’s efficiency was enhanced. In a conclusion, Orai3 overexpression enables the channel to become a SOC channel and favors the calcium entry. Also, Orai3 channel, via the Akt pathway, promotes the enrichment of CSCs which are insensitive to Cisplatin. Taken together, our results show for the first time that Orai3 channel is able to induce chemoresistance in NSCLC cells by increasing the CSCs population. Our findings provide a new context in the understanding of NSCLC resistance to chemotherapy and present Orai3 as a promising biomarker which could help in the choice of chemotherapeutic drugs for patients with NSCLC