Caractérisation biochimique de la régulation de mTORC1 par le métabolisme de la glutamine

Biochemical characterization of mTORC1 regulation by glutamine metabolism

• Auteur / Autrice : Clément Bodineau
• Direction : David Santamaria, Raúl V. Durán
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie
• Date : Soutenance le 30/10/2020
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Talence, Gironde ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Actions for OnCogenesis understanding and Target Identification in ONcology (Bordeaux ; 2016-2021)
• Jury : Président / Présidente : Ijsbrand M. Kramer
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Santamaria, Raúl V. Durán, Ijsbrand M. Kramer, Mitsugu Shimobayashi, Ana Zubiaga, Abelardo López, Svetlana Dokudovskaya
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mitsugu Shimobayashi, Ana Zubiaga

Mots clés

Mots clés contrôlés

AMP kinase

Cellules cancéreuses

Métabolisme

Glutamine

Mots clés libres

Mtorc1

Glutamine

Métabolisme

Ampk

GABA shunt

Asns

Mtorc1

Glutamine

Metabolism

Ampk

GABA shunt

Asns

Résumé

La glutamine est l'acide aminé le plus abondant dans le sang des mammifères et son métabolisme est particulièrement important pour la prolifération des cellules tumorales. Les cellules cancéreuses métabolisent la glutamine principalement par la glutaminolyse, un processus métabolique catabolisé par la glutaminase (GLS) et la glutamate déshydrogénase (GDH) qui active la signalisation mTORC1. Avec l'AMPK, la voie mTORC1 est un régulateur clé de la croissance et de la prolifération cellulaire. L'activation déséquilibrée de mTORC1 par la glutaminolyse en absence d'acides aminés entraîne une mort cellulaire apoptotique non canonique appelée ''glutamoptose''. Dans ce projet de thèse, nous avons identifié que la réactivation de l'AMPK empêchait à la fois l'activation de mTORC1 et la mort cellulaire pendant la glutamoptose, in vitro et in vivo ; ce qui suggère un rôle actif de l'AMPK pendant ce processus. De façon surprenante, le lien entre la glutamine et l'AMPK, médié par l'ATP, n'a pas nécessité la participation de la glutaminolyse. Nous avons cependant démontré le rôle crucial de l'asparagine synthétase (ASNS) et du GABA shunt dans la production d'ATP en présence seulement de glutamine, qui s’est révélé nécessaire au contrôle métabolique de l'axe AMPK/mTORC1. En effet, l'inhibition complète de mTORC1 a nécessité à la fois l'inhibition de la GLS et de l'ASNS. Par conséquent, nous proposons un modèle par lequel le métabolisme de la glutamine régule la voie mTORC1 par deux branches indépendantes impliquant la glutaminolyse et l’ASNS/GABA shunt qui devrait être envisagé pour d'éventuelles thérapies ciblées contre le cancer.

Glutamine is the most abundant amino acid in the blood of mammals and its metabolism is particularly important for tumour cell proliferation. Cancer cells metabolize glutamine mostly through glutaminolysis, a metabolic process catabolized by glutaminase (GLS) and glutamate dehydrogenase (GDH) that activates mTORC1 signalling. Together with AMPK, the mTORC1 pathway is a key regulator of cell growth and proliferation. The unbalanced activation of mTORC1 by glutaminolysis during amino-acid starvation leads to a non-canonical apoptotic cell death known as “glutamoptosis”. In this thesis project, we identified that the reactivation of AMPK prevented both mTORC1 activation and cell death during glutamoptosis both in vitro and in vivo; suggesting an active role of AMPK during this process. Surprisingly, the connection between glutamine and AMPK, mediated by ATP, did not involve the necessary participation of glutaminolysis. Rather, we demonstrated the crucial role of the asparagine synthetase (ASNS) and the GABA shunt for the production of ATP during glutamine sufficiency, necessary for the metabolic control of the AMPK/mTORC1 axis. Indeed, the complete inhibition of mTORC1 required both the inhibition of GLS and the ASNS. Hence, we propose a model by which glutamine metabolism regulates mTORC1 pathway through two independent branches involving glutaminolysis and ASNS/GABA shunt that should be considered for potential targeted therapies against cancer.