La biogénèse des ribosomes comme cible thérapeutique dans le cancer du sein

Ribosome biogenesis as a novel therapeutic target in breast cancer

• Auteur / Autrice : Piero Lo Monaco
• Direction : Jean-Jacques Diaz, Frédéric Catez
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Oncologie
• Date : Soutenance le 21/01/2020
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Biologie Moléculaire Intégrative et Cellulaire (Lyon ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Recherche en Cancérologie de Lyon
• Jury : Président / Présidente : Anne-Catherine Prats
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Jacques Diaz, Frédéric Catez, Anne Veyrier-Cammas, Charles Dumontet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anne-Catherine Prats, Lorenzo Montanaro

Mots clés

Mots clés contrôlés

Thérapie moléculaire ciblée

Cancer du sein

Ribosomes

Mots clés libres

Biogénèse des ribosomes

Fibrillarine

Cible thérapeutique

Cancer

Triple négatif

Ribosome biogenesis,,,,

Fibrillarin

Therapeutic target

Cancer

Triple negative breast cancer

Résumé

Le cancer du sein est classé en plusieurs sous-types dont les caractéristiques cliniques varient considérablement. En particulier, le sous-type dit triple-négatif est associé à un mauvais pronostic et à une probabilité plus élevée de récidive. Cela s'explique principalement par l'absence de thérapies ciblées spécifiques. Il est nécessaire d'identifier de nouvelles cibles thérapeutiques, afin de développer de nouveaux médicaments. La biogénèse des ribosomes est altérée dans la plupart des cancers, en raison de la dérégulation des principales voies oncogèniques et suppresseurs de tumeur, qui régulent l'activité de la ARN Polymerase I, l'enzyme responsable de la transcription de l'ARN ribosomique. L'inhibition de la biogénèse des ribosomes a été validée comme outil thérapeutique, à partir de trois composés qui inhibent l'activité de l'ARN Polymerase I (CX-5461, CX-3543 et BMH-21) qui ciblent les cellules cancéreuses par rapport aux cellules saines. Leur activité anti-tumorale a été rapportée dans plusieurs types de cancer, mais l'avantage potentiel de cibler la biogenèse des ribosomes dans certains types de cancer du sein, notamment les triple-négatifs, n'a pas été étudié à ce jour. Bien que très peu de choses soient connues sur la biogénèse des ribosomes dans le cancers du sein triple-négatifs, il y a aujourd'hui un besoin urgent de nouveaux outils thérapeutiques et le potentiel de l'inhibition de la biogenèse des ribosomes doit être évalué. Par ailleurs, la biogenèse des ribosomes dépend de nombreux facteurs de maturation qui représentent une nouvelle famille de cibles à explorer. Ici, le ciblage de la Fibrillarine est proposé. Cela pourrait être pertinent, car la fibrillarine est souvent surexprimée dans les cancers du sein triple-négatifs et est associée à un mauvais pronostic et à un risque de récidive. Plusieurs mécanismes cytotoxiques ont été décrits dans divers modèles de cancer lors du traitement par des inhibiteurs de l'ARN Pol I et la réponse obtenue semble être propre à chaque modèle. À l'heure actuelle, comme l'effet sur les cellules est imprévisible, la caractérisation d'une telle réponse dans les modèles d'études n'est pas sans fondement, d'autant plus que les cancer du sein triple-négatifs sont très hétérogènes. Les deux principaux objectifs de cette thèse sont donc : 1. Étudier la sensibilité de lignées de cancer du sein triple négatif à l'inhibition de la biogénèse des ribosomes par un traitement pharmacologique ciblant l'ARN Polymerase I ou bien par ciblage génétique de la Fibrillarine ; 2. Déterminer les mécanismes induisant l'effet cytotoxique de l'inhibition de la biogenèse des ribosomes dans ce modèle d'étude. Dans ce travail, en utilisant un large panel de lignées de cellules cancéreuses représentant quatre sous-types différents des triple-négatifs, il est montré que l'inhibition de la biogénèse des ribosomes par les composés BMH-21 et CX-5461 induit une forte inhibition de la croissance cellulaire et une perte du phénotype tumorigène in vitro. Conformément à l'hétérogéneité du modèle, les lignées cellulaires triple-négatives présentent une large gamme de sensibilité, mais sans association avec les sous-types selon les systèmes de classification courants. Concernant les réponses cellulaires induites, un phénomène intéressant a été observé : bien que le BMH-21 provoque l'apoptose, aucun signe d'apoptose n'a été observé lors du traitement par CX-5461. De plus, les résultats montrent que l'inhibition de la biogénèse des ribosomes en aval de l'ARN Polymerase I, par ciblage génique de la Fibrillarine, induit également une forte inhibition de la croissance cellulaire, associée à une réponse apoptotique. Dans l'ensemble, ces résultats suggèrent que l'inhibition de la biogénèse des ribosomes pourrait constituer une stratégie thérapeutique prometteuse pour le cancer du sein triple-négatif et positionnent la Fibrillarine et la maturation des ARN ribosomiques comme de nouvelles cibles thérapeutiques intéressante

Breast cancer is classified into several subtypes with varying clinical features. In particular, the so-called triple negative subtype is associated with a poor prognosis and a higher probability of recurrence. This is mainly due to the lack of specific targeted therapies. It is then necessary to identify new therapeutic targets in order to develop new drugs. Ribosome biogenesis is altered in most cancers due to the deregulation of the main oncogenic and tumor suppressor pathways, which regulate the activity of RNA Polymerase I, the enzyme responsible for ribosomal RNA transcription. Inhibition of ribosome biogenesis has been validated as a therapeutic tool, on the basis of three compounds that inhibit RNA Polymerase I activity (CX-5461, CX-3543 and BMH-21) that target cancer cells versus healthy cells. Their anti-cancer activity has been reported in several cancers, but the potential benefit of targeting ribosome biogenesis in certain types of breast cancer, including triple negative breast cancer, has not been evaluated yet. Although very little is known about ribosome biogenesis in triple negative breast cancer, there is now urgent need for new therapeutic tools and the potential of inhibiting ribosome biogenesis deserves to be evaluated. In addition, ribosome biogenesis depends on many maturation factors that represent a new family of targets to be explored. Here, the targeting of Fibrillarin is proposed. This may be relevant, as fibrillarin is often overexpressed in triple negative breast cancer and is associated with poor prognosis and risk of recurrence. Several cytotoxic mechanisms have been described in various cancer models upon treatment with RNA Pol I inhibitors and the elicited response appears to be model-specific. At present, since the effect on cells is unpredictable, the characterization of such a response in study models is not unfounded, especially since triple negative breast cancer is overly heterogeneous. The two main objectives of this thesis are: 1. To investigate the sensitivity of triple negative breast cancer lines to inhibition of ribosome biogenesis by pharmacological treatment targeting RNA Polymerase I or by genetic silencing of Fibrillarin; 2. To determine the mechanisms inducing the cytotoxic effect of inhibition of ribosome biogenesis in this model. In this work, using a large panel of cancer cell lines representing four different subtypes of triple negative breast cancer, it is shown that inhibition of ribosome biogenesis by BMH-21 and CX-5461 compounds induces strong cell growth inhibition and loss of the tumorigenic phenotype in vitro. In accordance with the heterogeneity of the model, triple negative cell lines have a wide range of sensitivity, but without association with subtypes according to common classification systems. Regarding induced cellular responses, an interesting phenomenon was observed: although BMH-21 causes apoptosis, no evidence of apoptosis was observed during treatment with CX-5461. In addition, it is demonstrated that inhibition of ribosome biogenesis downstream of RNA Polymerase I, by targeting Fibrillarin, also induces strong inhibition of cell growth, associated with an apoptotic response. Overall, these results suggest that inhibition of ribosome biogenesis could be a promising therapeutic strategy for triple negative breast cancer and validate Fibrillarin and ribosome RNA maturation as a new attractive therapeutic target