Implication de la Phospholipase D dans la progression tumorale du cancer de prostate

Phospholipase D and tumor progression of prostate cancer

• Auteur / Autrice : Mathieu Borel
• Direction : Saïda Mebarek Azzam, Leyre Brizuela Madrid
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie
• Date : Soutenance le 04/11/2020
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Interdisciplinaire Sciences-Santé (Villeurbanne ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Chimie et Biochimie Moléculaires et Supramoléculaires (Villeurbanne, Rhône)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Jury : Président / Présidente : David Magne
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Saïda Mebarek Azzam, Leyre Brizuela Madrid, Nathalie Andrieu-Abadie, Olivier Lefèbvre, Nicolas Vitale
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Nathalie Andrieu-Abadie, Olivier Lefèbvre

Mots clés

Mots clés contrôlés

Exosomes

Métastases osseuses

Prostate -- Cancer

Mots clés libres

Phospholipase D

Cancer de prostate

Exosomes

Métastase osseuse

Phospholipase D

Prostate cancer

Exosomes

Bone metastasis

Résumé

La phospholipase D (PLD) est une enzyme qui catalyse l’hydrolyse de la phosphatidylcholine en choline et en acide phosphatidique (PA). Le PA est un lipide bioactif impliqué dans de nombreuses voies de régulations biochimiques ; il possède des propriétés structurales qui facilitent la courbure des membranes biologiques et leur fusion/fission. Chez l’Homme il existe 6 isoformes de PLD, mais seules les PLD1 et PLD2 sont ubiquitaires et catalytiquement actives. Ces enzymes ont été impliquées dans les processus de prolifération, de migration et d’invasion en jeu lors de la progression tumorale dans de très nombreux types de cancers. Le cancer de la prostate (CaP) est le 4ème cancer par incidence et il est responsable de plus de 8.000 morts chaque année en France. Il a pour caractéristique de métastaser principalement au niveau de l’os. Les métastases formées sont majoritairement ostéoblastiques, ce qui conduit à la formation anarchique d’os induisant de nombreuses fractures et la compression de nerfs, des complications très douloureuses. A ce jour il n’existe pas de stratégie effective pour prévenir et guérir la métastase osseuse du CaP. Durant la dernière décennie les exosomes, des microvésicules extracellulaires d’origine endocytique, sont apparus comme étant de puissants vecteurs de la communication entre la cellule tumorale et le microenvironnement métastatique. Par ce biais la cellule tumorale est capable de moduler l’activité et la prolifération des cellules de la niche métastatique. Les ostéoblastes (qui produisent l’os) sont une cible intéressante dans l’étude du dialogue entre la cellule du CaP et le site méta- statique, particulièrement dans le contexte de la métastase ostéoblastique. Il a aussi été montré que la PLD2 pourrait réguler la production des exosomes, en modulant l’axe ALIX-synthénine impliqué dans leur biogenèse. Ainsi, nous avons fait l’hypothèse que la PLD pourrait réguler l’avancement métastatique osseux du CaP, en modulant la production d’exosomes par les cellules du CaP. Dans un premier temps nous avons évalué l’action de la PLD sur la prolifération, l’invasion, la survie et la migration de la cellule tumorale du CaP. L’inhibition pharmacologique et l’invalidation de cette enzyme conduisent à une baisse de la survie, de la prolifération et de la migration des cellules du CaP. Nous avons mis en évidence que l’expression de la PLD2 était augmentée lors d’un sevrage partiel en sérum des cellules PC-3 (une lignée cellulaire de CaP dérivée d’une métastase osseuse). Dans ces conditions, l’activité PLD est aussi augmentée de manière significative et cela est corrélé à une capacité de migration accrue des cellules PC-3. Dans un deuxième temps nous avons pu montrer que la PLD intervenait dans le dialogue entre la cellule tumorale et l’ostéoblaste. En effet, des ostéoblastes traités avec des exosomes dérivés de la lignée métastatique C4-2B ont une activité et une expression de la phosphatase alcaline (un marqueur de la minéralisation) augmentées, alors que si les exosomes ont été générés en présence d’un inhibiteur pharmacologique de la PLD, ils perdent leur capacité à induire l’ostéogènese. D’autre part l’inhibition de la PLD conduit à une baisse de la production des exosomes de 40 % ; baisse qui peut être résolue par un apport exogène de PA, ce qui confirme le rôle essentiel de l’activité PLD dans la genèse des exosomes. La PLD est donc une enzyme clef tant dans la survie, la prolifération et la migration des cellules tumorales prostatiques. Elle régule aussi potentiellement la métastase osseuse du CaP en modulant la sécrétion et l’activité des exosomes dérivés du CaP.

Phospholipase D (PLD) is an enzyme that catalyzes the hydrolysis of phosphatidylcholine to yield choline and phosphatidic acid (PA). PA is a bioactive lipid involved in many biochemical regulatory pathways, it has structural properties that promote the curvature and the fusion/fission of biological membranes. In humans, there are six isoforms of PLD, but only PLD1 and PLD2 are ubiquitous and catalytically actives. Both PLD1 and PLD2 have been linked to the processes of proliferation, migration, and invasion occurring during the tumor progression of many different cancer types. Prostate cancer (CaP) is the 4th cancer by occurrence in both sexes. This cancer is responsible for more than 8,000 death annually in France. It has the particularity to metastasize nearly exclusively to the bone. The bone metastasis formed by CaP being of osteoblastic phenotype in the vast majority of cases. This leads to the anarchic formation of bone tissue which is responsible for fractures, and nerve compression which are painful complications. To this day, there is no effective strategy to prevent and cure CaP bone metastasis. During the last two decades, exosomes : microvesicles of endocytic origin, have emerged as powerful communication cargoes in the dialog between tumor cells and their environment. Through exosomes, the tumor cell is able to manipulate the distant metastatic niche. Among the cells present in this metastatic niche are osteoblasts, the cells responsible for the synthesis of bone, thus, they are a potential target to explore how the CaP cells modify the bone microenvironment during the metastatic process. PLD2 was shown to be involved in the biosynthesis pathway of exosomes since it regulates the ALIX-synthenin pathway. Together these elements lead us to hypothesize that PLD might regulate the metastatic spread of CaP by modulating the ability of those cells to secrete exosomes. Firstly, we evaluated the impact of PLD activity on the survival, prolifération, and migration of CaP cell lines. We successfully showed that the pharmacological inhibition of PLD yielded to a drop in the survival, proliferation, and migration of CaP cell lines. We also demonstrated that PLD2 expression was increased during a partial serum starvation of the PC-3 cell line (an aggressive CaP cell line derived from a bone metastasis). In those conditions, PLD activity was increased as well and this was correlated with an increased migration of PC-3 cells. Secondly, we could show that PLD was involved in the dialog between the tumor cells and osteoblasts. Indeed, osteoblasts that are treated with exosomes derived from the metastatic cell line C4-2B have increased levels of alkaline phosphatase expression and activity (alkaline phosphatase is a marker of osteoblasts activity). Whereas, exosomes that were produced in the presence of a PLD pharmacological inhibitor (halopemide) lost their capacity to induce osteogenesis in osteoblasts. What’s more the inhibition of PLD with halopemide (in the C4-2B cells) led to a drastic drop in exosome production (40 % diminition). This drop was compensated if PA was added to the halopemide treated cells, indicating that PLD promotes exosome secretion through its product PA. Thus, PLD is a key enzyme in the survival, proliferation, and migration of CaP cells. It also indirectly regulates the bone metastasis by altering both the number and activity of exosomes secreted by CaP cells.