Implication de PXR, Pregnane X Receptor, dans la résistance aux inhibiteurs de kinases en cancérologie : application au cancer de la prostate et mélanome

Involvement of PXR (Pregnane X Receptor) in resistance to kinases inhibitors : application to prostate cancer and melanoma

• Auteur / Autrice : Alice Matheux
• Direction : Philippe Pourquier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Soutenance le 11/12/2020
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Cancérologie (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Céline Gongora
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Pourquier, Céline Gongora, Gaëlle Fromont-Hankard, Fabienne Thomas, Litaty Mbatchi, Joseph Ciccolini
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Gaëlle Fromont-Hankard, Fabienne Thomas

Mots clés

Mots clés contrôlés

Génétique

Métabolisme

Inhibiteurs des protéines kinases

Prostate -- Cancer

Mots clés libres

Gènes du métabolisme

Réponse tumorale

Combinaisons

Inhibiteurs de kinases

Genes involved in metabolism

Cancer cells'

Combination therapies

Kinases inhibitors

Résumé

La résistance clinique aux anticancéreux reste l’une des causes majeures de l’échec des traitements. Cette résistance est multifactorielle et implique un ensemble de mécanismes dont certains ne sont pas encore totalement élucidés. Parmi eux se trouvent des mécanismes impliquant les enzymes du métabolisme et du transport des médicaments dont les gènes sont majoritairement régulés par les récepteurs nucléaires, et notamment PXR (Pregnane X Receptor) ou NR1I2. Son expression et activité via l’expression de ses gènes cibles a souvent été décrite comme étant associée à la chimiorésistance dans des cellules cancéreuses, notamment dans le cancer de la prostate. Le cancer de la prostate résistant à la castration (CPRC) fait partie des cancers pour lequel aucun inhibiteur de kinase (IK) n’a été approuvé malgré un nombre conséquent d’essais cliniques qui se sont soldés par des échecs. Notre travail de Thèse a consisté à étudier l’impact de l’activité de PXR sur l’efficacité des inhibiteurs de kinases dans le contexte du CPRC. Nous avons premièrement confirmé la plus grande fréquence de l’expression de PXR dans les stades avancés de cancer de la prostate sur une cohorte de 512 tissus de patients. Nous avons également démontré que la surexpression stable de PXR dans les cellules de cancer de la prostate 22RV1 conférait une hypersensibilité à l’afatinib, l’erlotinib ou le dabrafénib alors qu’elle conférait une résistance au dasatinib et n’affectait pas la réponse aux autres inhibiteurs testés. L’hypersensibilité à l’afatinib était associée à une augmentation de la concentration intracellulaire de l’inhibiteur et une surexpression significative du transporteur d’influx SLC16A1. De manière intéressante, l’inhibition pharmacologique de SLC16A1 par le dérivé BAY-8002 inhibe l’effet de sensibilisation à l’afatinib par la surexpression de PXR, démontrant pour la première fois le rôle clé de ce transporteur dans la réponse à ce médicament. En parallèle, nous nous sommes intéressés à la possibilité que les inhibiteurs de kinases puissent avoir un effet agoniste de PXR et être à l’origine d’interactions médicamenteuses. Ce volet repose sur des données publiées démontrant une activité agoniste de PXR pour le dabrafénib, pouvant induire l’expression des gènes cibles de PXR tout aussi efficacement que l’agoniste de référence SR12813. Nous avons donc étudié l’effet de la surexpression de PXR sur la réponse aux combinaisons d’inhibiteurs de kinases ciblant BRAF et MEK approuvées dans le mélanome. Nos résultats préliminaires démontrent que dans les cellules de mélanome A375 mutées BRAF V600E, la surexpression de PXR induit une sensibilisation aux combinaisons dabrafenib+tramétinib et vémurafénib+cobimétinib aussi bien qu’aux inhibiteurs utilisés seuls, suggérant que les effets agonistes de PXR ne sont pas responsables de cette sensibilisation mais que d’autres mécanismes, qui sont en cours d’étude, soient mis en jeu. Ils renforcent néanmoins l’intérêt d’utiliser PXR en tant que nouveau marqueur prédictif de l’efficacité des inhibiteurs de kinases en clinique.

Clinical resistance to anti-cancer drugs remains one of the major causes of treatment failure. This resistance is pleiotropic and involves various mechanisms, including drug transport and metabolism that implicate key enzymes the expression of which is regulated by nuclear receptors, in particular the Pregnane X Receptor (PXR or NR1I2). The expression of PXR and of its target genes have been associated with chemoresistance in various cancer cell models, including prostate cancer cells. There are currently very few options for the treatment of castration-resistant prostate cancer (CRPC), and despite numerous clinical trials, no kinase inhibitor has been approved in that indication. Our project was intended to study the impact of PXR activity on the efficacy of kinase inhibitors in CRPC. Using a tissue microarray of 512 patients, we first confirmed that the expression of PXR was more frequently detected in late stages of prostate cancers. We also demonstrated that stable expression of human PXR could sensitize 22RV1 prostate cancer cells to afatinib, erlotinib or dabrafenib, whereas it conferred a resistance to dasatinib and had no significant effect on other kinase inhibitors tested. Hypersensitivity to afatinib was associated with an increase in the intracellular concentration of the drug and a significant increase in the expression of the monocarboxylate transporter SLC16A1. Interestingly, pharmacological inhibition of SLC16A1 by the BAY-8002 derivative inhibited PXR-mediated sensitization of 22RV1 cells to afatinib, demonstrating for the first time the critical role of this transporter in the cell response to this kinase inhibitor. In parallel, we also studied whether kinase inhibitors could exert an agonist activity towards PXR and be responsible for potential drug-drug interactions. This relied on published observations demonstrating that dabrafenib is a PXR agonist, able to induce the expression of PXR target genes with the same potency as the reference agonist SR12813. We then studied the effect of PXR expression on the cell response to combinations of kinases inhibitors targeting BRAF and MEK that are approved in the treatment of melanomas. Our preliminary results demonstrate that, in BRAF V600E mutated A375 melanoma cells, stable expression of PXR could induce a sensitization to dabrafenib+trametinib and vemurafenib+cobimetinib combinations and to each inhibitor used alone, suggesting that other mechanisms currently under investigation, but not PXR agonist activity, are involved in this process. Nevertheless, our results further strengthen the fact that PXR could be used as a new predictive biomarker of the efficacy of kinases inhibitors in the clinic.