Radiosensibilisation des tumeurs digestives par des molécules bioactives de l’alimentation

Radiosensitization of digestive tumors by bioactive food components

• Auteur / Autrice : Samuel Amintas
• Direction : Sandrine Dabernat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Cellulaire et Physiopathologie
• Date : Soutenance le 23/06/2022
• 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 : Biothérapie des maladies génétiques inflammatoires et cancers (Bordeaux ; 2011-2021)
• Jury : Président / Présidente : Sophie Javerzat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sandrine Dabernat, Sophie Javerzat, Alice Carrier, Dominique Delmas, Stéphane Supiot, Rodrigue Rossignol
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alice Carrier, Dominique Delmas
• DOI : 10.70675/412bde6az3cd2z4b50zbc7ez07dd0cd14359

Mots clés

Mots clés contrôlés

Adénocarcinome canalaire pancréatique

Cancer -- Radiothérapie

Cancer colorectal

Molécules bioactives

Mots clés libres

Cancer

Adénocarcinome pancréatique

Radiothérapie

Radiosensibilisation

Cancer colorectal

Molécules bioactives

Colorectal cancer

Pancreatic cancer

Radiotherapy

Radiosensitization

Bioactive food components

Cancer

Résumé

Contexte : La radiothérapie (RT) est couramment utilisée pour la prise en charge des tumeurs digestives, notamment le cancer du rectum (RC) et l'adénocarcinome du canal pancréatique (PDAC). La RT est souvent associée à la chimiothérapie pour en augmenter l'efficacité, au prix d'une toxicité importante. La radiochimiothérapie ne peut donc être proposée à tous les patients. Les composants bioactifs (BFC) d'origine naturelle, dont le resvératrol et la capsaïcine, peuvent potentialiser l'effet antitumoral des rayonnements ionisants. Cette radiosensibilisation peut être d'un grand intérêt si les tissus sains environnants sont épargnés. Objectifs : Ce travail a évalué la radiosensibilisation de modèles de PDAC et de RC par le resvératrol et la capsaïcine et a exploré les mécanismes impliqués dans leur action spécifique aux tumeurs, aux niveaux cellulaire et moléculaire. Méthodes : La survie cellulaire a été évaluée in vitro en présence de BFC sur différentes lignées cellulaires tumorales et non tumorales de PDAC et CRC. La métabolisation du resvératrol a été évaluée par spectrométrie de masse et corrélée avec l'expression des gènes des UDP-glucosyltransferases 1A (UGT1A ) par RT-qPCR. L'implication des enzymes UGT1A dans la sensibilité au resvératrol des cellules colorectales a été établie par modulation de l'expression des UGT1A. L’effet radiosensibilisant des BFCs a été évalué via l’exploration des processus d’apoptose et de leur impact sur le cycle cellulaire. Les voies moléculaires impliquées dans la radiosensibilisation ont été analysées par western blot. L'analyse de radiosensibilisation in vivo a été testée sur des xénogreffes de cellules tumorales humaines sous- cutanées. Résultats : Le resvératrol (R) et la capsaïcine (C) présentaient un effet cytotoxique sur les cellules tumorales et cet effet était renforcé par leur combinaison. Parallèlement, le cycle cellulaire était arrêté et l'apoptose induite. La résistance au resvératrol était liée à l'expression des gènes UGT1A dans les lignées digestives tumorales et non tumorales. L’inhibition de l'expression du gène UGT1A10 par shRNA permettait de réduire la métabolisation du resvératrol et augmentait sa toxicité. À l'inverse, lasurexpression du gène UGT1A10 augmentait la métabolisation et s’accompagnait d'une diminution de la cytotoxicité. Le resvératrol affectait l'homéostasie des cellules tumorales intestinales avec notamment une diminution des niveaux de nucléotides pyrimidiques, aboutissant à une réduction globale de la transcription et de la traduction. Cet effet n’était pas observé sur les cellules non-tumorales. Le resvératrol et la capsaïcine radiosensibilisaient les tumeurs xénogreffées en induisant un arrêt du cycle cellulaire et à une augmentation de l'apoptose. De plus, un meilleur contrôle de la croissance tumorale était obtenu pour les souris irradiées et traitées par les BFCs par rapport aux souris recevant uniquement la RT. Enfin, le traitement par BFCs engendrait un déséquilibre de la voie de réparation de l'ADN radio-induite amplifiant le phénomène apoptotique dans le modèle murin de tumeur PDAC. Conclusions : Les BFCs représentent des agents radiosensibilisants des tumeurs digestives prometteurs. Le resvératrol présente une cytotoxicité spécifique aux tumeurs lié fonctionnellement avec l'expression des gènes UGT1A dans les cellules et les tissus tumoraux digestifs. De plus, les BFCs et en particulier le resvératrol affectent l'homéostasie globale des cellules tumorales, en altérant les fonctions cellulaires de base. La combinaison du resvératrol et de la capsaïcine radiosensibilise les tumeurs pancréatiques et colorectales dans des modèles précliniques murins. Ces travaux positionnent les BFCs comme des solutions alternatives pour la radiosensibilisation des tumeurs, sans effet secondaire systémique souvent observé avec la chimiothérapie conventionnelle.

Background: Radiotherapy (RT) is commonly used in the management of digestive tumors, including rectal cancer (RC) and pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC), but with distinct indications. RT is often combined with chemotherapy to increase efficiency but at the cost of important toxicity, leaving out fragile patients. Naturally occurring bioactive food components (BFCs), including resveratrol and capsaicin, may potentiate the antitumor effect of ionizing radiation. This radiosensitization may be of great interest if surrounding healthy tissues are spared. Moreover, the combination of BFCs may provide an improved anti-tumor effect. Objectives: This work evaluated resveratrol and capsaicin radiosensitization of PDAC and RC models and explored mechanisms involved in their tumor-specific action, at the cellular and molecular levels. Methods: Cell survival was evaluated in vitro in the presence of BFCs on different pancreatic and colorectal tumor and non-tumor cell lines. Resveratrol metabolization was evaluated by mass spectrometry, and correlated with the expression of UDP-glucosyltransferases 1A (UGT1A) genes by RT-qPCR. The expression of UGT1A genes in human colorectal tissues was studied with RNAseq databases available online. Functional validation of UGT1A enzymes implication in resveratrol sensitivity of colorectal cells established by UGT1A expression modulation. Radiosensitization was assessed by apoptosis induction and cell cycle impact exploration. Molecular pathways involved in radiosensitization were analyzed by western blotting. In vivo radiosensitization analysis was tested on subcutaneous human tumor cell xenografts. Results: Resveratrol (R) and capsaicin (C) were more cytotoxic toward tumor cells and this effect was enhanced in combination. Concomitantly, cell cycle was arrested and apoptosis was induced. In addition, resveratrol resistance was related to the expression of UGTs in intestinal tumor and non-tumor cell lines. UGT1A8 and UGT1A10 gene expression were downregulated in CRC tumor tissues in comparison to matched healthy tissues. This down expression was correlated to the prognostic of CRC patients. Downregulation of UGT1A10 gene expression by shRNA in an initial resveratrol resistant cell line reduced resveratrol metabolization capacity and increased resveratrol toxicity. Conversely, overexpression of the UGT1A10 gene in an initial resveratrol sensitive tumor cell line increased the metabolization accompanied by decreased cytotoxicity. Resveratrol affected intestinal sensitive tumor cell homeostasis with a cell-size increase, cell-cycle modulation, and decreased uridylate nucleotide levels, resulting in a global reduction of transcription and translation. This impact on global cell activity was restricted to tumor cells. Xenografted tumors were radiosensitized by resveratrol and capsaicin associated with a cell cycle arrest and an increase in apoptosis. Moreover, a better tumor growth control was obtained for mice irradiated and treated with the BFCs combination compared to mice receiving radiotherapy only. Finally, the radiosensitization unbalanced the radio-induced DNA repair pathway to promote apoptosis in the PDAC tumor model. Conclusions: BFCs are potent radiosensitizers on digestive tumor cells. Resveratrol exhibits tumor-specific cytotoxicity with a functional relationship to UGT1A genes expression in digestive tumor cells and tissues. Moreover, BFCs and in particular resveratrol affect global tumor cell homeostasis, by impairing basic cell functions such as transcription, translation and DNA repair pathways. The combination of resveratrol and capsaicin radiosensitizes pancreatic and colorectal tumors in preclinical mouse models. This work positions BFCs as very potent alternative solutions for radiosensitization of tumors, without systemic side effect often observed with conventional chemotherapy.