Effets moléculaires de l'anticancéreux cisplatine sur la protéine tyrosine phosphatase 1B (PTP1B) et étude de mutants oncogéniques

Molecular effects of the anticancer drug cisplatin on the protein tyrosine phosphatase 1B (PTP1B) and structural impact of PTP1B cancer-associated mutations

• Auteur / Autrice : Rongxing Liu
• Direction : Fernando Rodrigues-Lima
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie et physiopathologie
• Date : Soutenance le 19/07/2022
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité de biologie fonctionnelle et adaptative (Paris ; 2014-....)
• Jury : Président / Présidente : Valérie Serre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Valérie Serre, Bertrand Friguet, Dominique Ledoux, Christine Chomienne-Thomas, Fabien Guidez
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Bertrand Friguet, Dominique Ledoux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Protein Tyrosine Phosphatase, Non-Receptor Type 1

Enzymologie clinique

Récepteurs du facteur de croissance épidermique

Cancer

Cisplatine

Mots clés libres

PTP1B

Cisplatine

Signalisation EGFR

Activité enzymatique

Mutation oncogénique

Lymphome à cellules B

PTP1B

Cisplatin

EGFR signaling

Enzyme activity

Oncogenic mutation

B cell lymphoma

Résumé

La protéine tyrosine phosphatase 1B (PTP1B) est un régulateur majeur de différentes cascades de signalisation telles que la voie de l'Epidermal Growth Factor Receptor (EGR). L'importance biologique de PTP1B est notamment soulignée par des études de souris knock-out et l'identification de mutations/délétions récurrentes de PTP1B liées à des altérations métaboliques et oncogéniques. L'activité de PTP1B dépend d'un résidu cystéine catalytique conservé qui rend l'enzyme sensible à l'oxydoréduction. L'oxydation et l'inhibition réversibles de PTP1B par les espèces réactives de l'oxygène sont considérées comme un mécanisme physiologique critique dans l'activation et le contrôle redox de la signalisation comme observé pour la voie de EGFR. Le cisplatine est l'un des médicaments anticancéreux les plus efficaces et les plus utilisés en clinique. Il est couramment admis que le mécanisme d'action du cisplatine repose principalement sur la formation d'adduits stables de l'ADN sur la guanine, qui entraînent des dommages à l'ADN et finalement la mort cellulaire. Cependant, plusieurs études indiquent que le cisplatine pourrait également avoir un impact sur d'autres processus biologiques tels que la réparation de l'ADN et la signalisation cellulaire, notamment la voie de EGFR. De plus, le cisplatine pourrait exercer, au moins en partie, ces effets biologiques en se liant à des peptides ou à des protéines conduisant à des altérations structurales et/ou fonctionnelles. Dans cette thèse, nous montrons que PTP1B est une cible du cisplatine. Les études mécanistiques indiquent que le cisplatine inhibe PTP1B de manière irréversible en se liant de manière covalente au résidu cystéine catalytique de l'enzyme. En accord avec ces données, les expériences menées sur des cellules et des souris exposées au cisplatine ont montré une inhibition de la PTP1B endogène et une augmentation concomitante de la phosphorylation sur tyrosine de l'EGFR. Ces résultats sont cohérents avec des études précédentes montrant une activation de la voie de l'EGFR par le cisplatine et avec des travaux récents suggérant que l'inhibition de PTP1B par des complexes de platine pourrait représenter un nouveau mécanisme anticancéreux. Notre travail permet de mieux comprendre le réseau complexe de voies subissant une modulation lors de l'administration de cisplatine, réseau allant au-delà de l'effet génotoxique bien établi du cisplatine. Parallèlement à ces travaux, nous avons étudié plus avant l'impact fonctionnel et structural de quatre mutations faux-sens identifiées chez des patients atteints de lymphome à cellules B (A69V, V184D, R221G et G259V). Nous avons constaté que ces mutations conduisent à des variantes de PTP1B altérées et dépourvues d'activité tyrosine phosphatase. Comme attendu, la surexpression de ces mutants conduit à une phosphorylation accrue de l'EGFR, un substrat physiologique de PTP1B. Bien que la cristallisation de ces mutants n'ait pas été possible, des approches biochimiques et de modélisation moléculaire suggèrent que ces mutations ont un impact sur la structure et/ou la dynamique de boucles importantes de l'enzyme et que certaines mutations (V184D et G259V) peuvent conduire à l'instabilité et à l'agrégation de l'enzyme.

Protein tyrosine phosphatase 1B (PTP1B) is a critical regulator of different signalling cascades such as the EGFR pathway. The biological importance of PTP1B is further evidenced by knockout mice studies and the identification of recurrent mutations/deletions in PTP1B linked to metabolic and oncogenic alterations. PTP1B activity depends upon a conserved catalytic cysteine residue that renders the enzyme redox sensitive. Reversible oxidation and inhibition of PTP1B by reactive oxygen species (ROS) is considered as a critical physiological mechanism in the activation and the redox control of tyrosine kinase signalling as observed in the EGFR pathway. Cisplatin is one of the most successful and widely used anticancer drug. The mechanism of action of cisplatin is thought to rely mainly on the formation of stable DNA adducts on guanine that lead to DNA damaging events and ultimately to cell death. However, several studies indicate that cisplatin could also impact other biological processes such as DNA repair and cell signalling, most notably the EGFR pathway. In addition, cisplatin could exert, at least in part, these biological effects through binding to peptide or proteins with subsequent structural and/or functional alterations. In this thesis, we report that PTP1B is a target of cisplatin. Mechanistic studies show that cisplatin inhibited PTP1B in an irreversible manner and binds covalently to the catalytic cysteine residue of the enzyme. Accordingly, experiments conducted in cells and mice exposed to cisplatin showed inhibition of endogenous PTP1B and concomitant increase in tyrosine phosphorylation of EGFR. These findings are consistent with previous studies showing tyrosine phosphorylation-dependent activation of the EGFR pathway by cisplatin and with recent studies suggesting that PTP1B inhibition by platinum complexes could represent a novel anticancer mechanism. our work provides a better understanding of the intricate network of pathways undergoing modulation upon cisplatin administration and that goes beyond the well-established genotoxic effect of cisplatin. In parallel to this work, we further studied the functional and structural impact of four missense mutations identified in B cell lymphoma patients (A69V, V184D, R221G and G259V). We found that these mutations leads to impaired PTP1B variants that are devoid of tyrosine phosphorylase activity. In line with this, expression of these mutants leads to increased tyrosine phosphorylation of EGFR a well-known prototypic substrate of PTP1B. While crystallization of these mutants was not possible biochemical approaches and molecular modelling suggest that these mutations impacts the structure and/or dynamics of important loops of the enzyme and can lead to protein instability and aggregation.