Effets de la dihydroartémisinine sur la régulation du métabolisme du fer et de la ferroptose dans les leucémies aiguës myéloïdes

Dihydroartemisinin induced ferroptosis in acute myeloid leukemia : links to iron metabolism and metallothionein

• Auteur / Autrice : Eric Grignano
• Direction : Didier Bouscary
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Oncogenèse
• Date : Soutenance le 21/09/2022
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Hématologie, oncogenèse et biothérapies (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Cochin (Paris ; 2002-....)
• Jury : Président / Présidente : Bruno Quesnel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bruno Quesnel, Virginie Penard-Lacronique, David Devos, Frédérique Verdier
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Bruno Quesnel, Virginie Penard-Lacronique

Mots clés

Mots clés contrôlés

Apoptose

Artémisine

Leucémie aigüe myéloïde

Mots clés libres

Dihydroartémisinine

Ferroptose

Ferrritinophagie

Métallothionéines

Dihydroartemisinin

Ferroptosis

Ferritinophagy

Metallothionein

Résumé

Les leucémies aiguës myéloïdes (LAM) sont des hémopathies malignes hétérogènes caractérisées par une activation constante de signaux oncogéniques. Dans le cadre de mon travail de thèse, je me suis intéressé à l'étude du métabolisme du fer dans son rôle dans la régulation de la ferroptose dans les modèles de LAM. J'ai pu ainsi montré dans un premier temps que la modulation du fer par l'ajout de fer exogène permet de déclencher la ferroptose dans des lignées leucémiques et les sensibilise à l'action des inducteurs de ferroptose agissant sur l'axe de signalisation générant du glutathion (GSH) intracellulaire. D'autre part, j'ai étudié les effets de la dihydroartémisinine (DHA), un dérivé de l'artémisinine, drogue utilisée comme agent antipaludéen. J'ai pu montrer que la DHA, en raison de son action pro-ferritinophagique qui conduit à l'augmentation du pool de fer labile intracellulaire, permet de déclencher une mort ferroptotique non exclusive qui est en partie révertée par l'inhibition génétique de la ferritinophagie. Da façon originale, par une analyse transcriptomique, j'ai pu montrer que l'effet cytotoxique de la DHA induit une activation de la voie du métabolisme du zinc, et notamment l'augmentation de la transcription des gènes codant pour des métallothionéines, une famille de protéines impliquées dans le métabolisme du zinc et du cuivre, ainsi que dans la réponse antioxydante. En inhibant le niveau de réponse des principales isoformes de MT impliquées dans notre modèle de LAM par stratégie génétique ou composé chimique, j'ai pu observer une sensibilisation à la cytotoxicité induite par la DHA et surtout par les inducteurs de ferroptose tels que l'érastine, l'APR-246 ou le composé FIN56. Enfin j'ai pu montrer que cette activation des MTS en réponse aux agents pro-ferroptotiques passait par une modulation du pool de GSH, cofacteur essentiels à 'l'action de l'enzyme détoxifiante GPX4. En conclusion, les données que nous présentons sur la DHA confortent les données relatives à son mécanisme d'action et confirment son action pro-ferritinophagique à l'origine d'une augmentation du pool de fer intracellulaire. Elles permettent également de révéler de façon originale la place du métabolisme du zinc, via l'expression de métallothionéines, famille de petites protéines ubiquitaires impliquées dans la détoxification des métaux lourds et la réponse au stress oxydatif, dans la régulation de ferroptose en réponse à la DHA et plus globalement aux agents pro-ferroptotiques dans les LAM.

Acute myeloid leukemias (AML) are heterogeneous hematological malignancies characterized by a constant activation of oncogenic signals. During my thesis work, I was interested in the study of iron metabolism and its role in the regulation of ferroptosis in AML models. I have shown that the modulation of iron by the addition of exogenous iron triggers ferroptosis in leukemic cell lines and sensitizes them to the action of ferroptosis inducers acting on the intracellular pool of glutathione (GSH). On the other hand, I studied the effects of dihydroartemisinin (DHA), a derivative of artemisinin, a drug used as an antimalarial agent. I was able to show that DHA, due to its pro-ferritinophagic action which leads to an increase in the intracellular labile iron pool, is able to trigger a non-exclusive ferroptotic death which is partly reversed by the genetic inhibition of ferritinophagy. In an original way, by performing a transcriptomic analysis, I have found that DHA induces an activation of the zinc metabolism pathway, and in particular the increase of the transcription of genes coding for metallothioneins, a family of proteins involved in zinc and copper metabolism, as well as in the antioxidant response. By inhibiting the level of response of the main MT isoforms involved in our AML model by genetic strategy or chemical compound, I could observe a sensitization to the cytotoxicity induced by DHA and further by ferroptosis inducers such as erastin, APR-246 or the compound FIN56. Finally, I was able to show that this activation of MTs in response to pro-ferroptotic agents was mediated by a modulation of the GSH pool, an essential cofactor for the action of the detoxifying enzyme GPX4. In conclusion, the data we present on DHA confirm its pro-ferritinophagic action and subsequent increase in the intracellular iron pool. They also reveal in an original fashion the role of zinc metabolism, via the expression of MTs, a family of small ubiquitous proteins involved in the detoxification of heavy metals and the response to oxidative stress, in the regulation of ferroptosis in response to DHA and more globally to pro-ferroptotic agents in AML.