Développement d'une nouvelle approche théranostique ciblant la réponse télomérique dans les cellules cancéreuses radio-résistantes du poumon

Development of a new theranostic approach targeting telomeric response in radio-resistant lung cancer

• Auteur / Autrice : Sean Moro
• Direction : Virginie Faure, Olivier Renaudet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie biologie
• Date : Soutenance le 15/12/2023
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut pour l'avancée des biosciences (Grenoble, Isère, France ; 2016-....)
• Jury : Président / Présidente : Ahcène Boumendjel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : May Catherine Morris
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Elisabeth Garanger, Cyrille Richard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanoparticules d'or

Télomères (génétique)

Radiorésistance

Mots clés libres

Radioresistance

Telomère

Nanoparticule d'or

Glut1

SiARN

Cancer du poumon

Radioresistance

Telomere

Gold nanoparticle

Glut1

SiRNA

Lung cancer

Résumé

De nos jours, l’apparition de cellules tumorales du poumon résistantes aux traitements par radiothérapie représente un défi clinique majeur. Il a été montré que la déprotection des télomères sensibilise les cellules cancéreuses à la radiothérapie. L'un des principaux acteurs de la protection télomérique est la protéine TRF2 et une baisse de l’expression de cette protéine se traduit par des dommages à l’ADN ainsi que des cellules plus sensibles aux radiations ionisantes. Le développement de composés ciblant TRF2 combinés aux radiations ionisantes représente donc une approche prometteuse pour améliorer l'effet de la radiothérapie.Notre projet propose le développement d’un système de radiosensibilisation pour lutter contre la radiorésistance des cellules tumorales. Nous utilisons des nanoparticules d’or (AuNPs), notamment connues pour être capables de pénétrer dans les cellules passivement (effet EPR) et pour être des agents radiosensibilisants. En raison de leur chimie de surface polyvalente, les AuNPs sont aussi utilisées comme nanoporteuses de biomolécules, et dans le cadre de notre projet, de siARN ciblant la protéine TRF2. Récemment, l'importance et l'existence de l'effet EPR ont fait l'objet de nombreux débats dans la communauté scientifique, et il s’avère que le mécanisme par lequel les nanoparticules pénètrent dans les tumeurs reste encore parfois controversé. Pour cette raison, nous avons cherché à apporter en plus un ciblage spécifique des cellules tumorales en greffant une partie glucidique à la surface des AuNPs afin de cibler les transporteurs GLUTs, qui sont surexprimés dans une large variété de cancers.Nous avons décidé que la structure générale du nanosystème serait composée de deux parties : une partie AuNPs, constituée de chaines de polyarginines apportant une charge globale positive, nécessaire à l’interaction avec un siARN, et une partie glucidique, que l’on viendrait par la suite greffer à la partie AuNPs. Après la synthèse et la caractérisation du nanosystème, des études cellulaires in vitro ont été initiées. Par la suite, des études de complexation des AuNPs avec des siARNs ont confirmé que les siARNs étaient capables de se lier aux AuNPs. La capacité d’interaction et de pénétration cellulaire des complexes AuNCs/siARNs a également été validée par FACS et microscopie confocale à fluorescence. L’efficacité du complexe au niveau de l’inhibition du gène codant pour TRF2 a été analysée par western blot et a montré une diminution significative du taux d’expression de cette protéine. Finalement, l’impact de l’inhibition de l’expression de TRF2 sur l’induction d’une radiosensibilité cellulaire a été évalué par des études de survie cellulaire qui ont montré des résultats préliminaires encourageants.

Nowadays, the emergence of lung cancer cells resistant to radiotherapy represents a major clinical challenge. Telomere deprotection has been shown to sensitize cancer cells to radiotherapy. One of the key players in telomere protection is the TRF2 protein, and reduced expression of this protein results in DNA damage and cells that are more sensitive to ionizing radiation. The development of compounds targeting TRF2 in combination with ionizing radiation therefore represents a relevant approach to improve the effect of radiotherapy.Our project proposes the development of a radiosensitizing system to fight against the radioresistance of tumor cells. We are using gold nanoparticles (AuNPs), known in particular for their ability to penetrate cells passively (EPR effect) and as radiosensitizing agents. Thanks to their versatile surface chemistry, AuNPs are also used as nanocarriers for biomolecules, and in our project, for siRNAs targeting TRF2. Recently, the importance and existence of the EPR effect has been the subject of much debate in the scientific community, and it turns out that the mechanism by which nanoparticles penetrate tumors is more complex than previously thought. With this in mind, we sought to improve the specific targeting of tumor cells by grafting a carbohydrate moiety onto the surface of AuNPs in order to target GLUTs transporters, which are overexpressed in a wide variety of cancers.We decided that the general structure of the nanosystem would be composed of two parts : a gold nanoparticle part, made of polyarginine chains providing the overall positive charge required for interaction with a siRNA, and a carbohydrate part, which would be added to the AuNPs part. Following the synthesis and characterization of the nanosystem, in vitro cellular studies were initiated. Subsequently, complexation studies of AuNPs with siRNAs confirmed that siRNAs were capable of binding to AuNPs. The ability of AuNCs/siRNAs complexes to interact and penetrate cells was also validated by FACS and confocal microscopy. The efficacy of the complex in inhibiting TRF2 was analyzed by western blot and showed a significant reduction in expression levels of this protein. Finally, the impact of TRF2 expression inhibition on the induction of cellular radiosensitivity was assessed by cell survival studies with encouraging preliminary results.