Etude du rôle de la signalisation PI3K dans la régulation du métabolisme pancréatique : de l'initiation à la réponse aux traitements de l'adénocarcinome canalaire pancréatique

Study of the role of PI3K signalling in the regulation of pancreatic metabolism : from initiation to response to treatments of pancreatic ductal adenocarcinoma

• Auteur / Autrice : Coralie Cayron
• Direction : Julie Guillermet-Guibert, Jean-Emmanuel Sarry
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Cancérologie
• Date : Soutenance le 13/10/2023
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie Santé Biotechnologies (Toulouse)
• Jury : Président / Présidente : Bernard Payrastre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie Castets, Alice Carrier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Céline Gongora, Christine Varon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métabolisme -- Régulation

Gène PIK3CA

Adénocarcinome canalaire pancréatique

Mots clés libres

Pancréas

Signalisation

Métabolisme

PI3K

Modèles murins

Pancreas

Signalling

Metabolism

PI3K

Murine models

Résumé

L’adénocarcinome canalaire pancréatique (PDAC) est un cancer de très mauvais pronostic, la survie à 5 ans après le diagnostic est de seulement 5%. Malgré l’avènement de nouvelles stratégies thérapeutiques, les nombreux essais cliniques menés n’ont pas suffisamment permis d’améliorer la prise en charge des patients atteints de ce cancer. Il est donc urgent de comprendre comment limiter le risque de développer un PDAC pour les patients à risque, par exemple pour les patients souffrant de pancréatite chronique. Il est aussi très important de comprendre les adaptations métaboliques du PDAC. En effet, les cellules tumorales pancréatiques se développent dans un environnement particulièrement austère et persistent sous traitement ; le ciblage du métabolisme de ces tumeurs semble être une stratégie prometteuse. La voie de signalisation PI3K-AKT est une des voies les plus altérées dans les cancers. Elle joue un rôle très important dans la régulation du métabolisme. En particulier, elle régule la glycolyse en aval du récepteur à l’insuline. L’importance de cette voie dans le cancer du pancréas a été démontrée par notre équipe et d’autres équipes dans le monde : l’activité de PI3Kα est nécessaire à l’initiation de la pathologie. Cette isoforme régule le remodelage de cytosquelette dans les premières étapes de la transdifférenciation acino-canalaire à l’origine du PDAC. Dans des modèles précliniques, l’inhibition de cette isoforme limite l’initiation et la progression de la pathologie. J’ai contribué à montrer, que l’inhibition concomitante des isoformes PI3K&dièse945; et PI3K&dièse947; était plus efficace et limitait la résistance au traitement. Les objectifs de cette thèse sont donc de comprendre comment les isoformes de PI3K peuvent réguler le métabolisme du pancréas du stade pré-tumoral jusqu’au stade tumoral et leur importance dans la régulation de la flexibilité métabolique dans le traitement du PDAC. Dans un premier temps, mon travail a permis de montrer que le rôle de PI3K&dièse945; est différent dans les cellules acineuses et dans les cellules acineuses ayant transdifférencié. Dans un contexte de stress pancréatique de type pancréatite, les cellules acineuses se transdifférencient en cellules canalaires pour former des lésions métaplasiques. Ces cellules expriment faiblement PHGDH, l’enzyme de bio-synthèse de novo de la sérine, et présentent d’importantes prédispositions pour le cancer du pancréas. Lorsque j’altère l’activité de PI3K&dièse945; (pharmacologiquement ou génétiquement), les lésions métaplasiques induites par le stress du pancréas régressent et les cellules acineuses saines exprimant fortement PHGDH prolifèrent, présentent une activité mitochondriale réduite et contribuent à maintenir l’intégrité du parenchyme pancréatique, limitant ainsi les risques de développer le cancer. Dans un second temps, mon travail a permis de montrer l’importance des isoformes PI3K&dièse945; et PI3K&dièse947; dans la régulation du métabolisme tumoral. Les patients exprimant faiblement PI3K&dièse945; et &dièse947; présentent des signatures métaboliques spécifiques, expriment des gènes impliqués dans la biogenèse mitochondriale et appartiennent à une sous-classe moléculaire de meilleur pronostic à l’inverse des patients exprimant fortement PI3K&dièse945; et &dièse947;. In vivo et in vitro, nous montrons que l’inhibition des PI3K&dièse945; et &dièse947; dans des modèles représentatifs de ces patients exprimant fortement PI3K&dièse945; et &dièse947; réduit l’activation d’AKT, l’expression des protéines mitochondriales, la production d’ATP et augmente l’oxydation des protéines par élévation du taux de ROS mitochondriaux, enfin réduit la croissance tumorale. Moduler l’activité de PI3K change la dépendance métabolique vers un métabolisme glyco-oxydatif et sensibilise à son ciblage.

Pancreatic ductal adenocarcinoma is a cancer with a very poor prognosis, with a 5-year survival rate of only 5% after diagnosis. The incidence of this cancer continues to rise, particularly in western countries. Despite the emergence of new therapeutic strategies in the management of cancer patients, the numerous clinical trials conducted have not led to an improvement in the therapeutic strategy for these patients. There is therefore an urgent need to understand how to limit the risk of developing this cancer in patients at risk, such as those with chronic pancreatitis. It is also very important to understand the metabolic adaptations of this cancer. Indeed, pancreatic tumour cells develop in a particularly harsh environment and persist under treatment. Targeting the metabolism of these tumours currently appears to be a promising strategy.In addition, the PI3K-Akt pathway is one of the most altered pathways in cancer and plays a very important role in regulating metabolism. In particular, it regulates glycolysis downstream of the insulin receptor. The importance of this pathway has also been described in pancreatic cancer by my team and other teams in the world: PI3K&diese945; activity is required for disease initiation. This isoform regulates cytoskeletal remodelling in the early stages of acinar-canal transdifferentiation. In preclinical models, inhibition of this isoform limits disease initiation and progression. I have contributed with my team to demonstrate that simultaneous inhibition of PI3K&diese945; and PI3K&diese947; is more effective and limits resistance to treatment. The aim of this thesis is to understand how PI3K isoforms can regulate pancreatic metabolism from pre-tumour to tumour stage and their importance in regulating metabolic flexibility in the treatment of this cancer. First, my work showed that the role of PI3K&diese945; is different in acinar cells and transdifferentiated acinar cells in pancreatitis models. In an inflammatory context (pancreatitis) where the pancreas is stressed, acinar cells transdifferentiate into ductal cells to form metaplastic-type lesions. These cells present weak levels of PHGDH, the de novo serine biosynthesis enzyme, and show a strong predisposition to pancreatic cancer. In contrast, when PI3K&diese945; is inactivated pharmacologically or genetically, stress-induced metaplastic lesions in the pancreas regress and healthy acinar cells, which express high levels of PHGDH, have a limited mitochondrial activity and proliferate to maintain the integrity of the pancreatic parenchyma and limit the risk of developing cancer. Secondly, my work has demonstrated the importance of the PI3K&diese945; and PI3K&diese947; isoforms in regulating tumour metabolism. Patients expressing low levels of PI3K&diese945; and γ have metabolic signatures, overexpress genes involved in mitochondrial biogenesis and are associated with the molecular subtype of better prognosis contrary to patients with high levels of PI3K&diese945; and &diese947;. In models of this later subtype, we show in vivo and in vitro that inhibition of PI3K&diese945; and &diese947; reduces AKT activation, mitochondrial protein expression, ATP production and increases protein oxidation by increasing ROS levels. It also prevent tumour growth. Modulation of PI3K activity shifts metabolic dependency towards glycooxidative metabolism and sensitises cells to its targeting. Taken together, these results highlight the importance of PI3K signalling in the regulation of pancreatic metabolism, both at pre-tumour and established tumour stages. Isoform-selective targeting of PI3K combined with metabolic modulation appears to be a promising therapeutic strategy for the treatment of established pancreatic cancer and pancreatic inflammatory pathologies that increase cancer risk.