Hyperplasie bénigne de la prostate : de la caractérisation du modèle probasine-prolactine par analyse transcriptomique sur cellule unique à la thérapie antioxydante

Benign prostatic hyperplasia : from characterisation of the probasin-prolactin model by single-cell transcriptomic analysis to antioxidant therapy

• Auteur / Autrice : Leïla Dos Santos
• Direction : Vincent Goffin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie et physiopathologie
• Date : Soutenance le 16/10/2023
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Necker Enfants-Malades (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Zion Pharma (2017-....)
• Jury : Président / Présidente : Olivier Cuvillier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mathilde Sibony, Morgan Gallazzini, Jocelyn Ceraline
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Cuvillier, Marie-Aimée Perrouin-Verbe

Mots clés

Mots clés contrôlés

Récepteurs aux androgènes

Stress oxydatif

Adénome de la prostate

Mots clés libres

Hyperplasie bénigne de la prostate

Stress oxydant

Anethole tritione

Souris Pb-PRL

BPH-1

WPMY-1

Plasticité cellulaire

Signalisation androgénique

Stat5

Benign prostatic hyperplasia

Oxidative stress

Anethole tritione

Pb-PRL mouse model

BPH-1

WPMY-1

Cell plasticity

Androgen signalling

Stat5

Résumé

L'hyperplasie bénigne de la prostate (HBP) est une pathologie liée à l'âge. Elle affecte 50% des hommes de 50 ans et peut atteindre 90% à 80 ans. L'HBP se caractérise par une hypertrophie de la zone transitionnelle de la prostate, ce qui peut engendrer des symptômes du bas appareil urinaire (liés au rétrécissement du calibre de l'urètre prostatique) affectant la qualité de vie des patients. L'HBP résulte d'une hyperplasie des compartiments cellulaires épithélial et/ou stromal, d'un fort tonus fibromusculaire et d'une inflammation prostatique. Son étiologie reste très mal comprise, et les traitements actuels, qu'il s'agisse des inhibiteurs de la 5'-réductase (5-ARI, bloquant la signalisation androgénique in situ) ou des '-bloquants (diminuant le tonus musculaire de la prostate), ne peuvent traiter efficacement tous les patients. En cas d'échec thérapeutique, un traitement chirurgical est indiqué. Ces traitements entrainent parfois des complications, il est donc primordial de mieux connaitre l'étiologie de cette pathologie afin de proposer des alternatives thérapeutiques efficaces. La corrélation entre les marqueurs de stress oxydant (sériques et in situ) et le volume prostatique est admise. C'est pourquoi le partenaire industriel de cette thèse CIFRE (Zion Pharma) a souhaité repositionner comme traitement de l'HBP une molécule antioxydante déjà utilisée en clinique pour d'autres pathologies : l'anethole tritione (ATT), qui réduit la production de dérivés réactifs de l'oxygène (ROS) mitochondriaux. Pour ce projet, j'ai utilisé un modèle animal d'HBP étudié de longue date dans mon laboratoire d'accueil : la souris transgénique Pb-PRL, qui exprime la prolactine (PRL) dans les cellules luminales sous contrôle du promoteur probasine. La prostate hyperplasique de ces souris présente des phénotypes histologiques rappelant ceux de la pathologie humaine, et se caractérise par l'amplification d'une population de progéniteurs luminaux résistants à la castration. Mes objectifs de thèse ont donc été de caractériser la prostate des souris Pb-PRL par séquençage d'ARN sur cellules uniques (scRNAseq), et d'évaluer les effets cellulaires et moléculaires de l'ATT sur la prostate de ces souris, ainsi que sur des lignées cellulaires prostatiques humaines. La caractérisation des différents compartiments cellulaires par séquençage d'ARN sur cellules uniques (scRNAseq) nous a permis de mettre en évidence que l'épithélium prostatique des souris Pb-PRL présentait un appauvrissement des cellules luminales androgéno-dépendantes au profit de diverses populations cellulaires moins différenciées, intermédiaires entre les cellules basales et luminales. Ces cellules présentent des analogies avec les cellules Club/Hillock récemment identifiées dans la prostate humaine par scRNAseq, et dont le rôle dans l'étiologie de l'HBP et la résistance aux 5-ARI a été très proposé. Nos analyses bio-informatiques suggèrent que ce remodelage épithélial résulte d'une plasticité cellulaire potentiellement orchestrée par la baisse de la signalisation androgénique et l'augmentation de la signalisation STAT5. L'altération des paramètres urodynamiques des souris Pb-PRL, mise en évidence dans ce travail, s'accompagne également de la baisse d'expression prostatique des enzymes antioxydantes. Un mois de traitement par l'ATT a conduit à l'amélioration des paramètres urodynamiques des souris Pb-PRL, accompagnée par la réduction du poids de leurs prostates. L'ATT altère les capacités progénitrices des cellules épithéliales de ces souris, et diminue la prolifération cellulaire et le métabolisme mitochondrial des cellules prostatique humaine BPH-1. Au niveau stromal, l'ATT diminue la proportion de myofibroblastes dans les prostates de Pb-PRL et améliore les capacités antioxydantes de la lignée myofibroblastique humaine WPMY-1. En conclusion, ces résultats confirment la pertinence des souris Pb-PRL comme modèle préclinique de l'HBP, et suggèrent l'approche antioxydante comme un

Benign prostatic hyperplasia (BPH) is an age-related disease. It affects 50% of men over the age of 50, rising to 90% by the age of 80. BPH is characterised by hypertrophy of the transitional zone of the prostate, which can lead to lower urinary tract symptoms (linked to the narrowing of the calibre of the prostatic urethra) affecting the quality of life of patients. BPH is characterised by hyperplasia of epithelial and/or stromal cell compartments, high fibromuscular tone, and inflammation of the gland. BPH etiology remains poorly understood. Current treatments including 5'-reductase inhibitors (5-ARI) to block intraprostatic androgen signalling, and '-blockers to reduce muscle tone, are not efficient in all BPH patients, or face exhaustion of effect after some years. Surgical intervention is ultimately proposed to patients in case of therapeutic failure. Medication and surgery can both lead to complications, therefore it is important to better understand the causes of this pathology in order to propose efficient therapeutic alternatives. The correlation between prostate volume and oxidative stress hallmarks (in serum or within the prostate tissue) is approved. Based on this rationale, our CIFRE partner (Zion Pharma) proposed the repositioning of an antioxidant drug already used in the clinics for other pathologies, for the treatment of BPH: Anethole tritione (ATT), which reduces mitochondrial reactive oxygen species (ROS) production. For this project, I used a mouse model of BPH long-studied in my host lab: the Pb-PRL transgenic mouse in which prolactin (PRL) expression in prostatic luminal cells is driven by the probasin promoter. The hypertrophic prostate of these mice exhibits histological phenotypes reminiscent of human BPH and is further characterized by the amplification of a population of castration-resistant luminal progenitor cells. The aims of my PhD project were to characterise the hyperplastic prostates of Pb-PRL mice by single cell RNA sequencing (scRNAseq), and to evaluate the molecular and cellular effects of ATT treatment in the prostates of these mice as well as in human prostatic cell lines. The characterisation of the different cell compartments of Pb-PRL mouse prostates using scRNAseq revealed that their epithelium is depleted in differentiated luminal cells to the benefit of less differentiated cells presenting an intermediate phenotype between luminal and basal cells. Some of these cell clusters are transcriptionally similar to Club/Hillock cells that were recently identified in the human prostate by scRNAseq. Strikingly, Club cells have been proposed to contribute to BPH etiology and resistance to 5-ARI treatment. Our bioinformatic analyses suggest that the epithelial remodelling of Pb-PRL mouse prostates maybe orchestrated by the decrease in androgen signalling and the increase in STAT5 signaling. The alteration of urodynamic parameters of Pb-PRL mice that was demonstrated in the course of this project paralleled the reduced expression of antioxidant stress enzymes in the prostate. Thirty-day ATT treatment of these mice had a beneficial therapeutic effect as it reduced the weight of their prostates, and more importantly, it improved the urodynamic parameters. ATT impaired the progenitor capacity of prostate epithelial cells isolated from Pb-PRL mice and reduced the proliferation and mitochondrial metabolism of the human epithelial cell line BPH-1. In the stromal compartment, ATT reduced the proportion of myofibroblasts in Pb-PRL mouse prostates and improved the antioxidant capacity of the human myofibroblastic cell line WPMY-1. Taken together, these results support Pb-PRL mice as a relevant preclinical model of BPH and suggest antioxidative therapy as a potential alternative to current BPH treatments.