Les mutations gain de fonction de PIK3CA dans les cellules endothéliales veineuses : du mécanisme moléculaire à la thérapie ciblée

PIK3CA gain-of-function mutations in venous endothelial cells : from molecular mechanisms to targeted therapy

• Auteur / Autrice : Lola Zerbib
• Direction : Guillaume Canaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et moléculaire
• Date : Soutenance le 10/11/2023
• 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-....)
• Jury : Président / Présidente : Bart Vanhaesebroeck
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne Eichmann, Christophe Meune
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bart Vanhaesebroeck, Pau Castel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cellules endothéliales

Thérapie moléculaire ciblée

Gène PIK3CA

Mots clés libres

PIK3CA

Malformations veineuses

PROS

CLOVES

Alpelisib

Hypercroissance

Cellule endothéliale

Thérapie ciblée

PI3K

PIK3CA

Venous malformations

PROS

CLOVES

Alpelisib

Overgrowth

Endothelial cell

Targeted therapy

PI3K

Résumé

Les syndromes d'hypercroissance liés à PIK3CA (PROS) constituent un large groupe de maladies rares caractérisées par une croissance excessive généralisée ou segmentaire. Les syndromes de surcroissance segmentaire peuvent être dus à des mutations de gain de fonction de PIK3CA apparaissant au cours de l'embryogenèse et conduisant à un mosaïcisme somatique. Les malformations vasculaires, et plus particulièrement les malformations veineuses (MV), constituent l'un des principaux symptômes susceptibles de se manifester. De plus, les MV peuvent également apparaître comme une maladie à part entière, suivant un modèle génétique similaire de mutation somatique gain de fonction. Les MV sont une affection très invalidante caractérisée par des vaisseaux sanguins dilatés dont la paroi vasculaire et les interactions cellule-cellule sont altérées, entrainant des hémorragies, des infections et une coagulation intravasculaire disséminée. Actuellement, les traitements consistent principalement à de la sclérothérapie, de la chirurgie souvent mutilante et à des médicaments symptomatiques, mais ces options sont encore insuffisantes et n'apportent qu'un bénéfice transitoire. Les thérapies ciblées spécifiques restent encore exploratoires. La grande majorité des patients atteints de malformations veineuses présentent une mutation activatrice de PIK3CA ou de TEK. Fort de ces connaissances, nous avons généré et caractérisé un nouveau modèle murin inductible de malformations veineuses généralisées, présentant un transgène dominant de PIK3CA, comparable aux signes cliniques observés chez les patients. Nous avons ensuite évalué la survie, les paramètres sanguins, l'histologie et l'activation des voies de signalisation de ces souris. Nous avons également créé trois autres modèles animaux dérivés du précédent, associés à différents knock-out des isoformes d'AKT, et nous avons constaté que l'abolition génétique de AKT n'est pas suffisante pour corriger ce phénotype. En effet, nos recherches ont permis de conclure que l'expression de AKT3 n'est pas strictement limitée au cerveau et aux testicules, mais qu'elle inclut aussi les cellules endothéliales veineuses. Nos résultats peuvent mettre en évidence de nouvelles investigations génétiques chez les patients afin d'améliorer le diagnostic et la prise en charge des patients. Nous avons ensuite traité nos souris mutées PIK3CA avec divers médicaments ciblant des protéines spécifiques de la voie PI3K/AKT/mTOR. L'un des médicaments testés, l'alpelisib, a démontré des résultats remarquables qui ont conduit à un protocole d'accès précoce pour traiter les patients atteints de MV avec une réduction remarquable des malformations vasculaires. Sur la base de ces résultats, nous démontrons que le repositionnement de ce traitement peut constituer une nouvelle stratégie thérapeutique prometteuse pour les patients atteints de malformations veineuses.

PIK3CA-related overgrowth syndromes (PROS) are a large group of rare disorders characterized by generalized or segmental excessive growth. Segmental overgrowth syndromes can be due to PIK3CA gain-of-function mutations appearing during embryogenesis and leading to somatic mosaicism. One of the main symptoms that may occur are vascular malformations and more specifically venous malformations (VM). Therefore, VM can also appear as a disease alone in the same pattern of somatic gain-of-function mutation. VM are a very disabling condition characterized by dilated blood vessels with disrupted vascular wall leading to hemorrhage, infections, and intravascular coagulation. Currently, treatments mainly consist in sclerotherapy, surgery, and symptomatic medication but these options are still insufficient with transient benefit. Specific targeted therapies remain uncharted. The vast majority of patients affected by venous malformations presents either PIK3CA or TEK activating mutation. With this knowledge, we generated and characterized a new PIK3CA-mutated inducible mouse model of generalized low-flow vascular malformations that greatly recapitulates patients' phenotype. Then, we assessed the survival, blood features, histology, and cell pathway analysis of these mice. We also created three other animal models derived from the previous one associated with various knock-out of AKT isoforms and we found that genetically silencing AKT is not sufficient to rescue this phenotype. Indeed, our investigation led to the conclusion that AKT3 expression is not strictly restricted to brain and testis but also expressed in venous endothelial cells. Our results may highlight new genetic investigation in patients for better diagnosis and in patient care. We then treated our PIK3CA-mutated mice with various standard drugs targeting specific proteins of the PI3K/AKT/mTOR pathway. One of the tested drugs, alpelisib, showed outstanding results leading to an early access protocol to treat human VM-affected patients with a remarkable reduction of vascular malformations. Based on these findings, we demonstrate that this repositioned treatment may be a new promising therapeutic strategy in patients affected by venous malformations.