Nouvelle approche thérapeutique par inhibition de la biogenèse des ribosomes dans le cancer du sein triple négatif

New therapeutic approach by inhibition of ribosome biogenesis in triple-negative breast cancer

• Auteur / Autrice : Camille Jouines
• Direction : Frédéric Catez
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Cellulaire et Biologie Moléculaire
• Date : Soutenance le 12/12/2024
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Biologie Moléculaire Intégrative et Cellulaire (Lyon ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Recherche en Cancérologie de Lyon
• Jury : Président / Présidente : Caroline Moyret-Lalle
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Catez, Anthony Henras, Elisabetta Marangoni, Françoise Macari, Jean-Jacques Diaz
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anthony Henras, Elisabetta Marangoni

Mots clés

Mots clés contrôlés

Thérapie moléculaire ciblée

Ribosomes

Hormones -- Récepteurs

Cancer du sein triple négatif

Mots clés libres

Biogenèse des ribosomes

Cancer du sein

Thérapie ciblée

Stress Ribosomique

Ribosome biogenesis

Targeted therapy

Breast cancer

Ribosomal stress

Résumé

Le cancer du sein triple négatif (CSTN) représente 15 à 20 % des cancers du sein. Il se caractérise par l’absence de récepteurs hormonaux (œstrogènes et progestérone) et de l’amplification du récepteur HER2, rendant les hormonothérapies inefficaces. Les options thérapeutiques se limitent donc à la chirurgie, la chimiothérapie et la radiothérapie, dont le taux de réponse est faible. Cela conduit à des rechutes fréquentes et à une survie à 5 ans de 20 % à 50 %, selon le statut métastatique. Cette situation souligne un besoin urgent de nouvelles thérapies plus efficaces et ciblées pour améliorer le traitement du CSTN. Les ribosomes sont composés de deux sous-unités, la petite (40S) et la grande (60S). Il contient 80 protéines ribosomiques (PR) et quatre ARN ribosomiques (ARNr), qui sont synthétisés et assemblés de manière complexe lors de la « biogenèse des ribosomes ». Cette biogenèse est régulée par plus de 200 facteurs. Initialement, un pré-ARNr 47S est synthétisé dans le nucléole par l'ARN polymérase I (Pol I), et l’ARNr 5S par l'ARN Pol III dans le cytosol. L’ARNm des PR est transcrit dans le noyau par la Pol II. Le pré-ARNr 47S subit une maturation, comprenant des clivages et des modifications chimiques, et s'assemble avec des PR et l’ARNr 5S pour former les sous-unités du ribosome, qui sont exportées vers le cytosol pour s'assembler en ribosomes matures. Il a été démontré que les cellules cancéreuses produisent plus de ribosomes que les cellules saines, ce qui leur permet de traduire plus de protéines et préférentiellement certains ARNm, ce qui favorise leur prolifération. Par conséquent, les cellules cancéreuses dépendent fortement de l'augmentation de la biogenèse des ribosomes et elles sont donc sensibles à son inhibition. Cette inhibition présente deux avantages majeurs : elle induit un stress cellulaire dit stress ribosomique, sans effet génotoxique, et elle semble efficace dans les cellules déficientes en p53, une mutation fréquente dans les cancers. Depuis dix ans, la biogenèse des ribosomes a connu un regain d'intérêt majeur grâce aux preuves de concept faites avec les composés CX-3543, CX-5461 et BMH- 21. Ils inhibent sélectivement l'activité de l'ARN Pol I, sont efficaces, et sont également sélectifs des cellules cancéreuses vis-à-vis des cellules saines. Ces inhibiteurs ciblent l'étape initiale de la biogenèse des ribosomes. Dans le contexte du CSTN, nous avons validé que les deux inhibiteurs de l’ARN Pol I, CX-5461 et BMH-21 ont un effet anti-tumorigènes in vitro et in vivo, et qu’ils induisent un arrêt du cycle cellulaire. Cependant, bien qu'efficaces, les inhibiteurs actuels de l’ARN Pol I sont des inhibiteurs de la transcription qui ont été rapportés pour leurs effets génotoxiques. La biogenèse des ribosomes repose sur de nombreux autres facteurs essentiels à la production des ribosomes, qui pourraient constituer des cibles thérapeutiques prometteuses. L'un de ces facteurs impliqués dans la maturation de l'ARNr est la fibrillarine (FBL). La FBL est responsable du clivage du pré-ARNr et de la 2'-O-Méthylation post-transcriptionnelle des ARNr. Dans mon équipe, il a été démontré que l'inhibition de la FBL altère le clivage du pré-ARNr ainsi que le schéma de 2'-O-Méthylation de l'ARNr, affectant la traduction de certains ARNm. La FBL est surexprimée dans les cancers du sein, en particulier dans le sous-type CSTN. Dans notre étude, nous avons déterminé que la réduction de l'expression de la FBL induit un effet anti-tumorigène in vitro et in vivo. De plus, nous avons montré que la réduction de l'expression de la FBL induit un arrêt du cycle cellulaire. Ces résultats confirment que cibler la maturation du pré-ARNr représente une nouvelle approche thérapeutique potentielle pour ce sous-type CSTN.

Triple-negative breast cancer (TNBC) accounts for 15 to 20% of breast cancers. It is characterized by the absence of hormonal receptors (estrogen and progesterone) and amplification of the HER2 receptor, rendering hormone therapies ineffective. Therapeutic options are therefore limited to surgery, chemotherapy, and radiotherapy, with a low response rate. This leads to frequent relapses and a 5-year survival rate ranging from 50% to 20%, depending on metastatic status. This situation underscores an urgent need for new, more effective, and targeted therapies to improve TNBC treatment. Ribosomes are composed of two subunits, the small (40S) and the large (60S). They contain 80 ribosomal proteins (RPs), and the four ribosomal RNAs (rRNAs) are synthesized and assembled in a complex manner during ''ribosome biogenesis.'' This biogenesis is regulated by over 200 factors. Initially, a pre-rRNA 47S is synthesized in the nucleolus by RNA polymerase I (Pol I), and the 5S rRNA by RNA Pol III in the cytosol. The mRNA of the RPs is transcribed in the nucleus by Pol II. The pre-rRNA 47S undergoes maturation, including cleavages and chemical modifications, and assembles with RPs to form subunits, which are exported to the cytosol to assemble into mature ribosomes. It has been demonstrated that cancer cells produce more ribosomes than normal cells, allowing them to translate more proteins and preferentially certain mRNAs, which promotes their proliferation. Consequently, cancer cells are highly dependent on increased ribosome biogenesis and are therefore sensitive to its inhibition. This inhibition has two major advantages: it induces a cellular stress known as ribosomal stress, without genotoxic effects, and it appears to be effective in p53-deficient cells, a common mutation in cancers. Over the past ten years, ribosome biogenesis has experienced a significant resurgence of interest, thanks to proof-of-concept studies with the compounds CX-3543, CX-5461, and BMH-21. These selectively inhibit the activity of RNA Pol I, are effective, and are also selective for cancer cells over healthy cells. These inhibitors target the initial step of ribosome biogenesis. In the context of TNBC, we validated that the two Pol I inhibitors, CX-5461 and BMH-21, have anti-tumorigenic effects in vitro and in vivo, and induce cell cycle arrest. However, although effective, current Pol I inhibitors are transcription inhibitors that have been reported to have genotoxic effects. Ribosome biogenesis relies on many other essential factors for ribosome production, which could constitute promising therapeutic targets. One of these factors involved in rRNA maturation is fibrillarin (FBL). FBL is responsible for the cleavage of pre-rRNA and the 2'-O-methylation of rRNA post-transcriptionally. In my team, it has been shown that the inhibition of FBL alters the cleavage of pre-rRNA as well as the 2'-O-methylation pattern of rRNA, affecting the translation of certain mRNAs. FBL is overexpressed in breast cancers, particularly in the TNBC subtype. In our study, we determined that reducing FBL expression induces an anti-tumorigenic effect in vitro and in vivo. Furthermore, we demonstrated that reducing FBL expression induces cell cycle arrest. These results confirm that targeting the maturation of pre-rRNA represents a novel potential therapeutic approach for this TNBC subtype.