Étude du rôle de NRF2 dans le développement et l'adaptation métabolique du glioblastome

Study of the Role of NRF2 in the Progression and Metabolic Adaptation of Glioblastoma

• Auteur / Autrice : Maya Moubarak
• Direction : Océane Martin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie du cancer
• Date : Soutenance le 22/10/2024
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Talence, Gironde ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biochimie et génétique cellulaires (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Laurence Huc
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Elias El-Habr, Valérie Coronas
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Elias El-Habr, Valérie Coronas

Mots clés

Mots clés contrôlés

Stress oxydatif

Reprogrammation cellulaire

Facteur de transcription Nrf2

Glioblastome

Mots clés libres

Glioblastome

NRF2

Reprogrammation métabolique

Invasion cellulaire

Stress oxydatif

Caractère souche

Résistance à la thérapie

Glioblastoma

NRF2

Metabolic reprogramming

Cell invasion

Oxidative stress

Stemmless

Therapy resistance

Résumé

Le glioblastome (GB), la forme la plus agressive de tumeur cérébrale, présente d'importants défis thérapeutiques en raison de son comportement invasif, de sa résistance aux traitements et de son hétérogénéité génétique. Le stress oxydatif, régulé par le facteur nucléaire lié à l'érythroïde 2 (NRF2), joue un rôle crucial dans la progression du cancer.NRF2, un facteur de transcription central pour l'homéostasie redox, présente un rôle double dans le cancer, agissant à la fois comme suppresseur et promoteur de tumeur. Cette étude visait à clarifier le rôle de NRF2 dans le développement du GB, son adaptation métabolique et sa résistance aux thérapies en utilisant un modèle de GB dérivé de patients (P3), cliniquement pertinent. Nous avons utilisé la technologie CRISPR-Cas9 pour générer des lignées cellulaires déficientes en NRF2 et induit une surexpression de NRF2 pour évaluer son impact sur la biologie du GB. Nos résultats montrent que l'invalidation de NRF2 (KO) n'a pas significativement affecté la croissance des sphères P3 in vitro, tandis que les expériences in vivo ont démontré des effets inverses sur la croissance tumorale entre les deux clones invalidés. La tumeur du clone C7 KO a montré une croissance tumorale accrue, suggérant un rôle pro-tumoral de NRF2, tandis que celle du clone C16 KO a présenté une croissance réduite, indiquant un effet anti-tumoral. De plus, l'invalidation de NRF2 a significativement diminué la capacité invasive des cellules de GB in vitro, mais cette réduction n'a pas été observée in vivo, ce qui implique que le microenvironnement tumoral pourrait moduler l'activité de NRF2. Cependant, la surexpression de NRF2 induite par le tert-butylhydroquinone (TBHQ) n'a eu aucun impact, ni sur la prolifération, ni sur l'invasion des sphères P3 in vitro. Par ailleurs, bien que l'invalidation de NRF2 n'ait pas altéré le potentiel de membrane mitochondriale, la biogenèse ou la machinerie d'importation des protéines, elle a entraîné une reprogrammation métabolique significative. Un déplacement notable vers la glycolyse a été mis en évidence par l'augmentation des niveaux de lactate intracellulaire, la surexpression de LDHA et la sous-expression de LDHB, soutenant l'effet Warburg. De plus, l'invalidation de NRF2 a augmenté le stockage des lipides en favorisant la formation de gouttelettes lipidiques. Bien que NRF2 soit connu pour conférer une résistance aux agents chimiothérapeutiques comme le témozolomide (TMZ), notre étude a révélé que l'invalidation de NRF2 n'a pas augmenté la sensibilité au TMZ dans notre modèle. De manière inattendue, la déficience en NRF2 a entraîné une surexpression des marqueurs SOX2 et OLIG2, indiquant une possible augmentation du caractère souche des cellules invalidées pour NRF2, bien que cela ne se soit pas traduit par une capacité accrue d'auto-renouvellement des sphères P3.En conclusion, cette étude souligne le rôle multiple de NRF2 dans la progression, l'invasion et l'adaptation métabolique du GB. Cependant, des recherches futures devraient explorer les mécanismes sous-jacents par lesquels NRF2 influence les voies moléculaires et les réseaux de gènes liés à la progression et au métabolisme du GB.

Glioblastoma (GB), the most aggressive form of brain tumor, poses substantial therapeutic challenges due to its invasive behavior, treatment resistance, and genetic heterogeneity. Oxidative stress, regulated by Nuclear Factor Erythroid 2-related Factor 2 (NRF2), plays a critical role in cancer progression.NRF2, a central transcription factor for redox homeostasis, exhibits a dual role in cancer, acting as both a tumor suppressor and promoter. This study aimed to clarify NRF2’s role in GB development, metabolic adaptation, and therapy resistance using a clinically relevant patient-derived GB model (P3). We employed CRISPR-Cas9 technology to generate NRF2-deficient cell lines and induced NRF2 overexpression to assess its impact on GB biology. Our findings reveal that NRF2 knockout (KO) did not significantly affect P3 sphere growth in vitro, while in vivo experiments demonstrated contrasting tumor growth patterns between the different knockout clones. The tumor of the C7 KO clone exhibited enhanced tumor growth, suggesting a pro-tumoral role for NRF2, while that of C16 KO showed reduced growth, indicating an anti-tumoral effect. Additionally, NRF2 knockout significantly decreased the invasive capacity of GB cells in vitro, but this reduction was not observed in vivo, implying that the tumor microenvironment may modulate NRF2’s activity. However, tert-Butylhydroquinone (TBHQ)-induced NRF2 overexpression had no impact on the proliferation or invasiveness of P3 spheres in vitro. Moreover, although NRF2 KO did not alter mitochondrial membrane potential, biogenesis, or protein import machinery, it caused significant metabolic reprogramming. A significant shift toward glycolysis was evidenced by the increased intracellular lactate levels, upregulation of LDHA, and downregulation of LDHB expression, supporting the Warburg effect. Moreover, knocking out NRF2 increased lipid storage by favoring lipid droplet formation. Although NRF2 is known to confer resistance to chemotherapeutic agents like temozolomide (TMZ), our study found that NRF2 knockout did not increase TMZ sensitivity. Unexpectedly, NRF2 deficiency resulted in elevated expression of stemness markers, such as SOX2 and OLIG2, indicating a potential enhancement of stem-like traits, though this did not correlate with the P3 sphere's increased self-renewal capacity.Overall, this study underscores the multifaceted role of NRF2 in GB progression, invasion, and metabolic adaptation. However, future research should explore the underlying mechanisms through which NRF2 influences the molecular pathways and gene networks related to GB progression and metabolism.