Homéostasie des métaux au cours de la plasticité cellulaire dans le cancer

Metal homeostasis during epithelial-mesenchymal plasticity in cancer

• Auteur / Autrice : Arthur Pereira
• Direction : Tatiana Cañeque
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie moléculaire
• Date : Inscription en doctorat le 01/12/2023
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Médicament, toxicologie, chimie, imageries (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité Chimie et biologie de la cellule (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut Curie (Paris ; 1978-....)

Mots clés

Mots clés libres

Fer

Cuivre

Cd44

Iron

Copper

Cd44

Résumé

Au cours de l'embryogénèse, les cellules épithéliales peuvent acquérir, sous l'impulsion de reprogrammation épigénétique, des propriétés physiques des cellules mésenchymateuses. Cette transition de l'état épithélial à l'état mésenchymateux (EMT), et l'inverse (MET), sont appelés plasticité épithélio-mésenchymateuse (PEM). Une sous-population de cellules cancéreuses, appelées cellules souches cancéreuses, peut exploiter ce processus pour changer d'état cellulaire et disséminer dans l'organisme afin d'assurer la progression tumorale. Cette capacité permet aux cellules cancéreuse d'acquérir un état réfractaire aux thérapies conventionnelles, de façon réversible et indépendant de mutations génétiques. Elles sont alors appelées cellules tumorales persistantes (CTP) et sont responsables de l'évasion métastatique. Il n'existe à ce jour aucun traitement ciblant les CTP et cela nécessite donc de nouvelles approches thérapeutiques. Récemment, l'équipe du Dr. Rodriguez a révélé le rôle clé du fer dans les CTP. En développant des familles de petites molécules, comme l'ironomycine qui peut cibler le fer lysosomal, l'équipe a montré qu'il est possible de perturber l'homéostasie du fer et de promouvoir la chimie de Fenton qui peut conduire à la production d'espèces réactives de l'oxygène (ERO) dans des compartiments cellulaires spécifiques. En séquestrant le fer lysosomal, l'ironomycine favorise la peroxydation lipidique par les ERO, et donc la perméabilité des membranes lysosomales qui conduit à la mort cellulaire par ferroptose. Des études préliminaires non publiées suggèrent une vulnérabilité accrue des CTP à la ferroptose. Ainsi, une nouvelle approche impliquant des inducteurs de ferroptose pourrait être efficace contre les CTP. Le fer joue également un rôle clé dans la régulation de la plasticité génétique. En favorisant les déméthylases fer-dépendantes, il mène à une reprogrammation épigénétique spécifique et à des états cellulaires spécifiques. De plus, le cuivre mitochondrial (II) a également été identifié par l'équipe comme un régulateur clé de la plasticité cellulaire impliqué dans les processus métaboliques. Elle a développé une nouvelle molécule, la supformine, pour cibler le cuivre (II) dans les mitochondries afin de bloquer la plasticité cellulaire dans le cancer. Par conséquent, la supformine pourrait être efficace contre les CTP. L'équipe a également identifié le récepteur transmembranaire CD44 comme principal transporteur de fer et de cuivre dans la plasticité cellulaire, le redéfinissant comme marqueur de plasticité qui régule l'absorption des métaux. Le CD44 augmente pendant la progression de la tumeur et le processus métastatique. Ce projet vise également à étudier comment les cellules cancéreuses, en particulier dans l'adénocarcinome pancréatique, organisent l'absorption métallique in vitro et dans des échantillons de tumeurs primaires. Dans ce travail, la caractérisation de l'hétérogénéité tumorale sera suivie par des approches de pointe telles que la cytométrie en flux, la protéomique, l'ARN-seq, la ChiP-seq et la spectrométrie de masse (pour évaluer le contenu en métaux des différents échantillons). Des molécules ciblant le fer lysosomal et le cuivre mitochondrial seront utilisées dans des modèles de cancer in vitro et dans des échantillons de tumeurs fraîches pour tester leur efficacité à réduire les populations de CTP. Ces travaux ouvriront la voie à l'élaboration de nouvelles approches thérapeutiques pour cibler les CTP et les métastases.

During embryogenesis, epithelial cells can acquire, under extensive epigenetic reprogramming, physical properties of mesenchymal cells. This transition from the epithelial to mesenchymal state (EMT), and the reverse process (MET), are called epithelial-mesenchymal plasticity (EMP). A subpopulation of cancer cells, termed cancer stem cells, can exploit this process to acquire different cell states and spread throughout the body to ensure tumor progression. This ability allows cancer cells to acquire a state refractory to conventional therapies, in a reversible manner and independent of genetic mutations. They are called persister cancer cells (PCC) and are responsible for metastatic escape. However, there are currently no drugs used for clinical applications designed to selectively target the drug-tolerant/therapy-resistant PCC, thus calling for therapeutic innovation. Recently, Dr. Rodriguez's team revealed the key role of iron in PCC. By developing families of small molecules, such as ironomycin that can target lysosomal iron, the team has shown that it is possible to disrupt iron homeostasis and promote Fenton chemistry, which can lead to the production of reactive oxygen species (ROS) in specific cell compartments. By sequestering lysosomal iron, ironomycin promotes lipid peroxidation by the ROS, and thus the permeabilization of lysosomal membranes that leads to cell death by ferroptosis. Unpublished preliminary studies suggest increased susceptibility of PCC to ferroptosis. Thus, a new approach involving ferroptosis inducers could be effective against PCC. Iron also plays a key role in regulating epigenetic plasticity by promoting iron-dependent demethylases,leading to specific epigenetic reprogramming and specific cellular states. In addition, mitochondrial copper (II) was also identified by the team as a key regulator of cellular plasticity involved in metabolic processes. The host laboratory developed a new molecule, supformin, to target copper (II) in the mitochondria to block cell plasticity in cancer. Therefore, supformin may be effective against PCC. The team also identified the transmembrane receptor CD44 as the main iron and copper carrier in cell plasticity, redefining it as a plasticity marker that regulates metal endocytosis. CD44 increases during tumor progression and metastatic process. This project also aims to investigate how cancer cells, particularly in pancreatic adenocarcinoma, organize metal absorption in vitro and in primary tumour samples. In this work, the characterization of tumor heterogeneity will be followed by advanced approaches such as flow cytometry, proteomics, RNA-seq, ChIP-seq and mass spectrometry (to assess metal content of different samples). Small molecules that target Lysosomal iron and mitochondrial copper will be used in in vitro cancer models and fresh tumour samples to test their effectiveness in reducing PCC populations. This work will pave the way for new therapeutic approaches to target PCC and metastasis.