Identification de produits naturels pour l'immunothérapie contre le cancer de la prostate

Identification of natural products for immunotherapy against prostate cancer

• Auteur / Autrice : Thi Tu Uyen Phan
• Direction : Palma Rocchi
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie-Santé - Spécialité Oncologie
• Date : Inscription en doctorat le 01/09/2024
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CINaM - Centre Interdisciplinaire de Nanoscience de Marseille

Mots clés

Mots clés libres

Cancer de la prostate

Immunothérapie

Cancer de la prostate résistant à la castration

Prostate cancer

Immunotherapy

Castration-resistant prostate cancer

Résumé

Le cancer de la prostate est le type de cancer le plus courant chez les hommes, représentant 15 % de tous les cancers diagnostiqués chez les hommes (Ferlay et al. 2015). Bien que le cancer de la prostate avancé réponde souvent bien au début au traitement par privation androgénique, l'utilisation à long terme de ce traitement conduit finalement au développement d'un cancer de la prostate résistant à la castration (CRPC). Il existe plusieurs options de traitement standard disponibles pour la gestion du CRPC, notamment la thérapie par privation androgénique, la chimiothérapie, l'immunothérapie, la radiothérapie localisée ou systémique et les inhibiteurs de PARP. Cependant, l'efficacité de ces stratégies thérapeutiques est limitée par l'émergence de résistances, la survenue d'effets secondaires et la variation importante observée dans le paysage clinique de la maladie (Le et al. 2023). Dans le traitement du cancer de la prostate, les immunothérapies comprenant le sipuleucel-T et les inhibiteurs de points de contrôle immunitaires offrent la promesse de réponses durables, de moins d'effets secondaires par rapport aux thérapies traditionnelles et la possibilité de surmonter la résistance au traitement (Shiravand et al. 2022). Cependant, la majorité des anticorps monoclonaux (AcM) utilisés dans ces thérapies présentent des inconvénients inhérents, notamment une faible perméabilité, une susceptibilité accrue aux événements indésirables (EI), une immunogénicité potentielle et le fardeau financier important qu'ils imposent (Fessas et al. 2020 ; Zahavi et Weiner 2020). En revanche, les inhibiteurs de PD-1/PD-L1 à petites molécules ont gagné en popularité dans le domaine en raison de leurs effets secondaires relativement peu nombreux, de leur demi-vie plus courte et de leur rapport coût-efficacité (Chen, Song et Zhang 2019 ; Kerr et Chisholm 2019 ; Wang et coll. 2021 ; Des études antérieures ont montré l'efficacité de divers composés bioactifs qui fonctionnent comme des inhibiteurs de points de contrôle immunitaires, indiquant des pistes prometteuses pour de futures recherches. (Lee et al. 2021 ; Liu et al. 2022 ; Yuan et al. 2022 ; Zhong et al. 2022). Le Vietnam se distingue particulièrement par sa riche biodiversité, avec plus de 4 000 espèces traditionnellement utilisées dans les pratiques médicinales. Dans notre précédent projet, des composés bioactifs dérivés de plantes vietnamiennes ont démontré différents effets dans le traitement du cancer. En particulier, nous avons montré que plusieurs composés différents isolés de Piper longum L diminuaient l'expression de PD-L1 dans les cellules MDA MB 231, ce qui en faisait un nouvel inhibiteur de point de contrôle immunitaire prometteur dans le traitement du cancer. L'objectif principal de nos efforts de recherche est d'explorer et de cribler des produits naturels susceptibles de servir de nouveaux inhibiteurs anti-PD-L1 pour le traitement du cancer de la prostate. Cette poursuite s'aligne sur l'objectif primordial d'optimiser la diversité des plantes médicinales au Vietnam et est très prometteuse pour faire progresser le domaine de l'immunothérapie du cancer. Work package 1 (WP1) : Cribler des composés naturels prometteurs et caractériser leurs propriétés chimiques. L'objectif principal du WP1 est de cribler et d'identifier des composés naturels ayant des propriétés potentielles d'inhibiteurs de points de contrôle immunitaires dans les lignées cellulaires PC grâce à un processus de sélection complet. Il y aura la participation du professeur associé Nguyen Hai Dang (vice-recteur de l'Université des sciences et technologies de Hanoï, expert en produits naturels), du Dr Pham The Hai (professeur, département des sciences de la vie - expertise de l'Université des sciences et technologies de Hanoï en docking moléculaire) de l'Université des Sciences et Technologies de Hanoi USTH. WP1.1 : Création d'une chimiobanque de composés bioactifs Lors de recherches antérieures de l'Université des Sciences et Technologies de Hanoï (USTH), nous disposions d'une collection d'extraits de plantes médicinales vietnamiennes. En utilisant la méthode de réseautage moléculaire, une chimibanque de composés bioactifs issus de plantes vietnamiennes sera construite. De plus, plusieurs composés isolés avec succès seront ajoutés à cette base de données pour l'étape de criblage. WP1.2. Prédiction des composés qui interagissent avec PD-L1, PD-L2 L'amarrage moléculaire est une technique informatique qui prédit l'affinité de liaison des ligands aux protéines réceptrices. Cela permet aux chercheurs d'étudier le comportement de petites molécules au sein du site de liaison d'une protéine cible et de comprendre le processus biochimique fondamental qui sous-tend cette interaction. En utilisant le docking moléculaire, nous éluciderons l'interaction de ces composés bioactifs de cette base de données avec PD1-PDL1/PDL2 afin de sélectionner les candidats potentiels pour des recherches ultérieures. Work package 2 (WP2) : Évaluation de l'efficacité des composés dans des modèles précliniques Nous examinerons l'efficacité et l'innocuité de composés naturels sélectionnés comme candidats inhibiteurs de point de contrôle immunitaire pour le traitement du cancer de la prostate. Le WP2 sera principalement réalisé dans le laboratoire « ARNm, Nanomédecine et Théranostic : de la signalisation cellulaire à la thérapie persionalisée « RNAnoTHER » avec la mise en œuvre du Dr Palma Rocchi (Directeur de Recherche de l'INSERM, un scientifique mondial de premier plan dans la recherche sur le cancer de la prostate , traitements ciblant les ARNm), Dr Virginie Baylot (Chercheuse INSERM, expertise en immunothérapie pour le traitement du cancer). WP 2.1 Évaluer l'effet des candidats sur l'expression de PD-L1 dans les cellules cancéreuses de la prostate. Une étude précédente a rapporté le profil d'expression de PD-L1 dans différents modèles de lignées cellulaires prostatiques (Tableau 1) (Martin et al. 2015). Tout d'abord, nous vérifierons l'expression de PD-L1 dans différentes lignées cellulaires PC (par exemple, LNCaP, C4-2, DU-145, 22Rv1) à l'aide de la qPCR et de l'analyse par Western blot. Cette expérience nous permet de sélectionner le modèle de lignée cellulaire approprié pour d'autres expériences. Différentes cellules cancéreuses de la prostate (LNCaP, C4-2, DU-145, 22Rv1) seront traitées avec les candidats identifiés dans différentes durées (expérience en fonction du temps) ou dans une plage de concentration (dépendance à la concentration) pour étudier leurs effets sur l'expression. de PD-L1. L'analyse Western blot et RT-qPCR, les techniques couramment utilisées dans notre laboratoire, seront utilisées pour évaluer l'expression de PDL-1 aux niveaux de l'ARNm et des protéines lors du traitement. Résultats attendus : Nos composés diminueront l'expression de PD-L1 WP 2.2 : Étudier l'effet des candidats sur l'expression de PD-L1 dans les cellules PC stimulées par des cytokines pro-inflammatoires Des recherches antérieures ont montré que le microenvironnement tumoral augmentait l'expression de PD-L1 induite par des cytokines pro-inflammatoires, telles que l'interféron γ, le TNFα et l'IL-6 (Cha et al. 2019 ; Chan et al. 2019). Dans cette expérience, les cellules cancéreuses de la prostate seront traitées avec des cytokines pro-inflammatoires en 12 heures, puis traitées avec nos composés en 12 heures, et récoltées pour des expériences Western Blot et qPCR afin d'observer l'expression de PD-L1 dans les niveaux de protéines et d'ARNm. Résultats attendus : les cytokines pro-inflammatoires induisent l'expression de PD-L1 et nos composés vont réduire l'expression de PD-L1. WP 2.3 : Étude de l'effet de composés potentiels sur l'expression de PD-L1 à la surface de la cellule. L'expression de PD-L1 à la surface des cellules cancéreuses de la prostate avec ou sans composés traités sera évaluée par Western Blot et cytométrie en flux dans des expériences dépendantes du temps et de la concentration. Résultats attendus : nos composés inhiberont l'expression de PD-L1 dans la membrane cellulaire. WP2.4 : Évaluation de l'efficacité des composés dans les organoïdes dérivés de tissus de patients (PTDO) Dans notre laboratoire, nous établissons une biobanque d'organoïdes dérivés de tumeurs de patients atteints d'un cancer de la prostate. En effectuant les caractérisations moléculaires à l'aide de RNA-seq, nous serons en mesure de sélectionner les PTDO qui ont une expression élevée de PD-L1 pour les tests de dépistage de drogues. Résultats attendus : Nos composés sélectifs diminuent l'expression de PD-L1 à la surface de la membrane. Les références - Cha, Jong-Ho, Li-Chuan Chan, Chia-Wei Li, Jennifer L. 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Prostate cancer is the most common type of cancer in men, representing 15% of all cancers diagnosed in males (Ferlay et al. 2015). Although advanced prostate cancer often responds well initially to androgen deprivation therapy, long-term use of this treatment eventually leads to the development of castration-resistant prostate cancer (CRPC). There are multiple standard treatment options available for managing CRPC, including androgen deprivation therapy, chemotherapy, immunotherapy, localized or systemic radiation therapy, and PARP inhibitors. However, the effectiveness of these treatment strategies is limited by the emergence of resistance, the occurrence of side effects, and the significant variation observed in the clinical landscape of the disease (Le et al. 2023). In prostate cancer treatment, immunotherapies including sipuleucel-T and immune checkpoint inhibitors offer the promise of durable responses, fewer side effects compared to traditional therapies, and the potential to overcome treatment resistance (Shiravand et al. 2022). However, the majority of monoclonal antibodies (mAbs) employed in these therapies bear inherent drawbacks, including low permeability, increased susceptibility to adverse events (AEs), potential immunogenicity, and the significant financial burden they impose (Fessas et al. 2020; Zahavi and Weiner 2020). In contrast, small molecule PD-1/PD-L1 inhibitors have gained favor in the field for their relatively few side effects, shorter half-life, and cost-effectiveness (Chen, Song, and Zhang 2019; Kerr and Chisholm 2019; Wang et al. 2021; Wu et al. 2021). Previous studies have shown the effectiveness of various bioactive compounds that function as immune checkpoint inhibitors, indicating promising avenues for future investigation. (Lee et al. 2021 ; Liu et al. 2022; Yuan et al. 2022 ; Zhong et al. 2022). Vietnam is particularly notable for its rich biodiversity, with over 4000 species that have traditionally been used in medicinal practices. In our previous project, bioactive compounds derived from Vietnamese plants have demonstrated different effects in the treatment of cancer. In particular, we have shown that several different compounds isolated from Piper longum L decreased the expression of PD-L1 in MDA MB 231 cells, making them a promise as a new immune checkpoint inhibitor in cancer treatment. The primary objective of our research endeavors is to explore and screen natural products with the potential to serve as novel anti-PD-L1 inhibitors for the treatment of prostate cancer. This pursuit aligns with the overarching goal of optimizing the diversity of herbal plants in Vietnam and holds great promise in advancing the field of cancer immunotherapy. Work package 1 (WP1): Screening promising natural compounds and characterize their chemical properties. The main goal of the WP1 is to screen and identify natural compounds with potential immune checkpoint inhibitor properties in PC cell lines through a comprehensive selection process. There will be participation of Assoc Prof. Nguyen Hai Dang (Vice-Rector of University of Sciecen and Technology of Hanoi expert in nature product), Dr. Pham The Hai (Lecturer, Department Life Sciences- Uniersity of Science and Technology of Hanoi expertise in molecular docking) from the University of Science and Technology of Hanoi USTH. WP1.1: Establishment of a chemibank of bioactive compounds In previous research of University of Science and Technology of Hanoi (USTH), we had a collection of plant extracts of Vietnamese herbal. Using molecular networking method, a chemibank of bioactive compounds from Vietnamese herbal will be built. More than that, several compounds that isolated successfully will be added into this databased for screening step. WP1.2. Prediction of compounds interact with PD-L1, PD-L2 Molecular docking is a computational technique that predicts the binding affinity of ligands to receptor proteins. This enables researchers to study the behavior of small molecules within the binding site of a target protein and understand the fundamental biochemical process underlying this interaction. Using molecular docking, we will elucidate the interaction of these bioactive compounds from this database with PD1-PDL1/PDL2 to select the potential candidates for further research. Work package 2 (WP2): Evaluation of the efficacy of the compounds in preclinical models We will examine the efficacy and safety of selected natural compounds as immune checkpoint inhibitor candidates for prostate cancer treatment. The WP2 will be mainly carried out in the laboratory “mRNA, Nanomedicine, and Theranostic: from cell signalling to persionalized therapy “RNAnoTHER” with the implement of Dr. Palma Rocchi (Research Director of INSERM, a top world scientist in researches on prostate cancer, mRNA targeting treatments), Dr. Virginie Baylot (Researcher of INSERM, expertise in immunotherapy for cancer treatment). WP 2.1 Evaluate the effect of candidates in the expression of PD-L1 in prostate cancer cells. A previous study reported the expression profile of PD-L1 in different prostatic cell line models (Table 1) (Martin et al. 2015). First of all, we will verify the expression of PD-L1 in different PC cell lines (e.g., LNCaP, C4-2, DU-145, 22Rv1) using qPCR and western blot analysis. This experiment allows us to select the proper cell line model for further experiments. Different prostate cancer cells (LNCaP, C4-2, DU-145, 22Rv1) will be treated with the identified candidates in different durations (time-dependence experiment) or a range of concentration (concentration-dependence) to investigate their effects in the expression of PD-L1. Western blot and RT-qPCR analysis, the routinely used techniques in our laboratory, will be utilized to evaluate the PDL-1 expression at both mRNA and protein levels upon treatment. Expected results: Our compounds will decrease the expression of PD-L1 WP 2.2: Investigate the effect of candidates in the expression of PD-L1 in the PC cells that are stimulated by pro-inflammatory cytokines Previous research improved that the tumor microenvironment increased PD-L1 expression induced by pro-inflammatory cytokines, such as interferon γ, TNFα, and IL-6 (Cha et al. 2019; Chan et al. 2019). In this experiment, prostate cancer cells will be treated with pro-inflammatory cytokines in 12 hours then treated with our compounds in 12 hours, and harvested for Western Blot and qPCR experiment to observe the expression of PD-L1 in protein and mRNA levels. Expected results: pro-inflammatory cytokines induce the expression of PD-L1 and our compounds will reduce the expression of PD-L1. WP 2.3: Investigated the effect of potential compounds in the expression of PD-L1 in the cell's surface. The expression of PD-L1 in the surface of prostate cancer cells with or without compounds treated will be evaluated by western blot and flow cytometry in time-dependent and concentration-dependent experiments. Expected results: our compounds will inhibit the expression of PD-L1 in the cell membrane. WP2.4: Evaluation of the efficacy of the compounds in patient tissue-derived-organoids (PTDOs) In our laboratory, we are establishing a biobank of organoids that are derived from tumors of prostate cancer patients. By performing the molecular characterizations using RNA-seq, we will be able to select the PTDOs that have high expression of PD-L1 for drug testing. Expected results: Our selective compounds decrease PD-L1 expression in the membrane surface. References - Cha, Jong-Ho, Li-Chuan Chan, Chia-Wei Li, Jennifer L. Hsu, and Mien-Chie Hung. 2019. “Mechanisms Controlling PD-L1 Expression in Cancer.” Molecular Cell 76(3):359–70. doi: 10.1016/j.molcel.2019.09.030. - Chan, Li-Chuan, Chia-Wei Li, Weiya Xia, Jung-Mao Hsu, Heng-Huan Lee, Jong-Ho Cha, Hung-Ling Wang, Wen-Hao Yang, Er-Yen Yen, Wei-Chao Chang, Zhengyu Zha, Seung-Oe Lim, Yun-Ju Lai, Chunxiao Liu, Jielin Liu, Qiongzhu Dong, Yi Yang, Linlin Sun, Yongkun Wei, Lei Nie, Jennifer L. Hsu, Hui Li, Qinghai Ye, Manal M. 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