Reprogrammation Epigénomique et Métabolique des cellules tumorales sous pression thérapeutique

Metabolic and epigenetic reprogramming under therapeutic stress in breast cancer

• Auteur / Autrice : Victoire Guéroult
• Direction : Céline Vallot, Fabien Reyal
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génétique et génomique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2025
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Dynamique de l'information génétique
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Dynamique de la plasticité épigénétique dans le cancer
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut Curie - PSL

Mots clés

Mots clés libres

Épigénétique

Métabolisme

Cancer du sein

Breast cancer

Metabolism

Epigenetics

Résumé

L'acquisition de la résistance aux thérapies anticancéreuses commence par la survie des cellules persistantes sous traitement. Ces cellules constituent un réservoir de cellules à partir duquel émergent des cellules résistantes aux médicaments, capables de se développer activement sous traitement. Dans les cancers du sein triple négatifs (TNBC), des études menées par nous et d'autres ont fourni des preuves du rôle moteur des altérations épigénétiques et transcriptomiques dans la persistance des médicaments. Nous avons récemment identifié une série de caractéristiques des cellules persistantes dans le TNBC à travers différents régimes de traitement : activation des gènes définissant l'identité des cellules basales mammaires, ainsi que des voies de réponse au stress et des gènes régulant le métabolisme cellulaire, comme le cycle de la méthionine et la biosynthèse du cholestérol. Le remodelage épigénomique récurrent - au niveau de l'H3K27me3 - est l'un des mécanismes initiant ce programme d'expression récurrent dans les cellules tolérantes. Les enzymes de modification de la chromatine sont influencées par des métabolites comme la S-adénosyl-L-méthionine (SAM) et l'Acétyl-CoA, qui régulent la méthylation et l'acétylation des histones. Cependant, la relation entre le métabolisme cellulaire, la dynamique des modifications de la chromatine et la régulation génique n'est pas comprise. En particulier, la manière dont les changements du métabolisme affectent la distribution des modifications épigénomiques reste floue. Le projet de doctorat explorera l'interaction entre le métabolisme et les changements épigénomiques en réponse à la thérapie dans le TNBC, en mettant l'accent sur leur rôle dans la résistance au traitement. Une partie du projet consistera à étudier les métabolites et les modifications des histones à la fois au niveau global et local dans des systèmes modèles et des échantillons de patients avant et après traitement. Le candidat utilisera une méthode à cellule unique développée dans le laboratoire, appelée OneCell CUT&Tag, qui permet le profilage multi-omique des cellules cancéreuses, afin d'analyser les niveaux de protéines, d'ARN et les modifications épigénomiques. Une deuxième partie du projet sera consacrée à des explorations mécanistiques. Dans notre étude précédente, parmi les caractéristiques de l'état persistant, nous avions identifié le gène NNMT – un piège du groupe méthyle de la SAM – comme une caractéristique récurrente des cellules persistantes à travers les régimes de traitement. NNMT est une Nicotinamide N-méthyltransférase, qui catalyse le transfert d'un groupe méthyle du cofacteur SAM vers ses divers substrats, consommant ainsi le donneur de méthyle universel SAM, et réduisant sa disponibilité pour d'autres enzymes, y compris les histone méthyltransférases (HMT) et/ou les ADN méthyltransférases (DNMT). Nous explorerons le lien mécanistique entre l'expression de NNMT, le remodelage organisé de la chromatine et le reprogrammation transcriptionnelle induite par un stress thérapeutique dans le CSTN. Au final, l'objectif à long terme de ce projet de doctorat est de comprendre les dépendances entre la disponibilité des métabolites et le remodelage épigénomique, une question de longue date dans le domaine de l'épigénétique du cancer, et d'identifier les vulnérabilités potentielles des cellules résistantes qui pourraient être ciblées.

Acquisition of resistance to anti-cancer therapies initiates with the survival of drug persister cells. These cells constitute a reservoir of cells from which drug-resistant cells, able to actively grow under treatment, emerge. In triple negative breast cancers - TNBC, studies from us and others have provided evidence regarding the driving role of epigenetic and transcriptomic alterations in drug persistence. We have recently identified a series of hallmarks of persister cells in TNBC across treatment regimens: activation of genes defining mammary basal cell identity, as well as stress response pathways, and genes regulating the cell metabolism like the methionine cycle and the cholesterol biosynthesis. Recurrent epigenomic remodeling - at the H3K27me3 level – is one of the mechanisms launching such recurrent expression program in tolerant cells. Chromatin modification enzymes are influenced by metabolites like S-adenosyl-L-methionine (SAM) and Acetyl-CoA, which regulate histone methylation and acetylation. However, the relationship between cellular metabolism, chromatin modification dynamics, and gene regulation is not understood. Specifically, how changes in metabolism affect the distribution of epigenomic modifications remains unclear. The PhD project will explore the crosstalk between metabolism and epigenomic changes in response to therapy in TNBC, focusing on their roles in treatment resistance. One part of the project will involve studying metabolites and histone modifications at both global and local levels in model systems and patient samples before and after treatment. The candidate will use a single-cell method developed in the lab, called OneCell CUT&Tag, which enables multi-omic profiling of cancer cells, to analyze protein levels, RNA, and epigenomic modifications. A second part of the project will be dedicated to mechanistic explorations. In our previous study, among the hallmarks of the persister state, we had identified the gene NNMT – a trap of SAM methyl group – as a recurrent feature of persister cells across treatment regiments. NNMT is a Nicotinamide N-methyltransferase, which catalyzes the transfer of a methyl group from the cofactor SAM onto its various substrates thereby consuming the universal methyl donor SAM, and decreasing its availability for other enzymes including histone methyltransferase – HMT and/or DNA methyltransferase – DNMTs. We will explore the mechanistic link between NNMT expression, the organized chromatin remodeling and the transcriptional reprogramming induced by a therapeutic stress in TNBC. Altogether the long-term goal of this PhD project is to understand the dependencies between metabolites availabilities and epigenomic remodeling, a long-lasting question in the cancer epigenetics fields, and identify potential targetable vulnerabilities of resistant cells.