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Thèse de doctorat

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Titre

Rôle du métabolisme de la sphingosine 1-phosphate dans la résistance thérapeutique des cellules de mélanome aux inhibiteurs de BRAF

Auteur

Garandeau, David

Directeur de thèse

Andrieu-Abadie, Nathalie

Date de soutenance

2016-06-22

Établissement de soutenance

Université de Toulouse

Université Toulouse III - Paul Sabatier

École doctorale

Biologie, santé, biotechnologies (BSB)

Structure de recherche

Centre de Recherche en Cancérologie de Toulouse (CRCT), UMR 1037

Discipline

Biotechnologies, Cancérologie

Sujet

Biotechnologies, agronomie

Mots-clés en français

Sphingosine 1-phosphate

S1P récepteurs

Sphingosine kinase 1

Sphingosine 1-phosphate lyase

Mélanome

Vemurafenib

Résistance thérapeutique

MITF

Bcl-2

Apoptose

Résumé en français

Le traitement du mélanome métastatique a été révolutionné par le développement de thérapies ciblées, qui ont montré un bénéfice significatif sur la survie globale. En particulier, l'inhibition de la sérine-thréonine kinase BRAF, mutée dans 60% des mélanomes, par le Vémurafénib (PLX4032), a montré un gain de survie de 6 à 8 mois comparée à la chimiothérapie de référence, la Dacarbazine. Cependant, une très faible proportion de patients répond sur le long terme. En effet, la majorité des patients développent un échappement thérapeutique dans un délai médian de 6 mois. Des mécanismes cellulaires ont été mis en évidence dans l'apparition de cette résistance acquise, notamment l'implication de MITF, un facteur de transcription majeur des mélanocytes, ainsi que des modifications de l'expression de plusieurs membres de la famille de Bcl-2. Cependant, une meilleure compréhension des mécanismes de résistance aux thérapies anti-BRAF semble essentielle, tout comme l'utilisation de nouvelles approches thérapeutiques combinées afin d'optimiser l'efficacité des traitements et la durée du bénéfice clinique. Notre groupe a récemment identifié des altérations du métabolisme du céramide et de l'un de ses dérivés, la Sphingosine 1-phosphate (S1P), dans les cellules de mélanome humain comparé à des mélanocytes sains. En effet, nous avons montré que la S1P lyase (SPL), qui dégrade irréversiblement la S1P est sous exprimée. Au contraire, l'expression de la sphingosine kinase 1 (SK1), qui produit la S1P, est augmentée dans les cellules de mélanome, conséquence directe de la mutation BRAF. Ces perturbations ont pour effet d'augmenter les niveaux de S1P. Ce lysophospholipide favorise la survie cellulaire ainsi que la résistance vis-à-vis d'agents thérapeutiques dans diverses cellules tumorales. L'objectif de cette thèse a été d'évaluer si le métabolisme de la S1P peut moduler la résistance acquise des cellules de mélanome humain aux inhibiteurs de BRAF. Nous avons montré que la surexpression de la SPL ou l'inhibition pharmacologique de la SK1 (SKI-I) sensibilise les mélanomes métastatiques à l'apoptose induite par la thérapie ciblée. Ce phénomène est associé à une diminution de MITF et de l'une de ses cibles directes, la protéine anti-apoptotique Bcl-2. La diminution d'expression protéique de MITF peut être réversée par un traitement de S1P exogène. De plus, nous avons montré pour la première fois une augmentation de l'expression des récepteurs 1 et 3 à la S1P (S1PR1 et S1PR3), dans les cellules de mélanome présentant une résistance acquise au PLX4032. Ces modifications sont associées à l'expression accrue de MITF. La surexpression de la SPL, le traitement par le SKI-I ou par des inhibiteurs ciblant les S1PR1 et S1PR3, surmonte la résistance acquise de ces cellules au PLX4032 via la diminution d'expression des S1PRs, de MITF, et de Bcl-2. Par conséquent, en contrôlant l'expression de protéines clés de la survie et de la résistance, le métabolisme de la S1P représente une nouvelle approche thérapeutique pour améliorer l'efficacité des thérapies ciblées.

Résumé en anglais

The treatment of metastatic melanoma has changed considerably in recent years with the development of targeted therapies, which have shown a significant benefit in overall survival. In particular, the inhibition of the frequently mutated serine-threonine kinase BRAF, by Vemurafenib (PLX4032) showed that survival rates increase by 6 to 8 months compared to standard chemotherapy, Dacarbazine. However, a very small proportion of patients will respond to the long term, and the majority of patients relapses in a median of 6 months. Cellular mechanisms have been identified in the appearance of this acquired resistance, including the involvement of MITF, a major transcription factor of melanocytes, as well as changes in the expression of several members of Bcl-2 family. However, a better understanding of these mechanisms seems essential, as is the use of new therapeutic strategies to optimize treatment efficacy and duration of clinical benefit. Our group recently showed some alterations of ceramide metabolism and its derivative sphingosine 1-phosphate (S1P) in human melanoma cells compared to healthy melanocytes. For instance, S1P lyase (SPL), which degrades S1P, is under-expressed. Conversely, sphingosine kinase 1 (SK1), which produces S1P, is over-expressed in tumor cells, as a direct result of BRAF mutation. These alterations increases the levels of S1P. This lysophospholipid promotes cell survival and the resistance to therapeutic agents in a variety of tumor cells. This PhD project aimed at defining whether S1P metabolism could modulate the resistance of human melanoma cells to PLX4032. Here, we show that SPL overexpression or pharmacological inhibition of SK1 by SKI-I sensitizes metastatic melanoma cells to PLX4032-induced apoptosis. This phenomenon is associated with a decreased expression of the master regulator of melanocyte differentiation MITF as well as its direct cellular target Bcl-2. The decrease in MITF protein can be reversed by treating cells with exogenous S1P. Interestingly, we also report for the first time an increased expression of SK1 as well as the S1P receptors, S1PR1 and S1PR3, in melanoma cells with acquired resistance to PLX4032 as compared to sensitive counterparts. These modifications are associated with high expression of MITF. Overexpression of SPL, treatment with SKI-I or antagonists of S1PR1 ans S1PR3, strongly overcomes acquired resistance to PLX4032 through a decrease in the expression of S1PR, MITF as well as Bcl-2. Thus, by controlling the expression of key proteins in melanoma cell survival and resistance, S1P metabolism could represent a new therapeutic approach to enhance the effectiveness of targeted therapies.

Numéro national de thèse

2016TOU30134

Date de publication

2016-12-16T13:03:31