Impact de l’hypoxie et du stress glycant sur l’agressivité des cancers du sein triples négatifs

Etat de l’art

Pour surmonter les fluctuations de la tension en oxygène, les cellules cancéreuses reprogramment leur métabolisme pour effectuer préférentiellement la glycolyse aérobie plutôt que la phosphorylation oxydative, un phénomène appelé « effet Warburg » {Koppenol, 2011}. Un métabolisme énergétique aberrant est reconnu comme une caractéristique importante du cancer, avec des preuves récentes impliquant une activité glycolytique accrue dans la promotion des métastases et de la résistance aux traitements dans plusieurs types de tumeurs solides. Plusieurs équipes dont celle du Dr Akeila Bellahcène (GIGA Cancer Liège, Belgique) s’intéresse à la commutation glycolytique des tumeurs, et plus particulièrement au rôle du méthylglyoxal (MG) sur les métastases tumorales et la résistance aux médicaments dans un certain nombre de types de cancer. Le MG est un α-oxoaldéhyde hautement réactif, qui est inévitablement formé par la dégradation spontanée des intermédiaires triose-phosphate pendant la glycolyse {Schalkwijk, 2020} (Figure 1). Le MG est plus réactif que le glucose dans les processus de glycation et entraîne une modification chimique des protéines, des lipides et des nucléotides qui se traduit par un dysfonctionnement cellulaire et une mutagénicité {Schalkwijk, 2020}. En ce qui concerne la glycation des protéines, le MG réagit principalement avec les résidus arginine pour former des adduits dont les hydroimidazolones dérivées du méthylglyoxal (MG-Hs) sont quantitativement les plus abondants, suivis par les argpyrimidines (Argp).

Figure 1. Le méthylglyoxal (MG) est un sous-produit majeur de la glycolyse qui affecte à la fois le protéome et le génome. Le MG se forme spontanément à partir des trioses phosphates au cours de la glycolyse. Le MG est détoxifié en D-Lactate par la glyoxalase 1 (GLO1) dans toutes les cellules de mammifères.

Jusqu'à présent, seules quelques cibles protéiques du MG ont été identifiées dans les cellules cancéreuses comme les protéines de choc thermique 27 et 90 (HSP27 et HSP90). Ainsi, dans les cellules cancéreuses glycolytiques, on retrouve des groupement carbonyles sur certaines arginines de ces protéines (adduits Argp MG). La modification de la HSP27 par la MG favorise la formation d'oligomères stables de HSP27 qui sont plus efficaces pour bloquer l'apoptose {Sakamoto, 2002}.

Dans ce cadre, l’équipe du Dr Akeila Bellahcène a mise en évidence une surexpression de l’ADN méthyl transférase DNMT1 dans des modèles cellulaires de cancers du sein triple négatif déficients pour les mécanismes de détoxification du méthyl glyoxal (sh GLO1). Cette expression entraine une modulation globale de la méthylation de l’ADN génomique qui a fait l’objet d’une publication {Dube, 2023}.

Nous avons alors été contacté dans le cadre d’une collaboration internationale pour approfondir cette étude. Ainsi, une nouvelle analyse bio-informatique plus fine à mis en évidence une hyperméthylation préférentielle de séquences consensus reconnues par le facteur de transcription HIF-1, acteur central de la tolérance des cellules cancéreuse à l’hypoxie.

Objectif :

L’objectif de notre travail sera donc de déterminer l’impact du stress glycant sur le transctriptome dépendant de l’activité du facteur de transcription HIF-1 sur des modèles cellulaires de cancer du sein triple négatif. Le stress glycant induirait des modifications du transcriptome et donc du protéome qui permettrait à la cellule cancéreuse de mieux s’adapter aux conditions d’hypoxie. De son côté, l’équipe du Dr Bellahcène identifiera les glycations qui interviennent sur le protéome par spectrométrie de masse dans des conditions d’hypoxie. Ce travail permettra ainsi d’avoir une vue globale de l’impact du stress glycant sur la cellule cancéreuse.

Résultats attendus :

Basé sur des modèles cellulaires, ces travaux permettront de mieux comprendre comment les cellules cancéreuses s’adaptent aux conditions d’hypoxie sévères rencontrées au sein des tumeurs et de proposer à terme de nouvelles combinaisons thérapeutiques basées sur l’inhibition du stress glycant (par des molécules du type dérivé de la carnosine) couplées aux thérapies conventionnelles.

En fonction de ces résultats, des modèles murins pourront aussi être envisagés. La mise à disposition de tels modèle sera possible grâce à l’équipe du Dr Bellahcène.

Bibliographie:

Willem H Koppenol 1, Patricia L Bounds, Chi V Dang (2011) Otto Warburg's contributions to current concepts of cancer metabolism. Nat Rev Cancer. PMID: 21508971 DOI: 10.1038/nrc3038.

Schalkwijk CG, Stehouwer CDA. (2020) Methylglyoxal, a Highly Reactive Dicarbonyl Compound, in Diabetes, Its Vascular Complications, and Other Age-Related Diseases. Physiol Rev. DOI: 10.1152/physrev.00001.2019.

Hiroshi Sakamoto 1, Tetsuo Mashima, Kazuo Yamamoto, Takashi Tsuruo (2002) Modulation of heat-shock protein 27 (Hsp27) anti-apoptotic activity by methylglyoxal modification. J Biol Chem. DOI: 10.1074/jbc.M207485200.

Gaurav Dube, Assia Tiamiou, Martin Bizet, Yasmine Boumahd, Imène Gasmi, Rebekah Crake, Justine Bellier, Marie-Julie Nokin, Emilie Calonne, Rachel Deplus, Tom Wissocq, Olivier Peulen, Vincent Castronovo, François Fuks,

Akeila Bellahcène (2023) Methylglyoxal: a novel upstream regulator of DNA methylation. J Exp Clin Cancer Res. DOI: 10.1186/s13046-023-02637-w.

Université Marie et Louis Pasteur à BESANCON

Laboratoire RIGHT

- connaissances et compétences requises : bases en biologie moléculaire, expérience dans la culture cellulaire en condition d’hypoxie. Techniques utilisées en routine : qRT-PCR, Western blot, Immunoprécipitation. Connaissances en épigénétique et bases d’analyses de données RNAseq.