Mécanismes de résistance aux traitements lysosomotropes: inhibition du processus autophagique et adaptations métaboliques – LYSORES

Pour comprendre comment les cellules tumorales s’adaptent aux traitements, nous avons combiné plusieurs approches complémentaires.

Le projet reposait d’abord sur le développement de nouveaux outils permettant d’identifier les médicaments capables de s’accumuler dans les lysosomes. En parallèle, nous avons étudié les conséquences biologiques de cette accumulation dans différents modèles cellulaires de cancer.

Nous avons utilisé des approches de biologie cellulaire et moléculaire ainsi que des analyses à grande échelle des gènes et du métabolisme afin d’identifier les mécanismes mobilisés par les cellules tumorales pour survivre aux traitements lysosomotropes. Ces travaux ont été réalisés dans plusieurs modèles de cancers et ont progressivement été étendus à l’étude du métabolisme lipidique.

Le projet a également permis l’implantation au sein de l’institut IRCAN d’un nouveau modèle expérimental de xénogreffes tumorales chez le poisson-zèbre. Cette approche permet d’observer rapidement la croissance tumorale des cellules cancéreuses et leur potentiel métastatique dans un organisme vivant et d’évaluer l’efficacité de nouvelles stratégies thérapeutiques.

Le projet a permis d’identifier un mécanisme jusque-là méconnu par lequel les cellules tumorales s’adaptent à certains traitements anticancéreux.

Nos travaux ont montré que l’altération du fonctionnement des lysosomes provoque une réorganisation profonde du métabolisme cellulaire. Les cellules cancéreuses augmentent notamment leur capacité à produire certains nutriments essentiels à leur survie. Nous avons identifié la synthèse de la sérine comme l’un de ces mécanismes d’adaptation et démontré qu’il est possible de l’exploiter pour restaurer la sensibilité aux traitements. Ces résultats ont conduit à une publication dans Cancer Research.

Au cours du projet, nous avons également observé que plusieurs traitements partageant les mêmes propriétés physicochimiques induisent des réponses similaires dans différents types de cancers. Cette découverte suggère l’existence de mécanismes communs de résistance thérapeutique. Nos travaux ont révélé une accumulation importante de lipides, notamment de cholestérol, dans les cellules exposées à ces traitements. Cette observation a ouvert une nouvelle thématique de recherche consacrée au rôle du métabolisme lipidique dans la résistance aux thérapies anticancéreuses.

Au cours du projet, nous avons découvert que les traitements lysosomotropes provoquent une accumulation importante de lipides dans les cellules tumorales. Cette observation a ouvert une nouvelle thématique de recherche consacrée au rôle du cholestérol et du métabolisme lipidique dans le cancer.

Les travaux se poursuivent actuellement dans plusieurs modèles de cancers, notamment du rein, du sein et du poumon. L’objectif est de mieux comprendre les conséquences biologiques de ces altérations métaboliques et leur contribution à la progression tumorale et à la réponse aux traitements.

Etat de la question

Parmi les nombreux mécanismes pour échapper aux traitements, la distribution intracellulaire d’une drogue est un paramètre essentiel à prendre en considération. Pour un effet thérapeutique optimal, la localisation intracellulaire de la cible doit correspondre à celle de la drogue. Ses propriétés physico-chimiques tels que le pKa et le logP peuvent conduire d’emblée à un échec thérapeutique. Les drogues lipophiles (logP>2) avec des amines ionisables (pKa>6,5) s’accumulent dans les lysosomes où elles seront protonées et séquestrées entrainant une perte d’efficacité des drogues. Ces drogues sont qualifiées de drogues lysosomotropes.

Résultats préliminaires

Nos travaux montrent que la séquestration lysosomale de ce type de drogue entraîne une augmentation du pH du lysosome, ce qui inhibe les protéases lysosomales et conduit à un défaut du processus autophagique (Giuliano et al., 2015, Autophagy). Les conséquences physio-pathologiques de la séquestration lysosomale et l’adaptation consécutive au défaut autophagique nécessitent une meilleure compréhension. Nos résultats préliminaires associent le défaut autophagique à une reprogrammation métabolique : nous avons identifié la voie de synthèse de novo de sérine comme un mécanisme de résistance potentiel aux traitements lysosomotropes. Cette adaptation sous lysosomotropes n’avait jamais été rapportée, elle constitue le point fort de ce projet.

Objectifs et projet

Notre projet a pour but de:
(1) Développer une sonde “biotest” de détection des propriétés lysosomotropes : En collaboration avec l’institut de chimie de Nice, nous produirons des sondes fluorescentes permettant une détection fine des variations de pH du lysosome. Ce biotest utilisable en routine détectera le potentiel lysosomotrope de toute drogue et donc appréhendera en amont l’efficacité de la drogue. Ce test sera breveté et proposé aux compagnies pharmaceutiques.
(2) Identifier les voies de substitution au défaut autophagique notamment les voies métaboliques : Nous avons identifié la voie de synthèse de novo de sérine comme un mécanisme de résistance potentiel (transcriptomique et métabolomique). Nous caractériserons et validerons l’importance de cette voie dans la résistance aux drogues (lignées cellulaires, cellules primaires de patients et organoïdes). Aussi, nous testerons l’intérêt thérapeutique de cibler les acteurs de cette voie métabolique, stratégie alternative que l’on pourra proposer aux patients.

Résultats attendus

Nous proposons une approche originale qui représente une nouvelle perspective dans l’étude de la résistance induite par les traitements lysosomotropes. Cette démarche fondamentale et translationnelle permettra de contrer la résistance aux traitements lysosomotropes en i) évaluant le potentiel lysosomotrope des médicaments actuellement sur le marché ou en cours de développement dans les études précliniques, ce qui pourrait anticiper des échecs des essais cliniques de phase I/II ainsi ii) qu’en identifiant de nouvelles stratégies thérapeutiques associant les drogues de référence lysosomotropes avec des inhibiteurs des enzymes du métabolisme.