Arguments en faveur de l'existence d'une activité pro-apoptotique des lamellarines vis-à-vis des cellules tumorales par ciblage mitochondrial - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2009

Arguments en faveur de l'existence d'une activité pro-apoptotique des lamellarines vis-à-vis des cellules tumorales par ciblage mitochondrial

Résumé

Most anticancer treatments induce apoptosis of tumor cells in vitro and in vivo. The common anticancer agents act on primitive cellular targets, mainly localized in nucleus, and active subsequently different apoptotic pathways leading ultimately to cell death. Therefore, resistance to apoptosis induction by classical chemotherapeutic compounds is a crucial problem. Thus targeting others subcellular structures different from nucleus may be useful to bypass in part phenomenon of apoptosis resistance. The mitochondria appear an interesting target localized on crossroad of the different apoptotic pathways. Thus, new drugs targeting the mitochondria have been identified. From them, our lab interested on the Lamellarins, marine hexacyclic pyrrolic alkaloids. In addition to their inhibitor effects on nuclear topoisomerases-I, Lamellarins also act on mitochondria of cancer cells. My work consisted 1) on evaluating advantages of the Lamellarins in treatment of resistant cancer cell lines with inefficient apoptotic pathways (non small carcinoma lung cancer cells, NSCLC) and 2) on elucidating the apoptotic pathways activated by the Lamellarins. Thereby, we tested effects of two potential anticancer agents from Lamellarins class on a highly apoptosis-resistant NSCLC cell line. Both the Lamellarin-D (Lam-D) and its synthetic amino derivative PM031379, act directly on mitochondria inducing the Bax activation, the mitochondrial release of cytochrome-c and AIF, as well as the activation of caspase-3. However the PM031379 only triggered cell death coupled to the nuclear translocation of AIF. Furthermore, this lethal effect needs the generation of mitochondrial reactive oxygen species (ROS). These results allowed understanding the mechanisms useful to restore apoptosis in chemoresistant cells. 2) The second part of this work consisted on characterizing the apoptotic pathways activated by the Lam-D by evaluating precisely the nuclear and mitochondrial contributions on its pro-apoptotic effects. The Lam-D displays high potent cytotoxicity against a large panel of tumors. In the micromolar range, Lam-D promoted nuclear apoptosis in leukemia cells without prominent cell cycle arrest. Signals transmitted by Lam-D initiated apoptosis via the mitochondrial intrinsic apoptotic pathway, activating Bax and reducing the levels of anti-apoptotic proteins Bcl-2 and cIAP2 in association with activation of caspases-9 and -3. Our results indicate that cell death induced by Lam-D was independent of the extrinsic apoptotic pathway. Lam-D also exerted a topoisomerase I-mediated DNA damage response resulting in phosphorylation of H2AX, upregulation of the repair protein Rad51 and of p53. However, using several cancer cell lines, we have shown that the mechanism of apoptosis induced by Lam-D is independent of the p53 status of the tumor cells. Furthermore sensitivity to Lam-D was abrogated in enucleated cells (cytoplasts). Altogether these results demonstrate that the Lam-D exerts its cytotoxic effects by inducing mitochondrial apoptosis and that these effects can be initiated independently of nuclear signaling. The mitochondria are the fundamental target responsible of its pro-apoptotic effect. Thus the Lam-D and its synthetic derivative, by an original action mechanism targeting directly mitochondria, are able to induce apoptosis of cancer cells resistant to conventional chemotherapies (NSCLC, melanoma).
La plupart des traitements anticancéreux induisent l'apoptose des cellules tumorales in vitro comme in vivo. Les agents anticancéreux classiques agissent au niveau de cibles primitives, principalement localisées au niveau nucléaire, et activent consécutivement les différentes voies apoptotiques conduisant au stade ultime à la mort des cellules. Cependant, la résistance à l'induction de l'apoptose par les agents chimiothérapeutiques classiques reste un problème crucial. De nouvelles approches ont été développées pour dépasser la résistance à l'apoptose. Parmi elles, le ciblage de la mitochondrie apparaît comme une stratégie prometteuse pour tuer les cellules cancéreuses résistantes. Ainsi, de nouvelles molécules ciblant la mitochondrie ont été identifiées. Parmi celles-ci, notre laboratoire s'est intéressé aux Lamellarines, alcaloïdes pyrroliques hexacycliques d'origine marine. Outre leur effet inhibiteur des topoisomérases-I nucléaires, elles agissent également sur les mitochondries des cellules cancéreuses. Mon travail a consisté 1) à évaluer l'avantage des Lamellarines dans le traitement de lignées de cellules cancéreuses résistantes, défaillantes dans les voies apoptotiques (cas des carcinomes pulmonaires non à petites cellules, NSCLC) et 2) à décrypter les voies apoptotiques déclenchées par les Lamellarines. Ainsi, 1) sur les cellules NSCLC hautement résistantes à l'apoptose induite par les chimiothérapies classiques, nous avons évalué deux agents anticancéreux potentiels de la famille des Lamellarines. La Lamellarine-D (Lam-D) et son dérivé de synthèse PM031379 agissent directement sur la mitochondrie, induisant l'activation de Bax, la libération mitochondriale de cytochrome-c et d'AIF, et l'activation de la caspase-3. Cependant, seul le PM031379 induit la mort cellulaire qui s'accompagne de la translocation nucléaire d'AIF. De plus, cet effet létal nécessite la production d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) d'origine exclusivement mitochondriale. Ces résultats ont permis de comprendre les mécanismes permettant de restaurer l'apoptose des cellules chimiorésistantes. 2) La seconde partie de ce travail a consisté à caractériser les voies apoptotiques déclenchées par la Lam-D en évaluant précisément le rôle du noyau et des mitochondries dans son effet pro-apoptotique. La Lam-D exerce une remarquable cytotoxicité envers un large panel de tumeurs. A des concentrations de l'ordre du micromolaire, elle provoque l'apoptose nucléaire dans les cellules leucémiques sans blocage du cycle cellulaire. Les signaux transmis par la Lam-D initient l'apoptose via la voie apoptotique intrinsèque mitochondriale, activant Bax et réduisant les taux des protéines anti-apoptotiques Bcl-2 et cIAP2, en association avec l'activation des caspases-9 et -3. Nos résultats ont également permis d'évincer l'implication de la voie apoptotique extrinsèque dans la mort cellulaire induite par la Lam-D. Par ailleurs, la Lam-D engendre une réponse aux dommages à l'ADN générés par son effet inhibiteur de topoisomérase-I, résultant en la phosphorylation de l'histone H2AXγ, l'expression de la protéine de réparation Rad51 et de p53. Grâce à diverses lignées de cellules cancéreuses, nous avons également démontré que les mécanismes apoptotiques induits par la Lam-D sont indépendants du statut p53 des cellules tumorales. De plus, des cellules dépourvues de noyau (cytoplastes) subissent aussi l'apoptose induite par la Lam-D. L'ensemble de ces résultats démontre que la Lam-D ne nécessite pas la signalisation nucléaire pour promouvoir la mort des cellules cancéreuses et que la mitochondrie est la cible primordiale responsable de son effet pro-apoptotique. Ainsi, la Lamellarine-D et ses dérivés de synthèses, de part leur mécanisme d'action original ciblant directement les mitochondries, sont capables d'induire l'apoptose de cellules tumorales y compris résistantes aux chimiothérapies classiques (NSCLC, mélanomes).
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Dates et versions

tel-00440821 , version 1 (11-12-2009)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00440821 , version 1

Citer

Caroline Ballot. Arguments en faveur de l'existence d'une activité pro-apoptotique des lamellarines vis-à-vis des cellules tumorales par ciblage mitochondrial. Biologie cellulaire. Université du Droit et de la Santé - Lille II, 2009. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00440821⟩

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