Metabolic reprogramming in chronic lymphocytic leukemia : role of peroxisomal fatty acid β-oxidation as an energy supplier
La reprogrammation métabolique dans la leucémie lymphoïde chronique : rôle de la β-oxydation peroxysomale des acides gras comme source d'énergie
Résumé
Chronic lymphocytic leukemia (CLL) is the most common form of adult leukemia in Western countries. It is characterized by the accumulation of CD5+ monoclonal B lymphocytes in peripheral blood, bone marrow, and secondary lymphoid organs. CLL prognosis depends on the clinical stage and biological markers, including IGHV mutational status, cytogenetic abnormalities such as del11q and del17p, or karyotype complexity. Despite excellent clinical results obtained with Bruton tyrosine kinase (BTK) or BCL-2 inhibitors, drug resistance due to the emergence of genetic mutations (e.g. mutations in BTK, BCL-2, del8p, etc.) remains a major cause of treatment failure. Indeed, no complete remission is guaranteed, so ongoing scientific exploration is necessary to develop innovative therapeutic strategies.Studies of cancer cell metabolism have recently gained significant relevance with the recognition of “metabolic reprogramming” as an essential hallmark of the tumor phenotype. A major part of research is focused on ATP, the cell's energy currency, which orchestrates essential cellular functions (e.g. proliferation, macromolecules biosynthesis, etc.). Deciphering metabolic adaptations can then reveal potential vulnerabilities specific to tumor cells. Selectively disrupting this tumor reprogramming opens up promising avenues for cancer treatment. Furthermore, targeting metabolic vulnerabilities in combination with existing therapeutic drugs appears to be a compelling strategy for improving treatment efficacy. Hence, my thesis project aims to identify a metabolic specificity characterizing malignant CLL B-lymphocytes, focusing on a potential metabolic pathway that could be key to ATP generation in these tumor cells.I thus demonstrated an increase in mitochondrial oxidative phosphorylation (OXPHOS) in CLL CD5+ B-cells compared to healthy CD5- B-cells suggesting a predominance of mitochondrial ATP generation. The use of glucose as a metabolic intermediate for OXPHOS was excluded and an initial mRNAseq approach revealed overexpression of genes involved in fatty acid β-oxidation (FAO). In particular, ACOX1, a key enzyme in peroxisomal FAO (pFAO), is overexpressed in CLL B-lymphocytes. A complementary metabolomic approach revealed high levels of C2-C6 carnitines, the metabolic end products of pFAO. It should be noted that these peroxisomal carnitines will be modified in the mitochondria to generate NADH and FADH2 used by the mitochondrial electron transport chain to produce ATP. I finally demonstrated that the pharmacological inhibition of ACOX1 induces caspase-dependent cell death in CLL cells, but not in CD5- B cells or in immune cells involved in cell death clearance. Interestingly, the combination of ACOX1 and BTK inhibitors at low doses induces apoptosis synergistically in the CLL B-lymphocytes, including those presenting del17p, del11q, or a complex karyotype.Overall, my PhD work identifies ACOX1-mediated peroxisomal FAO as a metabolic signature of CLL cells. It also provides evidence for the contribution of pFAO in CLL mitochondrial ATP generation. Targeting this metabolic vulnerability, alone or as part of a combination therapy, could therefore offer new insights for innovative therapeutic strategies.
La leucémie lymphoïde chronique (LLC) est la forme la plus courante de leucémie adulte dans les pays occidentaux. Elle se caractérise par une accumulation de lymphocytes B monoclonaux CD5+ dans le sang périphérique, la moelle osseuse et les organes lymphoïdes secondaires. Le pronostic de la LLC dépend du stade clinique et des marqueurs biologiques, dont le statut mutationnel IGHV, les anomalies cytogénétiques caractéristiques comme la del11q et la del17p, et la complexité du caryotype. Malgré des résultats cliniques exceptionnels obtenus avec les inhibiteurs de la Bruton tyrosine kinase (BTK) ou de BCL-2, la résistance aux drogues reste une cause majeure d'échec thérapeutique en raison de l'apparition de nouvelles résistances (par exemple, mutations dans la BTK, BCL-2, del8p, etc.). En effet, aucune rémission complète n'est garantie, il est donc nécessaire de poursuivre les explorations scientifiques afin de développer de nouvelles approches thérapeutiques.Les études sur le métabolisme des cellules cancéreuses ont connu une renaissance récente avec la reconnaissance de la « reprogrammation métabolique » comme une composante essentielle du phénotype tumoral. Une partie centrale de la recherche se concentre sur l'ATP, la monnaie énergétique de la cellule qui orchestre les fonctions cellulaires essentielles (par exemple la prolifération, la biosynthèse des macromolécules, etc.). L'identification d'adaptations métaboliques peut révéler des vulnérabilités propres aux cellules tumorales. Ainsi, la perturbation sélective de ce métabolisme ouvre des voies prometteuses dans le traitement du cancer. En outre, cibler les vulnérabilités métaboliques en combinaison avec les molécules thérapeutiques existantes apparaît comme une stratégie convaincante pour améliorer l'efficacité du traitement. Ainsi, mon projet de thèse vise à identifier une spécificité métabolique caractérisant les lymphocytes B de la LLC, en se concentrant sur une voie métabolique qui pourrait être cruciale pour la génération d'ATP dans ces cellules tumorales.Ainsi, j'ai démontré une augmentation de la phosphorylation oxydative mitochondriale (OXPHOS) dans les cellules B CD5+ de LLC par rapport aux cellules B CD5-B saines, suggérant une prédominance de la génération d'ATP par la mitochondrie. L'utilisation du glucose comme intermédiaire métabolique pour l'OXPHOS a été exclue et une approche mRNAseq a révélé en premier lieu la surexpression de gènes impliqués dans la β-oxydation des acides gras (FAO). En particulier, ACOX1, une enzyme clé de la FAO peroxysomale (pFAO), est surexprimée dans les cellules B de LLC. Une approche métabolomique complémentaire a dévoilé une augmentation des C2-C6 acylcarnitines, les produits métaboliques finaux de la pFAO. A noter que ces carnitines peroxysomales seront modifiées dans les mitochondries pour générer du NADH et du FADH2, utilisés par la chaîne de transport d'électrons mitochondriale pour produire de l'ATP. Au final, j'ai démontré que l'inhibition pharmacologique de ACOX1 induit la mort cellulaire caspase-dépendante dans les cellules de LLC, mais pas dans les cellules B CD5- ou dans les cellules immunitaires impliquées dans l'élimination des cellules. De façon intéressante, la combinaison des inhibiteurs d'ACOX1 et de BTK à faibles doses induit l'apoptose de manière synergique dans la LLC, y compris dans les cellules avec del17p, del11q ou de caryotype complexe.Mon projet de thèse identifie la pFAO médiée par ACOX1 comme une signature métabolique des cellules LLC. Il apporte également la preuve de la contribution de cette voie dans la génération d'ATP mitochondrial dans la LLC. Cibler cette vulnérabilité métabolique, seul ou en thérapie combinée, pourrait offrir de nouvelles perspectives pour des stratégies thérapeutiques innovantes.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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