Projet ANR-10-BLAN-1241 – SphingoDR : Sensibilisation de cellules cancéreuses résistantes aux ligands des récepteurs de mort par modulation des sphingolipides de la membrane plasmique.
Programme : Sciences de la vie, de la santé et des écosystèmes :  Biologie cellulaire, développement (Blanc SVSE 2)
Année de financement : 2010
Coordinateur du projet : Monsieur Thierry LEVADE (INSTITUT NATIONAL DE LA SANTE ET DE LA RECHERCHE MEDICALE - Délégation régionale Midi-Pyrénées Limousin)
Partenaires : Institut national de la santé et de la recherche médicale; Institut national de la santé et de la recherche médicale; Institut national de la santé et de la recherche médicale; Université de Rennes 1; Synthèse et Physico-Chimie de Molécules d'Intérêt Biologique
Montant : 520000.0 euros
Date de début : 2011
Durée : 36 mois
Résumé : Sensibilisation de cellules tumorales par modulation des lipides membranairesL'objectif est de pouvoir (re)sensibiliser des cellules cancéreuses résistantes à des signaux de mort (transmis via des récepteurs) en modifiant la composition de certains lipides, les sphingolipides, présents dans la membrane plasmique de ces cellules.
Modifier la composition en lipides des cellules tumorales pour induire leur mortContexte: Les sphingolipides (SLs) sont des lipides ubiquitaires dérivés du céramide; ils modulent les fonctions membranaires, la croissance et la mort des cellules cancéreuses. Les ligands des récepteurs de mort (DRs) tels que CD95L et TRAIL jouent un rôle crucial dans la surveillance immunitaire anticancéreuse. L’activation des DRs induit une mort par apoptose qui s’accompagne d’altérations du métabolisme des SLs et conduit à une production de céramide. Or, de nombreuses cellules cancéreuses résistent à l’apoptose induite par les ligands des DRs. Notre projet vise à (i) comprendre les mécanismes de résistance des cellules tumorales aux ligands de DRs et (ii) évaluer la possibilité de (re)sensibiliser des cellules cancéreuses en inhibant la conversion du céramide en SLs complexes, sphingomyéline et glucosylcéramide. Des travaux collaboratifs entre les 4 partenaires indiquent que les enzymes qui synthétisent ces lipides (SMS 1 et 2, GCS) et leurs produits métaboliques peuvent réguler la signalisation des DRs, par exemple l’apoptose en réponse à CD95L et la distribution du récepteur CD95 dans les cellules résistantes. Hypothèse de travail: La composition relative en SLs de la membrane plasmique peut moduler (i) ses propriétés biophysiques et biochimiques, (ii) la distribution des DRs dans les radeaux lipidiques, (iii) la formation du DISC et (iv) la réponse apoptotique aux ligands de DRs. Notre étude portera sur des cellules cancéreuses d’origine histologique variée et évaluera le rôle de diverses enzymes du métabolisme des SLs dans la répartition des DRs à la membrane et la transmission de leur signal de mort. Retombées: Pouvoir déterminer le rôle des SLs dans la régulation de la mort de cellules cancéreuses et de la progression tumorale est essentiel pour identifier de nouvelles cibles pharmacologiques pour le traitement de certains cancers.
Comment des modifications du métabolisme des lipides affectent le comportement des cellules tumoralesProjet: Axe 1: modulation de la transition épithélio-mésenchymateuse (EMT) par les sphingolipides (SLs) : L’EMT, un processus essentiel dans la progression tumorale, régule la signalisation de CD95. Nous évaluerons les effets de la modulation des taux de SLs sur l’EMT.Axe 2: développement de nouvelles approches pour manipuler le métabolisme des SLs : la biosynthèse de sphingomyéline et glucosylcéramide sera inhibée par interférence à l’ARN ou par de nouvelles approches pharmacologiques à développer. Alternativement, ces protéines seront surexprimées à l’aide de vecteurs rétroviraux.Axe 3: en quoi le métabolisme des SLs affecte-t-il la fluidité membranaire, la distribution et la signalisation des DRs?: nous évaluerons les effets de la modulation des taux de SLs sur la fluidité membranaire, la distribution des DRs et la sensibilité des cellules tumorales aux ligands de mort CD95L et TRAIL.Axe 4: la modulation du métabolisme des SLs et la chimiothérapie ont-elles un effet synergique dans la sensibilisation des cellules tumorales aux ligands des DRs?: nous évaluerons si les altérations du métabolisme des SLs en réponse à la chimiothérapie sont impliquées (et/ou si elles agissent en synergie) dans la sensibilisation à TRAIL.Axe 5: la modulation du métabolisme des SLs influence-t-elle la sensibilité des cellules cancéreuses aux ligands de DRs chez la souris?: le rôle des métabolites des SLs dans la progression tumorale et la réponse aux ligands de DRs sera évalué après transplantation chez la souris.
Résumé de la soumission : Les sphingolipides (SLs) sont des lipides ubiquitaires dérivés du céramide, modulant les fonctions membranaires, la croissance et la mort des cellules cancéreuses. Les ligands des récepteurs de mort (DRs) tels que CD95L et TRAIL jouent un rôle crucial dans la surveillance immunitaire anticancéreuse. L’activation des DRs induit une apoptose qui s’accompagne d’altérations du métabolisme des SLs et conduit à une production de céramide. Or, de nombreuses cellules cancéreuses résistent à l’apoptose induite par les ligands des DRs. Notre projet vise à (i) comprendre les mécanismes moléculaires de résistance des cellules tumorales aux ligands de DRs et (ii) évaluer la possibilité de (re)sensibiliser des cellules cancéreuses en inhibant la conversion du céramide en SLs complexes, sphingomyéline (SM) et glucosylcéramide (GlcCer). Le travail collaboratif en cours entre les 4 partenaires, indique que les SM synthases (SMS) 1 et 2, la GlcCer synthase (GCS) et leurs produits métaboliques peuvent moduler la signalisation des DRs. Ainsi, (i) la surexpression des SMS dans des cellules HeLa inhibe l’apoptose en réponse à CD95L (Lafont et al, in press) et à TRAIL (non publié); (ii) les cellules résistantes à CD95L ont des activités SMS et GCS plus élevées que les cellules sensibles (non publié); (iii) contrairement aux cellules sensibles, CD95 est enrichi dans les rafts des cellules résistantes (non publié).Hypothèse de travail: La composition relative en SM, GlcCer et céramide de la membrane plasmique peut moduler (i) ses propriétés biophysiques et biochimiques, (ii) la distribution des DRs dans les radeaux lipidiques, (iii) la formation du DISC et (iv) la réponse apoptotique aux ligands de DRs. Notre étude sera axée sur la GCS, la première enzyme du métabolisme des glycosphingolipides, ainsi que sur des protéines (CERT, SMS1 et SMS2) récemment identifiées comme acteurs-clés de la biosynthèse de SM. Nous évaluerons le rôle de ces protéines dans la répartition des DRs à la membrane et la transmission de leur signal apoptotique. Notre étude portera sur de multiples cellules cancéreuses d’origine histologique variée.Projet: Axe 1: modulation de la transition épithélio-mésenchymateuse (EMT) par les SLs : L’EMT, un processus essentiel dans la progression tumorale, régule la signalisation de CD95. Nous évaluerons les effets de la modulation des taux de SM/GlcCer/céramide sur l’EMT.Axe 2: développement de nouvelles approches pour manipuler le métabolisme des SLs : La biosynthèse de SM et de GlcCer sera inhibée par interférence à l’ARN ou par de nouvelles approches pharmacologiques à développer. Alternativement, CERT, SMS1, SMS2 ou GCS seront surexprimées à l’aide de vecteurs rétroviraux.Axe 3: en quoi le métabolisme des SLs affecte-t-il la fluidité membranaire, la distribution et la signalisation des DRs?: nous évaluerons les effets de la modulation des taux de SM/ GlcCer/céramide sur la fluidité membranaire, la distribution des DRs et la sensibilité des cellules tumorales à CD95L et TRAIL.Axe 4: la modulation du métabolisme des SLs et la chimiothérapie ont-elles un effet synergique dans la sensibilisation des cellules tumorales aux ligands des DRs?: nous évaluerons si les altérations du métabolisme des SLs en réponse à la chimiothérapie sont impliquées (et/ou si elles agissent en synergie) dans la sensibilisation à TRAIL.Axe 5: la modulation du métabolisme des SLs influence-t-elle la sensibilité des cellules cancéreuses aux ligands de DRs chez la souris?: le rôle des métabolites des SLs dans la progression tumorale et la réponse aux ligands de DRs sera évalué après transplantation chez la souris. Ce projet original implique une collaboration étroite de scientifiques experts dans divers domaines. Déterminer le rôle des SLs dans la régulation de la mort de cellules cancéreuses et de la progression tumorale constitue un élément déterminant pour identifier de nouvelles cibles pharmacologiques pour le traitement de certains cancers.
Résultats : Nous avons observé que lors de la reprogrammation cellulaire appelée transition épithélio-mésenchymateuse (EMT), les cellules cancéreuses perdaient l’expression d'une enzyme, la céramide synthase 6 (CerS6), qui régule la production de C16:0-ceramide. Nous montrons que, lors du processus d’EMT, la cellule tumorale subit une augmentation de la fluidité de sa membrane plasmique, ce qui est essentiel au processus de motilité cellulaire. Nos travaux collaboratifs démontrent que l’expression de CerS6, éteinte lors de l’EMT, participe à la structuration de la bicouche lipidique et module ainsi la motilité des cellules cancéreuses et leur dissémination métastatique. Notre objectif est maintenant de déterminer comment le signal non-apoptotique de CD95 peut moduler le métabolisme des sphingolipides pour augmenter cette fluidité membranaire et ainsi faciliter le processus de motilité.
Nous avons, d'autre part, précisé les mécanismes de production et d'action du céramide au cours de la mort de cellules leucémiques induite par CD95L. Nous avons aussi développé de nouveaux moyens originaux pour manipuler «chimiquement« le métabolisme des SLs. Grâce à des approches multidisciplinaires, nous avons pu identifier la jaspine B, une molécule naturelle qui inhibe la synthèse de sphingomyéline, comme nouveau ligand et antagoniste potentiel de la protéine CERT qui transporte le céramide. De nouveaux antagonistes de CERT sont actuellement recherchés.
Perspectives : Diverses méthodes et outils ont été produits, tels que ceux permettant d'identifier des inhibiteurs et antagonistes possibles des protéines du métabolisme des SLs. De plus, différents vecteurs ont été construits et de nouveaux modèles cellulaires ont été générés, qui seront utilisés pour les études complémentaires futures. Parmi les travaux à mener à court et moyen terme, nous souhaitons évaluer en quoi les modifications du métabolisme des SLs retentissent sur la capacité des cellules tumorales à (ne plus) résister à différents agents anticancéreux. D'autre part, nous voulons tester, chez des souris à qui des tumeurs auront été greffées, comment les altérations lipidiques que nous avons détectées et recréées modifient la croissance des tumeurs.
Publications et brevets : - Mécanismes de production et d'action du céramide au cours de la mort de cellules leucémiques induite par CD95L (Lafont et al., 2012) (voir aussi l'illustration ci-dessous).
- Identification d'une anhydrophytosphingosine naturelle, la jaspine B, un inhibiteur cytotoxique de la sphingomyéline synthase, comme nouveau ligand et antagoniste potentiel de la protéine CERT (Combemale et al., 2013 RSC Advances, 3, 18970-18984).
- Mise en évidence du rôle majeur de la céramide synthase-6 dans la synthèse de C16:0-sphingolipides dans les cellules cancéreuses humaines et dans le processus EMT (manuscrit soumis à publication; voir aussi l'illustration ci-dessous).
- Identification du cl-CD95L comme un facteur pro-métastatique dans les cancers du sein (Malleter et al., Cancer Res., 2013).