Phénotype métabolique des tumeurs associées à des anomalies du cycle de Krebs

Le cycle de Krebs occupe une place centrale dans le metabolisme cellulaire et est le point de jonction de nombreuses voies essentielles. Depuis le debut des annees 2000, un lien a ete demontre entre l’apparition de certains cancers et des mutations affectant des genes codant pour des enzymes du cycle de Krebs, i.e., la succinate deshydrogenase, la fumarase ou les iso-enzymes 1 et 2 de l'isocitrate deshydrogenase (IDH). Les mutations des genes IDH sont presentes dans 15 a 20 % des leucemies myeloides aigues (LAM) et jusqu'a 80 % dans certains gliomes. Ces mutations affectent le site actif des enzymes et elles induisent une neo-fonction enzymatique qui se traduit par la production et l'accumulation d'un oncometabolite : le stereoisomere D du 2-hydroxyglutarate (D-2-HG) responsable de deregulations energetiques et epigenetiques au sein de la cellule. Afin de mieux comprendre les mecanismes mis en jeu entre ces anomalies et la pathologie humaine, mon travail de these a implique le developpement de differentes methodes analytiques : - tout d'abord une methode robuste de separation et de quantification des stereoisomeres D et L par derivation chirale du 2-HG, ceci en GC tandem MS, - egalement par GC tandem MS, des methodes metabolomiques ciblees a haute specificite pour l'analyse de plus de 120 composes d'interet clinique, - des methodes analytiques a haute resolution et non-ciblees (masse exacte; n=360 composes) adaptees a l'etude de cellules, - et des methodes d'etude de flux metaboliques sur culture cellulaire basees sur l'analyse des derives de traceurs marques aux isotopes stables. Le developpement de ces methodes m'a permis d'obtenir les resultats suivants. J'ai demontre l'importance du D-2-HG comme marqueur de la presence de mutations IDH1/2 dans une large cohorte de patients leucemiques, a la fois pour le diagnostic et pour le suivi des patients sous traitement. Notre etude pilote a conduit a utiliser ce parametre en pratique hospitaliere courante dans le laboratoire de chimie analytique de l'institut Gustave Roussy (IGR; Villejuif). L'etude de profils metaboliques associes aux mutations affectant les enzymes IDH2 et succinate deshydrogenase nous a permis d'identifier des mecanismes compensatoires du dysfonctionnement du cycle de Krebs, par exemple la sur-activation de la pyruvate carboxylase. Nous avons par ailleurs montre que ces mecanismes ne sont que partiellement efficaces; ils pourraient ainsi servir de cibles therapeutiques. Une mutation du gene IDH2 (R140Q) est retrouvee chez des patients atteint de LAM et chez des patients possedant une acidurie D-2-hydroxyglutarique, maladie hereditaire du metabolisme extremement rare. Un inhibiteur specifique de l'enzyme IDH2 possedant la mutation R140Q est actuellement teste comme traitement dans un essai clinique a l'IGR pour les patients leucemiques. Nous avons etudie les effets de ce compose sur des fibroblastes de notre patient atteint d'acidurie D-2-hydroxyglutarique. Nous avons confirme ses effets sur l'enzyme IDH et observe des effets secondaires sur le metabolisme des lipides et du cycle de Krebs, a la fois dans les fibroblastes temoin et du patient. Cet inhibiteur etant connu pour avoir des effets sur la differenciation cellulaire, nos resultats pourraient permettre d'expliquer les mecanismes impliques. Ce travail a apporte de nouveaux outils pour l'exploration des maladies metaboliques traditionnelles ainsi que de certains types de cancers, et il met en avant de nouvelles illustrations de la puissance de l'approche metabolique pour identifier des points d'intervention et de surveillance therapeutique personnalisee des patients ("theranostique").