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Bosc, Claudie. Etude in vivo du rôle du métabolisme énergétique et mitochondrial dans la résistance thérapeutique des leucémies aiguës myéloïdes

Bosc, Claudie (2020). Etude in vivo du rôle du métabolisme énergétique et mitochondrial dans la résistance thérapeutique des leucémies aiguës myéloïdes.

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Résumé en francais

Le traitement des leucémies aiguës myéloïdes (LAM) reste un défi clinique majeur en raison d'un mauvais pronostic et d'un taux de rechute élevé. Nous avons précédemment montré que la résistance à la cytarabine (AraC) est due à un métabolisme oxydatif mitochondrial (OxPHOS) stimulé, avec une augmentation de la production d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) mitochondriales, des métabolites du cycle de Krebs, de l'oxydation des acides gras (FAO) et de la production d'ATP mitochondrial. Dans ce contexte, l'objectif de mon projet doctoral a été de mieux comprendre les mécanismes moléculaires qui sous-tendent cet état OxPHOS élevé et de proposer une thérapie ciblant les cellules LAM résistantes à l'AraC. En premier lieu, nous avons découvert que les mitochondries adaptent de manière très fine le flux lipophagique pour l'ajuster à leurs besoins énergétiques grâce au contrôle des sites de contacts entre la mitochondrie et le réticulum endoplasmique (RE), appelés MERCs, lieu de formation d'autophagosomes. Sur le plan mécanistique, les mitochondries augmentent les MERCs par le biais du complexe IP3R1-VDAC1-MFN2, ce qui conduit à une augmentation de la formation des autophagosomes et de la dégradation des gouttelettes lipidiques au niveau de ce microdomaine RE-mitochondrie. En conséquence, la concentration en calcium mitochondrial (mCa2+) et la FAO sont augmentées, stimulant l'activité des déshydrogénases mitochondriales dépendantes du Ca2+ et l'OxPHOS pour soutenir la prolifération des cellules de LAM in vitro et in vivo. Cette première étude améliore nos connaissances sur le dialogue et la dynamique des contacts RE-mitochondrie et montre l'importance de l'OxPHOS, de l'autophagie et de la signalisation calcique dans la biologie des LAM. Nous avons ensuite démontré que les cellules résistantes à l'AraC, caractérisées par un métabolisme OxPHOS élevé, présentent une teneur élevée en mCa2+ et une surexpression de BCL2. Ainsi, l'utilisation de l'inhibiteur de BCL2, venetoclax (VEN), améliore l'efficacité anti-leucémique de l'AraC in vitro et in vivo dans des modèles murins de xénogreffes de patients atteints de LAM (PDX). En utilisant des analyses de respirométrie, de cytométrie en flux et de métabolomique, nous avons montré que VEN abroge l'hyperactivation de l'OxPHOS observée lors du traitement à l'AraC, en diminuant la teneur en mCa2+, en métabolites du cycle de Krebs et en diminuant la capacité énergétique des cellules. De plus, le séquençage ARN en cellule unique à partir de cellules de LAM résiduelles dans la moelle osseuse des PDX suivant les mono et bi-thérapies a mis en évidence trois souspopulations cellulaires transcriptionnellement différentes qui apparaissent spécifiquement dans la maladie résiduelle après traitement VEN+AraC. Ces sous-populations sont caractérisées par un enrichissement en gènes de l'organisation mitochondriale, de la migration et de la différenciation, en grande partie régulés par les facteurs de transcription MITF, E2F4 et p53. Il est important de noter que parmi les neuf gènes les plus surexprimés communs à ces trois sous-groupes de cellules, trois codent pour des protéines impliquées dans l'organisation et l'activité du complexe I de la chaîne de transport des électrons (ETCI). En conséquence, cibler la dépendance à l'ETCI des cellules LAM résiduelles à VEN+AraC par un inhibiteur de l'ETCI a considérablement augmenté le temps précédent la rechute in vivo. Cette deuxième étude a ainsi montré que la bithérapie VEN+AraC est une option thérapeutique prometteuse pour améliorer la réponse anti-leucémique de l'AraC. De plus, elle a révélé la dépendance à l'OxPHOS des cellules de LAM résistantes à VEN+AraC et propose de nouvelles options thérapeutiques dans le traitement contre la LAM. En résumé, mes travaux de doctorat révèlent que l'autophagie, l'homéostasie du calcium mitochondrial et BCL2 sont des acteurs clés du métabolisme oxydatif et induisent une dépendance des cellules de LAM à l'OxPHOS, ce qui alimente la résistance thérapeutique.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Sarry, Jean-Emmanuel
Ecole doctorale:Biologie, santé, biotechnologies (BSB)
laboratoire/Unité de recherche :Centre de Recherche en Cancérologie de Toulouse (CRCT), UMR 1037
Mots-clés libres :Métabolisme - Mitochondrie - LAM
Sujets :Sciences du vivant
Déposé le :04 Jun 2021 15:46