AMPK inhibition enhances chemotherapy-induced apoptosis in p53-Deficient Cells

Despite efforts in developing targeted therapies, cytotoxic chemotherapy remains the standard treatment method of most primary tumours. However, the emergence of tumour chemoresistance contributes to the majority of cancer-related deaths. Understanding the mechanisms that underscore chemoresistance is critical for the development of therapies that target tumour relapse and drug resistance. A key regulator of cellular homeostasis that responds under conditions of low energy is the AMP-activated protein kinase (AMPK). AMPK is a modulator of cell viability in response to metabolic stress. AMPK activation promotes activation of the tumour suppressor p53 following cytotoxic stress. However, the involvement of AMPK in the cellular response to chemotherapeutic agents is not well characterized. In this work we investigated the influence of AMPK signalling on the apoptotic response of p53-deficient cells to different classes of cytotoxic drugs, including topoisomerase inhibitors (etoposide), DNA intercalating agents (doxorubicin), and alkylating agents (cisplatin). Interestingly, we observed that p53-deficient cells, which are normally resistant to DNA damage-induced apoptosis, become sensitive to chemotherapeutic agents when AMPK signalling is blocked. We tested the importance of AMPK for chemoresistance in two different settings: p53-deficient mouse embryonic fibroblasts (MEF) and p53-deficient tumour cells (H1299). We observed that p53-deficient MEFs and H1299 cells become sensitive to DNA damaging agents upon AMPK loss. This effect was not observed with AMPK knockdown alone. Moreover, AMPK appears to promote metabolic adaptation in chemoresistant and chemosensitive cells. We subsequently investigated the influence of AMPK on adaptive mechanisms in p53-deficient MEFs by characterizing their bioenergetic profiles under stress conditions. Taken together, our data highlight a role for AMPK in stress response and survival of chemoresistant cells. Furthermore, we show that blocking AMPK signalling is sufficient to overcome chemoresistance of p53-deficient MEF and tumour cells (H1299s). These results suggest that AMPK inhibition has the potential to overcome cancer chemoresistance when combined with chemotherapeutic agents.Malgré les efforts déployés dans le développement de thérapies ciblées, la chimiothérapie cytotoxique reste la méthode de traitement standard de la plupart des tumeurs primaires. Cependant, l'émergence de la chimiorésistance de tumeur contribue à la majorité des décès liés au cancer. Comprendre les mécanismes qui mettent en évidence la chimiorésistance est essentiel pour le développement de thérapies qui ciblent la rechute de la tumeur et la résistance aux médicaments. Un régulateur clé de l'homéostasie cellulaire qui réagit dans des conditions de faible énergie est la protéine kinase activée par l'AMP (AMPK). AMPK est un modulateur de la viabilité des cellules en réponse à un stress métabolique. L'activation de l'AMPK favorise l'activation du suppresseur de tumeur p53 suite à un stress cytotoxique. Toutefois, l'implication de l'AMPK dans la réponse cellulaire aux agents chimiothérapeutiques n'est pas bien caractérisée. Dans ce travail, nous avons étudié l'influence de la signalisation de l'AMPK de sur la réponse apoptotique des cellules déficientes en p53, à différentes classes de médicaments cytotoxiques, y compris les inhibiteurs de la topoisomérase (étoposide), les agents intercalants de l'ADN (doxorubicine), et des agents alkylants (cisplatin). Chose intéressante, nous avons observé que des cellules déficientes en p53, qui sont normalement résistants aux dommages à l'ADN qu'induit l'apoptose, deviennent sensibles à des agents chimiothérapeutiques lorsque la signalisation d'AMPK est bloquée. Nous avons testé l'importance de l'AMPK de chimiorésistance dans deux milieux différents: des fibroblastes embryonnaires de souris déficientes en p53 (MEF) et des cellules tumorales déficientes en p53 (H1299). Nous avons observé que les MEF déficientes en p53 et les cellules H1299 deviennent sensibles à des agents endommageant à l'ADN lors de la perte de l'AMPK. Cet effet n'a pas été observé avec l'AMPK knockdown seul. En outre, l'AMPK semble favoriser l'adaptation métabolique dans les cellules de chimiorésistance et chimiosensibles. Nous avons ensuite étudié l'influence de l'AMPK sur les mécanismes d'adaptation dans des MEF déficientes en p53 en caractérisant leurs profils bioénergétiques dans des conditions de stress. Dans l'ensemble, nos données mettent en évidence un rôle pour l'AMPK en réponse et la survie des cellules chimiorésistantes stress. En outre, nous montrons que le blocage de la signalisation AMPK est suffisante pour surmonter la chimiorésistance des cellules tumorales et MEF déficientes en p53 (H1299s). Ces résultats suggèrent que l'inhibition de l'AMPK a le potentiel de surmonter la chimiorésistance du cancer en combinaison avec des agents chimiothérapeutiques