Pregnane × Receptor (PXR) expression in colorectal cancer cells restricts irinotecan chemosensitivity through enhanced SN-38 glucuronidation

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>Clinical efficacy of chemotherapy in colorectal cancer is subjected to broad inter-individual variations leading to the inability to predict outcome and toxicity. The topoisomerase I inhibitor irinotecan (CPT-11) is worldwide approved for the treatment of metastatic colorectal cancer and undergoes extensive peripheral and tumoral metabolism. PXR is a xenoreceptor activated by many drugs and environmental compounds regulating the expression of drug metabolism and transport genes in detoxification organs such as liver and gastrointestinal tract. Considering the metabolic pathway of irinotecan and the tissue distribution of Pregnane × Receptor (PXR), we hypothesized that PXR could play a key role in colon cancer cell response to irinotecan.</p> <p>Results</p> <p>PXR mRNA expression was quantified by RT-quantitative PCR in a panel of 14 colon tumor samples and their matched normal tissues. PXR expression was modulated in human colorectal cancer cells LS174T, SW480 and SW620 by transfection and siRNA strategies. Cellular response to irinotecan and its active metabolic SN38 was assessed by cell viability assays, HPLC metabolic profiles and mRNA quantification of PXR target genes. We showed that PXR was strongly expressed in colon tumor samples and displayed a great variability of expression. Expression of hPXR in human colorectal cancer cells led to a marked chemoresistance to the active metabolite SN38 correlated with PXR expression level. Metabolic profiles of SN38 showed a strong enhancement of SN38 glucuronidation to the inactive SN38G metabolite in PXR-expressing cells, correlated with an increase of UDPglucuronosyl transferases UGT1A1, UGT1A9 and UGT1A10 mRNAs. Inhibition of PXR expression by lentivirus-mediated shRNA, led to SN38 chemoresistance reversion concomitantly to a decrease of UGT1A1 expression and SN38 glucuronidation. Similarly, PXR mRNA expression levels correlated to UGT1A subfamily expression in human colon tumor biopsies.</p> <p>Conclusion</p> <p>Our results demonstrate that tumoral metabolism of SN38 is affected by PXR and point to potential therapeutic significance of PXR quantification in the prediction of irinotecan response. Furthermore, our observations are pharmacologically relevant since many patients suffering from cancer diseases are often exposed to co-medications, food additives or herbal supplements able to activate PXR. A substantial part of the variability observed among patients might be caused by such interactions</p

Role of xenoreceptors CAR (Constitutive Androstane Receptor, NR1I3) and PXR (Pregnane X Receptor, NR1I2) in the metabolism of conventionnal chemotherapy in colorectal cancer

Le cancer colorectal est marqué par une importante mortalité dans les stades avancés du fait du fort taux de récidives tumorales après chimiothérapie. La prédiction de l'efficacité et de la toxicité des cytotoxiques s'impose comme un des enjeux majeurs de ces prochaines années. Parce que la majorité des anticancéreux sont pris en charge par les enzymes et transporteurs dont l'expression est contrôlée par le niveau d'expression et d'activation des xénosenseurs CAR et PXR, il est fort probable que ces xénosenseurs puissent représenter des facteurs prédictifs à prendre en compte dans la prise en charge des cancers. Notre équipe a récemment montré que les récepteurs des xénobiotiques PXR (NR1I2) (Raynal et al, 2010) et CAR (NR1I3) sont exprimés dans des lignées cellulaires et des tissus coliques humains. Leur surexpression dans les lignées coliques LS174T et T84 entraine leur résistance à l'irinotécan et à son métabolite actif le SN38 alors que leur inhibition antagonise cette résistance. Des dosages intra- et extra-cellulaires du SN38 et du SN38-G, ainsi que la quantification des ARNm des l'UGT1As et du transporteur MDR1, montrent que CAR et PXR augmentent le métabolisme détoxifiant et l'efflux du SN38. L'impact de la surexpression de ces xénosenseurs sur la viabilité des cellules LS174T à différentes classes de cytotoxiques (anti-métabolites, intercalants, inhibiteurs de topoisomérases, poisons du fuseau) a ensuite été évaluée. Nous avons observé que l'expression de CAR ou PXR conduit à une forte chimiorésistance au paclitaxel, au docétaxel et au 4-hydroxy-cyclophosphamide alors que PXR entraîne une sensibilisation marquée au cisplatine et au carboplatine en augmentant la quantité d'adduits de platine sur l'ADN. Les études du transcriptome de nos modèles cellulaires nous ont permis d'identifier les gènes cibles impliqués dans ces variations de cytotoxicité. Des études de confirmation par modulation pharmacologique ou ARNs interférents de ces gènes cibles sont en cours et nous permettront de préciser les mécanismes mis en jeu dans les variations de chimiosensibilité. Ces travaux devraient permettent de mieux appréhender le rôle des xénosenseurs CAR et PXR sur le métabolisme intra-tumoral des cytotoxiques et potentiellement sur la réponse à des chimiothérapies variées.Colorectal cancer is characterized by high mortality in advanced stages due to the high rate of tumor recurrence after chemotherapy. The prediction of the efficacy and toxicity of cytotoxic drugs represents a major challenge in the coming years. Because the majority of cancer drugs are supported by the enzymes and transporters whose expression is controlled by the level of expression and activation of the xenosensors CAR (NR1I3) and PXR (NR1I2), it is likely that they may represent predictive factors in the management of cancer. Our team has recently shown that xenobiotic receptors PXR (Raynal et al, 2010) and CAR are expressed in cell lines and human colon tissues. Their overexpression in colon cancer cell lines LS174T and T84 leads to resistance to irinotecan and to its active metabolite SN38, while their inhibition reverse this resistance. Irinotecan metabolites detection assays of SN38 and SN38G, and the quantification of UGT1As and MDR1 mRNA, show that CAR and PXR increase the detoxifying metabolism and the efflux of SN38. The impact of overexpression of these xenosensors on LS174T cell viability to different classes of cytotoxic agents (anti-metabolites, DNA intercalators, topoisomerase inhibitors, antimitotic agents) was then evaluated. We observed that the expression of CAR or PXR results in a significant drug resistance to paclitaxel, docetaxel and 4-hydroxy-cyclophosphamide whereas PXR leads to a marked sensitization to cisplatin and carboplatin by increasing the amount of platinum adducts the DNA. Microarray studies of our cell models allowed us to identify the target genes potentially involved in these changes in cytotoxicity. Further studies by pharmacological modulation or interfering RNAs of these target genes are in progress and will allow us to clarify the mechanisms involved in the changes in chemosensitivity. This work should help us to understand the impact of CAR and PXR xenosensors on the intratumoral metabolism of cytotoxic drugs and potentially on the response to various chemotherapies

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