Development and characterization of colorectal cancer cells resistant to Irinotecan

Abstract

L’irinotecan est un agent anticancéreux majeur utilisé dans le traitement du cancer du côlon où il agit à la fois comme un agent causant des dommages à l’ADN et un inhibiteur de l’angiogenèse. L’activité de l’irinotécan dans les cancers colorectaux est limitée par le développement d’une résistance acquise au médicament. Le but de ce travail est de caractériser l’influence d’une exposition prolongée à l’irinotécan sur la biologie des cellules cancéreuses colorectales in vivo et in vitro. Résultats majeurs : Nous avons exposé les cellules de cancer colorectal, HT-29 (LOH) et HCT-116 (MSI), au SN-38 (le métabolite actif de l'irinotécan) pendant un an. Ceci a permis de sélectionner des cellules résistances à l’irinotécan et ceci de manière stable. Une caractérisation plus approfondie a révélé que la résistance acquise à l’irinotécan était accompagnée d’altérations multiples, y compris la diminution de la formation de complexes clivables et de cassures double brins. Nos études ont montré des changements inattendus dans la distribution du cycle cellulaire et la vitesse de croissance des deux lignées résistantes. La pertinence in vivo de nos modèles cellulaires a ensuite été confirmée dans des modèles de xénogreffe.D’autres résultats basé sur l’inhibition de l’angiogenèse montrent que l'exposition prolongée à l’irinotécan est accompagnée d’une modification majeure de la voie HIF, VEGF / VEGFR dans les cellules tumorales. Ces travaux ont permis d’identifier des modifications biologiques dans les cellules résistantes susceptibles de les rendre plus résistantes ou sensibles à d’autres classes d’agents anticancéreux afin de proposer de nouvelles combinaisons thérapeutiques.Ce travail est financé par l’Institut National du CancerColorectal cancer (CRC) is one of the most common tumors and a leading cause of cancer death worldwide. Until recently, fluorouracil in combination with leucovorin was the only effective systemic treatment for CRC. During the last few years, four new treatments have been approved for advanced CRC including the topoisomerase I (topo I) inhibitor irinotecan, the epidermal growth factor receptor (EGFR)-directed monoclonal antibody cetuximab and the vascular endothelial growth factor (VEGF)-directed monoclonal antibody bevacizumab. Unfortunetly their clinical activity is often limited by the development of resistance. Several lines of experimental evidence suggest a functional interaction between topo I and EGFR. Furthermore, topo I can regulate hypoxia-inducible factor 1 alpha (HIF-1alpha), a key regulator of cellular response to hypoxia, leading to VEGF production.We propose to study the EGFR-signaling pathway on the cellular response to cytotoxic agents with the topo I inhibitor irinotecan/SN-38 as model.Resistant cells were obtained by culturing HT-29 and HCT-116 cells in increasing concentrations of irinotecan. After obtaining, their drug resistance was 5 to 25 times increased compared to the parental cells. We first showed that the proliferation of the two resistant cell lines was slower than the sensitive ones. We were able to confirm it with different in vitro and in vivo experiment. It is interesting to notice that topo I expression was unchanged in our resistant cell lines. We then demonstrated that the resistant cells are less affected by the formation of DNA strand breaks (led by SN38) than the sensitive ones. Moreover, the EGFR expression is increased in the resistant cell lines. We also shown by western blot and ELISA that resistance development comes along with an increase of VEGF.Our data should provide important clues on the irinotecan acquired resistant cells and should help to set up new combinations for colorecal cancer treatment