Mise en évidence d’intéractions létales par criblage phénotypique dans le contexte de la résistance aux thérapies du cancer colorectal

Abstract

Today, treatments for metastatic colorectal cancer have evolved through the combination of conventional chemotherapy 5-FU, oxaliplatin and / or Irinotecan and targeted therapies directed against the EGF receptor or VEGF. Despite an improved survival rate through the combination of these drugs, innate and acquired resistance to treatment is a common cause of therapeutic failure.In order to discover new therapeutic targets we carried out several phenotypic screenings using cellular resistance models acquired to chemotherapies (oxaliplatin and irinotecan) generated in the laboratory as well as the HCT116 line which exhibits an innate resistance to anti-EGFR therapies (cetuximab , panitumumab, Erlotinib). The ultimate goal of this project is to reveal genes, whose inhibition restores sensitivity to one of these treatments, thus displaying a lethal interaction with the drug.Once the kinases potentially involved in resistance to CCR therapies identified, specific inhibition by shRNA and / or a specific inhibitor was performed to confirm the potential therapeutic targets and / or biomarkers for response to treatments. The most promising target, identified as a determinant of resistance to oxaliplatin is the ATR protein (Ataxia-telangiectasia mutated and rad3 related). A protein that plays a key role in DNA repair and is activated in response to the presence of persistent single stranded DNA (ssDNA) or replicative stress, which can be generated by certain anti-cancer therapies.The inhibition of ATR via its pharmacological inhibitor VE-822 (VX-970) combined with oxaliplatin was then studied by the use of cytotoxic tests supplemented by an additivity study. Thus, we demonstrated that the inhibition of ATR combined with oxaliplatin leads to a strong synergy in the HCT116-R1 cell line in both 2D and 3D. This effect is also found in other oxaliplatin resistant clonal lines (HCT116-R2, SW48-R) as well as in the cell lines originating from them (HCT116, SW48).We have also shown that the synergistic effect of oxaliplatin and VE-822 in the HCT116-R1 line is accompanied by an increase in the presence of single-stranded DNA followed by numerous double-stranded DNA breaks, stopping proliferation and inducing apoptosis. The occurrence of this damage to DNA is also correlated with activation of the ATM pathway, p53 and inhibition of CDK2 activity. Moreover, in vitro the double treatment causes an induction of the molecular signals triggering the immunogenic cell death equivalent or superior to the treatments by oxaliplatin alone.Finally, the combination of oxaliplatin + VE-822 is also effective in vivo in immunodeficient mice xenografted with HCT116-R1 cells as well as in immunologically competent mice with a higher synergistic effect indicating that immune death (ICD ) is part of the mechanism of this combination of drugs.In conclusion, all these data confirm the interest of phenotypic screening in the discovery of new therapeutic targets by demonstrating for the first time the functional role of ATR in sensitivity to oxaliplatin.Aujourd’hui, les traitements du cancer colorectal métastatique ont évolué grâce à la combinaison de chimiothérapies conventionnelles à base de 5-FU, oxaliplatine et/ou Irinotécan et de thérapies ciblées dirigées contre le récepteur de l’EGF ou le VEGF. Malgré un taux de survie amélioré par la combinaison de ces drogues, la résistance innée et acquise aux traitements est une cause fréquente d'échec thérapeutique.Dans le but de découvrir de nouvelles cibles thérapeutiques nous avons effectué plusieurs criblages phénotypiques en utilisant des modèles cellulaires de résistance acquises aux chimiothérapies (oxaliplatine et irinotécan) générés au laboratoire ainsi que la lignée HCT116 qui présente une résistance innée aux thérapies anti-EGFR (cétuximab, panitumumab, Erlotinib). Le but final de ce projet étant de révéler des gènes, dont l’inhibition permet de rétablir la sensibilité à l’un de ces traitements, affichant ainsi une interaction létale avec le médicament.Une fois les kinases potentiellement impliquées dans la résistance aux thérapies du CCR identifiées, une inhibition spécifique par shRNA et/ou un inhibiteur spécifique a été effectuée afin de confirmer les potentielles cibles thérapeutiques et/ou biomarqueurs de réponse aux traitements. La cible la plus prometteuse, identifiée comme un déterminant de la résistance à l’oxaliplatine est la protéine ATR (Ataxia-telangiectasia mutated and rad3 related). Une protéine jouant un rôle clé dans la réparation de l'ADN et qui est activée en réponse à la présence d'ADN simple brin persistant (ssDNA) ou de stress réplicatif, pouvant être généré par certaines thérapies anticancéreuses.L’inhibition ATR via son inhibiteur pharmacologique VE-822 (VX-970) combinée à l’oxaliplatine a alors été étudiée par l’utilisation de tests cytotoxiques complétés par une étude d’additivité. Ainsi, nous avons démontré que l’inhibition d’ATR combinée avec l’oxaliplatine entraine une forte synergie dans la lignée HCT116-R1 à la fois en 2D et en 3D. Cet effet est également retrouvé dans d’autres lignées clonales résistantes à l’oxaliplatine (HCT116-R2, SW48-R1) ainsi que dans les lignées cellulaires à l’origine de ces dernières (HCT116, SW48). Nous avons également montré que l'effet synergique de l’oxaliplatine et du VE-822 dans la lignée HCT116-R1 s'accompagne d'une augmentation de la présence d’ADN simple brins suivie de nombreuses cassures double brins de l’ADN, d'un arrêt de la prolifération et d'une induction de l'apoptose. L'apparition de ces dommages à l'ADN est également corrélée avec l'activation de la voie ATM, de p53 et l'inhibition de l'activité CDK2. De plus, in vitro le double traitement provoque une induction des signaux moléculaires à l’origine de la mort immunogène équivalente ou bien supérieure aux traitements par l’oxaliplatine seul. Enfin, l'association d'oxaliplatine + VE-822 est également efficace in vivo, sur des souris immunodéprimées xénogreffées avec les cellules HCT116-R1 ainsi que sur des souris immunologiquement compétentes, avec un effet synergique plus élevé indiquant que la mort immunitaire (ICD) fait partie du mécanisme de cette combinaison de médicaments. En conclusion, toutes ces données confirment l’intérêt du criblage phénotypique dans la découverte de nouvelles cibles thérapeutiques en démontrant pour la première fois le rôle fonctionnel de l'ATR dans la sensibilité à l’oxaliplatine