Ecole Doctorale

Sciences de la Vie et de la Santé

Spécialité

Biologie-Santé - Spécialité Oncologie

Etablissement

Aix-Marseille Université

Mots Clés

cancer du pancreas,métabolisme,acides aminés,stress cellulaire,ciblage métabolique,voies de signalisation

Keywords

pancreatic cancer,metabolism,amino acid,,

Titre de thèse

Étude de la reprogrammation des voies métaboliques des acides aminés au cours de la carcinogenèse pancréatique
Study of amino acids metabolism reprogramming during pancreatic cancer progression

Date

Friday 23 November 2018

Adresse

Faculté de Luminy 163, avenue de luminy 13009 marseille Amphi 12

Jury

Directeur de these Mme Sophie VASSEUR CRCM- équipe cancer pancréatique
Rapporteur M. Jacques POUYSSEGUR Centre Scientifique de Monaco (CSM), Monaco
Rapporteur Mme Laetitia LINARES Institut de Recherche en Cancérologie de Montpellier INSERM U1194
Examinateur M. Jérôme CROS Hopital Beaujon / INSERM U1149 Université Paris 7 Diderot
Examinateur M. Jean-Ehrland RICCI INSERM U1065, C3M

Résumé de la thèse

Résumé L'adénocarcinome canalaire pancréatique (ADKP) est l'un des cancers les plus mortels, avec un taux de survie à 5 ans d'environ 8 % et une survie médiane de moins de 6 mois. La progression maligne de l’ADKP s'accompagne d'une profonde réaction desmoplasique, limitant la vascularisation de la tumeur et de fait privant les cellules tumorales en oxygène et en nutriments, forçant les cellules tumorales à adapter leur métabolisme pour survivre et proliférer. L’objectif de cette thèse était de définir les changements métaboliques relatifs à l’ADKP. Par une analyse transcriptomique des tumeurs pancréatiques développées de manière spontanée chez les souris PKI (Pdx1-Cre/KrasG12D/Ink4afl/fl), nous avons établi le profil métabolique des ADKPs au cours de leur progression. En se concentrant sur les voies métaboliques des acides aminés, nous avons montré que les voies métaboliques de la proline et des acides aminés à chaîne branchée (BCAA : leucine, valine et isoleucine), en particulier le catabolisme de la leucine, sont celles étant les plus dérégulées dans l’ADKP par rapport au pancréas normal. Concernant le métabolisme de la proline, nous avons montré que les cellules tumorales privées en nutriments capturent et utilisent le collagène produit par les fibroblastes présents dans le stroma tumoral via un processus de macropinocytose. Une fois ce collagène internalisé, il est dégradé par les cellules tumorales ce qui leur fournit un apport en proline. Nous montrons que cette proline sert à leur survie en particulier lors d’un stress nutritif. Aussi, l’inhibition de la dégradation de la proline via le ciblage de PRODH1 (enzyme qui permet la conversion de la proline en glutamate) entraine une diminution de la prolifération tumorale in vitro et in vivo. Concernant la leucine, nous montrons que ce métabolisme est spécifique aux cellules tumorales. De plus, l’élément clé de ce métabolisme est un de ces produits de dégradation finaux à savoir le β-hydroxybutyrate (β-OHB) dont la production repose sur une enzyme cruciale : HMGCL. Dans nos travaux, nous démontrons le rôle bénéfique du β-OHB sur la croissance des cellules tumorales. De plus, la suppression d’HMGCL dans les cellules d’ADKP humains entrave leurs capacités oncogéniques et métastatiques in vitro et in vivo. De plus, nous montrons in vivo que le β-OHB augmente la croissance tumorale ainsi que la formation de métastases. Ainsi, nos travaux montrent la plasticité métabolique des cellules tumorales, la collaboration métabolique existante entre les cellules tumorales et le microenvironnement tumoral et enfin l’importance de l’étude du métabolisme tumoral pour la découverte de nouvelles cibles thérapeutiques. Mots clés : métabolisme tumoral, cancer du pancréas, proline, collagène, BCAA, corps cétonique, dialogue tumoral.

Thesis resume

Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is one of the deadliest cancers, with a 5-years survival rate of ~8% and a survival median of less than 6 months. The malignant progression of PDAC is accompanied by a profound desmoplasia, depriving tumor cells from oxygen and nutrients, which forces tumor cells to adapt their metabolism to proliferate. The purpose of this thesis is to define the metabolic changes related to ADKP. Using a transcriptomic analysis of PDAC from GEMM (Pdx1-Cre/KrasG12D/Ink4afl/fl), we established the PDAC metabolic profile. Focusing on amino acid metabolic pathways, we identified the metabolic pathways of proline and the branched-chain amino acid (BCAAs: leucine, valine and isoleucine), especially the leucine catabolism, as the most deregulated in ADKP compared to the normal pancreas. We demonstrated that tumor cells take up collagen-derived fibroblasts, thanks macropinocytosis, when they are nutrient deprived. Once collagen is internalized, its subsequent digestion supplies TCA with proline. We have also shown that proline is used for tumor cell survival, especially during a nutrient starvation. Also, inhibition of proline degradation by PRODH1 targeting (PRODH1 allows proline to be converted to glutamate) leads to a decrease in tumor proliferation in vitro and in vivo. We have shown leucine catabolism is specific to tumor cells and the final degradation products: the β-hydroxybutyrate (β-OHB) appears as a key element of this metabolism. To produce β-OHB, tumor cells use HMGCL, a crucial enzyme involved in leucine degradation. In our work, we demonstrate the beneficial role of β-OHB on tumor cell growth. In addition, HMGCL suppression in PDAC cells decreases their oncogenic and metastatic capacities in vitro and in vivo. In addition, we have demonstrated in vivo that β-OHB increases tumor growth and metastasis formation. Thus, our works show 1/ the metabolic plasticity of cells, 2/the influence of microenvironment on tumor cell metabolism, 3/ the importance to study tumor metabolism for the finding of new therapeutic targets. Key words : Tumor metabolism, pancreatic cancer, collagen, proline, BCAA, ketone bodies, metabolic symbiosis