Soutenance de thèse de Patricia PIRIS

Les tumeurs du cerveau sont relativement rares, mais constituent une cause importante de souffrance et de mortalité. Tumeurs primaires du système nerveux central les plus fréquentes chez l’adulte, les glioblastomes (GBM) sont associés à un pronostic très sombre et à une qualité de vie significativement altérée pour les patients entre 45 et 70 ans. En France, 3 000 nouveaux cas de GBM sont diagnostiqués chaque année. Leur survie médiane reste très basse - 14 mois - et seuls 10% des patients atteints de GBM survivent 5 ans après le diagnostic. Les médulloblastomes (MB) sont, quant à eux, les tumeurs malignes intracrâniennes les plus courantes dans la population infantile. Ces tumeurs surviennent chez l’enfant de moins de 10 ans dans 75% des cas, 40% ayant moins de 5 ans. Les sous-groupes de MB de moyen et mauvais pronostics sont ici étudiés, i.e. les tumeurs du sous-groupe SHH mutées p53 et les tumeurs des sous-groupes 3&4 dont la médiane de survie à 10 ans ne dépasse pas 40% chez les nourrissons. Leur prise en charge multimodale engendre de lourdes séquelles neurocognitives, telles qu’une baisse du quotient intellectuel, un ralentissement de croissance ou des troubles du langage. Il y a donc urgence à définir de nouvelles approches thérapeutiques pour ces tumeurs cérébrales. Même si les alcoxyamines sont connues depuis plus de 40 ans, leur utilisation a longtemps été principalement restreinte au domaine de la chimie des polymères, notamment comme agents d’amorçage et de contrôle de polymérisation radicalaire. En effet, les alcoxyamines, de formule générale R1R2NO–R3, peuvent libérer par homolyse un radical alkyle R3• et un radical nitroxyle R1R2N–O•. De façon intéressante, les travaux de l’équipe ont révélé que les radicaux alkyles libérés par l’homolyse spontanée de l’alcoxyamine (4-(1-SG1)ethyl)-N-methylpyridin-1-ium) pouvaient être actifs contre des cellules de mélanome, de leucémie et de cancer du côlon. Le présent projet vise à synthétiser de nouvelles alcoxyamines, de stabilité variable, et de contrôler leur homolyse par couplage à un peptide spécifiquement reconnu par certaines enzymes du micro-environnement tumoral que sont les métalloprotéases matricielles (MMP). Pour ce faire, nous avons synthétisé une chimiothèque de plus de 100 nouvelles alcoxyamines. L’évaluation de leur activité cytotoxique sur modèles cellulaires 2D et sphéroïdes 3D de GBM et de MB ont conduit à la sélection d’une molécule (Alk4) 50 fois plus efficace que les alcoxyamines décrites jusqu’alors dans la littérature. L’étude du mécanisme d’action de cette alcoxyamine d’intérêt dans les cellules de GBM et MB a montré l’accumulation cytoplasmique rapide de la molécule et la libération de radicaux alkyles après son homolyse. Un stress oxydatif endogène est alors induit dans les cellules tumorales, conduisant à la fragmentation des mitochondries à l’origine de la mort cellulaire par apoptose. Par couplage de Alk4 à un peptide ciblant les MMP, nous avons alors généré un bioconjugué original (Alk4-MMPp). La libération de l’alcoxyamine, médiée par la reconnaissance sélective de la séquence peptidique par les MMP, est responsable de l’efficacité dose-dépendante des radicaux alkyles sur sphéroïdes tumoraux 3D de GBM et MB. En complément, la mise au point de modèles organotypiques innovants, replaçant les masses tumorales dans leur environnement d’origine (cerveau ou cervelet), a permis de valider les bénéfices de Alk4-MMPp. Enfin, l’absence de toxicité du bioconjugué a été montrée sur modèles de Zebrafish, faisant de Alk4-MMPp une molécule aux propriétés anticancéreuses particulièrement prometteuses.

Brain tumors are relatively rare but are a significant cause of suffering and death. Glioblastoma is the most common primary tumors of the central nervous system in adults. These tumors are associated with a very poor prognosis and a significantly impaired quality of life for patients between 45 and 70 years old. Glioblastoma multiforme (GBM) are rapidly growing, high-grade malignant gliomas. In France, 3,000 new cases of GBM are diagnosed each year. Their median survival remains very low - 14 months - and only 10% of patients with GBM survive 5 years after diagnosis. Medulloblastomas (MB) are the most common malignant intracranial tumors in children. These tumors occur in children under 10 years old in 75% of cases, 40% under 5 years old. They are divided into four subgroups with different molecular profiles and variable prognosis. Poor prognosis subgroups are studied in this project: tumors of SHH subgroup p53 mutated, as well as subgroup 3&4 tumors, whose median 10-year survival does not exceed 40% in infants. Their multimodal treatment does not exclude a significant risk of recurrence and generates heavy neurocognitive sequels: lowered intelligence quotient, slowed growth, or language disorders. So, it is urgent need to define new therapeutic approaches for these brain tumors. Although alkoxyamines have been known for more than 40 years, their use has long been mainly restricted to the field of polymer chemistry, in particular as initiators and control agents in radical polymerization. Indeed, alkoxyamines, of general formula R1R2NO–R3, can release an alkyl radical R3• and a nitroxile radical R1R2N–O• by homolysis. Interestingly, the team's work revealed that, by generating pro-apoptotic oxidative stress, the alkyl radicals released by the spontaneous homolysis of the alkoxyamine (4-(1-SG1)ethyl)-N-methylpyridin-1-ium) prove to be active against melanoma, leukemia and of colon cancer. This project aims to synthesize new alkoxyamines of variable stability and to control their homolysis by coupling to a peptide specifically recognized by enzymes of the tumor microenvironment, the matrix metalloproteinases (MMPs). For this purpose, we have synthesized a chemical library of more than 100 new alkoxyamines. The evaluation of their cytotoxic activity on 2D cell models and 3D spheroids of GBM and MB led to the selection of a molecule (Alk4) 50 times more efficient than the alkoxyamines described so far in the literature. The study of the mechanism of action of this alkoxyamine of interest in GBM and MB cells showed the rapid cytoplasmic accumulation of the molecule and the release of alkyl radical after its homolysis. Endogenous oxidative stress is then induced in tumor cells, leading to fragmentation of mitochondria resulting in cell death by apoptosis. By coupling Alk4 to a peptide targeting MMPs, we generated an original bioconjugate (Alk4-MMPp). The alkoxyamine release, mediated by selective peptide sequence recognition by MMPs, is responsible for the dose-dependent efficacy of alkyl radicals on 3D tumor spheroids of GBM and MB. In addition, the development of innovative organotypic models, placing the tumor masses in their original environment (brain or cerebellum), allowed to validate the benefits of Alk4-MMPp. Finally, the absence of toxicity of this bioconjugate has been shown on Zebrafish models, making Alk4-MMPp a molecule with particularly promising anticancer properties.