La thématique du laboratoire de l’équipe d’Adam Telerman porte sur la réversion tumorale, un processus rare au cours duquel les cellules cancéreuses perdent leur phénotype malin, et deviennent des cellules dites révertantes. Plusieurs protéines clefs impliquées dans cette transformation ont été mises en évidence, dont TCTP (Translationally Controlled Tumor Protein). La protéine TCTP est également impliquée dans la régulation de l’apoptose en interagissant et en renforçant l’activité anti-apoptotique de Mcl-1 et de Bcl-xl, deux protéines appartenant à la famille des Bcl-2. Ce projet s’attache à comprendre en termes moléculaires le mode d’action de TCTP au cours de l’apoptose. / Adam Telerman’s team research focuses on tumor reversion, a rare process in which cancer cells lose their malignant phenotype, and therefore become revertant. Many key proteins were showed to be involved in this transformation, including TCTP (translationally Controlled Tumor Protein). TCTP protein is also involved in apoptosis regulation by interacting and strengthening the anti-apoptotic activity of Mcl-1 and Bcl-xl, two proteins from Bcl-2 family.

Notre travail a consisté à étudier 2 gènes impliqués dans la réversion tumorale et régulés par P53.<br />Nous avons identifié dans le promoteur du gène siah-1b une séquence sur laquelle P53 se lie in vitro et in vivo. De plus, nous avons montré la fonctionnalité de cet élément de réponse suite à l'induction de P53.<br />La particularité de ce site, dont la structure diffère fortement du consensus de liaison de P53 à l'ADN, ouvre de nouvelles perspectives dans l'analyse des mécanismes régulés par P53.<br />L'étude de la protéine TSAP6 murine a permis de caractériser son expression au niveau tissulaire et intracellulaire. La fonction de TSAP6 n'étant pas bien connue, nous avons entrepris de l'analyser dans des modèles animaux portant un gène tsap6 muté ou invalidé.<br />La mutation du gène tsap6 Gln-395-Lys induit l'apparition d'une microcytose et d'un emphysème pulmonaire chez la souris. La caractérisation des mécanismes conduisant à ces phénotypes est en cours et nous permettra de mieux comprendre la fonction de TSAP6.

La réversion tumorale est un événement naturel qui conduit les cellules cancéreuses à retrouver spontanément un phénotype tumoral significativement atténué. Ce processus de reprogrammation cellulaire survient très rarement (au rythme d’une cellule par million), et suggère que des composés (petites molécules chimiques) seraient susceptibles de stimuler la réversion tumorale dans le but de constituer une nouvelle classe de médicaments novateurs pour soigner des patients atteints du cancer. Pour ce faire, la protéine TCTP (« Translationally Controlled Tumor Protein ») a été identifiée comme étant une cible moléculaire majeure dans la réversion tumorale. Par conséquent, identifier des composés capables de stimuler cette réversion, par inhibition de la protéine TCTP, constitue une nouvelle stratégie prometteuse dans le traitement des cancers.Dans ce contexte, ce projet de thèse vise à concevoir et synthétiser de nouveaux inhibiteurs de la protéine TCTP, des analogues de la sertraline, un médicament actuellement sur le marché en tant qu’antidépresseur, mais ayant montré une efficacité significative dans le phénomène de réversion tumorale. Dans un second temps, ces analogues seront testés lors de contrôles variés (affinité, cytotoxicité, processus ADMET, etc.) afin de déterminer un "pré-lead" qui sera finalement évalué in vivo. De plus, ces travaux de recherches sont aussi axés sur les optimisations des méthodes initialement utilisées, ainsi que le développement de nouvelles voies de synthèse innovantes pour la formation des inhibiteurs de la protéine TCTP. / Tumor reversion is a natural process that was discovered for the first time in the early 1960s. It is a biological phenomenon by which highly tumorigenic cells lose at great extent or entirely their malignant phenotype. This is a rare molecular program (one cell for a million cancer cells) which suggests that organic compounds could stimulate this process and form a new class of medicinal products susceptible to treat cancer patients. For those purposes, the translationally controlled tumor protein (TCTP) has been identified as a major therapeutic target of tumor reversion. Consequently, identification of products that are capable of stimulating this phenomenon, by TCTP inhibition, will constitute a promising new strategy for the treatment of the disease.In this context, the goal of this thesis is to design and synthesis new TCTP inhibitors, analogues of sertraline. This latter is a widely used antidepressive drug but it also shows significant efficacy throughout the tumor reversion program. In the second part, those analogues will undergo diverse biological essays (affinity, cytotoxicity, ADMET process…) in the aim of identifying a potential lead compound which will be evaluate under in vivo conditions. Moreover, this research is also focus on the optimizations of the first synthetic route and the development of innovative methods to access to those new TCTP inhibitors.

TCTP est une protéine de 20 kDa que l’on retrouve souvent sous forme de dimère. Elle est fortement conservée dans la phylogénie et on la trouve dans les levures, les plantes, les invertébrés et les mammifères. Elle est localisée dans tous les compartiments de la cellule : noyau, cytoplasme, et membranes. Il s’agit d’une protéine très abondante dans des cellules souches ainsi que des cellules en croissance exponentielle, y compris les cellules tumorales. Sa fonction principale est celle d’une « protéine de survie ». TCTP a été décrite comme interagissant avec de multiples protéines dont p53, MDM2, Bcl-xL et TSAP6. Le but de mon travail est de permettre de mieux caractériser ces fonctions de TCTP et pour cela, nous avons étudié ses interactions in vitro et surtout, in vivo, dans différents modèles génétiques chez la souris. / TCTP is a 20 kDa protein frequently encountered as a dimer. It is highly conserved through phylogeny and is present inn yeast, plants, invertebrates and mammals. It is localized in all compartments of the cell: nucleus, cytoplasm, membranes. This protein is highly abundant in stem cells and during the exponential growth, including in cancer cells. It mainly functions as a survivor factor. TCTP has been described as interacting with multiple proteins, including p53, MDM2, Bcl-xL and TSAP6. The purpose of my work is to better characterize these functions of TCTP; we therefore studied its interactions in vitro, but mostly in vivo, using different murine genetic models.

Mon travail de doctorat a consisté en l'étude de deux gènes, TSAP6 et TCTP, qui sont régulés de manière différentielle dans la réversion tumorale. Les protéines encodées par ces deux gènes interagissent et forment un complexe tant in vitro que in vivo. Mon objectif était de mieux comprendre la fonction biologique de ces deux gènes. Différentes approches ont été employées, notamment la cristallographie (TCTP), souris knockout (TSAP6 et TCTP) et études par mutagénèse dirigée (TSAP6 et TCTP). <br />Les souris knockout pour le gène tsap6 présentent une anémie microcytaire. Nous démontrons que cette anémie est due à un retard de maturation des réticulocytes ainsi qu'à une sécrétion défectueuse du récepteur à la Transferrine par les exosomes. Étant donné que le gène TSAP6 est une cible transcriptionnelle directe de la p53, nous avons voulu analyser la sécrétion des exosomes suite à une stimulation de p53 (par rayon X ou Actinomicine D). Nous montrons qu'en l'absence de TSAP6, on ne parvient pas à stimuler une sécrétion des exosomes. De manière plus générale ces expériences ont démontré que le gène TSAP6 avait in vivo un rôle prédominant dans la sécrétion des exosomes, y compris suite à l'activation de la p53. <br />Nous avons surtout étudié le rôle que joue TCTP dans l'apoptose. La délétion du gène tctp dans les souris knockout est létale en provoquant une augmentation de l'apoptose au cours de l'embryogenèse. Cette mort embryonnaire se produit entre les 6,5ème et 9,5ème jours du développement. La détermination de la structure de la protéine TCTP par cristallographie avec une résolution de 2A montre que la protéine humaine est très homologue à celle de s.pombe. De plus, nous avons observé suite à une analyse informatique une homologie de structure entre les hélices H2 et H3 de TCTP et les hélices H5 et H6 de BAX, une protéine pro-apoptotique impliquée dans la perméabilité de la membrane mitochondriale. On a démontré que grâce à ces deux hélices, TCTP effectue son action anti-apoptotique et inhibe la dimérisation de BAX à la membrane des mitochondries, empêchant ainsi l'apoptose.<br />Nous montrons également que la Sertraline et la Thioridazine, qui induisent la mort des cellules tumorales et une baisse concomitante de TCTP, se lient directement à TCTP et empêchent ainsi la formation du complexe TSAP6-TCTP.

TCTP est une petite protéine globulaire (20~kDa) qui interagit avec de nombreux partenaires et qui est impliquée dans diverses fonctions cellulaires et physiologiques, avec un rôle bien documenté dans la réversion tumorale qui est un phénomène rare et spontané où une cellule cancereuse perd tout ou partie de son phénotype malin et retrouve des caractéristiques associées aux cellules bénignes telles que la sensibilité à l'apoptose. Dans les cellules cancéreuses, TCTP inhibe la dégradation de MDM2, diminuant ainsi les niveaux de p53 et favorisant le maintien et la progression du cancer. TCTP contient également un motif BH3-like connu pour réguler les membres de la famille Bcl-2 et elle interagit directement avec Bcl-xL et Mcl-1 pour renforcer leurs propriétés anti-apoptotiques. Dans la structure TCTP, le motif BH3-like n'est pas facilement accessible pour une interaction avec un partenaire. Conformément à son importance dans le maintien de la tumeur, TCTP est une cible pharmacologique validée dans le traitement du cancer et fait l’objet d’essais cliniques en cours avec une molécule d'abord connue comme anti-depresseur, la sertraline. Cependant, on en sait peu sur la structure de TCTP en complexe avec ses partenaires, ce qui entrave le développement de médicaments et ne permet pas de comprendre comment TCTP peut s'adapter à une telle variété de partenaires. Ainsi, nous avons étudié le mécanisme moléculaire par lequel TCTP s'associe à des protéines et à des ligands en utilisant diverses méthodes biophysiques (RMN, SAXS, CD, SEC, DSF...). Nous avons démontré que la protéine TCTP se lie à Bcl-xL et à Mcl-1 dans le sillon de liaison des motifs BH3. Dans les complexes, la région BH3-like est engagée dans l'interface intermoléculaire et la structure centrale de TCTP est déstabilisée dans un état de globule fondu (molten-globule). Nous avons en outre montré que seule une forme mineure pré-existante de TCTP, à savoir TCTP*, est compétente pour les interactions avec les partenaires Bcl-xL et Mcl-1. Dans TCTP*, la région BH3-like est détachée du domaine structuré et elle est accessible aux protéines Bcl-xL/Mcl-1 tandis qu'on retrouve un état globule fondu dans la partie globulaire de TCTP*. Nous avons également collecté des données d'interaction préliminaires entre TCTP et la sertraline, des ARN, la protéine YB-1 se liant à l'ARN et le domaine N-terminal de MDM2. Enfin, nous avons caractérisé TCTP phosphorylé (pTCTP) au résidu S46 en utilisant la Plk-1 car cette modification a un impact sur les interactions et est un marqueur de l'aggressivité tumorale. En résumé, ces travaux ont établi la versatilité de TCTP en terme de structure et ont montré que cette versatilité est indispensable pour exercer ses fonctions cellulaires. En conséquence, ceci devrait être pris en compte dans les stratégies de développement de nouvelles molécules thérapeutiques ciblant TCTP. / TCTP is a small (20~kDa) globular protein that interacts with many partners with consequences in various cellular and physiological functions, with well-documented roles in tumoral reversion program. Cells that undergo such program spontaneously loose their malignant phenotype and recover characteristics associated with benign cells, such as apoptosis. In cancer cells, TCTP inhibits MDM2 degradation, thus decreasing p53 levels and favoring tumor maintenance and progression. TCTP also contains a BH3-like motif known to regulate Bcl-2 family members and TCTP directly interacts with Bcl-xL and Mcl-1 to reinforce their pro-survival properties. In TCTP structure, the BH3-like motif is not readily accessible for interaction. Consistently with its importance in tumor maintenance, TCTP is a validated pharmacological target in cancer treatment with ongoing clinical trials using the TCTP-targeting antidepressant drug sertraline. However, little is known about TCTP structure in complex with partners, thus impeding the development of drugs and the understanding of how TCTP could adapt to its myriad of partners. Thus, we investigated the molecular mechanism by which TCTP associates with proteins and ligands using various biophysical methods (NMR, SAXS, CD, SEC, DSF...). We have demonstrated that full length TCTP binds to Bcl-xL and Mcl-1 in their BH3-binding groove. In the complexes, the TCTP BH3-like region is engaged in the intermolecular interface and the core TCTP structure is destabilized into a molten-globule (MG) state. We further showed that only a minor pre-existing form of TCTP, namely TCTP*, is competent for interactions with the Bcl-2 protein partners. In TCTP*, the BH3-like region is unpinned and accessible to Bcl-xL/Mcl-1 proteins and the core structure is also in MG state. We also collected preliminary interaction data between TCTP and sertraline, RNA, the RNA binding YB-1 protein and the MDM2 N-terminal domain. Finally, we characterized the Plk-1-mediated S46 phosphorylated TCTP (pTCTP), a marker of tumor aggressivity and its interaction properties. Overall, this work established the structural versatility of TCTP that is mandatory to exert its cellular functions and this versatility should be taken into account in drug-design strategies targeting TCTP.

L'objectif de mon travail de doctorat était une caractérisation fonctionnelle des gènes TCTP et TSAP6. Ces gènes sont impliqués dans la réversion tumorale et forment un complexe protéique. <br />Tpt1, codant pour la protéine TCTP, est le gène le plus sous-exprimé lors de la réversion tumorale. L'analyse du cristal de TCTP humain montre une forte homologie entre ses hélices H2-H3 et les hélices H5-H6 de Bax. Grâce à ses hélices, TCTP inhibe l'apoptose induite par Bax au niveau des mitochondries. En effet, nous démontrons que TCTP, entre autres par le biais de ces hélices, empêche la dimérisation de Bax. <br />Nous avons aussi développé une lignée de souris TCTP knockout qui présentent une létalité embryonnaire précoce.<br />En parallèle, nous avons étudié TSAP6, qui encode pour une protéine à 6 domaines transmembranaires et qui est une cible transcriptionnelle directe de la p53. Nous avons établi une lignée murine TSAP6 knockout présentant une anémie microcytaire avec une splénomégalie. Les réticulocytes issus des souris knockout présentent un retard de maturation et une anomalie de sécrétion du Récepteur à la Transferrine par les exosomes. De manière plus générale, les résultats obtenus montrent, in vivo, que TSAP6 contrôle la sécrétion des exosomes induite par activation de la P53. Nous montrons aussi que la Sertraline et la Thioridazine empêchent la formation du complexe TSAP6-TCTP.