京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第21993号 / 医博第4507号 / 新制||医||1037(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 長船 健二, 教授 竹内 理, 教授 横出 正之 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第20616号 / 医博第4265号 / 新制||医||1023(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 長船 健二, 教授 渡邊 直樹, 教授 岩田 想 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

Metastasis remains the largest contributor for ovarian cancer mortality. The five-year survival rate decreases dramatically as the disease advances from the primary tumor site to other organ sites within the peritoneal cavity. Thus, characterizing the mechanisms behind this metastatic potential may better elucidate the molecular mechanisms of ovarian cancer progression and may reveal novel targets for preventative and therapeutic treatments. Sphingosine-1-phosphate (S1P) is a critical secondary messenger responsible for many pro-cancer signals, e.g., proliferation, angiogenesis, inflammation, anti-apoptosis, and others. While S1P's role in the aggressive profile of many other cancers is well defined, its function in ovarian cancer development is less understood. The concentration of S1P is significantly increased in the ascites of women with malignant ovarian cancer, suggesting a role in ovarian cancer progression. This study aims to understand the importance of S1P in ovarian cancer metastasis. Using our well-characterized murine cell model for progressive ovarian cancer, we investigate the impact of S1P on ovarian cells and their interactions with the stromal vascular fraction recruited from the adipose tissue in culture conditions that mimic the physiologic environment of the peritoneal cavity. These studies will provide a mechanistic link of obesity, inflammation, and the increased risk of obese women to develop and die from ovarian cancer and identify signaling events as targets for interventions. / Master of Science / The mortality rate of women diagnosed with ovarian cancer increases significantly as the disease metastasizes to other regions. Understanding the progression of this disease can create better detection and treatment methods, improving the outcome of women diagnosed with ovarian cancer. Sphingosine-1-phosphate (S1P) is a lipid molecule that has been implicated in many pro-tumorigenic properties in cancer cells; however, its role in ovarian cancer is less known. Stromal cells excrete high levels of S1P and are recruited into tumors for support and many other functions. Elucidating the role stromal cell incorporation into tumors and the role of S1P in ovarian cancer aggressiveness may highlight key pathways that can be targeted for screening methods and therapeutic treatments. This paper aims to understand the connections between S1P, stromal cells, and ovarian cancer as it progresses from a primary site to a metastatic, highly aggressive disease.

Les adénocarcinomes rénaux à cellules claires (ccRCC), qui représentent 70% des tumeurs rénales, sont fortement mais irrégulièrement vascularisés, ce qui les rend hypoxiques et donc résistants aux chimiothérapies. L'hypoxie favorise l'agressivité tumorale via l'activation des facteurs de transcription HIF-1alpha et HIF-2alpha (Hypoxia-Inducible Factors). Pour cette raison, le ciblage de l'hypoxie intratumorale et des facteurs HIF dans les ccRCC constitue une stratégie thérapeutique pertinente. Dans ce projet, nous montrons pour la première fois que la voie sphingosine kinase 1/sphingosine 1-phosphate (SphK1/S1P) régule HIF-2alpha in vitro et in vivo. Nos résultats indiquent que la SphK1 régule le taux intracellulaire et l'activité transcriptionnelle de HIF-2alpha dans des lignées de ccRCC représentatives de certains sous-groupes retrouvés en clinique humaine ; et impliquent la S1P extracellulaire, via le récepteur S1P1, dans la régulation de HIF-1alpha et HIF-2alpha. D'autre part, nous avons évalué l'impact de l'inhibition des récepteurs à S1P et de la SphK1 par le FTY720 dans un modèle de ccRCC in vivo. Nos résultats indiquent que le FTY720 entraine une diminution transitoire du taux intratumoral de HIF-1alpha et HIF-2alpha ainsi qu'un remodelage du réseau vasculaire tumoral. En effet, le FTY720 induit une normalisation vasculaire qui aboutit à une oxygénation tumorale transitoire. Enfin, nous montrons que ce traitement permet de sensibiliser un modèle murin de ccRCC à la chimiothérapie. Ces résultats valident le rôle de la voie SphK1/S1P comme régulateur de l'adaptation à l'hypoxie dans les ccRCC. Ils constituent une étape indispensable à la transposition en clinique humaine du concept selon lequel la voie SphK1/S1P peut être ciblée afin de diminuer l'hypoxie intratumorale et de chimiosensibiliser certains cancers, le FTY720 étant déjà sur le marché. / Clear cell renal cell carcinomas (ccRCC) represent 70% of renal tumors. Because of their dense and irregular vascular network, ccRCC become hypoxic and therefore resistant to chemotherapies. Hypoxia promotes tumor aggressiveness via the activation of HIF-1alpha and HIF-2alpha (Hypoxia-Inducible Factors). For this reason, the control of intratumoral hypoxia and HIF in ccRCC could be a relevant therapeutic strategy to improve the efficacy of current treatments. In this study, we show for the first time that the sphingosine kinase 1/sphingosine 1-phosphate (SphK1/S1P) pathway regulates HIF-2alpha in vitro and in vivo. Our results indicate that SphK1 regulates HIF-2alpha intracellular level and transcriptional activity in ccRCC cell lines that are representative of some clinical ccRCC subgroups. Our data also involve extracellular S1P, via its receptor S1P1, in the regulation of HIF-1alpha and HIF-2alpha. In addition, in a ccRCC mouse model, we show that FTY720 - an inhibitor of the SphK1/S1P pathway- transiently decreases HIF-1alpha and HIF-2alpha intratumoral level. This is associated with a transient remodeling of the tumor vascular network indicating that FTY720 induces a vascular normalization that leads to transient tumor oxygenation. Finally, we show that this treatment sensitizes a ccRCC mouse model to chemotherapy. Overall, these results validate the key role of the SphK1/S1P pathway in the adaptation to hypoxia in ccRCC cell and animal models. Our results provide a mechanistic basis to target the SphK1/S1P pathway with FTY720 by increasing the efficacy of chemotherapy in ccRCC. They are a prerequisite for clinical transposition as FTY720 is a drug approved used in human clinic.

名古屋大学博士学位論文 学位の種類:博士（医療技術学）（課程） 学位授与年月日:平成20年3月25日

Le traitement du mélanome métastatique a été révolutionné par le développement de thérapies ciblées, qui ont montré un bénéfice significatif sur la survie globale. En particulier, l'inhibition de la sérine-thréonine kinase BRAF, mutée dans 60% des mélanomes, par le Vémurafénib (PLX4032), a montré un gain de survie de 6 à 8 mois comparée à la chimiothérapie de référence, la Dacarbazine. Cependant, une très faible proportion de patients répond sur le long terme. En effet, la majorité des patients développent un échappement thérapeutique dans un délai médian de 6 mois. Des mécanismes cellulaires ont été mis en évidence dans l'apparition de cette résistance acquise, notamment l'implication de MITF, un facteur de transcription majeur des mélanocytes, ainsi que des modifications de l'expression de plusieurs membres de la famille de Bcl-2. Cependant, une meilleure compréhension des mécanismes de résistance aux thérapies anti-BRAF semble essentielle, tout comme l'utilisation de nouvelles approches thérapeutiques combinées afin d'optimiser l'efficacité des traitements et la durée du bénéfice clinique. Notre groupe a récemment identifié des altérations du métabolisme du céramide et de l'un de ses dérivés, la Sphingosine 1-phosphate (S1P), dans les cellules de mélanome humain comparé à des mélanocytes sains. En effet, nous avons montré que la S1P lyase (SPL), qui dégrade irréversiblement la S1P est sous exprimée. Au contraire, l'expression de la sphingosine kinase 1 (SK1), qui produit la S1P, est augmentée dans les cellules de mélanome, conséquence directe de la mutation BRAF. Ces perturbations ont pour effet d'augmenter les niveaux de S1P. Ce lysophospholipide favorise la survie cellulaire ainsi que la résistance vis-à-vis d'agents thérapeutiques dans diverses cellules tumorales. L'objectif de cette thèse a été d'évaluer si le métabolisme de la S1P peut moduler la résistance acquise des cellules de mélanome humain aux inhibiteurs de BRAF. Nous avons montré que la surexpression de la SPL ou l'inhibition pharmacologique de la SK1 (SKI-I) sensibilise les mélanomes métastatiques à l'apoptose induite par la thérapie ciblée. Ce phénomène est associé à une diminution de MITF et de l'une de ses cibles directes, la protéine anti-apoptotique Bcl-2. La diminution d'expression protéique de MITF peut être réversée par un traitement de S1P exogène. De plus, nous avons montré pour la première fois une augmentation de l'expression des récepteurs 1 et 3 à la S1P (S1PR1 et S1PR3), dans les cellules de mélanome présentant une résistance acquise au PLX4032. Ces modifications sont associées à l'expression accrue de MITF. La surexpression de la SPL, le traitement par le SKI-I ou par des inhibiteurs ciblant les S1PR1 et S1PR3, surmonte la résistance acquise de ces cellules au PLX4032 via la diminution d'expression des S1PRs, de MITF, et de Bcl-2. Par conséquent, en contrôlant l'expression de protéines clés de la survie et de la résistance, le métabolisme de la S1P représente une nouvelle approche thérapeutique pour améliorer l'efficacité des thérapies ciblées. / The treatment of metastatic melanoma has changed considerably in recent years with the development of targeted therapies, which have shown a significant benefit in overall survival. In particular, the inhibition of the frequently mutated serine-threonine kinase BRAF, by Vemurafenib (PLX4032) showed that survival rates increase by 6 to 8 months compared to standard chemotherapy, Dacarbazine. However, a very small proportion of patients will respond to the long term, and the majority of patients relapses in a median of 6 months. Cellular mechanisms have been identified in the appearance of this acquired resistance, including the involvement of MITF, a major transcription factor of melanocytes, as well as changes in the expression of several members of Bcl-2 family. However, a better understanding of these mechanisms seems essential, as is the use of new therapeutic strategies to optimize treatment efficacy and duration of clinical benefit. Our group recently showed some alterations of ceramide metabolism and its derivative sphingosine 1-phosphate (S1P) in human melanoma cells compared to healthy melanocytes. For instance, S1P lyase (SPL), which degrades S1P, is under-expressed. Conversely, sphingosine kinase 1 (SK1), which produces S1P, is over-expressed in tumor cells, as a direct result of BRAF mutation. These alterations increases the levels of S1P. This lysophospholipid promotes cell survival and the resistance to therapeutic agents in a variety of tumor cells. This PhD project aimed at defining whether S1P metabolism could modulate the resistance of human melanoma cells to PLX4032. Here, we show that SPL overexpression or pharmacological inhibition of SK1 by SKI-I sensitizes metastatic melanoma cells to PLX4032-induced apoptosis. This phenomenon is associated with a decreased expression of the master regulator of melanocyte differentiation MITF as well as its direct cellular target Bcl-2. The decrease in MITF protein can be reversed by treating cells with exogenous S1P. Interestingly, we also report for the first time an increased expression of SK1 as well as the S1P receptors, S1PR1 and S1PR3, in melanoma cells with acquired resistance to PLX4032 as compared to sensitive counterparts. These modifications are associated with high expression of MITF. Overexpression of SPL, treatment with SKI-I or antagonists of S1PR1 ans S1PR3, strongly overcomes acquired resistance to PLX4032 through a decrease in the expression of S1PR, MITF as well as Bcl-2. Thus, by controlling the expression of key proteins in melanoma cell survival and resistance, S1P metabolism could represent a new therapeutic approach to enhance the effectiveness of targeted therapies.