Les kinases cycline-dépendantes (CDK) sont des protéines régulatrices essentielles du cycle cellulaire. Elles contrôlent la prolifération cellulaire et sont souvent déréglées dans les cancers. De nombreux inhibiteurs de CDKs ont été élaborés et sont actuellement le sujet d'essais cliniques. Bien que Cdk1 soit un régulateur essentiel de cycle cellulaire, Cdk2 n’est pas nécessaire pour la progression du cycle cellulaire, mais favorise la tumorigenèse. Par conséquent, Cdk2 est une cible thérapeutique prometteuse. L’utilisation des inhibiteurs de kinases pour modifier la prolifération cellulaire s’apparente à appliquer une sélection Darwinienne. Cette sélection peut être modélisée mathématiquement. Cette approche a montré que des avantages sélectifs, mêmes marginaux, peuvent être d'une importance majeure dans la compétition inter-cellulaire et la progression du cancer. Selon ce principe, nous avons fait l’hypothèse que le fait que la Cdk2 ait un rôle mineur dans la progression du cycle cellulaire lui confèrerait le statut de cible pertinente pour une thérapie du cancer. Selon cette hypothèse, son inhibition serait bien tolérée, permettant de réduire le niveau d’activité CDK et ainsi agir contre la prolifération déréglée des cellules. Nous avons supposé qu’au lieu d’éliminer entièrement les cellules les plus prolifératives, qui seraient les plus sensibles au traitement, il serait potentiellement intéressant de les exploiter pour concurrencer l’émergence des cellules résistantes, moins prolifératives. L'utilisation d'un traitement continu à faible dose avec les inhibiteurs Cdk2 pourrait permettre de maintenir cet équilibre. L'objectif de la thèse était d'étudier si Cdk2 confère un avantage prolifératif aux cellules cancéreuses, si les cellules peuvent développer une résistance aux inhibiteurs de CDKs, et si oui, déterminer quels étaient les mécanismes de résistance qui permettent de réduire le « fitness » des cellules prolifératives. Pour répondre à ces questions, nous avons généré des lignées cellulaires ayant des degrés variés de résistance à un inhibiteur spécifique de Cdk2 (inhibant également Cdk1 à des concentrations élevées). Nous avons caractérisé leur capacité à proliférer en comparaison avec des cellules parentales et des cellules isogéniques n’exprimant plus Cdk2 en raison d’un « knock-out » du gène. Bien que dans ces premières cellules le gène Cdk2 est retrouvé non muté et que l'expression de la protéine Cdk2 reste inaltérée, l'activité kinase de Cdk2 est diminuée. Les cellules résistantes à l’inhibiteur prolifèrent efficacement in vitro. Cependant, lors des expériences de compétition avec les cellules parentales, sensibles aux inhibiteurs, elles sont perdantes. Ceci montre que le développement d’une résistance à un inhibiteur de kinase entraîne un désavantage sélectif. Malgré une prolifération normale en l’absence de compétiteurs, ce désavantage est mis en évidence dans une population mixte, validant ainsi l’hypothèse de départ. Nous avons constaté que les Cdk2 KO et les cellules résistantes à l’inhibiteur (R50) ont un métabolisme altéré. Ces cellules sont sensibles à l'épuisement des nutriments et du glucose ainsi qu’à l'hypoxie, malgré un taux de consommation d'oxygène normal, ce qui indique une augmentation de la glycolyse aérobique. Les cellules R50 surexpriment la protéine Cdk6, ce qui peut contribuer à la résistance à l'inhibition Cdk2. De plus elles sont sensibles à l’inhibition des Cdk4/6, cibles référencées dans le traitement de certaines classes de cancer du sein. Enfin, les cellules Cdk2 KO présentent un point de contrôle de la phase S perturbé. Ces résultats suggèrent que des inhibiteurs pharmacologiques ciblant Cdk2 pourraient être synergique avec d’autres traitements, par exemple l’inhibition concomitante de la réplication de l'ADN, de la glycolyse, ou de Cdk6. Cela pourrait ainsi diminuer la prolifération des cellules cancéreuses et empêcher l’émergence d'une résistance thérapeutique. / Cyclin-dependent kinases (Cdk) are essential regulators of the cell cycle that support cell proliferation and are often deregulated in cancer. While Cdk1 is an essential regulator of the cell cycle, Cdk2 is not required for cell cycle progression but promotes tumorigenesis. Therefore, Cdk2 is a promising drug target. Many Cdk inhibitors have been developed and are currently undergoing clinical trials. Darwinian selection can be modelled mathematically, and such studies have shown that even marginal selective advantages can be of great importance in outcomes of cell-cell competition and cancer progression. We hypothesised that the non-essential role of Cdk2 for cell cycle progression may mean that it is a good target for cancer therapy as continual inhibition should be tolerated and should counteract deregulated cell proliferation in cancer. However, as with all chemotherapeutic agents, the development of clinical resistance is likely. We further hypothesized that applying a low-dose treatment with Cdk2 inhibitors should minimize chances of developing resistance, by maintaining competition between robustly proliferating cells that are sensitive to treatment, and resistant cells.The aim of the thesis was to investigate whether Cdk2 confers a proliferative advantage to cancer cells, whether cells can develop resistance to Cdk inhibitors, and if so, whether the mechanisms allowing resistance reduce cellular proliferative fitness.To answer these questions, we have created cell lines with varying degrees of resistance to a selective Cdk2 inhibitor (that at high doses, also inhibits Cdk1) and have characterised their proliferation capacity in comparison with parental cells and isogenic Cdk2 knockout cells. Although in these cells the Cdk2 gene is not mutated and the expression of Cdk2 protein remained unaltered, the kinase activity of Cdk2 is decreased. Similarly, Cdk2 gene knockout (Cdk2 KO) cells have reduced sensitivity to Cdk2 inhibition. Inhibitor-resistant cells proliferate efficiently but are outcompeted by parental, inhibitor-sensitive cells in competition experiments, confirming that inhibitor resistance entails a selective disadvantage. We found that the proliferation of both Cdk2 knockout and inhibitor-resistant (R50) cells is sensitive to nutrient and glucose depletion as well as hypoxia, despite a normal oxygen consumption rate, indicating increased aerobic glycolysis. R50 cells have highly upregulated Cdk6, which may contribute to resistance to Cdk2 inhibition. Moreover, they are sensitised to Cdk4/6 inhibition, which is currently authorised as a treatment for some classes of breast cancer. Finally, Cdk2 knockout cells have an impaired S-phase checkpoint. These results suggest that pharmacological inhibitors targeting Cdk2 might be synthetically lethal with other treatments, eg inhibition of DNA replication, of glycolysis, or of Cdk6. This might diminish cancer cell proliferation and prevent emergence of therapeutic resistance.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:theses.fr/2016MONTT184 |
| Date | 15 January 2016 |
| Creators | Bacevic, Katarina |
| Contributors | Montpellier, Fisher, Daniel |
| Source Sets | Dépôt national des thèses électroniques françaises |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation, Text |
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