Autophagie/TEM et immunité T antitumorale

Présentation générale :

Les travaux de notre groupe Autophagie/TEM et immunité T antitumorale visent à étudier le rôle des effecteurs de l’autophagie (ex: la protéine ATG8) et des enzymes épigénétiques (ex: enzymes EZH et KDM6B) dans le développement des cancers. Nos projets de recherche sont axés sur 3 étapes important de la progression tumorale : la transition épithelio-mesenchymateuse (TEM) et son implication dans la formation de métastases, la présentation d’antigènes tumoraux et l’évasion de la tumeur face au système immunitaire.

Projets principaux :

Role de l’autophagie durant la progression tumorale et la transition epithelio-mésenchymateuse (TEM) (PI : A. Fraichard, G. Despouy)

L’autophagie est un processus de dégradation cellulaire contrôlé par plus de 40 protéines ATG. Elle permet le recyclage des composants cellulaires et l’élimination des molécules toxiques ou des protéines anormales. Le rôle de l’autophagie reste débattu car elle peut aussi bien favoriser l’élimination des cellules tumorales que leur développement. Ces deux aspects dépendent du type de cancer mais également de son stade.  Nous avons récemment démontré pour la première fois que la protéine ATG8, GABARAPL1, présentaient des fonctions régulatrices différentes en début et en fin du processus d’autophagie, et ceci qu’elle soit couplée ou non aux autophagosomes. Cependant les fonctions inhibitrices de la protéine GABARAPL1 étaient par contre étroitement dépendantes de sa liaison aux vésicules de l’autophagie (Poillet-Perez et al., Oncotarget 2017).

Ces découvertes nous ont par la suite poussé à nous demander si GABARAPL1 pouvait également jouer un rôle dans la transition épithélio-mesenchymateuse (TEM), un processus impliqué dans la progression tumorale, l’agressivité et la formation des métastases. Par exemple, des études ont montré que la résistance accrue des cellules cancéreuses à la mort cellulaire durant la TEM pouvait être associée à une perturbation des mécanismes de l’autophagie. Notre étude a donc pour but de caractériser la régulation et l’implication des  effecteurs de l’autophagie durant la TEM.

Pour se faire, nous avons développé in vitro une lignée tumorale humaine déficiente pour la protéine GABARAPL1 (modèle de cancer du rein CRISPR-Cas9-GABARAPL1 KO).  Nous avons pu observer que l’extinction du gène GABARAPL1 dans ces modèles de lignée tumorale conduisait bien à une inhibition de l’autophagie. Des résultats préliminaires suggèrent également que GABARAPL1 pourrait aussi inhiber la TEM en induisant la dégradation du facteur de transcription TWIST par les mécanismes de l’autophagie. Comprendre les relations existant entre l’autophagie et la TEM permettrait à terme de caractériser de nouvelles cibles thérapeutiques impliquées dans l’agressivité des tumeurs et la formation de métastases.

01 Auteurs Poillet-Perez L, Jacquet M, Hervouet E, Gauthier T, Fraichard A, Borg C, Pallandre JR, Gonzalez BJ, Ramdani Y, Boyer-Guittaut M, Delage-Mourroux R, Despouy G.
Titre GABARAPL1 tumor suppressive function is independent of its conjugation to autophagosomes in MCF-7 breast cancer cells.
Références Oncotarget. 2017 Jul 27;8(34):55998-56020. PMID: 28915569.

Rôle de l’épigénétique durant la transition épithélio-msenchymateuse (TEM) (PI : P. Peixoto, E. Hervouet, M. Boyer-Guittaut)

Durant ces dernières années, l’épigénétique a été décrit comme étant un événement clef de la TEM. Cependant les mécanismes moléculaires régissant ce phénomène restent peu clairs. Afin de mettre en évidence les interactions entre ces deux processus, nous avons utilisé des modèles cellulaires (lignées de cancer du poumon ou rénal) de TEM induite in vitro par le TGFβ/TNFα ou par un traitement EGF. Les données ont par la suite été confirmées à partir d’une cohorte de 100 patients atteints de cancer du poumon afin de mettre en évidence les mécanismes épigénétiques impliqués dans la TEM in vivo.

Nos premiers résultats indiquent que, durant la TEM, l’expression du récepteur inhibiteur PD-L1 est régulée par un mécanisme dépendant à la fois de NF-kB et la déméthylation ADN (Asgarova et al., submitted to Oncoimmunology). Une analyse transcriptomique (microarray) et épigénomique (ChIP-seq) a  montré que les marques épigénétiques des histones subissent de fortes modifications durant la TEM, conduisant à une modulation massive de l’expression génique qui pourrait constituer un ensemble de marqueurs caractéristiques du processus de TEM chez les patients. A partir de notre modèle cellulaire de TEM in vitro, nous avons par exemple observé que la perte de la marque supppressive H3K27me3 combinée à une augmentation de la marque permissive H3K4me2 sur le promoteur du gène de la métalloprotéinase ADAM19 induisait son expression. Par opposition, l’augmentation de la marque suppressive associée à une diminution de la marque H3K4me2 favorisait l’inhibition du gène SCNN1A. Ces résultats ont été confirmés par l’étude de l’expression des protéines à partir de biopsies de cancer du poumon EMT+ et EMT- (Peixoto et al., en préparation).

Nous étendrons par la suite notre étude à d’autres gènes dérégulés durant l’induction de la TEM, en particulier ceux impliqués dans l’autophagie tels que GABARAPL1, LC3B ouATG16L2. Puisque la marque suppressive H3K27me3 est particulièrement dérégulée dans nos modèles in vitro et in vivo, nous cherchons actuellement à caractériser le rôle de EZH2 et KDM6B, deux enzymes épigénétiques impliquées respectivement dans la régulation positive ou négative de cette marque.

Rôle de l’autophagie durant la présentation antigénique (PI : P. Adami, R. Delage-Mourroux)

Compte tenu du rôle important de l’autophagie dans l’immunité et présentation antigénique, nous avons décidé d’étudier l’impact de l’autophagie et des protéines ATG8 (LC3A, B and C, GABARAP and GABARAPL1/2) dans la présentation de peptides tumoraux endogènes.

Dans ce but, nous avons créé un modèle de lignée de mélanome B16-OVA déficiente pour le gène GABARAPL1 (CRISPR-Cas9-GABARAPL1KO)qui va nous permettre d’étudier le rôle spécifique de  GABARAPL1 dans la présentation des peptides sur le complexe d’histocompatibilité de classe II (CMH-II). Nous montrons que ces cellules tumorales déficientes en GABARAPL1 présentent un flux autophagique basal réduit et ont une croissance accélérée in vivo lorsqu’elles sont injectées à des souris.

Nous supposons que la baisse du flux d’autophagie pourrait corréler avec une diminution de la présentation antigénique, altérant ainsi l’efficacité de l’activation des lymphocytes T CD4 et CD8. Pour répondre à cette question, nous avons créé des lignées stables exprimant des protéines de fusion OVA-ATG8  (OVA-LC3B, OVA-GABARAP or OVA-GABARAPL1) afin de favoriser l’adressage de la protéine OVA vers les autophagosomes et d’augmenter ainsi sa présentation par les molécules du CMH-II. La capacité de ces cellules à stimuler les lymphocytes T CD4 et CD8 est en cours d’étude.

Publications majeures :

01 Auteurs Hervouet E, Peixoto P, Delage-Mourroux R, Boyer-Guittaut M, Cartron PF.
Titre Specific or not specific recruitment of DNMTs for DNA methylation, an epigenetic dilemma.Clin Epigenetics.
Références Clin Epigenetics. 2018 Feb 9;10:17. PMID: 29449903.
02 Auteurs Poillet-Perez L, Jacquet M, Hervouet E, Gauthier T, Fraichard A, Borg C, Pallandre JR, Gonzalez BJ, Ramdani Y, Boyer-Guittaut M, Delage-Mourroux R, Despouy G.
Titre GABARAPL1 tumor suppressive function is independent of its conjugation to autophagosomes in MCF-7 breast cancer cells.
Références Oncotarget. 2017 Jul 27;8(34):55998-56020. PMID: 28915569.
03 Auteurs Hervouet E, Claude-Taupin A, Gauthier T, Perez V, Fraichard A, Adami P, Despouy G, Monnien F, Algros MP, Jouvenot M, Delage-Mourroux R, Boyer-Guittaut M.
Titre The autophagy GABARAPL1 gene is epigenetically regulated in breast cancer models.
Références BMC Cancer. 2015 Oct 17;15:729. PMID: 26474850.
04 Auteurs Gauthier T, Claude-Taupin A, Delage-Mourroux R, Boyer-Guittaut M, Hervouet E.
Titre Proximity Ligation In situ Assay is a Powerful Tool to Monitor Specific ATG Protein Interactions following Autophagy Induction.
Références PLoS One. 2015 Jun 2;10(6):e0128701. PMID: 26034986.
05 Auteurs Claude-Taupin A, Boyer-Guittaut M, Delage-Mourroux R, Hervouet E.
Titre Use of epigenetic modulators as a powerful adjuvant for breast cancer therapies.
Références Methods Mol Biol. 2015 1238:487-509. PMID: 25421676.
06 Auteurs Le Grand JN, Bon K, Fraichard A, Zhang J, Jouvenot M, Risold PY, Boyer-Guittaut M, Delage-Mourroux R.
Titre Specific distribution of the autophagic protein GABARAPL1/GEC1 in the developing and adult mouse brain and identification of neuronal populations expressing GABARAPL1/GEC1.
Références PLoS One. 2013 May 15;8(5):e63133. PMID: 23690988.

Thèses soutenues :

Candidat(e) Titre de la thèse Année
Aurore Claude-Taupin Etude du rôle de la protéine autophagique ATG9A dans les cancers du sein. 2017
Laura Poillet-Perez Etude du rôle des protéines QSOX1 et GABARAPL1 dans l’autophagie et le cancer. 2015
Jaclyn Nicole Le Grand L’étude du rôle et de l’expression de la protéine autophagique GABARAPL1 dans le système nerveux central et dans des modèles de cellules neuronales. 2013

Membres statutaires :

Coordinateur :
Pr. Michaël Boyer-Guittaut – PR2 – contacter par email

Pr. Régis Delage-Mourroux – PR1 – contacter par email

Pr. Jean-Paul Feugeas – PU-PH – contacter par email

Dr. Gilles Despouy – MCF – contacter par email

Dr. Annick Fraichard – MCF – contacter par email

Dr. Eric Hervouet – MCF – contacter par email

Dr. Paul Peixoto -MCF – contacter par email

Dr. Pascale Adami – MCF – contacter par email