Etude des effets de l'hypoxie sur l'apoptose induite par différents agents chimiothérapeutiques dans différents types cellulaires cancéreux

(eng) Study of the effects of hypoxia on the apoptosis induced by different chemotherapeutics agents in different cancer cell types Despite the significant progresses made in the field of cancer screening and treatment, this pathology is still presently accountable for the death of more than 7 million people each year in the world. Chemotherapy is frequently used to induce cancer cell death. However, resistance to this kind of treatment is not rare. Several causes are involved in inducing this resistance. Tumours can indeed express proteins responsible for drug extrusion, display mutations in tumour suppressor genes such as TP53, or contain hypoxic areas. Hypoxic areas are frequently observed inside tumours due to the important distance between the cancer cells and the blood vessels, as well as due to the disorganized tumour vessel architecture. Tumour hypoxia is associated with a bad prognosis for patients in many cancer types. Hypoxia can indeed increase tumour aggressiveness as well as it can protect it from cell death induced by chemotherapeutic agents. However, severe hypoxia has an opposite effect since it can induce cell death. It has moreover been shown that, at the same oxygen percentage, some cell types are protected against apoptosis induced by a chemotherapeutic molecule, while it is not the case for other cell types. The molecular causes for these intercellular differences are not known. During this work, we studied the effect of hypoxia on the cell death induced by five chemotherapeutic molecules in seven cancer cell types originating from different organs and harbouring wild-type, mutated or null p53 protein. In accordance with the data reported in the literature, we observed that hypoxia inhibits the cell death induced by chemotherapeutic agents in the majority of the studied cell types, while it was not the case in all cell types. We next tried to identify the cellular mechanisms induced by hypoxia that are responsible for chemoresistance. We first studied proteins directly involved in apoptosis, and more particularly proteins belonging to the BCL-2 family proteins. We observed, for example, that the abundance of many pro-apoptotic proteins of the BCL-2 family was decreased by hypoxia in HepG2 cells that are strongly protected by hypoxia against etoposide-induced cell death, while it was not the case in A549 cells that are not protected by hypoxia against apoptosis. Moreover, a simultaneous silencing of BIM and NOXA induced a decrease in etoposide-induced cell death, underlying a possible mechanism for chemoresistance. We secondly studied the effect of hypoxia on p53 and on the activation of the signalling pathways activated downstream the etoposide-induced DNA damages. We observed that hypoxia decreased p53 abundance as well as the activation of a part of this pathway in HepG2 cells, while it was not the case in A549 cells. The causes of the hypoxia-induced decrease in p53 abundance in HepG2 cells have been studied and our results suggest a decrease in the translation of this protein during hypoxia. Finally, preliminary results have been obtained with regard to the involvement of miRNAs in the response of hypoxic cells to etoposide-induced cell death. miRNAs are small molecules, recently discovered, that regulate the expression of numerous genes, among which those involved in apoptosis. In conclusion, our results show how different the regulation of cell death by hypoxia could be according to the cell type. Moreover we showed that the response of a cell to hypoxia is very complex and that multiple cellular pathways are modulated by hypoxia in order to induce chemoresistance. These results underline therefore the importance of a better understanding of the intercellular variations of responses to hypoxia in order to improve anti-cancer treatments.

(fre) Malgré les progrès considérables réalisés dans le domaine du dépistage et des traitements des cancers, cette pathologie est, à l’heure actuelle, toujours responsable de la mort de plus de 7 million de personnes chaque année dans le monde. La chimiothérapie est fréquemment utilisée afin d’induire la mort des cellules cancéreuses. Cependant, une résistance à ce type de traitement n’est pas rare. Plusieurs causes sont responsables de cette résistance. Les tumeurs peuvent notamment exprimer des protéines permettant l’efflux des drogues, présenter des mutations dans des gènes suppresseurs de tumeur comme TP53, ou contenir une zone hypoxique. Une zone hypoxique est fréquemment observée au sein des tumeurs suite à la distance importante entre les cellules cancéreuses et les vaisseaux sanguins, ainsi que suite à l’architecture désorganisée des vaisseaux tumoraux. Cette hypoxie tumorale est associée à un mauvais pronostic pour le patient pour de nombreux types de cancers. L’hypoxie peut, en effet, rendre la tumeur plus agressive ainsi que la protéger contre la mort cellulaire induite par des agents chimiothérapeutiques. Cependant, l’hypoxie sévère a un effet opposé puisqu’elle peut engendrer la mort cellulaire. Il a, de plus, été observé que, à un même pourcentage d’oxygène, certains types cellulaires peuvent être protégés contre l’apoptose induite par une molécule chimiothérapeutique, alors que ce n’est pas le cas pour d’autres types cellulaires. Les causes moléculaires de ces différences intercellulaires ne sont pas connues. Au cours de ce travail, nous avons étudié l’effet de l’hypoxie sur la mort induite par cinq molécules chimiothérapeutiques dans sept types cellulaires cancéreux provenant de différents organes et exprimant une protéine p53 sauvage ou non. En accord avec les données rapportées dans la littérature, nous avons observé que l’hypoxie inhibe la mort cellulaire induite par des agents chimiothérapeutiques dans la majorité des types cellulaires, bien que cela ne soit pas le cas dans tous. Ensuite, nous avons cherché à identifier les mécanismes cellulaires mis en œuvre par la cellule se trouvant en hypoxie pour provoquer ou non cette chimiorésistance. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés aux protéines jouant un rôle direct dans l’apoptose, et plus particulièrement aux protéines de la famille BCL-2. Nous avons notamment observé que, dans les cellules HepG2 qui sont fortement protégées par l’hypoxie contre la mort cellulaire induite par l’étoposide, l’abondance de nombreuses protéines pro-apoptotiques de la famille BCL-2 est diminuée par l’hypoxie, alors que ce n’est pas le cas dans les cellules A549 qui ne sont pas protégées par l’hypoxie contre l’apoptose. Nous avons de plus montré qu’une diminution simultanée de l’abondance de BIM et de NOXA provoque une diminution de la mort cellulaire induite par l’étoposide, mettant ainsi en évidence un mécanisme possible de chimiorésistance. Dans un second temps, nous avons étudié l’impact de l’hypoxie sur p53 et sur l’activation de la voie de signalisation activée en aval des dommages à l’ADN créés par l’étoposide. Nous avons observé que l’hypoxie diminue l’abondance de p53 ainsi que l’activation d’une partie de cette voie dans les cellules HepG2, alors que ce n’est pas le cas dans les cellules A549. Les causes de la diminution de l’abondance de p53 par l’hypoxie dans les cellules HepG2 ont été étudiées et nos résultats suggèrent une diminution de la traduction de cette protéine en hypoxie. Enfin, des résultats préliminaires ont été obtenus quant à l’implication de miRNA dans la réponse de cellules hypoxiques à la mort cellulaire induite par l’étoposide. Les miRNA sont de petites molécules découvertes récemment qui régulent l’expression de nombreux gènes, dont ceux impliqués dans l’apoptose. En conclusion, nos résultats montrent à quel point la régulation de la mort cellulaire par l’hypoxie est différente selon le type cellulaire. De plus, nous avons montré que la réponse d’une cellule à l’hypoxie est très complexe et que de multiples voies cellulaires sont modulées par l’hypoxie afin de provoquer la chimiorésistance. Ces résultats mettent donc en évidence l’importance d’une meilleure compréhension des variations intercellulaires des réponses à l’hypoxie afin d’améliorer les traitements anti-cancéreux.