Étude du métabolisme de la glutamine dans les leucémies aiguës myéloïdes
Glutamine metabolism in acute myeloid leukemia
par Jacque Nathalie sous la direction de Bouscary Didier
Thèse de doctorat en Hématologie et oncologie
École doctorale Hématologie, Oncogenèse et Biothérapies

Soutenue le Thursday 05 March 2015 à Sorbonne Paris Cité

Sujets
  • Glutamine
  • Leucémie aigüe myéloïde
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Mots clés
LAM, MTORC1, Glutamine, SLC1A5, L-asparaginase, Cycle TCA, Glutaminolyse, GAC, CB-839
Resumé
La survie des cellules cancéreuses dépend d'une activité énergétique et biosynthétique accrue et la glutamine participe à de nombreux processus nécessaires à cette adaptation métabolique. Dans les leucémies aiguës myéloïdes (LAM), la croissance et la prolifération sont favorisées par l'activation anormale de plusieurs voies de signalisation, et notamment par la voie mTORC1. Les acides aminés essentiels, et en particulier la leucine, sont indispensables à l'activation de mTORC1. La glutamine est captée par la cellule via le transporteur SLC1A5 et permet ensuite l'entrée de la leucine via le transporteur bidirectionnel SLC7A5. La concentration en glutamine est donc une étape limitante dans l'activation de mTORC1 par la leucine. Nous avons étudié les effets de la privation en glutamine dans les LAM à l'aide de différents outils (milieu sans glutamine, shARN inhibant l'expression du transporteur de la glutamine SLC1A5 et la drogue L-asparaginase, qui a une activité de glutaminase extracellulaire), et observé une inhibition de mTORC1 et de la synthèse protéique. L'inhibition du transporteur SLC1A5 inhibe la pousse tumorale dans un modèle de xénotransplantation. La L-asparaginase inhibe mTORC1 et induit une apoptose de façon proportionnelle à son activité glutaminase et complètement indépendante de la concentration en asparagine. La privation en glutamine induit l'expression de la glutamine synthase et l'autophagie, et ces deux processus peuvent être des mécanismes de résistance intrinsèques ou acquis dans certaines lignées leucémiques. L'apoptose induite par la privation en glutamine n'est cependant pas liée à l'inhibition de mTORC1, puisqu'elle n'est pas diminuée par l'utilisation d'un mutant de mTOR non inhibé par la privation en glutamine. Nous nous sommes donc intéressés à une autre voie dépendante de la glutamine dans de nombreux cancers, la phosphorylation oxydative. L'étape initiale du catabolisme intracellulaire de la glutamine est la conversion de la glutamine en glutamate par des enzymes appelées glutaminases. Différentes isoformes des glutaminases existent qui sont codées chez l'homme par les gènes GLS1 et GLS2. Le glutamate est ensuite transformé en α-cétoglutarate, intermédiaire du cycle TCA. Dans les lignées de LAM, la privation en glutamine inhibe la phosphorylation oxydative mitochondriale. Nous avons observé que la protéine glutaminase C (GAC), une des isoformes de GLS1, est constamment exprimée dans les LAM mais aussi dans les progéniteurs hématopoïétiques CD34+ normaux. L'inhibition d'expression de la GLS1 par des shARN inductibles ou bien par le composé CB-839 réduit la phosphorylation oxydative, conduisant à une inhibition de prolifération et à une induction d'apoptose des cellules leucémiques. L'invalidation génétique de la GLS1 inhibe la formation de tumeur et améliore la survie des souris dans un modèle de xénotransplantation. A l'inverse, le ciblage de la GLS1 n'a pas d'effets cytotoxiques ni cytostatiques sur les progéniteurs hématopoïétiques normaux. Ces effets anti-leucémiques sont inhibés par l'adjonction d'α-cétoglutarate, et ceux induit par le CB-839 sont abrogés lorsqu'est exprimé de façon ectopique un mutant GACK320A hyperactif, attestant du rôle essentiel du maintien d'un cycle TCA actif dans les cellules de LAM. Enfin, nous montrons que l'inhibition de la glutaminolyse active la voie d'apoptose mitochondriale intrinsèque et agit en synergie avec l'inhibition spécifique de BCL-2 par l'ABT-199. Ces résultats démontrent que le ciblage spécifique de la glutaminolyse est une autre façon d'exploiter l'addiction à la glutamine des cellules leucémiques de LAM et que le maintien d'un cycle TCA actif est essentiel à la survie de ces cellules.