Investigation du système ubiquitine protéasome et découverte de nouvelles cibles thérapeutiques anti-cancer surpassant la résistance acquise au bortézomib

Abstract

Le myélome multiple (MM) est le deuxième cancer humain du sang le plus courant. Le protéasome, un complexe multi-protéique responsable de la dégradation des protéines ubiquitinées, a été établi comme une cible majeure pour le traitement des patients atteints de MM. Bien que les taux de survie des patients se sont significativement améliorés depuis l'introduction des inhibiteurs du protéasome (bortézomib), les patients développent une résistance et ultimement rechutent. Par conséquent, cette maladie demeure un problème de santé publique majeur et elle oblige un besoin absolu de développer de nouvelles thérapies. Dans notre étude, nous avons généré des lignées de cellules cancéreuses résistantes au bortézomib et réalisé des criblages ARNi de déubiquitinases (DUB: 100 gènes) et d'enzyme de conjugaison de l’ubiquitine (E2: 40 gènes). Cela dans le but d’identifier les gènes de ces familles qui affectent la prolifération des cellules cancéreuses sensibles et/ou résistantes suite à l'abrogation de leur fonction. Nous avons identifié plusieurs cibles dont la déubiquitinase associée au protéasome PSMD14, qui est nécessaire pour la déubiquitination des protéines antérieures à leur entrée et dégradation par le protéasome. Par la suite, PSMD14 a été soumise à une analyse plus détaillée en utilisant des approches ARNi, CRISPR/Cas9 et de mutagenèse sur des cellules cancéreuses sensibles ou résistantes. Nous avons trouvé que la déplétion de PSMD14 entraîne une diminution dramatique de la prolifération cellulaire et de la mort cellulaire comparé à la cible du bortézomib PSMB5. D'autre part, nous avons observé que l'étendue de l'ubiquitination de l'histone H2A et les niveaux d'expression de HSP70 sont corrélés avec la sensibilité cellulaire à l'inhibition du protéasome. Ainsi, ces facteurs pourraient être des biomarqueurs potentiels pour le pronostic de survie chez les patients atteints de MM.

PMSD14 ainsi que d'autres cibles révélées par nos criblages représentent des cibles thérapeutiques potentielles dont l'inhibition pourrait surmonter la résistance acquise aux inhibiteurs de protéasome actuellement utilisés pour le traitement des patients atteints de cancer.

Multiple Myeloma (MM) is the second most common human blood cancer. The proteasome, a multi-protein complex responsible for the degradation of ubiquitinated proteins, has been established as a major target for the treatment of MM cancer patients. Although patient survival rates have significantly improved since the introduction of proteasome inhibitors (bortezomib), patients develop resistance and ultimately relapse. Therefore, this disease remains a major public health issue and there is an absolute need to develop novel therapies. In our study, we generated bortezomib-resistant cancer cell lines and conducted deubiquitinases (DUB: 100 genes) and ubiquitin-conjugating enzymes (E2: 40 genes) RNAi screens to identify which genes of these families affect cell proliferation of sensitive and/or resistant cancer cells following abrogation of their function. Among several hits, we identified the proteasome-associated DUB PSMD14, which is required for protein deubiquitination prior to their entry and degradation by the proteasome. These hits have been validated by other RNAi sequences. Further, PSMD14 was submitted to more detailed analysis using RNAi, CRISPR/Cas9 and mutagenesis approaches in sensitive or resistant cancer cells. We found that PSMD14 depletion result in a dramatic decrease of cell proliferation and cell death compared to bortezomib target PSMB5. On the other hand, we observed that the extent of histone H2A ubiquitination and HSP70 expression levels are correlated with the cellular sensitivity to proteasome inhibition. Thus, these factors could be potential biomarkers for MM patient survival prognosis.

PMSD14 as well as other candidates revealed from our screens represent potential therapeutic targets whose inhibition is predicted to overcome the acquired resistance to proteasome inhibitors currently used to treat cancer patients.