Inhibiteurs de la mort cellulaire programmée d’origine marine

Grâce à l’évolution de nos connaissances sur le mécanisme d’action des voies de PCD et sur leurs rôles physiopathologiques, de nouvelles thérapies ciblant le processus de mort cellulaire se sont développées, en particulier dans le traitement des cancers. Comme mentionnée précédemment, le développement des médicaments d’origine marine est une nouvelle tendance, car la mer renferme une grande diversité biologique et chimique encore largement méconnue. Cette tendance de recherche se concentre sur la caractérisation des produits naturels marins qui modulent la mort cellulaire et présentent un intérêt en thérapie humaine. Le Tableau 8 classe les modulateurs de la PCD, d’origine marine, selon leur mécanismes d’action (Guzmán, 2019). Citons par exemple, de nombreux composés naturels marins induisent l’apoptose selon

différents mécanismes, notamment : 1) l’inhibition des protéines anti-apoptotiques (renieramycine M) ; 2) l’activation des protéines pro-anti-apoptotiques (marinopyrrole A) ; ou encore 3) la sensibilisation des cellules cancéreuses à une induction de PCD (spongistatine 1) (Ercolano et al., 2019; Guzmán, 2019; von Schwarzenberg and Vollmar, 2013). D’autres molécules marines affectent la dynamique des microtubules, engendrent une catastrophe mitotique, et peuvent induire une mort cellulaire apoptotique (De and Chatterji, 2017; Liu et al., 2014; Miller et al., 2018). Par ailleurs, de nombreux composés naturels marins peuvent également moduler d’autres voies de PCD comme l’autophagie (Guzmán et al., 2019; Kallifatidis et al., 2013; Ratovitski, 2016; Rubiolo et al., 2014; Wan et al., 2018) et la ferroptose (Berrué et al., 2012; Dai et al., 2018). Trois modulateurs de PCD d’origine marine, approuvés ou en cours d'évaluation cliniques, sont : trabectedin (ET-743, Yondelis^®), bryostatin-1 et kahalalide F.

Tableau 8 : Certains groupes de modulateurs de la PCD, d’origine marine.

Voie de mort cellulaire

Classe Agent

Apoptose Inhibiteurs de HDAC Largazole, psammapline A Inhibiteurs de CDKs Varioline, désoxy-varioline B Agents ciblant le réticulum endoplasmique Céphalostatine-1

Agents ciblant la dynamique mitochondriale Aurilide

Stimulateurs de protéines pro-apoptotiques Marinopyrrole A (Maritoclax^), analogues de la jahanyne

Inhibiteurs de protéines anti-apoptotiques Renieramycine M Inducteurs de l’anoïkose Spongistatine 1

Modulateurs de la voie NF-κB Salinosporamide A, bengamides, spongiatriol, microsclérodermine A

Agents pour sensibiliser à la PCD Manzamine A, chromomycines A2-A3, aplysine

Catastrophe mitotique

Agents stabilisants du microtubule Discodermolide Modulateurs de la dynamique du microtubule Leiodermatolide

Autophagie Inducteurs de l’autophagie Chromomycine A2, psammapline A, ilimaquinone, coibamide A, apratoxine A, yessotoxine

Inhibiteurs de l’autophagie Manzamine A, scalarin

Ferroptose Inducteurs de la ferroptose -carboline RSL-3 Inhibiteurs de la ferroptose Acanthifolioside G

Conclusion sur le potentiel des molécules marines en thérapie humaine

Les études de nombreuses structures chimiques issues de différents organismes marins, ont montré qu’elles sont capables d’induire une variété de mécanismes de mort cellulaire dans différents types de cellules tumorales. Cette grande variété de mécanismes d’action permet de

67 lutter contre les résistances des cellules cancéreuses aux traitements actuels. Les produits marins, et leurs dérivés synthétiques, constituent donc une source importante pour des chimiothérapies anticancéreuses, en usage unique ou combinées à d’autres approches thérapeutiques.

Malgré le grand potentiel de recherche de nouveaux médicaments à partir de produits naturels marins, seulement dix composés marins ont été approuvés pour un usage chez l’homme. La plupart des molécules marines qui ont été développées en clinique ont été retirées en raison de toxicités indésirables. En parallèle de la recherche des nouveaux agents thérapeutique d’origine marine, des modifications chimiques de ces nouvelles molécules sont ainsi nécessaires, afin d’améliorer leur bioactivité et de diminuer les effets secondaires.

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Objectifs de la thèse

Le cancer est la première cause de décès avant l’âge de 65 ans, en France et dans le monde. Selon l’Institut National du Cancer, en France en 2018, 382 000 nouveaux cas de cancers ont été diagnostiqués (un Français sur 175), et 157 400 personnes en sont mortes. Le cancer du poumon est responsable de plus du quart des décès causés par un cancer. Le cancer se caractérise par une multiplication anarchique de cellules altérées. Il y a plusieurs facteurs qui peuvent conduire à un cancer : l’âge, les habitudes de vie, l’environnement et des facteurs héréditaires. Pour lutter contre les différents types de cancer, plusieurs sortes de traitements peuvent être appliqués : l’intervention chirurgicale associée à la radiothérapie (exemple du traitement contre le cancer du sein) ; la chimiothérapie qui peut être associée à la greffe de moelle osseuse dans le cas de cancers du sang (leucémies) ; l’immunothérapie avec l’utilisation de pembrolizumab (Keytruda^®, Merck) pour le traitement du mélanome, du cancer du poumon non à petites cellules et du lymphome de Hodgkin classique. Des traitements préventifs existent également tels que, la vaccination contre le virus de l’hépatite B, responsable de certains cancers du foie, et contre le virus papillome humain, cause principale du cancer du col de l’utérus. Le taux de guérison dépend de plusieurs facteurs : le type de cancer, l’étendue du cancer au moment du diagnostic, la malignité des cellules, ou encore la disponibilité d’un traitement efficace.

La chimiothérapie est un traitement anticancéreux médicamenteux systémique. Dans un grand nombre de cancers, elle est utilisée seule ou en association avec d’autres traitements anticancéreux (chirurgie, radiothérapie). La chimiothérapie peut guérir un cancer ou ralentir l’évolution de la maladie, donc prolonger l’espérance de vie ou améliorer la qualité de vie des patients atteints du cancer. L'objectif principal de la chimiothérapie est d’induire l’apoptose des cellules cancéreuses. Cependant, de nombreuses cellules cancéreuses, grâce à des mutations, ont acquis la capacité de surmonter la mort cellulaire. Ainsi, il existe un besoin urgent de nouvelles stratégies thérapeutiques basées sur de nouvelles molécules anticancéreuses puissantes, ciblant des sous-programmes canoniques et non canoniques de mort cellulaire. Diverses voies de mort cellulaire, telles que la nécroptose, la ferroptose et la catastrophe mitotique, ont été caractérisées et sont considérées comme des voies alternatives dans les cancers apoptose-résistants. Par conséquent, la caractérisation de nouveaux déclencheurs chimiques de la mort cellulaire, est nécessaire pour comprendre le mécanisme conduisant à la

mort cellulaire et développer des nouveaux médicaments potentiels, destinés aux traitements anticancéreux.

Ces travaux de thèse avaient pour objectif d’étudier le mode d’action de nouvelles molécules marines modulant la mort cellulaire programmée impliquée dans des conditions pathologiques : (i) l’induction de la mort des cellules d’ostéosarcome U-2 OS et (ii) l’inhibition de la mort des cellules neuronales HT-22 induite par le glutamate. Cette approche chémobiologique d’étude de la mort cellulaire a permis d’illustrer deux applications des molécules marines en santé humaine, ainsi que de montrer la complexité de la modulation des voies de mort cellulaire. Les connaissances qui ont été générées au cours de ce travail pourront être utilisées afin d’améliorer les stratégies thérapeutiques ciblant la modulation de la PCD, notamment dans le cas des cancers résistants aux chimiothérapies ou encore des maladies neurodégénératives. Nous espérons que ce travail incitera la communauté scientifique à développer des programmes de recherche de molécules modulatrices du destin cellulaire provenant d’une des plus grandes sources de biodiversité de notre planète : l'écosystème marin. (i) Pour étudier l’induction de la mort des cellules cancéreuses, nous avons testé des produits marins (extraits et molécules purifiées) dont la majorité nous a été fournie par le laboratoire « Produits Naturels Marins » de l’Institut de Chimie de Nice, dirigé par le Dr. Mohamed Mehiri (UMR 7272, Université Côte d’Azur). Dans un premier temps, des extraits naturels ont été testés par criblage primaire sur un panel de protéines kinases associées à des maladies humaines, notamment dans les cancers pour les kinases PIM1, CDK2/CyclineA, CDK5/p25, CDK9/CyclinT, Aurora B et Haspin. Ce criblage a été réalisé sur la plate-forme de criblage moléculaire KISSf, dirigée par les docteurs Stéphane Bach et Sandrine Ruchaud (UMR 8227, Station Biologique de Roscoff). L’activité inhibitrice détectée sur kinase a ensuite été utilisée pour guider la purification du produit naturel actif à partir de l’extrait brut. Dans un second temps, nous avons évalué les effets antiprolifératifs de ce produit naturel, sur différentes lignées cellulaires cancéreuses [de la leucémie (A3) à des tumeurs solides (U-2 OS, SH-SY 5Y, U-87, Hep-G2, MCF-7, AsPC-1, HT-29 et PANC-1)] et non-cancéreuses humaines (hTERT RPE-1, HEK-293 et RC-124) ou murines (HT-22). De plus, sur la lignée cellulaire tumorale la plus sensible de ce panel : les cellules d’ostéosarcome U-2 OS, nous avons déterminé les mécanismes par lesquels la molécule marine P3 affecte la viabilité.

(ii) Pour étudier l’inhibition de la mort des cellules neuronales, nous avons également étudié la protection, apportée par certains pigments marins (diadinoxanthine, lutéine et

71 violaxanthine), contre la mort des cellules HT-22 d’hippocampe de souris, induite par le glutamate ou l’érastine. La mort des cellules neuronales, liée à l’accumulation de protéines mal repliées, est un point crucial dans les maladies neurodégénératives les plus courantes : la maladie d'Alzheimer (MA), la maladie de Parkinson (MP), et la maladie de Huntington (MH). La chronologie de la plupart des maladies neurodégénératives et le manque de marqueurs spécifiques pour détecter une mort neuronale en compliquent le diagnostic. Dans le cadre de cette thèse, nous avons utilisé les modèles HT-22/glutamate et HT-22/érastine pour étudier la mort neuronale programmée in cellulo. Cette approche a fait intervenir des modulateurs chimiques disponibles commercialement afin de caractériser les effets neuroprotecteurs de pigments marins. En plus de l’activité antiproliférative sur des cellules cancéreuses, nous avons souhaité nous concentrer sur une autre application potentielle de ces caroténoïdes, en explorant leur rôle d’« alicaments » en nutraceutique.

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Résultats

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