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Les acides aminés dans les cellules cancéreuses humaines exposent la dextrorotation ?


Je voudrais savoir si les acides aminés dans les cellules cancéreuses humaines sont dextrogyres ou lévogyres. Je veux dire la majorité d'entre eux. Ils exposent la lévrotation tout comme les acides aminés dans les cellules normales ou sont-ils différents ?

Je veux dire en général. Peut-être que certains types particuliers de cancer sont très différents des autres.

Je vais essayer de rendre la question plus pertinente : les acides aminés dans les cellules cancéreuses sont également lévogyres, tout comme les acides aminés dans les cellules normales ?

Ce livre: Breaking the Cancer Code: A Revolutionary Approach to Reversing Cancer dit "Nous savons que les cellules tumorales se développent en dextrorotation" - je me demande donc d'où les auteurs le savent. Ils doivent parler d'acides aminés à l'intérieur des cellules tumorales, quand ils disent "cellules tumorales"


J'ai jeté un coup d'oeil de 30 secondes au livre que vous avez mentionné. Les auteurs ont juste inventé cela, tout comme 95% du livre.

Les auteurs n'ont pas tort, ils ne voulaient pas écrire quelque chose d'utile et ont fait une erreur, ils ne font que dire des conneries : ils inventent des trucs, le laissent paraître un tout petit peu scientifique et essaient de vendre beaucoup de livres.

Si vous voulez en savoir plus sur quelque chose, Wikipédia est généralement un bon point de départ, et si vous ne savez pas comment faire la distinction entre la science et la pseudoscience, il peut être judicieux de lire un peu sur la reconnaissance de la pseudoscience.

Maintenant, pour répondre à votre question : les cellules cancéreuses sont presque les mêmes que les cellules normales, et elles contiennent principalement des acides aminés lévogyres. La principale différence entre une cellule cancéreuse et une cellule normale est que la cellule cancéreuse a une ou plusieurs mutations qui la font se diviser beaucoup plus que les cellules normales. L'ADN, les protéines et les petites molécules dans les cellules sont pour la plupart les mêmes que dans les cellules normales, c'est pourquoi il est si difficile de tuer spécifiquement les cellules cancéreuses.


Les acides aminés dans les cellules cancéreuses humaines exposent la dextrorotation ? - La biologie

Les cellules tumorales ont une demande accrue de glucose et d'acides aminés pour soutenir leur croissance rapide, et présentent également des altérations des voies biochimiques qui métabolisent ces nutriments. Le transport à travers la membrane plasmique est essentiel pour alimenter en glucose et en acides aminés ces voies métaboliques sélectives des cellules tumorales. Le transfert d'acides aminés à travers les membranes biologiques s'effectue via une multitude de transporteurs. Les cellules tumorales doivent réguler à la hausse un ou plusieurs de ces transporteurs pour satisfaire leur demande accrue d'acides aminés. Parmi les transporteurs d'acides aminés, SLC6A14 se distingue par des caractéristiques fonctionnelles spécifiques adaptées aux besoins biologiques des cellules tumorales. Ce transporteur est en effet régulé à la hausse dans les tumeurs d'origine épithéliale, notamment le cancer du côlon, le cancer du col de l'utérus, le cancer du sein et le cancer du pancréas. Étant donné que les cellules normales n'expriment ce transporteur qu'à de faibles niveaux, le blocage de ce transporteur devrait conduire à une privation sélective d'acides aminés dans les cellules tumorales, ayant ainsi peu d'effet sur les cellules normales. Cela offre une stratégie nouvelle, mais logique, pour le traitement des cancers associés à la régulation positive de SLC6A14. De plus, une variété de promédicaments à base d'acides aminés sont reconnus comme substrats par SLC6A14, augmentant ainsi la possibilité que des médicaments anticancéreux puissent être délivrés sélectivement dans les cellules tumorales via ce transporteur sous la forme de promédicaments d'acides aminés. Cette stratégie permet l'exposition des cellules tumorales SLC6A14-positives à la chimiothérapie avec des effets hors cible minimes. En conclusion, le transporteur d'acides aminés SLC6A14 possède un grand potentiel non seulement en tant que cible médicamenteuse directe pour le traitement du cancer, mais également pour l'administration sélective de cellules tumorales de médicaments anticancéreux.


La caractéristique commune des cellules cancéreuses qui les fait paraître surchargées peut également être leur talon d'Achille

Dans une étude utilisant des cellules de levure et des données de lignées cellulaires cancéreuses, des scientifiques de l'Université Johns Hopkins rapportent qu'ils ont trouvé un point faible potentiel parmi les cellules cancéreuses qui ont des ensembles supplémentaires de chromosomes, les structures qui portent le matériel génétique. La vulnérabilité, disent-ils, est enracinée dans une caractéristique commune aux cellules cancéreuses - leurs concentrations élevées de protéines intracellulaires - qui les font apparaître gonflées et surchargées, et qui pourraient être utilisées comme nouvelles cibles possibles pour les traitements contre le cancer.

« Les scientifiques pensent maintenant davantage à cibler les propriétés biophysiques des cellules cancéreuses pour les faire s'autodétruire », déclare Rong Li, Ph.D., Bloomberg Distinguished Professor of Cell Biology and Oncology à l'École de médecine et de chimie de l'Université Johns Hopkins. et le génie biomoléculaire à la Johns Hopkins Whiting School of Engineering.

Un rapport sur la recherche, dirigé par Li, est publié dans le numéro du 6 juin de La nature .

Les nouvelles expériences se sont concentrées sur une anomalie du nombre de chromosomes connue sous le nom d'aneuploïdie. Les cellules humaines normales, par exemple, ont un nombre équilibré de chromosomes : 46 au total, soit 23 paires de chromosomes différents. Une cellule avec des chromosomes qui ont des copies supplémentaires ou moins est appelée aneuploïde. Li dit que « l'aneuploïdie est la principale caractéristique du cancer » et se trouve dans plus de 90 % des types de cancer à tumeur solide.

Lorsque les cellules acquièrent des chromosomes, dit Li, elles obtiennent également un ensemble supplémentaire de gènes qui produisent plus que la quantité normale de protéines produites par une cellule. Cet excès peut donner aux cellules des capacités de croissance qu'elles n'auraient normalement pas, leur permettant parfois de proliférer et de se transformer en tumeur.

Parce que les cellules aneuploïdes ont une production de protéines déséquilibrée, elles ont trop de protéines flottantes qui ne sont pas organisées en un complexe. Cela augmente la concentration à l'intérieur de la cellule par rapport à l'extérieur. Pour compenser l'augmentation de la concentration, les cellules aspirent de l'eau, phénomène qui conduit à un stress hypo-osmotique.

"Les cellules aneuploïdes ont tendance à être plus grosses et plus gonflées que les cellules avec un nombre équilibré de chromosomes", explique Li.

Li, qui est membre du Johns Hopkins Kimmel Cancer Center, dit qu'elle et son équipe ont cherché à voir s'il existait un talon d'Achille commun parmi les cellules cancéreuses aneuploïdes, qui constituerait une cible stratégique puissante pour le traitement du cancer.

Pour l'étude, qui a duré près de cinq ans, Li et ses collègues, dont le premier auteur et boursier postdoctoral Johns Hopkins, Hung-Ji Tsai, Ph.D., ont examiné des cellules de levure, qui ont 16 chromosomes. Dans les environnements stressants, tels que ceux avec des températures froides ou des nutriments inadéquats, les cellules de levure s'adaptent en modifiant le nombre de chromosomes, ce qui leur permet de mieux survivre en raison des changements dans les quantités relatives de diverses protéines.

Li et Tsai ont examiné les niveaux d'expression génique de milliers de cellules de levure aneuploïdes par rapport aux cellules normales. Plus précisément, les scientifiques ont recherché des changements d'expression génique qui étaient partagés entre les cellules aneuploïdes malgré leurs différences dans le nombre de copies de chromosomes. Parmi les cellules aneuploïdes, les scientifiques ont découvert que l'expression des gènes était altérée dans environ 4 % du génome par rapport aux cellules normales.

Ensuite, les scientifiques ont comparé l'expression génique associée à l'aneuploïdie avec des informations provenant d'une base de données de l'Université de Stanford qui contient des changements dans l'expression génique parmi des cellules de levure normales exposées à différents environnements stressants. Ils ont découvert que les cellules aneuploïdes et les cellules normales soumises à un stress hypo-osmotique partagent certaines caractéristiques d'expression génique. Ils partagent également le problème des ballonnements, affectant leur capacité à internaliser les protéines situées sur la membrane cellulaire qui régulent l'absorption des nutriments.

L'équipe de Li a poursuivi ses travaux pour voir si elle pouvait exploiter la vulnérabilité des cellules aneuploïdes pour contrôler correctement l'apport de nutriments. Ils ont criblé le génome de la levure et découvert une voie moléculaire impliquant deux protéines appelées ART1 et Rsp5 qui régulent la capacité des cellules à puiser des nutriments tels que le glucose et les acides aminés. Lorsque les scientifiques ont inactivé ces protéines dans les cellules de levure aneuploïdes, elles n'avaient pas les niveaux de nutriments intracellulaires appropriés et étaient moins capables de se développer.

L'équivalent humain de la voie moléculaire implique des protéines appelées arrestations et Nedd4.

"Il est possible que nous puissions trouver un traitement qui cible cette voie ou une autre qui exploite la vulnérabilité commune aux cellules cancéreuses aneuploïdes", explique Li.

Le financement de la recherche a été assuré par les National Institutes of Health (R35-GM118172, R01-HG006677, R01-GM114675 et U54-CA210173), la Prostate Cancer Foundation (16YOUN21) et la National Science Foundation.

En plus de Tsai et Li, les scientifiques qui ont contribué à la recherche incluent Anjali Nelliat, Mohammad Choudhury, Andrei Kucharavy, Jisoo Kim, Devin Mair, Sean Sun et Michael Schatz de Johns Hopkins et William Bradford et Malcolm Cook du Stowers Institute for Medical Recherche.


Conclusion

De nombreuses tumeurs malignes présentaient une forte demande métabolique en acides aminés spécifiques pour répondre à leur croissance rapide. Ainsi, la privation d'acides aminés est une nouvelle thérapie avec l'arginine comme cible principale. L'arginine est connue pour être un acide aminé essentiel sur le plan nutritionnel, capable de réguler les activités cellulaires et d'influencer la vitalité, la motilité, l'adhésion et l'invasion des cellules cancéreuses. De nombreuses investigations cliniques sont menées afin de bien saisir l'efficacité de la privation d'arginine en tant que thérapie pour cibler les tumeurs auxotrophes à l'arginine.

Des études antérieures ont montré que l'arginine est convertie par la cellule en NO et en polyamines qui contribuent à la migration cellulaire. Cependant, le rôle précis des polyamines et du NO est encore mal compris. Par conséquent, d'autres études devraient être menées pour améliorer nos connaissances sur les mécanismes complexes qui régulent les rôles du NO et des polyamines dans la progression tumorale. De plus, davantage d'études devraient se concentrer sur l'effet de la privation d'arginine sur d'autres aspects, notamment la fonction des peptidylarginine désiminases (PAD). D'autres études devraient être menées afin d'étudier la relation entre la privation d'arginine, l'inhibition de la PAD et la mort cellulaire. Les isotypes de PAD sont des co-régulateurs transcriptionnels de divers facteurs, notamment P53 et l'érythropoïétine (EPO) du gène de croissance tumorale. Il est démontré dans de nombreux types de cellules cancéreuses que les niveaux de PAD sont élevés et que la régulation négative de la PAD entrave les capacités de migration et de prolifération des cellules cancéreuses [58, 59]. Ainsi, il serait intéressant d'étudier l'effet de la déplétion en arginine sur l'activation de la PAD dans les cellules cancéreuses auxotrophes à l'arginine.


Affiliations

Département de pathologie, Université du Texas Southwestern Medical Center, 5323 Harry Hines Blvd., Dallas, TX, 75390, États-Unis

Hui Peng, Yingfei Wang et Weibo Luo

Département de neurologie, Université du Texas Southwestern Medical Center, 5323 Harry Hines Blvd., Dallas, TX, 75390, États-Unis

Département de pharmacologie, Université du Texas Southwestern Medical Center, 5323 Harry Hines Blvd., Dallas, TX, 75390, États-Unis

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Auteurs correspondants


Introduction

Le cancer, deuxième cause de mortalité dans le monde, a causé 8,8 millions de décès en 2015. Selon les données de l'OMS, les cancers du poumon, de la prostate, colorectal, de l'estomac et du foie sont les types les plus courants chez les hommes, tandis que le cancer du sein, colorectal, pulmonaire, cervical , et le cancer de l'estomac sont les tumeurs malignes les plus courantes chez les femmes. Le cancer est une maladie multifactorielle caractérisée par l'accumulation de multiples mutations de l'ADN dans des gènes spécifiques appelés oncogènes et gènes suppresseurs de tumeurs [1]. Les fonctions principales des oncogènes activés et des suppresseurs de tumeurs inactivés favorisent et maintiennent la prolifération du cancer et évitent la suppression de la croissance et la mort cellulaire [2&# x020134]. Ces mutations sont également responsables de la reprogrammation métabolique cellulaire, qui implique une bioénergétique altérée, une biosynthèse améliorée et une interférence avec la fonction mitochondriale entraînant la survie, la croissance et la métastase des cellules cancéreuses [5].

Selon un certain nombre d'études, entre 30 % et 50 % des décès par cancer pourraient être évités en modifiant ou en évitant les principaux facteurs de risque, tels que la réduction de la consommation d'alcool, l'évitement des produits du tabac, le maintien d'un poids santé, l'exercice régulier et la lutte contre les infections. facteurs de risque associés [6𠄸]. Plusieurs études épidémiologiques ont démontré que l'alimentation joue un rôle important dans l'initiation, la promotion et la progression de nombreux cancers courants dans les pays occidentaux [9,10]. Une adiposité excessive due à une surconsommation d'aliments malsains et associée à un mode de vie sédentaire augmente le risque de développer un cancer. Le déséquilibre métabolique chronique généré par une consommation excessive de nourriture est associé à une augmentation du stress oxydatif, de la résistance à l'insuline, de l'inflammation et des changements dans les concentrations d'hormones et de facteurs de croissance qui jouent un rôle clé dans la pathogenèse de nombreux cancers [11,12]. Ainsi, le risque de cancer pourrait être réduit en adoptant un régime alimentaire riche en aliments végétaux (par exemple, légumes, grains entiers, haricots, fruits) et une consommation limitée de graisses animales, de viande et de produits laitiers [8,13]. Diverses études humaines suggèrent une forte corrélation positive entre la consommation de ce type de régime et la réduction du risque de développement du cancer du côlon, du poumon, de la bouche, de l'œsophage et de l'estomac [6,9,14,15].

Cependant, étant donné que les interventions diététiques peuvent clairement affecter la protection cellulaire, le vieillissement et l'incidence du cancer, elles peuvent également jouer un rôle important dans le traitement du cancer. À ce jour, les principales options de traitement du cancer comprennent la chirurgie lorsque cela est possible et la chimiothérapie et/ou la radiothérapie, ainsi qu'une longue liste de médicaments spécifiques à une cible tels que les inhibiteurs de la tyrosine kinase, l'immunothérapie, l'hormonothérapie et autres. La planification du traitement est généralement guidée par le type et le stade de la tumeur et les ressources disponibles. Bien que ces nouveaux médicaments spécifiques à une cible puissent éventuellement remplacer en grande partie la chimiothérapie et la radiothérapie, il est peu probable que les traitements traditionnels soient abandonnés avant des décennies. En outre, le coût élevé de bon nombre des nouvelles thérapies anticancéreuses telles que l'immunothérapie limitera leur disponibilité à une grande partie de la population mondiale, faisant de la chimiothérapie une option de traitement viable pour de nombreuses années à venir. La plupart des médicaments chimiothérapeutiques ciblent les cellules cancéreuses à division rapide, mais peuvent également endommager les cellules normales (par exemple, la moelle osseuse, le tractus gastro-intestinal, le cœur, le follicule pileux) générant divers effets secondaires, notamment la myélosuppression, la fatigue, les vomissements, la diarrhée et même, dans certains cas, la mort. Cela limite fortement le recours à la chimiothérapie et le traitement reste sous-optimal [16]. Ainsi, les approches diététiques ont le potentiel à la fois de promouvoir la protection des cellules normales contre la chimiothérapie, la radiothérapie et d'autres traitements et d'améliorer leur efficacité en générant un environnement hostile pour les cellules cancéreuses.

Dans cette revue, nous discutons de la manière dont les interventions nutritionnelles à large action telles que jeûne (voir glossaire) et fièvre aphteuse peut être efficace pour promouvoir la protection des souris et éventuellement des humains contre les traitements de chimiothérapie et améliorer la mort des cellules cancéreuses en exploitant leur métabolisme dérégulé et leurs caractéristiques telles que l'insensibilité aux signaux anti-croissance.

Métabolisme altéré : l'une des caractéristiques émergentes de la tumorigenèse

Le cancer est caractérisé par un métabolisme dérégulé conduisant à une consommation élevée de glucose en raison d'une régulation positive de la glycolyse (l'effet Warburg) et d'une régulation négative de la phosphorylation oxydative [17]. Ce métabolisme altéré compense souvent les altérations génétiques et épigénétiques forçant les cellules tumorales à adopter des stratégies alternatives pour générer de l'énergie ainsi que des acides aminés, des acides gras (AG) et d'autres métabolites nécessaires à la survie et à la prolifération des cellules cancéreuses [18] et peut conduire à la production et l'accumulation d'espèces réactives de l'oxygène, contribuant à la génération de mutations supplémentaires [19].

Les cellules cancéreuses sont caractérisées par l'accumulation de mutations dans les oncogènes [par exemple, le récepteur IGF-1 (IGF-1R) ou ses effecteurs en aval tels que les protéines GTP RAS/RAF et la protéine kinase activée par les mitogènes (MAPK), et l'homologue de la tensine (PTEN), la phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K), la sérine/thréonine kinase AKT] qui entraînent une activation constitutive des voies de prolifération indépendamment ou partiellement indépendamment des facteurs de croissance externes [5,20,21].

L'activation de PI3K𠄺KT conduit à une meilleure absorption du glucose en favorisant l'expression du transporteur de glucose GLUT1 et la glycolyse. En aval de PI3K𠄺KT, la cible mammifère de la rapamycine (mTOR) joue un rôle important dans le métabolisme mitochondrial [21,22]. mTOR améliore la synthèse des protéines et favorise la biogenèse mitochondriale et la lipogenèse. mTOR est également une cible majeure en aval de la voie de la kinase dépendante de l'AMP (AMPK) [22]. La kinase hépatique B1 (LKB1) suppresseur de tumeur et l'AMPK contrôlent la croissance cellulaire en réponse aux changements de nutriments environnementaux et régulent négativement la voie mTOR [23,24]. Des mutations dans ces voies peuvent réduire l'incidence et la progression de diverses tumeurs [25].

Un autre oncogène important altéré dans le cancer est le facteur de transcription c-Myc [26]. Il soutient la croissance anabolique, améliore la glycolyse et la synthèse des AG, et favorise l'expression des gènes mitochondriaux et la biogenèse mitochondriale [26]. Des oncogènes comme KRAS, qui est fréquemment muté dans divers cancers, coordonnent les fonctions physiologiques des voies PI3K et c-Myc pour favoriser la tumorigénicité [5,27].

En revanche, l'insensibilité aux signaux inhibiteurs de croissance est due à des mutations de perte de fonction dans les gènes suppresseurs de tumeurs (par exemple, Rb, p53, p21, PTEN) qui permettent aux cellules cancéreuses d'ignorer les signaux antiprolifératifs [5]. La perte de p53 a non seulement un impact sur la réparation de l'ADN, l'arrêt du cycle cellulaire et l'apoptose, mais favorise la tumorigenèse en augmentant le flux glycolytique pour favoriser l'anabolisme et l'équilibre redox [5,27].

La dépendance des cellules cancéreuses vis-à-vis de la glycolyse peut être encore accentuée par des conditions hypoxiques communes à de nombreuses cellules tumorales. Le système de réponse à l'hypoxie régule positivement les transporteurs de glucose et plusieurs enzymes de la voie glycolytique [28]. L'hypoxie peut augmenter indépendamment les niveaux de facteur de transcription inductible par l'hypoxie 1α (HIF-1α) et HIF-2α, qui à leur tour régulent positivement la glycolyse [25,29,30]. Les HIF sont également responsables d'une augmentation du pool de cellules souches cancéreuses en induisant l'expression de gènes tels que OCT4, SOX2 et NANOG ou l'activation de la voie de signalisation Notch et de l'auto-renouvellement et de la différenciation [31,32]. De plus, HIF-1α augmente l'activité de la télomérase dans les cellules cancéreuses hypoxiques, maintenant la durée de vie immortelle de la masse tumorale [32].

Plus récemment, il a également été découvert que les protéines de sirtuine régulent finement le métabolisme énergétique en facilitant le cycle de l'acide tricarboxylique (TCA), la phosphorylation oxydative et le métabolisme des AG [33,34]. Les sirtuines sont des enzymes désacétylases dépendantes du NAD qui jouent un rôle clé dans la régulation du métabolisme, de l'inflammation et de la réparation de l'ADN [34]. Ils ont un effet protecteur contre les dommages à l'ADN et le stress oxydatif et contre l'accumulation de mutations et l'instabilité génomique. La perte de sirtuines dans les cellules cancéreuses entraîne l'accumulation de mutations et une instabilité génomique permettant à la division cellulaire de se dérouler sans réparation appropriée de l'ADN [34,35].

La mutation de c-Myc, mTOR et d'autres oncogènes est également responsable d'altérations de la synthèse et du métabolisme des acides aminés [4,36]. Les voies des acides aminés sont activées dans des sous-ensembles de cancer et entraînent la production d'acides aminés spécifiques et leur utilisation comme métabolites intermédiaires pour la production de biomolécules importantes telles que les nucléotides, les lipides et le glutathion [18]. Les cellules cancéreuses présentent une forte demande en acides aminés non essentiels tels que la glutamine et la sérine. La glutamine est la principale source d'azote utilisée par les cellules cancéreuses pour la biosynthèse de nouvelles molécules [18]. Les altérations des enzymes de la voie de synthèse de la sérine (SSP) reflètent le besoin de sérine des cellules cancéreuses pour maintenir la synthèse des nucléotides [37].

Pour répondre à leurs besoins cataboliques et anaboliques, les cellules cancéreuses augmentent également leur apport et leur synthèse en AG [4]. Les AG essentiels à la prolifération cellulaire, à la synthèse des membranes lipidiques, à la production d'énergie et à la signalisation cellulaire [18,38]. En plus du glucose, les acides aminés et les AG peuvent fournir des substrats au cycle du TCA pour soutenir la production d'ATP mitochondrial dans les cellules cancéreuses et favoriser la croissance [39].

Ainsi, les cellules cancéreuses présentent une variété de mutations et d'altérations qui les rendent potentiellement sensibles aux changements importants des facteurs de croissance et des nutriments causés par des conditions alimentaires extrêmes telles que le jeûne ou certains régimes cétogènes (KD).

Les effets différentiels du jeûne et de la fièvre aphteuse sur les cellules normales et cancéreuses

Des études comparatives indiquent que différents organismes (levures, bactéries, vers, mouches, souris) sont capables de s'adapter et de survivre sous différentes formes et durées de privation alimentaire [40,41]. Étant donné que pendant les périodes de pénurie alimentaire, les organismes peuvent être exposés à un large éventail d'agressions (rayonnement UV, chaleur, froid et autres facteurs de stress), l'adaptation à famine exige qu'ils entrent dans un mode de résistance au stress multiple et investissent leur énergie dans des systèmes de protection pour minimiser les dommages et protéger leur matériel génétique afin qu'il puisse être inaltéré lorsqu'il est transmis à leur progéniture [42,43].

Des expériences sur la levure ont montré que lorsque cet organisme unicellulaire passe du milieu glucose ou éthanol à l'eau, il devient plus résistant à de multiples types de stress et vit plus longtemps [44�]. En réponse à la famine, les cellules de levure régulent négativement deux voies principales, la voie Ras–PKA (réponse au glucose) et la voie Tor–S6K (Sch9) (réponse aux acides aminés), et inhibent la sérine/thréonine kinase Rim 15 et la résistance au stress en aval les facteurs de transcription Msn2/4 et Gis1, qui sont nécessaires pour les effets protecteurs, en partie en augmentant l'expression des gènes de résistance au stress, notamment la SOD2 et la catalase [45]. Notamment, lorsque les cellules de levure affamées entrent dans un mode hypométabolique qui leur permet de minimiser l'utilisation de sources de carbone de réserve et peuvent également accumuler des niveaux élevés d'acide acétique de type corps cétonique, de manière analogue à l'accumulation de corps cétoniques chez les mammifères [45,46] . Ainsi, dans des conditions difficiles telles que la famine, la dépense énergétique est réduite et détournée de la croissance vers l'entretien, améliorant ainsi la protection et la survie [14,48].

De la même manière, en réponse à la famine, les cellules de mammifères entrent dans un état de non-division ou de faible division et investissent des ressources énergétiques dans la protection cellulaire contre diverses agressions. De faibles niveaux d'IGF-1 réduisent les voies de signalisation mitogéniques intracellulaires, régulant à la baisse deux des principales voies en aval d'IGF-1R – celles régulées par Ras et AKT – qui peuvent induire un arrêt du cycle cellulaire par activation de p53 et p21 [42, 49,50] et de facteurs de transcription protecteurs dont FOXO et Egr1, qui régulent les SOD, et d'autres gènes de résistance au stress [51,52].

Cependant, tant chez la levure que chez les mammifères, l'activation constitutive de Ras ou d'autres oncoprotéines peut bloquer l'entrée dans ce mode protecteur, fournissant ainsi une méthode par laquelle le jeûne induit une protection dans les cellules normales mais pas dans les cellules cancéreuses induites par les oncogènes, un effet que nous avons appelé résistance différentielle aux contraintes (DSR) [42] (Figure 1 ). La raison en est que Ras, Tor, PKA et d'autres protéines trouvées dans un état hyperactif dans de nombreuses cellules cancéreuses régulent négativement la résistance au stress, comme décrit ci-dessus.

Dans les cellules normales, les protéines/enzymes en aval du glucose, de l'IGF-1 et d'autres voies de facteurs de croissance, notamment TOR, PKA et AKT, sont régulées à la baisse en réponse au jeûne et à la fièvre aphteuse. Cette régulation négative arrête ou réduit la croissance et favorise l'activation des gènes de résistance au stress résultant en une protection contre la chimiothérapie (DSR) et d'autres médicaments, la survie et la régénération. En revanche, les cellules cancéreuses sont sensibilisées par le jeûne/la fièvre aphteuse en raison de l'activité constitutive des oncoprotéines, qui régulent négativement la résistance au stress et favorisent la génération d'espèces réactives de l'oxygène et la mort cellulaire (DSS). L'image a été dessinée en utilisant Photoshop CS6 et ChemDrawn Professional 17.

Dans in vivo études, 48� h de jeûne protège les souris contre des doses mortelles de doxorubicine, un médicament qui induit généralement une cardiotoxicité [43], et l'étoposide, un médicament chimiothérapeutique qui endommage l'ADN avec un large profil de toxicité allant de la myélosuppression aux dommages hépatiques et neurologiques [42 ]. Cette résistance à la chimiothérapie est due en partie à la diminution de la glycémie et de l'IGF-1 et, dans les cardiomyocytes, à l'activation du facteur de transcription Egr1, orthologue des facteurs de transcription de levure Msn2/4 [52]. Récemment, famine à court terme (STS) s'est également avéré favoriser la protection et l'auto-renouvellement des cellules souches hématopoïétiques (CSH) et inverser les dommages à l'ADN induits par la chimiothérapie et l'immunosuppression [53].

En plus de protéger les cellules normales de la toxicité de la chimiothérapie, les conditions de jeûne peuvent être aussi efficaces que la chimiothérapie pour tuer les cellules cancéreuses et, plus important encore, rendre la chimiothérapie et d'autres thérapies beaucoup plus efficaces contre une grande variété de types de tumeurs, un effet appelé sensibilisation différentielle aux contraintes (DSS). Bien que les mécanismes de l'effet toxique général du jeûne sur de nombreux types de cellules cancéreuses restent mal compris, ils impliquent probablement l'incapacité des cellules cancéreuses à s'adapter à des environnements complexes. Les cellules cancéreuses évoluent dans un environnement où la plupart des nutriments sont en excès, leur permettant ainsi d'augmenter des fonctions telles que la glycolyse ou la biosynthèse des protéines [4,5]. De multiples études dans une variété de modèles de souris cancéreuses soutiennent cette hypothèse [54�]. Les cycles de jeûne retardent la progression du mélanome, du gliome et du cancer du sein et augmentent l'efficacité du cyclophosphamide (CP) et de la doxorubicine (DXR) contre diverses tumeurs. Dans les cellules cancéreuses du sein 4T1, l'effet du jeûne est médié par une augmentation de la phosphorylation des kinases AKT et S6, une augmentation du stress oxydatif, un clivage de la caspase-3, des dommages à l'ADN et l'apoptose [54].

Dans le mésothéliome et les carcinomes pulmonaires, le jeûne active la voie de signalisation de la réponse au stress ATM𠄼hk2–p53, ce qui augmente la sensibilisation au cisplatine (CDDP), tandis que dans les cellules normales, la privation de sérum active l'AMPK, qui stabilise p53 et p21, entraînant un arrêt de la prolifération et une protection de la normale. contre la toxicité du CDDP [56]. L'association du jeûne et du traitement par CDDP augmente considérablement la sensibilité des cellules cancéreuses humaines au CDDP, avec une rémission complète chez environ 60 % des animaux porteurs de xénogreffes de mésothéliome et chez 40 % des animaux porteurs de xénogreffes de carcinome pulmonaire [56]. Les cycles de jeûne sont également capables d'améliorer l'effet de la gemcitabine dans un modèle murin de xénogreffe de cancer du pancréas par induction du transporteur nucléosidique équilibrant humain 1 (hENT1), le transporteur de la gemcitabine à travers la membrane cellulaire, et une diminution de la ribonucléotide réductase M1 (RRM1), un élément clé enzyme impliquée dans l'homéostasie des pools de nucléotides affectant la prolifération, la migration et les métastases cellulaires [55]. De plus, les cycles de jeûne ont augmenté l'effet de l'inhibiteur de la tyrosine kinase sorafenib dans les cellules cancéreuses hépatocellulaires en inhibant la croissance cellulaire et l'absorption du glucose [57]. Dans une autre étude chez la souris, le jeûne seul a inversé la progression de la leucémie aiguë lymphoblastique à lymphocytes B et T (LAL-B et LAL-T), mais n'a pas affecté la leucémie myéloïde aiguë (LAM). La modulation du récepteur de la leptine (LEPR) par le jeûne était au cœur de ces effets [58].

De manière analogue aux souris affamées, les modèles génétiques IGF-1 tels que les souris transgéniques LID caractérisées par une délétion conditionnelle du gène IGF-1 hépatique et une réduction de l'IGF-1 circulant (70� %) présentent une résistance accrue et une augmentation de la dose donc de la chimiothérapie ssuc ha sCP ,DXR,un d5-fluorouracile (5-FU) mais aussi une sensibilisation des cellules de mélanome à la chimiothérapie conduisant à une survie sans cancer [43]. Le déficit en récepteurs de l'hormone de croissance chez l'homme est également associé à une réduction importante de l'IGF-1 et de l'insuline, ainsi qu'à une très faible incidence de cancer et de diabète [59].

Avec les résultats discutés ci-dessus, ces données indiquent que le jeûne favorise la protection dans plusieurs types de cellules et la sensibilisation d'une gamme de types de cellules cancéreuses en partie en réduisant les niveaux et la signalisation d'IGF-1 et en partie en réduisant le glucose et sa signalisation.

Par conséquent, la réduction de l'IGF-1 circulant déjà obtenue après 48 h de jeûne peut retarder la croissance tumorale, avec des effets similaires à ceux causés par la chimiothérapie, mais le jeûne utilisé en association avec des médicaments chimiothérapeutiques est capable d'augmenter la toxicité, favorisant souvent le cancer. survie libre [1,54]. Ainsi, les cycles de jeûne à court terme ou de fièvre aphteuse ont le potentiel d'être efficaces à la fois dans la prévention et le traitement du cancer en favorisant la mort du cancer mais pas des cellules normales.

Jeûne, immunité et cancer

Le jeûne peut également affecter la destruction des cellules cancéreuses en activant le système immunitaire et/ou en permettant aux cellules immunitaires de reconnaître les cellules malignes. Les cycles bimensuels de fièvre aphteuse commencés à l'âge mûr rajeunissent le système immunitaire, réduisent l'incidence du cancer et prolongent la longévité chez la souris [60]. Cela peut s'expliquer en partie par la capacité des FMD à augmenter l'attaque dépendante des cellules immunitaires contre les cellules cancéreuses. Dans un modèle murin de cancer, une fièvre aphteuse associée à une chimiothérapie a stimulé la cytotoxicité dépendante des cellules T contre les cellules cancéreuses du sein et du mélanome. La fièvre aphteuse favorisait l'infiltration des TIL CD3 + /CD8 + dans le lit tumoral et était associée à un retard de progression du cancer [61�]. Dans les tumeurs du sein, cet effet a été partiellement médié par une régulation négative de l'enzyme sensible au stress hème oxygénase-1 (HO-1). La régulation négative de HO-1 dans la tumeur par la fièvre aphteuse était nécessaire pour la diminution des Tregs et pour l'attaque immuno-dépendante des cellules cancéreuses [62,64].

Le traitement avec des mimétiques de restriction calorique (CR) tels que l'hydroxycitrate, un inhibiteur de l'ATP citrate lyase, et la spermidine a amélioré l'inhibition de la croissance tumorale par chimiothérapie. Ces effets du jeûne et des mimétiques de la CR pourraient être médiés en partie par l'autophagie, dont l'induction s'est avérée améliorer l'immunosurveillance par déplétion des Tregs infiltrant la tumeur dans un in vivo modèle murin de cancer du poumon induit par KRAS mutant [65].

Il devient de plus en plus évident que le microbiote – les communautés microbiennes associées à l'hôte – peuvent également influencer le développement du cancer [66]. Le microbiote joue un rôle important dans la modulation de divers processus physiologiques de l'hôte tels que le métabolisme cellulaire et la fonction immunitaire qui sont fortement dérégulés au cours de la cancérogenèse [67,68]. Les perturbations du microbiote favorisent le développement de nombreuses maladies, dont les maladies inflammatoires de l'intestin (MICI) et le cancer colorectal (CCR). Des études antérieures ont révélé que les rythmes de jeûne et d'alimentation modifient de manière significative le microbiote intestinal [69,70] et réduisent la probabilité d'invasion pathogène chez la souris [71], mais si la famine induit des changements dans la composition ou la fonction du microbiome pour améliorer la destruction du cancer cellules est inconnue [66].

Jeûne, autophagie et cancer

L'autophagie est un processus de dégradation lysosomale qui sert de véhicule pour éliminer les organites dysfonctionnels et pour maintenir la stabilité génomique en éliminant les fragments génomiques excisés. Il régule les réponses des cellules eucaryotes au stress cellulaire tel que l'hypoxie, l'instabilité génomique, le stress du réticulum endoplasmique, le stress nutritionnel et le jeûne [72]. Diverses voies de signalisation ont été impliquées dans la régulation positive ou négative de l'autophagie, notamment PI3K–mTOR et AMPK et divers gènes suppresseurs de tumeurs (p53, PTEN, TSC1/TSC2) et associés aux tumeurs (p21, AKT) [72]. Pour cette raison, l'autophagie semble avoir un double rôle dans la cancérogenèse : d'une part, elle favorise la croissance tumorale, tandis que d'autre part elle induit la suppression tumorale. L'autophagie est souvent inhibée dans les cancers à un stade précoce, permettant le développement tumoral, mais dans les cancers à un stade avancé, l'autophagie et la résistance à la chimiothérapie qui l'accompagne sont élevées [73]. Parce que la famine est l'un des moyens les plus efficaces de promouvoir l'autophagie dans la plupart des cellules [74], et dans les modèles murins de cancer, elle améliore l'immunosurveillance et le traitement du cancer [65,75], il sera important d'étudier plus avant le rôle de l'autophagie dans les effets. du jeûne sur les cellules cancéreuses.

Le jeûne et la fièvre aphteuse dans le traitement du cancer chez l'homme

Parce que la plupart des patients ont des difficultés à tolérer le jeûne à l'eau pendant plusieurs jours en combinaison avec leurs séances de chimiothérapie, une fièvre aphteuse qui permet au patient de manger tout en obtenant des effets similaires au jeûne a été développée [60]. Jour 1 des approvisionnements FMD

4600kJ (11 % de protéines, 46 % de matières grasses, 43 % de glucides) alors que les jours 2 & 020135 fournissent

3000kJ par jour (9 % de protéines, 44 % de matières grasses, 47 % de glucides) ainsi, les lipides et les glucides complexes sont la principale source de calories dans la fièvre aphteuse. Ce régime hypocalorique, pauvre en protéines, riche en glucides complexes et riche en graisses imite les effets du jeûne sur les marqueurs associés à la résistance au stress, notamment la réduction des niveaux de glucose et d'IGF-1 et l'augmentation des niveaux des corps cétoniques et de l'IGFBP-1 [60,76]. La découverte que les cycles d'une fièvre aphteuse peuvent augmenter l'efficacité de la chimiothérapie dans les cellules cancéreuses tout en protégeant les souris de sa toxicité a stimulé plusieurs essais cliniques [18], qui évaluent actuellement son effet en combinaison avec la chimiothérapie comme stratégie thérapeutique dans humains (par exemple, ClinicalTrials.gov <"type":"clinical-trial","attrs":<"text":"NCT01802346","term_id":"NCT01802346">> NCT01802346, <"type":"clinique- trial","attrs":<"text":"NCT02126449","term_id":"NCT02126449">> NCT02126449, <"type":"clinical-trial","attrs":<"text":"NCT02710721" ,"term_id":"NCT02710721">> NCT02710721 et <"type":"clinical-trial","attrs":<"text":"NCT01954836","term_id":"NCT01954836">>NCT01954836). Dans une étude, certains patients cancéreux ont jeûné volontairement pendant leur chimiothérapie et ont rapporté moins d'effets secondaires [77,78]. De 2008 à 2009, dix patients indépendants diagnostiqués avec une variété de cancers (sein, prostate, poumon, etc.) ont essayé le jeûne avec leurs traitements de chimiothérapie chez tous les patients, le jeûne a été bien toléré et a été associé à une réduction auto-déclarée de la chimiothérapie multiple. effets secondaires induits tels que fatigue, faiblesse, nausées et autres [77]. L'innocuité du jeûne avant la chimiothérapie a également été démontrée dans un autre essai clinique au Norris Comprehensive Cancer Center (USC) et au Los Angeles County/USC Medical Center où 18 sujets ont été recrutés de 2009 à 2012 pour tester le jeûne avant l'administration d'une chimiothérapie à base de platine. Une réduction potentielle des effets secondaires et une réduction des dommages à l'ADN des leucocytes ont été observées dans le groupe à jeun de 72 h mais pas dans le groupe à jeun de 24 h recevant une chimiothérapie. Au centre médical universitaire de Leiden, 13 femmes atteintes d'un cancer du sein HER2-négatif à un stade précoce ont été incluses et randomisées dans un essai clinique ( <"type":"clinical-trial","attrs":<"text":"NCT01304251", "term_id":"NCT01304251">> NCT01304251) pour tester l'innocuité de 48h de jeûne avant chimiothérapie. Cette étude pilote confirme que le jeûne à court terme est bien toléré et sûr et peut avoir des effets bénéfiques sur la toxicité hématologique et éventuellement sur les dommages à l'ADN dans les cellules saines (lymphocytes et cellules myéloïdes) [79]. Il existe maintenant plusieurs essais cliniques en cours testant le rôle de la fièvre aphteuse dans la réduction des effets secondaires de la chimiothérapie et l'amélioration de la destruction des cellules cancéreuses chez les patients atteints de cancer du sein et de la prostate. Dans ces essais, la fièvre aphteuse est débutée 3 jours avant et se poursuit pendant 1 jour après la chimiothérapie. Bien que des essais randomisés avec un nombre beaucoup plus important de patients soient nécessaires pour déterminer les effets de la fièvre aphteuse sur la protection contre les effets secondaires et la sensibilisation des cellules cancéreuses, les résultats de ces essais cliniques pilotes apportent un premier soutien à l'efficacité potentielle des fièvres aphteuses dans le traitement du cancer.

Interventions diététiques alternatives pour le traitement du cancer

D'autres interventions diététiques (par exemple, les régimes cétogènes et restreints en protéines) qui favorisent certaines des réponses métaboliques causées par le jeûne ont également été testées dans les traitements contre le cancer [80,81]. Les KD, riches en graisses et pauvres en glucides simples et complexes, augmentent les cétones dans le sang et peuvent diminuer la glycémie, entraînant ainsi des taux élevés d'oxydation des acides gras et une augmentation de la production d'acétyl coenzyme A (acétyl-CoA). Lorsque la quantité d'acétyl-CoA dépasse la capacité du cycle du TCA à l'utiliser, il y a une augmentation de la production des corps cétoniques β-hydroxybutyrate (βHB) et acétoacétate (ACA), qui peuvent être utilisés comme une source d'énergie dans les cellules normales. En revanche, les altérations trouvées dans les cellules cancéreuses réduisent leur capacité à s'adapter facilement à ce changement métabolique [82�]. En conséquence, l'état cétotique exacerbe le stress oxydatif métabolique dans les cellules cancéreuses, et il améliore sélectivement les réponses radio/chimiothérapie lorsqu'il est associé à un traitement standard [84,85]. Les effets des régimes cétogènes dans les modèles animaux de cancer sont variés [86�]. Divers essais ont testé la faisabilité et la tolérabilité de différents KD en combinaison avec la chimiothérapie et la radiothérapie chez les patients atteints de cancer neuronal, mais des études pour démontrer leur efficacité sont nécessaires [85,89�].Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour déterminer comment les effets des régimes cétogènes chroniques se comparent à ceux du jeûne périodique/FMD sur le glucose, les corps cétoniques, l'IGF-1 et l'IGFBP1 et comment ces changements affectent la progression du cancer et la résistance au stress.

Une autre intervention diététique est basée sur des régimes restreints en protéines qui pourraient inhiber la croissance tumorale en réduisant l'apport d'acides aminés aux cellules tumorales et par conséquent affecter la synthèse des protéines, l'activation de mTOR et d'autres processus métaboliques [92, 93]. Des expériences précliniques ont montré que la restriction protéique inhibe la croissance tumorale in vivo du mélanome mais pas le cancer du sein [92] ou le gliome [94]. La réduction de l'apport en protéines alimentaires est très efficace pour inhiber la croissance tumorale dans les modèles murins de xénogreffe humaine de cancer de la prostate et du sein, un effet associé à une réduction des taux sériques de PSA et d'IGF-1 et à une régulation négative de l'activité mTOR dans les cellules tumorales [93]. Parce qu'une privation prolongée de protéines peut stimuler la dégradation musculaire induite par la tumeur et la sarcopénie, la restriction alimentaire d'acides aminés simples pourrait représenter une alternative potentielle. Par exemple, des régimes restreints en méthionine ont été testés dans des populations de patients atteints de cancers avancés et ont montré un bon profil de tolérance [95,96]. Notamment, les cellules normales du microenvironnement tumoral, y compris les fibroblastes, les cellules endothéliales et les cellules immunitaires, peuvent fournir aux cellules tumorales des acides aminés dérivés de la dégradation autophagique de leurs protéines, limitant ainsi potentiellement l'impact de ce type de restriction alimentaire spécifique.

Remarques finales et perspectives futures

Des études précliniques et cliniques ont démontré le rôle important du métabolisme dérégulé dans l'initiation et la progression tumorale. Comme discuté dans cette revue, certaines des altérations les plus courantes dans les cellules cancéreuses sont des mutations conduisant à l'activation des protéines de transduction du signal et des altérations des voies métaboliques. En conséquence, les cellules tumorales ont besoin d'un niveau anormalement élevé de glucose pour produire l'ATP glycolytique et d'autres métabolites nécessaires pour proliférer et survivre. Ces altérations rendent les cellules cancéreuses particulièrement vulnérables aux carences en glucose, en métabolites et en facteurs de croissance et à d'autres changements générés par les conditions de jeûne. Ces réponses DSR et DSS constituent la base de la capacité du jeûne et des fièvres aphteuses à promouvoir la survie sans cancer dans les modèles animaux, en particulier en combinaison avec la chimiothérapie ainsi que des thérapies plus innovantes (voir Questions en suspens). Ces effets différentiels dans les cellules normales et cancéreuses semblent dépendre en partie de la carence en glucose et en IGF-1 mais sont susceptibles d'impliquer de nombreux facteurs et métabolites supplémentaires. Étant donné que cette approche est basée sur la combinaison d'une thérapie diététique avec des médicaments de référence déjà approuvés par la FDA, elle pourrait devenir rapidement disponible une fois que de grandes études randomisées prouvant son efficacité seront terminées.

Questions en suspens

Comment le jeûne et la fièvre aphteuse affecteront-ils les nouvelles thérapies anticancéreuses, notamment l'hormonothérapie et l'immunothérapie ?

Le jeûne et/ou les faibles taux de glucose et d'IGF-I peuvent-ils protéger les patients contre la chimiothérapie ?

Le mécanisme différentiel de protection/sensibilisation du jeûne et de la fièvre aphteuse en association avec la chimiothérapie et d'autres thérapies peut-il conduire à une survie sans cancer chez les patients atteints de cancer métastatique ?

Points forts

Le métabolisme dérégulé est l'une des caractéristiques émergentes des cellules cancéreuses.

Les réponses de résistance différentielle au stress (DSR) et de sensibilisation différentielle au stress (DSS) sont les mécanismes causés par le jeûne et le régime imitant le jeûne (FA) pour promouvoir la protection des cellules normales et induire la mort des cellules cancéreuses.

La réduction dépendante du jeûne du glucose et de l'IGF-1 médie une partie des effets DSR et DSS.

Le jeûne et la fièvre aphteuse ont un potentiel d'applications à la fois dans la prévention et le traitement du cancer.


Identification des épitopes des cellules B et T et des acides aminés fonctionnels exposés de la protéine S en tant que candidat vaccin potentiel contre le SRAS-CoV-2/COVID-19

La maladie à coronavirus (COVID-19) est une maladie infectieuse causée par un coronavirus nouvellement découvert qui se propage dans le monde entier. Les coronavirus sont des virus à ARN simple brin à sens positif avec un génome d'environ 30 KD, le plus grand génome parmi les virus à ARN. La plupart des personnes infectées par le virus COVID-19 connaîtront une maladie respiratoire légère à modérée et se rétabliront sans nécessiter de traitement spécial. Les personnes âgées et celles souffrant de problèmes médicaux sous-jacents comme les maladies cardiovasculaires, le diabète, les maladies respiratoires chroniques et le cancer sont plus susceptibles de développer une maladie grave. À l'heure actuelle, il n'existe aucun vaccin ou traitement spécifique pour le COVID-19. Il y a donc un besoin urgent de vaccins et de stratégies antivirales. La protéine de pointe est la principale protéine de surface qu'elle utilise pour se lier à un récepteur d'une autre protéine qui agit comme une porte d'entrée dans une cellule humaine. Les épitopes antigéniques putatifs peuvent s'avérer efficaces en tant que nouveaux vaccins pour l'éradication et la lutte contre l'infection par le COV19. Une combinaison d'outils bioinformatiques disponibles est utilisée pour synthétiser de tels peptides qui sont importants pour le développement d'un vaccin. En conclusion, les acides aminés 250 à 800 ont été sélectionnés en tant qu'épitopes de cellules B efficaces, épitopes de cellules T et acides aminés fonctionnels exposés afin de créer un vaccin recombinant contre le coronavirus.

Mots clés: SARS-CoV-2/COVID-19 Prédiction des épitopes des cellules T et B de la protéine Spike Conception du vaccin.

Copyright © 2020 Elsevier Ltd. Tous droits réservés.

Déclaration de conflit d'intérêts

Les auteurs n'ont reçu aucun soutien financier pour l'élaboration de ce manuscrit. L'Université de Yazd n'a joué aucun rôle décisionnel dans l'analyse de l'étude ou la rédaction du manuscrit. Tous les auteurs ne déclarent aucun conflit d'intérêt potentiel.


Informations sur l'auteur

Ces auteurs ont contribué à parts égales : Yingjie Bian, Wei Li

Affiliations

Département de chirurgie, Faculté de médecine de l'Université du Michigan, Ann Arbor, MI, États-Unis

Yingjie Bian, Wei Li, Shasha Li, Joel Crespo, Houjun Xia, Jing Li, Peng Liao, Jiali Yu, Linda Vatan, Wojciech Szeliga, Shuang Wei, Sara Grove, Ilona Kryczek & Weiping Zou

Centre d'excellence pour l'immunologie et l'immunothérapie du cancer, Rogel Cancer Center de l'Université du Michigan, École de médecine de l'Université du Michigan, Ann Arbor, MI, États-Unis

Yingjie Bian, Wei Li, Shasha Li, Joel Crespo, Houjun Xia, Jing Li, Peng Liao, Jiali Yu, Linda Vatan, Wojciech Szeliga, Shuang Wei, Sara Grove, Ilona Kryczek & Weiping Zou

Département de physiologie moléculaire et intégrative, Faculté de médecine de l'Université du Michigan, Ann Arbor, MI, États-Unis

Daniel M. Kremer, Peter Sajjakulnukit, Zeribe C. Nwosu, Li Zhang & Costas A. Lyssiotis

Département de médecine computationnelle et bioinformatique, Université du Michigan, Ann Arbor, MI, États-Unis

Shasha Li et Marcin Cieslik

Département de virologie et d'immunologie, Université Maria Curie-Skłodowska, Lublin, Pologne

Premier président et département de gynécologie et gynécologie oncologiques, Université médicale de Lublin, Lublin, Pologne

Anna Pawłowska, Iwona Wertel et Karolina Okła

Département d'obstétrique et de gynécologie, Université du Michigan, Ann Arbor, MI, États-Unis

J. Rebecca Liu et Karen McLean

Département de pathologie, Université du Michigan, Ann Arbor, MI, États-Unis

Marcin Cieslik, Arul M. Chinnaiyan & Weiping Zou

Département d'urologie, Université du Michigan, Ann Arbor, MI, États-Unis

Michigan Center for Translational Pathology, Université du Michigan, Ann Arbor, MI, États-Unis

Institut médical Howard Hughes, Université du Michigan, Ann Arbor, MI, États-Unis

Deuxième département de chirurgie gastro-intestinale générale et d'oncologie chirurgicale du tractus digestif, Université médicale de Lublin, Lublin, Pologne

Witold Zgodziński & Grzegorz Wallner

Département de médecine interne, Faculté de médecine de l'Université du Michigan, Ann Arbor, MI, États-Unis

Programme d'études supérieures en immunologie, Faculté de médecine de l'Université du Michigan, Ann Arbor, MI, États-Unis

Costas A. Lyssiotis & Weiping Zou

Programme d'études supérieures en biologie du cancer, Faculté de médecine de l'Université du Michigan, Ann Arbor, MI, États-Unis

Costas A. Lyssiotis & Weiping Zou

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Contributions

Y.B., W.L. et W. Zou ont proposé le concept de recherche. Y.B. réalisé la majorité des expériences et exploré le concept du transporteur SLC. Y.B., W.L. et W. Zou ont conçu les expériences. W.L. et J.C. ont effectué des expériences in vivo avec Point1l/- souris. D.M.K., P.S., L.Z., Z.C.N. et C.A.L. conçu, réalisé et analysé les expériences MS pour les tests et l'analyse des métabolites. S.L., J.L., M.C. et A.M.C. assisté à l'analyse des données RNA-seq et RNA-seq à cellule unique. H.X., P.L., J.Y., L.V., W.S. et I.K. aidé dans la collecte d'échantillons de souris et d'humains et l'analyse des données FACS. S.W. et S.G a effectué le génotypage et la reproduction de souris. J.R.L. et K.M. a aidé à la conception de l'étude clinique et à la collecte d'échantillons de patientes atteintes d'un cancer de l'ovaire. A.C., A.P., W. Zgodziński, G.W., I.W. et K.O. réalisé l'étude clinique sur des patients atteints de cancer colorectal. Y.B., W.L. et W. Zou ont écrit le manuscrit.

Auteur correspondant


Un acide aminé unique pour le traitement du cancer du cerveau

La thérapie photodynamique est souvent utilisée pour traiter les tumeurs cérébrales en raison de sa spécificité - elle peut cibler de très petites régions contenant des cellules cancéreuses tout en épargnant les cellules normales qui l'entourent des dommages. Il agit en injectant un médicament appelé photosensibilisateur dans la circulation sanguine, où il se rassemble dans les cellules, puis en exposant les cellules remplies de médicament à la lumière. Lorsque le photosensibilisateur est exposé à cette lumière, il émet ce que l'on appelle une espèce réactive de l'oxygène (ROS) qui provoque la mort des cellules. La méthode est précise car les photosensibilisateurs se rassemblent préférentiellement dans les cellules cancéreuses par rapport aux cellules normales. Ainsi, lorsqu'elles sont exposées à la lumière, les cellules normales seront épargnées des dommages.

Cette méthode est cependant loin d'être parfaite. Bien que les composants chimiques utilisés pour construire le photosensibilisateur, tels que les complexes polypyridyle Ru, soient stables, biocompatibles et très efficaces pour émettre des ROS - et plus de ROS signifie une mort plus efficace des cellules tumorales - les composants supplémentaires qui y sont ajoutés pour augmenter les émissions conduire à une faible solubilité dans l'eau. Ainsi, le composé est difficile à manier pour une administration efficace du médicament car les molécules ont tendance à s'agglutiner plutôt que de se dissoudre uniformément et se déplacent ainsi proprement dans le sang, qui contient plus de 90 % d'eau. En tant que tel, il est possible d'améliorer la méthode de thérapie photodynamique, et des chercheurs de l'Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) ont proposé une nouvelle façon de construire un photosensibilisateur en ajoutant l'acide aminé naturel taurine dans le produit chimique du complexe Ru. se réconcilier. L'étude est publiée dans la revue Communications chimiques.

La taurine est l'un des acides aminés les plus abondants dans le système nerveux central et est connue pour aider à des fonctions essentielles telles que la transmission de signaux à travers le cerveau. Inspirée par la relation importante de la taurine avec le cerveau ainsi que par le fait qu'elle est biocompatible et naturellement soluble dans l'eau, l'équipe de recherche de l'OIST, y compris le premier auteur de l'article, le Dr Enming Du, l'a utilisée pour modifier les complexes Ru. Leurs recherches ont été menées dans des flacons cellulaires spécialisés avec soit un tampon citrate, qui est une solution qui imite l'intérieur des cellules où s'accumule le photosensibilisateur, soit une solution saline tamponnée au phosphate, une solution différente qui imite le pH naturel d'une cellule.

"La modification de la taurine est assez simple", explique le professeur OIST Ye Zhang de l'unité Bioinspired Soft Matter. Par simple chimie, il peut être ajouté aux complexes Ru pour créer un nouveau type de photosensibilisateur.

Après avoir observé les effets de ce nouveau photosensibilisateur sur les cellules cancéreuses, les chercheurs de l'OIST ont découvert que les complexes Ru modifiés par la taurine étaient capables de pénétrer efficacement dans les cellules et qu'ils généraient une grande quantité de ROS lorsqu'ils étaient exposés à la lumière, le tout sans compromettre les avantages inhérents. En outre, ils ont découvert que les complexes modifiés étaient particulièrement efficaces pour détruire les cellules cancéreuses du cerveau, par opposition à d'autres types de cellules cancéreuses.

Pendant des années, les chercheurs ont exploré différents composants chimiques pour créer un photosensibilisateur efficace pour la thérapie photodynamique, mais aucune méthode n'a donné des résultats optimaux. Le photosensibilisateur modifié à la taurine créé par l'équipe de recherche OIST est une nouvelle voie d'exploration prometteuse.


Remerciements

Nous tenons à remercier tous les patients qui ont fait don d'échantillons pour ces études, le UK Children's Cancer Study Group pour la fourniture d'échantillons de tumeurs primaires pédiatriques, le NCCGP pour la fourniture d'échantillons d'ADN de contrôle de sang de cordon et W. Haynes pour son aide à la préparation du manuscrit. Nous tenons également à remercier le Wellcome Trust, l'Institute of Cancer Research et Cancer Research UK pour leur soutien. C.J.M. est un Gibb Life Fellow du Cancer Research UK. G.P. et A.C. sont financés en partie par la Regione Autonoma della Sardegna. SAC. est soutenu par Breakthrough Breast Cancer.


Règlements de la glycoprotéine P/ABCB1/MDR1 dans les cellules cancéreuses humaines

La multirésistance aux médicaments (MDR) dans les cellules cancéreuses est un phénotype selon lequel les cellules présentent une sensibilité réduite aux médicaments anticancéreux, basée sur une variété de mécanismes, y compris une augmentation de l'efflux de médicaments, la réduction de l'absorption de médicaments, l'activation de la croissance cellulaire et la signalisation de survie, la la promotion de la réparation de l'ADN et l'inhibition de la signalisation de l'apoptose. L'expression accrue des pompes d'efflux de médicament de la membrane plasmique, les transporteurs de la cassette de liaison à l'ATP (ABC), est impliquée dans la MDR. La P-glycoprotéine/ABCB1 fait partie de la famille des transporteurs ABC et facilite l'efflux de divers médicaments anticancéreux, notamment les anthracyclines, vinca alcaloïdes, épipodophyllotoxines, taxanes et inhibiteurs de kinase, à partir de cellules. La glycoprotéine P est également exprimée dans les tissus et les cellules normaux, y compris les reins, le foie, le côlon et les glandes surrénales, pour transporter et/ou sécréter des substrats et au niveau des barrières hémato-encéphalique, hémato-placentaire et hémato-testiculaire pour les protéger. tissus de substances toxiques. Pour comprendre les fonctions mécanistiques de la P-glycoprotéine et surmonter la MDR, les chercheurs ont identifié les substrats et les inhibiteurs compétitifs de la P-glycoprotéine. Récemment, nous et d'autres groupes avons signalé des associations entre les voies de signalisation cellulaire et l'expression, la stabilité, la dégradation, la localisation et l'activité de la P-glycoprotéine. La présente revue résume les informations actuellement disponibles sur la régulation transcriptionnelle et post-traductionnelle de l'expression et de la fonction de la glycoprotéine P.

1. Caractérisation moléculaire de la glycoprotéine P dans le cancer

La résistance à un large spectre d'agents chimiothérapeutiques dans le cancer est appelée « multirésistance aux médicaments » (MDR) et constitue un problème majeur en chimiothérapie. La MDR apparaît souvent lors d'une chimiothérapie anticancéreuse ou lors d'une récidive après chimiothérapie [1]. Elle est causée par divers mécanismes, notamment une augmentation de l'efflux de médicaments, la réduction de l'absorption de médicaments, l'activation des voies de signalisation de croissance et de réparation de l'ADN, et l'inhibition de la voie de signalisation de l'apoptose par l'induction de molécules anti-apoptotiques [2].

Les transporteurs de la cassette de liaison à l'ATP (ABC) sont des molécules clés dans l'absorption et l'efflux du médicament [3]. Ils sont caractérisés par des domaines transmembranaires (TMD) et des domaines de liaison aux nucléotides (NBD) avec les motifs Walker A, Walker B et Signature C [3]. Les transporteurs ABC humains sont constitués de 48 ou 49 membres de la famille [3]. Parmi celles-ci, la glycoprotéine P (ABCB1), la protéine de résistance au cancer du sein (BCRP/MXR/ABC-P/ABCG2) et les protéines associées à la multirésistance (MRP1/ABCC1 et MRP2/ABCC2) fonctionnent comme des pompes d'efflux de médicaments anticancéreux, et leur expression confère un phénotype MDR aux cellules cancéreuses [4-8].

La glycoprotéine P humaine est codée par le multirésistance 1 (MDR1), situé sur le chromosome 7q21, et est largement exprimé sur la membrane plasmique, la membrane de Golgi et le canalicule intracellulaire des tissus humains normaux, y compris le foie, les reins, le côlon, les glandes surrénales, l'intestin, le placenta, les cellules précurseurs hématopoïétiques et les cellules endothéliales au niveau des barrières hémato-encéphalique, hémato-placentaire et hémato-testiculaire. La glycoprotéine P fonctionne dans le transport et/ou la sécrétion de ses substrats et la protection de ces tissus contre les substances physiologiquement actives, les agents cytotoxiques et les xénobiotiques [9–11]. L'expression de la glycoprotéine P est significativement élevée dans les tumeurs résistantes aux médicaments et pompe divers médicaments anticancéreux, tels que les anthracyclines, vinca alcaloïdes, épipodophyllotoxines et taxanes, et d'autres médicaments, y compris la digoxine, les inhibiteurs de la protéase du VIH, les statines et les xénobiotiques [12-17]. Ainsi, l'expression de la glycoprotéine P dans les cellules cancéreuses confère une MDR à ces médicaments anticancéreux.

La glycoprotéine P se compose de 1280 acides aminés et est exprimée sous la forme d'une glycoprotéine membranaire plasmique de 170 à 180 kDa qui possède deux NBD et TMD symétriques constitués de six ??-domaines transmembranaires hélicoïdaux [4–6].Douze segments transmembranaires dans les TMD de la glycoprotéine P forment un pore actif, les deux NBD étant orientés dans le cytoplasme, et les médicaments sont exportés à travers ce pore. Les segments transmembranaires 1, 5, 6, 11 et 12 jouent un rôle important dans la liaison des substrats à la glycoprotéine P, lui permettant de donner une variété et une spécificité des substrats [18-21]. Par exemple, la substitution de la phénylalanine par l'alanine en position 335 dans TM6 réduit l'affinité de la protéine pour la vinblastine et l'actinomycine D par rapport à celle de la glycoprotéine P de type sauvage, alors que cette substitution confère toujours une résistance à la colchicine et à la doxorubicine [19]. Cependant, la glycoprotéine P avec une triple substitution dans le TM12 (L975A/V981A/F983A) perd son activité de transport pour la rhodamine 123 et la daunorubicine, bien qu'elle conserve la faible activité de transport de médicament pour le bodipy-vérapamil, la calcéine-AM et le bodipy-paclitaxel [21]. Ainsi, la modulation des sites de liaison aux médicaments de la glycoprotéine P entraîne des schémas de transport uniques pour chaque médicament.

2. Régulations post-traductionnelles de la glycoprotéine P

2.1. Modulation de l'expression de la glycoprotéine P par la voie de signalisation de la protéine kinase activée par les mitogènes (MAPK)

Dans nos études précédentes, les œstrogènes ont régulé à la baisse l'expression de la glycoprotéine P dans les lignées cellulaires de cancer du sein MCF-7/MDR et T-47D/MDR exprimant la glycoprotéine P positives pour les récepteurs des œstrogènes et ont régulé à la baisse l'expression de la BCRP dans les lignées cellulaires de cancer du sein positives pour les récepteurs des œstrogènes exprimant la BCRP. Cellules MCF-7, MCF-7/BCRP et T-47D/BCRP. Cependant, ils n'ont pas régulé négativement l'expression de la glycoprotéine P dans la lignée cellulaire de cancer du sein MDA-MB-231/MDR exprimant les récepteurs d'oestrogènes et la lignée cellulaire de cancer de l'ovaire résistante à la doxorubicine NCI/ADR-RES. [22, 23]. La régulation à la baisse de BCRP dépendait de 17

-estradiol (E2) médié par la biosynthèse protéique post-transcriptionnelle mais pas sur la transcription de la BCRP gène ou sur la dégradation des protéines [22]. Un autre groupe de recherche a rapporté que les inhibiteurs de la phosphatidylinositol 3-OH kinase (PI3K) réduisaient l'expression de BCRP à la surface cellulaire des cellules LLC-PK1 exprimant BCRP [24]. Ces rapports suggèrent que certaines voies de signalisation sont impliquées dans la régulation de l'expression de la glycoprotéine P, probablement par le biais de modifications post-transcriptionnelles, telles que la phosphorylation, la glycosylation ou l'ubiquitination. Pour examiner cette hypothèse, nous avons passé au crible divers inhibiteurs qui modifient l'expression de la glycoprotéine P dans une lignée cellulaire tumorale colorectale humaine exprimant la glycoprotéine P, HCT-15, et avons découvert que les inhibiteurs MAPK/extracellulaires de la kinase kinase régulée par le signal (MEK) (U0126 et PD98059) et un inhibiteur de la protéine de choc thermique 90 (HSP90) (tanespimycine, 17-N-allylamino-17-deméthoxygeldanamycine [17-AAG]) a régulé à la baisse l'expression de la glycoprotéine P [25].

La signalisation MAPK comprend trois voies : la voie extracellulaire de la kinase régulée par le signal (ERK) (également connue sous le nom de voie MAPK classique), la voie p38 MAPK et la voie c-Jun N-terminal kinase (JNK). La voie ERK est l'une des voies de signalisation de croissance cellulaire les plus importantes, en particulier dans les cellules cancéreuses, tandis que les voies p38 MAPK et JNK impliquent une signalisation sensible au stress [26, 27]. La voie ERK comprend les récepteurs de la tyrosine kinase, Ras, Raf, MEK, ERK et p90 ribosomal S6 kinase (p90RSK). L'ERK activée régule divers événements cellulaires, notamment la croissance, la différenciation, le développement et l'apoptose cellulaires, via p90RSK ou par l'activation directe de facteurs de transcription en aval [26]. HSP90 est une protéine chaperon, régulant les cellules exposées aux stress environnementaux, et contrôle la stabilité, le repliement et l'activité de diverses protéines associées à HSP90 [28]. HSP90 redresse le repliement des protéines Raf et MEK et fournit ainsi leurs activités kinase. Les résultats décrits ci-dessus suggèrent que les inhibiteurs de MEK et HSP90 inhibent la voie ERK, entraînant une régulation négative de l'expression de la glycoprotéine P.

L'inhibiteur de PI3K LY294002, l'inhibiteur de p38 MAPK SB203580 et l'inhibiteur de JNK SP600125 ont été testés et n'ont pas affecté l'expression de la glycoprotéine P [25]. Divers rapports ont décrit l'association entre p38 MAPK et P-glycoprotéine : l'activation de p38 MAPK a réduit l'expression de MDR1 et MRP1 ARNm dans les cellules BEL-7402/5-FU résistantes au 5-fluorouracile [29], alors que l'inhibition de p38 MAPK a réduit l'activité de la protéine activatrice-1 (AP-1) et MDR1 expression génique dans des cellules SGC7901/VCR résistantes à la vincristine [30]. Le SB203580 a également inversé la MDR médiée par la glycoprotéine P des cellules L1210/VCR sans affecter l'expression de la glycoprotéine P [31]. La voie JNK serait également impliquée dans la régulation du promoteur de la MDR1 gène. Seven-in absentia homologue 1 (SIAH1), une ubiquitine ligase E3 qui régule la dégradation ubiquitine-protéasomale d'un certain nombre de protéines, a activé JNK et réduit MDR1 Expression de l'ARNm en favorisant la liaison de c-Jun au site AP-1 dans le MDR1 promoteur [32]. Un analogue de la cyclosporine, PSC833, a régulé négativement l'expression de la MDR1 gène en activant JNK/c-Jun/AP-1 et en supprimant le facteur nucléaire kappa B (NF-

B) [33]. Ainsi, la voie JNK/c-Jun/AP-1 est un régulateur négatif de MDR1 l'expression du gène. Cependant, certains groupes de recherche ont démontré que l'AP-1 est l'activateur du gène de MDR1 [30, 34]. Par conséquent, une double régulation doit se produire sur le site AP-1 dans le MDR1 promoteur.

Les inhibiteurs de MEK ont réduit non seulement la glycoprotéine P endogène des cellules HCT-15 et SW620-14, mais également la glycoprotéine P exogène des cellules MCF-7/MDR et MDA-MB-231/MDR sans affecter la MDR1 niveaux d'ARNm. Le renversement du ERK ou p90RSK gènes ont également réduit l'expression de la glycoprotéine P dans toutes les lignées cellulaires ci-dessus [25]. Ces résultats sont corroborés par une étude dans laquelle l'arsénite a augmenté l'expression de la glycoprotéine P avec la régulation positive de ERK1/2 phosphorylée, qui a été annulée par le prétraitement avec U0126 [35]. En revanche, plusieurs groupes ont signalé que MDR1 l'expression des gènes est régulée à la hausse par des facteurs de transcription en aval dans la voie ERK [36-38]. Ainsi, la voie ERK régule la P-glycoprotéine/MDR1 expression au niveau transcriptionnel et post-transcriptionnel.

La stimulation avec le facteur de croissance épidermique (EGF) ou le facteur de croissance basique des fibroblastes après privation de sérum a activé la voie de signalisation des récepteurs de l'EGF et augmenté l'expression de la glycoprotéine P [25]. La surexpression de H-Ras, c-Raf, MEK1/2, ERK1/2 ou p90RSK1/2 a également augmenté l'expression de la glycoprotéine P, tandis que la surexpression de la p110

sous-unité de PI3K, phosphatase de type sauvage ou mutante et homologue de la tensine délétée du chromosome 10 (PTEN), ou Akt1, tous impliqués dans la voie de signalisation PI3K-Akt [2, 39], n'a pas affecté l'expression de la glycoprotéine P [ 25]. Ainsi, la voie MAPK, mais pas la voie PI3K-Akt, contrôle l'expression de la P-glycoprotéine.

Le traitement des cellules HCT-15 avec U0126 a réduit la [35 S]méthionine/glycoprotéine P marquée par la cystéine dans une expérience de chasse d'impulsions, tandis que les niveaux de [ 35 S]méthionine/cystéine P-glycoprotéine marquée dans les cellules HCT-15 non traitées étaient relativement stables. U0126 a également activé de manière synergique la signalisation de l'apoptose induite par le paclitaxel dans les cellules exprimant la glycoprotéine P [25]. Ces données suggèrent que la voie de signalisation MAPK régule positivement l'expression de la glycoprotéine P et la protège de la dégradation. Cette voie est donc considérée comme une bonne cible pour surmonter la MDR médiée par la glycoprotéine P.

2.2. Dégradation ubiquitine-protéasomale de la glycoprotéine P

Deux processus de dégradation des protéines ont été suggérés pour dégrader la BCRP : la BCRP correctement repliée avec N-la glycosylation liée est transférée à la membrane plasmique puis dégradée passant par la voie autophagique, ou BCRP mal repliée (par exemple, causée par des polymorphismes de nucléotides simples dans le BCRP gène) subit une dégradation ubiquitine-protéasomale [40, 41]. ΔF508-CFTR/ABCC7 mal replié, qui est la mutation la plus courante dans un canal anionique sélectif pour le chlore et provoque la mucoviscidose, est rapidement dégradé par la dégradation associée au réticulum endoplasmique [42–45]. Nous avons examiné le mécanisme de dégradation de la glycoprotéine P et avons constaté que le traitement des cellules avec des inhibiteurs du protéasome (MG132, lactacystine ou bortézomib) montrait une augmentation rapide des niveaux endogènes et exogènes de la glycoprotéine P [46]. Cependant, l'inhibition de la dégradation autophagique en traitant les cellules avec la bafilomycine A1 n'a pas affecté les niveaux de P-glycoprotéine. MG132 a amélioré l'ubiquitination de la glycoprotéine P et retardé la disparition de la glycoprotéine P ubiquitinée dans une expérience de chasse au cycloheximide, suggérant que la voie ubiquitine-protéasome régule la dégradation de la glycoprotéine P.

La dégradation des protéines est importante pour le maintien de l'homéostasie des protéines dans les cellules, et la voie ubiquitine-protéasome joue un rôle central dans cette dégradation [62-65]. Les chaînes de polyubiquitine agissent comme des marqueurs sur les protéines cibles, qui sont reconnues par le protéasome. La conjugaison de l'ubiquitine à un substrat est régulée par la réaction séquentielle de trois enzymes, l'enzyme d'activation de l'ubiquitine E1, l'enzyme de conjugaison de l'ubiquitine E2 (UBE2) et l'ubiquitine E3 ligase. Les ligases E3 se lient directement aux protéines substrats. Par conséquent, ils sont les composants les plus importants du processus de conjugaison de l'ubiquitine. Nous avons recherché les partenaires de liaison du fragment intracellulaire C-terminal de la glycoprotéine P qui sont associés à sa dégradation à l'aide d'un criblage par spectrométrie de masse MALDI/TOF MS assistée par une matrice d'immunoprécipitation et identifié F- box protein 15 (FBXO15, également connu sous le nom de FBX15) en tant que candidat de liaison [46]. Nous avons ensuite confirmé FBXO15 comme l'un des partenaires de liaison de la P-glycoprotéine en démontrant que la P-glycoprotéine de type sauvage co-immunoprécipitait avec FBXO15. Les ubiquitine E3 ligases sont classées en trois groupes différents, en fonction de la présence de domaines HECT, U-box ou RING-finger. Dans certains cas, la ligase E3 est composée de plusieurs protéines, telles que le complexe SCF, qui se compose de la protéine 1 associée à la kinase en phase S (Skp1), Cullin1 (Cul1), Rbx1 et d'une protéine F-box variable spécifique au substrat [ 62-67]. Le FBXO15 est classé dans la famille O des protéines F-box et il est rapporté qu'il forme le complexe ubiquitine E3 ligase

avec Rbx1, Skp1 et Cul1 [66, 68]. Cependant, les substrats de n'avaient pas été identifiés jusqu'à cette étude.

Nous avons criblé 23 UBE2 pour identifier les protéines qui s'associent à la fois au FBXO15 et à la glycoprotéine P [46]. Parmi ceux-ci, UBE2R1 (également connu sous le nom de CDC34 ou UBCH3) a été identifié comme le partenaire de liaison des deux protéines et devrait être un médiateur entre UBE2R1 et la glycoprotéine P dans la dégradation ubiquitine-protéasomale de la glycoprotéine P. En présence de MG132, le renversement de FBXO15 et/ou UBE2R1 réduit le niveau de glycoprotéine P ubiquitinée sans affecter le niveau de glycoprotéine P totale. En revanche, en l'absence de MG132, le renversement de FBXO15 ou UBE2R1 augmentation des taux de glycoprotéine P sans affecter MDR1 niveaux d'ARNm. Conformément à ces constatations, FBXO15-les cellules appauvries présentaient une résistance à la vincristine et des niveaux réduits de rhodamine intracellulaire 123, un substrat fluorescent de la glycoprotéine P, par rapport à celles des cellules témoins transfectées avec de l'ARN brouillé (siRNA) non silencieux. Ces résultats indiquent que la voie de dégradation ubiquitine-protéasomale, incluant UBE2R1 et le complexe, régule la dégradation de la P-glycoprotéine. Cependant, la diaphonie entre la dégradation ubiquitine-protéasomale de la glycoprotéine P et l'inhibition de la MEK n'a pas encore été clarifiée.

2.3. Trafic et recyclage de la glycoprotéine P

L'autophagie est la voie de dégradation lysosomale par endocytose et a la même importance que la voie ubiquitine-protéasome dans la dégradation des protéines et l'homéostasie [69, 70]. Plusieurs protéines membranaires, y compris les récepteurs et les transporteurs, se recyclent vers la membrane plasmique en recyclant le système endosomal. Certaines protéines cargo trient la membrane cellulaire, y compris les protéines rejetées, en vésicules luminales internes des corps multivésiculaires (endosomes précoces), et les corps multivésiculaires matures (endosomes tardifs) peuvent fusionner avec le lysosome. Les vésicules de fusion sont appelées autolysosomes, et les vésicules et les protéines cargo sont protéolysées par les enzymes lysosomales.

Les Rab GTPases appartiennent aux plus grandes familles de petites GTPases et régulent le transport vésiculaire de nombreuses protéines dans l'endocytose, l'exocytose et le recyclage. L'un des membres de la famille Rab GTPase, Rab11a, aurait subi un trafic de type sauvage et mutant (

F508) CFTR au recyclage apical dans les cellules épithéliales des voies respiratoires humaines [71]. Récemment, Rab4 et Rab5 sont passés en revue pour réguler le trafic et le recyclage de la glycoprotéine P et contrôler la dégradation de la glycoprotéine P localisée sur la membrane de la surface cellulaire [72]. La surexpression du mutant de type sauvage ou constitutivement actif de Rab4 a diminué l'expression de la glycoprotéine P à la surface cellulaire, alors que le mutant dominant négatif n'a pas affecté l'expression de la glycoprotéine P sur la membrane plasmique [73]. Ce phénomène est causé par la régulation médiée par Rab4 de l'exocytose de la glycoprotéine P dans l'endosome précoce. En revanche, Rab5 est suggéré pour réguler à la fois l'exocytose et l'endocytose de la glycoprotéine P [74, 75]. La surexpression du mutant dominant négatif de Rab5 a accumulé l'expression intracellulaire de la glycoprotéine P, suggérant que Rab5 régule l'exocytose de la glycoprotéine P [74]. Un autre groupe a démontré que Rab5 régule également l'endocytose de la glycoprotéine P [75]. La surexpression de Rab5 de type sauvage a entraîné le recyclage de la glycoprotéine P de la membrane plasmique en fractions intracellulaires. Ainsi, certaines petites GTPases, dont Rab4 et Rab5, contrôlent l'expression de la glycoprotéine P sur la membrane plasmique par son trafic et son recyclage.

La bafilomycine A1 est un inhibiteur de la fusion de l'endosome avec le lysosome. Comme mentionné ci-dessus, nous avons traité les cellules avec de la bafilomycine A1 pendant 6 h, mais le médicament n'a pas affecté l'expression de la glycoprotéine P [46]. Ce résultat suggère que le trafic et le recyclage de la glycoprotéine P devraient nécessiter un temps considérable. En fait, certains groupes ont rapporté une demi-vie de disparition de la glycoprotéine P de la membrane plasmique comprise entre 15 et 72 h sur plusieurs lignées cellulaires et dans différentes conditions expérimentales [76-79]. Par conséquent, la voie de dégradation ubiquitine-protéasomale peut exister en tant que système de protéolyse rapide, et la voie de trafic et de recyclage endosomiques en tant que système lent dans l'homéostasie de la glycoprotéine P.

2.4. Stabilité de la glycoprotéine P et glycosylation régulée par la kinase Pim-1

La sérine/thréonine protéine kinase Pim-1 a été initialement identifiée comme le site d'intégration proviral dans la lymphomagenèse du virus de la leucémie murine de Moloney [80, 81]. La surexpression de Pim-1 est souvent observée dans diverses malignités humaines, notamment la leucémie myéloïde aiguë, la leucémie lymphoblastique aiguë, le cancer de la prostate et le cancer gastrique [82]. Pim-1 favorise la croissance des cellules tumorales en favorisant la progression du cycle cellulaire, la migration cellulaire et la traduction des protéines et en supprimant l'apoptose. Deux isoformes protéiques de Pim-1, 33 kDa Pim-1S et 44 kDa Pim-1L, ont été signalées comme des produits de traduction alternatifs et présentent une localisation subcellulaire différente : Pim-1S à la fois dans le cytoplasme et le noyau et Pim-1L principalement sur le membrane plasma.

La P-glycoprotéine contient une séquence consensus de phosphorylation de Pim-1, QDRKLS, située entre les acides aminés 678 et 683, et le 44 kDa Pim-1L, mais pas 33 kDa Pim-1S, a été signalé comme médiateur de la phosphorylation de Ser683 dans P- glycoprotéine [83]. Cette phosphorylation Ser683 protège la glycoprotéine P de la dégradation et permet sa glycosylation et son expression à la surface cellulaire. renversement de Pim-1 par l'introduction d'un ARN en épingle à cheveux court a réduit la phosphorylation et la stabilité de la glycoprotéine P, et une in vitro Le dosage de la kinase a montré la phosphorylation médiée par Pim-1L de la P-glycoprotéine. Les cellules HL60/VCR sont des cellules de leucémie promyélocytaire humaine résistantes à la vincristine qui expriment la glycoprotéine P, et leur traitement avec un inhibiteur de Pim-1, SGI-1776, a favorisé la dégradation protéolytique rapide de la glycoprotéine P avec une demi-vie de 1 h, alors que la demi-vie dans les cellules non traitées était de 9 h. Le co-traitement des cellules avec SGI-1776 et MG132 a retardé la disparition de la P-glycoprotéine.

Pim-1 a stabilisé la glycoprotéine P de 150 kDa, qui est une forme sous-glycosylée de la glycoprotéine P, et a favorisé sa glycosylation et sa translocation ultérieure à la surface cellulaire. L'inhibition de Pim-1 a également sensibilisé les cellules surexprimant la glycoprotéine P à la doxorubicine dans un essai de formation de colonies. Ces résultats indiquent que Pim-1 régule l'expression de la glycoprotéine P à la surface cellulaire en protégeant la forme de 150 kDa de la glycoprotéine P de la dégradation protéasomale et appuient en partie notre conclusion selon laquelle la voie ubiquitine-protéasome est importante dans la dégradation de la glycoprotéine P. 46].

Le Pim-1L phosphorylerait également le Thr362 dans la BCRP et favoriserait sa dimérisation dans les cellules cancéreuses de la prostate humaine [84]. Pim-1L a été identifié comme une protéine de liaison à la BCRP dans un criblage à deux hybrides de levure. La liaison de Pim-1L à BCRP a été confirmée in vivo et in vitro, et leur colocalisation a été confirmée dans des cellules en culture. La substitution de la thréonine par l'alanine à la position 362 (T362A) dans la BCRP a aboli l'expression à la surface cellulaire, la dimérisation et l'activité de transport de la BCRP, tandis que la substitution de cette thréonine par l'acide aspartique (T362D) a augmenté la résistance cellulaire à la mitoxantrone et au topotécan. , malgré le renversement de Pim-1. Ainsi, Pim-1L modère la MDR dans les cellules cancéreuses en régulant non seulement l'expression de la glycoprotéine P mais aussi l'expression de la BCRP, bien que les mécanismes de régulation soient assez différents pour les deux protéines.

2.5. Phosphorylation de la glycoprotéine P par la protéine kinase C (PKC) et la protéine kinase A (PKA)

Dans les années 1990, il a été démontré que la PKC et la PKA phosphorylaient les résidus de sérine dans la région de liaison de la P-glycoprotéine [85, 86]. Plusieurs groupes ont rapporté que la PKC et la PKA sont essentielles pour la translocation et la fonction de la P-glycoprotéine, tandis que d'autres ont réfuté cela, bien que tous les groupes s'accordent sur la phosphorylation de la P-glycoprotéine médiée par la PKC ou la PKA. Chambers et al. ont identifié trois résidus de phosphorylation médiée par la PKC (Ser661, Ser667 et Ser671) et trois résidus de phosphorylation médiée par la PKA (Ser667, Ser671 et Ser683) dans la glycoprotéine P en utilisant un peptide synthétique de la glycoprotéine P [85]. Tous se trouvent sur la région de liaison intracellulaire entre le premier NBD et TM7.

La translocation de la P-glycoprotéine associée à la PKA a été rapportée par deux groupes différents [87, 88].Les cellules de mammifères expriment deux isoformes de PKA, de type I et de type II, qui sont caractérisées par différentes sous-unités régulatrices [89, 90]. Le complexe PKA de type I est appelé « PKA-RI » et le complexe PKA de type II est « PKA-RII ». PKA-RI se localise principalement dans le cytoplasme et affiche une sensibilité plus élevée à l'AMPc que PKA-RII. En revanche, la plupart des PKA-RII sont ancrées dans des organites et des structures cellulaires spécifiques en se liant aux protéines d'ancrage A-kinase (AKAP). Cela fournit un niveau de contrôle important, garantissant la spécificité de la transduction du signal médiée par l'AMPc. La sous-unité régulatrice de la PKA, PKA-RII, régulerait le trafic efficace de la glycoprotéine P vers la membrane plasmique canaliculaire apicale [87]. Traitement des cellules HepG2 avec un inhibiteur de la glucosylcéramide synthase, ,L-thréo-1-phényl-2-décanoylamino-3-morpholino-1-propanol, a inhibé l'apparition de la P-glycoprotéine sur les surfaces apicales nouvellement synthétisées. Par conséquent, la synthèse du glucosylcéramide est un facteur important dans le transport efficace de la Golgi à la surface apicale de la P-glycoprotéine. L'AKAP350, qui est l'une des protéines d'ancrage de la PKA-RII, est également impliquée dans l'expression polarisée de la glycoprotéine P sur la membrane canaliculaire apicale [88].

En revanche, d'autres groupes de recherche ont réfuté l'association fonctionnelle entre la P-glycoprotéine et la PKC ou la PKA. Germann et al. ont exprimé la glycoprotéine P de type sauvage et défectueuse en phosphorylation dans des cellules de mammifères et ont comparé leurs niveaux d'expression et leur sensibilité à la vinblastine, à la colchicine et à la doxorubicine [86]. Cependant, deux types de cellules ne présentaient aucune différence dans leur expression de la glycoprotéine P ou leur sensibilité aux médicaments, ce qui suggère que la phosphorylation de la glycoprotéine P n'est pas essentielle pour son expression et sa fonction. Cvijic et Chin ont également rapporté que l'activité PKA-RI n'était pas corrélée à l'expression de la glycoprotéine P [91]. Plusieurs cellules exprimant la glycoprotéine P avec diverses activités PKA-RI présentaient des niveaux égaux de glycoprotéine P et aucune différence dans leur sensibilité à la doxorubicine, au paclitaxel ou à la colchicine n'a été observée.

Ainsi, plusieurs groupes ont démontré des résultats contradictoires concernant l'association entre la P-glycoprotéine et la PKC ou la PKA. On pense récemment que la PKA, y compris AKAP350, et la PKC régulent la translocation de la glycoprotéine P et sa fonction passant par sa phosphorylation, mais la preuve n'est pas encore concluante.

3. Règlement de transcription de MDR1 Expression de l'ARNm et de la glycoprotéine P

3.1. Régulation transcriptionnelle de MDR1 Expression

De nombreuses séquences de liaison aux facteurs de transcription, telles que celles pour AP-1, NF-B, les facteurs de transcription Forkhead O1 (FOXO1, également connu sous le nom de FKHR) et O3a (FOXO3a, également connu sous le nom de FKHRL1), et le facteur de lymphocytes T/amplificateur lymphoïde (TCF/LEF), ont été identifiés dans la région promotrice du MDR1 gène et les activités de transcription du MDR1 promoteur en réponse à ces facteurs de transcription ont été démontrés. Comme mentionné ci-dessus, les facteurs de transcription AP-1 et NF-B se lient directement à la région promotrice de la MDR1 gène [30–34, 92, 93]. Il a été rapporté que AP-1 induisait la transcription à partir du MDR1 promoteur dans les cellules SGC7901/VCR du cancer de l'estomac humain résistant à la vincristine et les cellules Caco-2 résistantes à la vinblastine [30, 34], alors qu'il a été démontré que l'expression d'AP-1 supprime cette transcription dans diverses lignées cellulaires, y compris H460/MDR, SKOV3/MDR, A498 et SK-MES-1/DX1000 [32, 33]. On pense que ces résultats divergents sont déterminés par des corégulateurs, tels que c-Jun, c-Fos et ATF2. L'activation de NF-B par la vinblastine dans les cellules Caco-2, par l'insuline dans les cellules d'hépatome de rat et par des espèces réactives de l'oxygène et du cadmium dans les cellules du tubule proximal du rein a régulé positivement l'expression de MDR1 ARNm pour défendre les tissus et les cellules contre ces substances [33, 34, 92-94]. Il a également été démontré que le facteur de choc thermique 1 et la protéine de choc thermique 27 suppriment MDR1 Expression de l'ARNm via l'inactivation de NF-B dans des cellules cancéreuses du sein humaines résistantes à la doxorubicine [94]. Ainsi, la signalisation NF-B est l'une des voies importantes impliquées dans la régulation transcriptionnelle de MDR1.

La signalisation PI3K-Akt est impliquée dans la transcription du MDR1 gène. La production médiée par PI3K du second messager phosphatidylinositol-3,4,5-triphosphate (PIP3) déclenche l'activation d'Akt médiée par la 3-phosphoinositide-dépendante kinase 1 (PDK1) [2]. Le substrat 1 de la toxine botulique C3 lié à Ras (Rac1) est une petite protéine G de la famille Rho et l'un des activateurs d'Akt via l'activation de PI3K [95]. L'activation de PI3K et Rac1 par l'hépatocarcinogène 2-acétylaminofluorène induit MDR1 ARNm via l'activation d'Akt dans les cellules d'hépatocarcinome humain HepG2 et les cellules de rein embryonnaire humain (HEK) 293 [96]. Cependant, des études récentes ont montré des résultats différents, dans lesquels FOXO1 et FOXO3a, qui sont régulés négativement par l'inhibition Akt-dépendante de la translocation nucléaire [97], ont régulé positivement le MDR1 activité de promoteur dans les cellules MCF-7/ADR du cancer du sein résistantes à la doxorubicine et les cellules de leucémie humaine K562 [98-100]. Information silencieuse deux orthologue 1 (SIRT1) également améliorée MDR1 activité de promoteur passant par Activation de FOXO1 dans les cellules MCF-7/ADR [99]. Ces différences sont attribuables à des facteurs inconnus, mais une grande variété de facteurs épigénétiques agissant dans le MDR1 région promotrice dans chaque lignée cellulaire sont considérés comme impliqués.

La signalisation Wnt/ -caténine favorise l'expression de MDR1 ARNm. L'activation de la signalisation Wnt/-caténine par l'inhibition du cadmium, du chlorure de lithium, de la glycogène synthase kinase-3 (GSK-3) ou de la transfection d'ADNc a favorisé la translocation nucléaire de la -caténine et l'activation du facteur de transcription TCF/LEF. Le TCF/LEF activé a régulé positivement l'expression de ses gènes cibles, y compris c-myc, cycline D1, et MDR1, pour augmenter la prolifération, l'évasion de l'apoptose et la résistance à la toxicité des métaux des cellules de carcinome rénal, des cellules endothéliales du cerveau et des cellules de leucémie myéloïde chronique [101-103]. GSK-3 est une cible en aval d'Akt et est régulée négativement par elle [2]. Par conséquent, l'activation d'Akt améliore la transcription de la MDR1 par l'inactivation de GSK-3 et l'activation de la signalisation Wnt/-caténine.

3.2. Association de MicroRNAS avec MDR1 Expression de l'ARNm et de la glycoprotéine P

Il a été rapporté qu'un certain nombre de microARN (miR) modulent l'expression de MDR1 ARNm et glycoprotéine P (tableau 1) [104]. Certains d'entre eux, notamment miR-451, miR-27a, miR-508-5p, miR-331-5p, miR-298 et miR-145, sont directement associés à la région 3'-non traduite (UTR) de la MDR1 l'ARNm et suppriment l'expression de la glycoprotéine P [47-50, 53-55]. L'expression de miR-27a et miR-451 réduite MDR1 L'expression de l'ARNm et de la glycoprotéine P et a augmenté la sensibilité aux médicaments anticancéreux des lignées cellulaires cancéreuses MDR A2780DX5, KB-V1 et MCF-7/DOX et des cellules souches du cancer colorectal [47-49]. La surexpression de miR-508-5p a suffisamment inversé la résistance des cellules cancéreuses gastriques à de multiples agents chimiothérapeutiques en supprimant la glycoprotéine P [53]. Il a été rapporté que l'expression de miR-331-5p est en corrélation inverse avec l'expression de la glycoprotéine P dans les cellules K562/DOX et la surexpression de miR-331-5p dans les lignées cellulaires de leucémie résistantes à la doxorubicine K562/DOX et HL60/DOX augmenté leur sensibilité à la doxorubicine [50]. D'autres microARN, miR-298 et miR-145, ont supprimé la transcription du MDR1 dans les cellules MDA-MB-231 et HEK293 résistantes à la doxorubicine, respectivement [54, 55].


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