En cours
Toute vie commence par une cellule unique (œuf fécondé). S’en suit une grand nombre de divisions cellulaires permettant la génèse des 30 000 milliards de cellules qui nous composent. Chez un adulte la majorité des cellules ne se divise plus, seule une cellule sur 10 000 se divise de façon à assurer le remplacement de celles qui meurent quotidiennement.
Les cancers sont dus à une prolifération anormale de cellules qui devraient rester au repos, et les traitements actuels visent à inhiber leur prolifération ainsi qu’à activer leur mort. Malheureusement, beaucoup de cellules tumorales développent des mécanismes empêchant cette mort. Notre but est de comprendre ces mécanismes de résistance pour lutter contre eux.
Les traitements anticancéreux classiques reposent en grande partie sur la capacité à déclencher la mort programmée des cellules tumorales, un mécanisme appelé apoptose. Au cours de notre vie, ce processus élimine de façon contrôlée les cellules abîmées ou devenues inutiles, afin de maintenir l’équilibre global des tissus.
Dans de nombreux cancers, cet équilibre est rompu : des cellules qui devraient rester au repos recommencent à se diviser, échappent à la mort programmée et finissent par former une tumeur. Les chimiothérapies et d’autres traitements cherchent justement à réactiver cette capacité de mort programmée dans les cellules malades.
Cependant, beaucoup de tumeurs parviennent à développer des stratégies de résistance. Elles modifient par exemple l’expression de certaines protéines qui contrôlent l’apoptose, ce qui leur permet de survivre malgré les médicaments. Comprendre en détail ces mécanismes de résistance est une condition pour concevoir des traitements plus efficaces et pour limiter les rechutes après une réponse initiale à la chimiothérapie.
Le projet coordonné par Marc Blondel s’intéresse à une protéine appelée Bcl-x, appartenant à la famille Bcl-2, qui joue un rôle central dans la régulation de l’apoptose. Bcl-x se trouve à la surface des mitochondries, ces organites considérés comme les « centrales énergétiques » de la cellule, mais qui participent aussi aux signaux de mort cellulaire.
Le gène BCL-x peut être réorganisé de plusieurs manières au moment où l’ARN messager est produit : c’est ce que l’on appelle l’ « épissage alternatif ». À partir d’un même gène, la cellule fabrique ainsi plusieurs versions légèrement différentes de la protéine, ou isoformes. Pour Bcl-x, deux isoformes principales sont en jeu :
La proportion entre ces deux formes agit comme une sorte de curseur : lorsque Bcl-xL domine, la cellule est plus résistante à la mort programmée ; lorsque Bcl-xS augmente, la cellule devient plus susceptible de s’autodétruire. Dans de nombreux cancers, on observe une expression accrue de Bcl-xL, associée à une survie prolongée des cellules tumorales et à une moindre sensibilité aux chimiothérapies. À l’inverse, une proportion élevée de Bcl-xS est retrouvée dans des situations où l’apoptose est excessive, comme certains diabètes ou des maladies cardiaques.
Le projet de Marc BLONDEL s’intéresse à la façon dont la cellule choisit entre ces deux isoformes et à la possibilité de rediriger ce choix en contexte tumoral.
Pour expliquer ce choix, l’équipe se penche sur une étape précise de la fabrication de l’ARN messager : l’épissage, c’est-à-dire le découpage et le raccordement des segments d’ARN pré-messager (pré-ARNm) pour produire la version finale traduite en protéine. Ce processus est orchestré par des protéines spécialisées, les facteurs d’épissage, qui reconnaissent des séquences ou des structures particulières sur l’ARN.
Dans le cas de BCL-x, des travaux récents ont mis en évidence la présence de cinq « G-quadruplexes » (G4) au sein ou à proximité des sites alternatifs d’épissage qui conduisent aux formes Bcl-xL et Bcl-xS. Les G-quadruplexes sont des structures secondaires non classiques de l’ADN ou de l’ARN, formées dans des régions riches en guanines (l’une des quatre bases du code génétique). Au lieu de rester sous forme de simple « fil », la molécule se replie en une architecture compacte, stabilisée par des empilements de tétrades de guanines. Ces structures peuvent modifier la manière dont les protéines se fixent sur l’ARN et influencer l’expression des gènes.
Avec son équipe, Marc Blondel a identifié deux facteurs d’épissage, dont l’un est nouveau, qui se lient de façon préférentielle à l’un de ces G-quadruplexes, situé très près du site d’épissage menant à la forme courte Bcl-xS. En augmentant ou en diminuant l’expression de ces facteurs, les chercheurs observent une modification de la balance entre Bcl-xL et Bcl-xS, ce qui suggère que ce G-quadruplex joue un rôle dans la décision d’épissage.
L’équipe a ensuite testé une petite collection de « ligands de G4 », c’est-à-dire de petites molécules capables de se fixer sélectivement sur les G-quadruplexes plutôt que sur d’autres structures d’ADN ou d’ARN. Certains composés, comme le PhenDC3, se révèlent capables à la fois de modifier la liaison des facteurs d’épissage au G-quadruplex de BCL-x et d’orienter l’épissage vers la forme Bcl-xS.
Ces premiers résultats suggèrent qu’en agissant sur la structure G-quadruplex et sur l’interaction avec les facteurs d’épissage, il est possible de rééquilibrer la production des isoformes de Bcl-x.
Ce projet s’appuie sur une expertise acquise par l’équipe dans un autre contexte pathologique : les cancers liés au virus d’Epstein-Barr (EBV), un virus impliqué dans plusieurs types de lymphomes et de cancers nasopharyngés. Marc Blondel et ses collaborateurs ont montré que la nucléoline, une protéine de la cellule hôte, se fixe sur des G-quadruplexes présents dans l’ARN messager d’une protéine virale, EBNA1, et que cette interaction participe à la capacité du virus à échapper au système immunitaire.
Dans ces travaux, des ligands de G-quadruplex ont permis de perturber la liaison nucléoline/ARN viral et d’interférer avec ce mécanisme d’évasion. Cette expérience dans le domaine des G4 d’ARN et de leurs ligands est directement réinvestie dans le projet en cours soutenu par la Fondation de l’Avenir.
Les chimistes de l’Institut Curie à Orsay fournissent à l’équipe des collections de molécules très variées capables de se lier aux G-quadruplexes. Ces composés sont soumis à des criblages systématiques dans des modèles cellulaires, afin d’identifier ceux qui modifient le plus nettement l’épissage de BCL-x en direction de la forme Bcl-xS. La démarche combine ainsi chimie médicinale, biologie de l’ARN et cancérologie, avec l’objectif d’identifier de nouveaux outils moléculaires pour étudier et, à terme, moduler la résistance des tumeurs à l’apoptose.
Sur le plan des connaissances fondamentales, le projet cherche à préciser le rôle des G-quadruplexes d’ARN et des facteurs d’épissage dans la régulation d’un gène directement impliqué dans la décision de survie ou de mort des cellules. Il contribue à mieux comprendre comment des structures fines de l’ARN peuvent influencer l’épissage alternatif et, par ricochet, la réponse des cellules cancéreuses aux traitements.
En s’appuyant sur des ligands de G4 existants et sur de nouvelles molécules issues de collaborations en chimie, l’équipe explore également le fonctionnement intime de ce dialogue entre ARN, structures G-quadruplexes et protéines d’épissage. L’étude comparée de différents ligands, y compris ceux déjà décrits dans la littérature comme l’ellipticine, permet mettre en évidence des composés plus sélectifs pour les G-quadruplexes d’ARN et mieux adaptés à l’étude de BCL-x.
Au-delà du cas particulier de Bcl-x, cette recherche contribue à consolider le concept des G-quadruplexes comme cibles possibles de petites molécules en cancérologie et, plus largement, dans les pathologies où l’épissage alternatif est perturbé.
À court terme, le projet ne débouche pas directement sur un nouveau médicament, mais il peut apporter plusieurs avancées utiles pour les patients atteints de cancer. En cernant mieux le rôle de la balance Bcl-xL/Bcl-xS dans la résistance à l’apoptose, il devient possible d’identifier des profils de tumeurs particulièrement dépendantes de cette balance. Ces connaissances pourraient contribuer, plus tard, à classer les tumeurs selon leur vulnérabilité à certaines combinaisons thérapeutiques.
À plus long terme, si des ligands de G-quadruplex parviennent à orienter de façon suffisamment spécifique l’épissage vers la forme pro-apoptotique Bcl-xS, ces molécules pourraient être envisagées comme compléments de chimiothérapies existantes, dans l’objectif de rendre à nouveau sensibles des tumeurs devenues résistantes.
Marc BLONDEL, Brest
