Reprogrammation glycométabolique induite par la lactylation de XRCC1 confère une résistance thérapeutique dans le glioblastome surexprimant ALDH1A3
Introduction de l’arrière-plan
Le glioblastome multiforme (GBM) est la tumeur cérébrale maligne primaire la plus courante et la plus agressive chez l’adulte, caractérisée par un taux élevé de récidive et de mortalité. Malgré l’application de chimiothérapie et de radiothérapie agressives après la chirurgie, le GBM reste insensible aux traitements actuels, et le pronostic pour les patients est généralement très mauvais. Des recherches récentes ont montré que la présence de cellules souches du glioblastome multiforme (GSCs) augmente significativement la résistance aux traitements et les risques de récidive de la tumeur. Le manque de marqueurs spécifiques pour ces cellules limite le développement de thérapies ciblées. Par conséquent, étudier les mécanismes de résistance thérapeutique induits par le reprogrammation métabolique du GBM et développer des thérapies ciblées associées devrait augmenter la sensibilité de la tumeur à la chimiothérapie et à la radiothérapie, prolongeant ainsi la survie des patients.
Source de l’étude
Cette recherche a été dirigée par Guanzhang Li et ses collègues, affiliés à l’hôpital Tiantan de Pékin, l’Institut de neurochirurgie de l’université de médecine de la capitale à Pékin, l’université Otto von Guericke de Magdebourg, entre autres. Cet article a été publié dans le journal « Cell Metabolism » le 6 août 2024.
Procédure de recherche détaillée
1. Objectif et conception de l’étude
L’étude a d’abord classé les patients atteints de GBM en groupes à haute et à faible expression d’ALDH1A3 par immunofluorescence, et a constaté que les patients avec une haute expression bénéficiaient moins de la chimio- et radiothérapie post-opératoire. Ces patients n’ont pas montré de différences significatives sur d’autres facteurs pronostiques clinique-pathologiques. De plus, des lignées cellulaires d’inactivation et de restauration de l’ALDH1A3 ont été construites à partir de GSCs d’origine patient à l’aide de l’édition génétique CRISPR-Cas9, montrant qu’après inactivation de l’ALDH1A3, la sensibilité aux TMZ et à la radiothérapie augmentait, tandis que les cellules restaurées retrouvaient leur résistance.
2. Séquençage ARN et analyse métabolomique
Pour explorer les mécanismes de résistance thérapeutique induits par la surexpression d’ALDH1A3, les chercheurs ont réalisé un séquençage ARN et une analyse métabolomique non ciblée sur les GSCs éditées par ALDH1A3. Les résultats ont montré que les GSCs modifiées présentaient des changements significatifs au niveau des processus métaboliques et des métabolites. Il a été découvert que l’expression ou la réexpression de l’ALDH1A3 augmentait la production de L-lactate et du métabolisme glycolytique, tandis que les variations d’expression des gènes associés à la glycolyse n’étaient pas évidentes.
3. Interaction entre ALDH1A3 et PKM2
Utilisant la co-immunoprécipitation et l’analyse par spectrométrie de masse, les chercheurs ont découvert une interaction protéique entre ALDH1A3 et PKM2. Une validation ultérieure a montré qu’ALDH1A3 se lie physiquement à PKM2 dans les GSCs. Une expérimentation de pull-down au glutathion-S-transférase a également confirmé l’interaction protéine-protéine directe entre ALDH1A3 et PKM2.
4. Lactylation de XRCC1 induite par le lactate
Une analyse protéomique a révélé que la suppression d’ALDH1A3 modifiait significativement les niveaux globaux de modification protéique par lactylation des GSCs. La spectrométrie de masse a identifié quatre sites de lysine de XRCC1 soumis à lactylation. Une analyse plus poussée a montré que la lactylation au site K247 de XRCC1 modifiait sa charge de surface, augmentant ainsi son affinité pour la protéine d’importation nucléaire α, ce qui renforçait considérablement l’activité de réparation de l’ADN, augmentant ainsi la résistance des cellules à la radiothérapie et à la chimiothérapie.
5. Sélection et effet du composé D34-919
Basé sur des analyses in vitro et in vivo, les chercheurs ont trouvé que le composé D34-919 pouvait efficacement bloquer l’interaction protéique entre ALDH1A3 et PKM2 et inhiber significativement la tétramérisation de PKM2 dans les cellules cibles, empêchant également la résistance à la chimio- et radiothérapie induite par la surexpression d’ALDH1A3.
6. Validation par expérimentation animale in vivo
Dans des expérimentations animales in vivo sur des souris, trois combinaisons thérapeutiques (D34-919 avec TMZ, D34-919 avec radiothérapie, et une combinaison des trois) ont montré des effets significatifs de suppression tumorale et ont significativement prolongé la survie globale des souris. Aucune thérapie indépendante n’a presque complètement éliminé la tumeur. De plus, le traitement combiné avec D34-919 n’a pas entraîné de perte de poids ni de dommages aux organes vitaux.
Résultats de la recherche
Globalement, cette étude a révélé qu’ALDH1A3 promotionne la tétramérisation de PKM2 via l’interaction avec cette protéine, conduisant à une accumulation de lactate dans les GSCs. Cela améliore la capacité de réparation de l’ADN en augmentant la lactylation de XRCC1, entraînant finalement une résistance à la chimio- et radiothérapie. En sélectionnant le composé D34-919, la recherche a réussi à bloquer cette interaction, augmentant significativement la sensibilité à la chimio- et radiothérapie des cellules de GBM à haute expression d’ALDH1A3.
Importance de l’étude et valeur applicative
Cette étude a révélé pour la première fois le mécanisme spécifique d’ALDH1A3 par la tétramérisation de PKM2 et la lactylation de XRCC1, clarifiant le lien direct entre la reprogrammation métabolique du GBM et la résistance thérapeutique. En tant que nouveau sensibilisateur à la chimio- et radiothérapie, le composé D34-919 offre une nouvelle option thérapeutique pour les patients atteints de GBM à forte expression d’ALDH1A3.
Points forts et innovations de l’étude
- Découverte d’un nouveau mécanisme métabolique : L’étude a révélé pour la première fois qu’ALDH1A3, par interaction avec PKM2, provoque une accumulation de lactate dans les GSCs, en renforçant leur capacité de réparation de l’ADN par lactylation de XRCC1.
- Composé D34-919 : Le composé D34-919, sélectionné par criblage, interfère efficacement avec l’interaction entre ALDH1A3 et PKM2, augmentant considérablement la sensibilité des cellules de GBM à forte expression d’ALDH1A3 à la chimio- et radiothérapie.
- Signification clinique : Cette étude propose une nouvelle approche thérapeutique et un médicament potentiel pour les patients atteints de GBM à forte expression d’ALDH1A3.
Conclusion
Cette recherche a approfondi la compréhension des mécanismes moléculaires de la reprogrammation métabolique du GBM et de la résistance à la chimio- et radiothérapie, fournissant de nouvelles stratégies thérapeutiques et posant une base solide pour de futures recherches cliniques.