Le rôle de PFKFB3 dans la tolérance aux EGFR-TKIs dans le cancer du poumon non à petites cellules

Contexte

Le cancer du poumon non à petites cellules (CPNPC) est l’une des principales causes de décès liés au cancer dans le monde. Les mutations du récepteur du facteur de croissance épidermique (EGFR) sont relativement fréquentes dans le CPNPC, représentant environ 15 à 30 % des cas. Bien que les inhibiteurs de la tyrosine kinase de l’EGFR (EGFR-TKIs) tels que l’erlotinib et l’osimertinib aient montré une efficacité significative dans le traitement des patients atteints de CPNPC avec mutations de l’EGFR, de nombreux patients finissent par développer une résistance, entraînant une récidive tumorale. La résistance aux médicaments est non seulement liée à des mutations génétiques, mais aussi à des mécanismes non génétiques tels que la reprogrammation métabolique. Cette reprogrammation permet aux cellules cancéreuses de survivre sous traitement médicamenteux continu, conduisant à l’émergence de populations cellulaires résistantes.

Ces dernières années, des études ont montré que le régulateur de la glycolyse, la 6-phosphofructo-2-kinase/fructose-2,6-bisphosphatase (PFKFB3), joue un rôle clé dans le maintien du métabolisme et de l’équilibre redox des cellules cancéreuses. PFKFB3 régule le flux glycolytique et l’homéostasie redox, aidant les cellules cancéreuses à survivre sous pression médicamenteuse. Cependant, le mécanisme d’action de PFKFB3 dans le traitement par EGFR-TKIs reste mal compris. Par conséquent, cette étude vise à explorer le rôle de PFKFB3 dans la régulation métabolique et redox pendant le traitement par EGFR-TKIs, afin de fournir de nouvelles stratégies thérapeutiques pour surmonter la résistance dans le CPNPC.

Source de l’article

Cet article a été co-écrit par Nadiia Lypova, Susan M. Dougherty, Brian F. Clem et d’autres chercheurs de l’École de médecine de l’Université de Louisville (University of Louisville School of Medicine) et du Centre du cancer Brown (Brown Cancer Center) aux États-Unis. L’article a été publié en 2024 dans la revue Cancer & Metabolism sous le titre PFKFB3-dependent redox homeostasis and DNA repair support cell survival under EGFR-TKIs in non-small cell lung carcinoma.

Processus et résultats de la recherche

1. Conception de l’étude et protocole expérimental

Cette étude a utilisé diverses méthodes expérimentales pour explorer systématiquement le rôle de PFKFB3 dans le traitement par EGFR-TKIs. Le processus de recherche comprend les étapes principales suivantes :

a) Analyse métabolomique

Les chercheurs ont d’abord effectué une analyse métabolomique pour suivre les changements dans le métabolisme du glucose des cellules cancéreuses pulmonaires sous inhibition de PFKFB3 et traitement par EGFR-TKIs. Des expériences de traçage métabolique ont été réalisées en utilisant du glucose marqué par des isotopes stables ([u-13C]-glucose), analysant les changements métaboliques dans la glycolyse, le cycle de l’acide tricarboxylique (cycle TCA) et la voie des polyols (polyol pathway).

b) Évaluation du stress oxydatif et des dommages à l’ADN

Grâce à l’imagerie de cellules vivantes et à des expériences d’oxydation par DCFDA, les chercheurs ont quantifié les niveaux de stress oxydatif dans différentes conditions de traitement. De plus, des techniques d’immunocytochimie et des tests de comète neutre (neutral comet assay) ont été utilisés pour évaluer l’intégrité de l’ADN, en particulier les dommages causés par le stress oxydatif.

c) Impact de l’inhibition de PFKFB3 sur la survie cellulaire

Les chercheurs ont utilisé les inhibiteurs de PFKFB3, PFK-158 et Kan0438757, en combinaison avec des EGFR-TKIs (erlotinib et osimertinib), pour évaluer l’impact de l’inhibition de PFKFB3 sur la survie des cellules cancéreuses pulmonaires. Des tests de viabilité cellulaire et des mesures des niveaux d’ATP ont été réalisés pour analyser l’effet de l’inhibition de PFKFB3 sur le métabolisme et l’équilibre énergétique des cellules.

d) Étude des mécanismes de réparation de l’ADN

À l’aide de techniques de western blot et de microscopie à fluorescence, les chercheurs ont évalué l’impact de l’inhibition de PFKFB3 sur l’expression des enzymes de réparation de l’ADN (telles que MPG, NTHL1 et UNG2) et ont exploré le rôle de PFKFB3 dans la réparation par excision de bases (BER).

2. Principaux résultats

a) PFKFB3 maintient le flux glycolytique

L’étude a révélé que l’inhibition de PFKFB3 réduisait significativement la capture du glucose et le flux glycolytique dans les cellules cancéreuses pulmonaires traitées par EGFR-TKIs. L’inhibition de PFKFB3 a également entraîné une diminution des niveaux d’ATP, indiquant que PFKFB3 joue un rôle clé dans le maintien de l’équilibre énergétique cellulaire.

b) L’inhibition de PFKFB3 exacerbe le stress oxydatif

L’inhibition de PFKFB3 a augmenté de manière significative les niveaux d’espèces réactives de l’oxygène (ROS) dans les cellules cancéreuses pulmonaires et a réduit l’expression de la glutathion peroxydase 4 (GPX4). GPX4 est un composant essentiel du système de défense antioxydant cellulaire, et sa diminution a exacerbé le stress oxydatif.

c) PFKFB3 régule la réparation de l’ADN

L’étude a montré que l’inhibition de PFKFB3 réduisait significativement l’expression des glycosylases de l’ADN (telles que MPG, NTHL1 et UNG2), entraînant une augmentation des dommages oxydatifs à l’ADN. De plus, l’inhibition de PFKFB3 a également réduit l’expression d’ATM (ataxia-telangiectasia mutated), affaiblissant davantage la capacité de réparation des dommages à l’ADN.

d) L’inhibition de PFKFB3 renforce la cytotoxicité des EGFR-TKIs

L’inhibition de PFKFB3 a significativement augmenté l’effet cytotoxique des EGFR-TKIs sur les cellules cancéreuses pulmonaires, indiquant que PFKFB3 joue un rôle important dans le maintien de la tolérance des cellules cancéreuses aux EGFR-TKIs.

3. Conclusion de l’étude

Cette étude montre que PFKFB3, en régulant la glycolyse, l’équilibre redox et la réparation de l’ADN, aide les cellules cancéreuses pulmonaires à survivre sous traitement par EGFR-TKIs. L’inhibition de PFKFB3 peut efficacement affaiblir l’adaptabilité métabolique et la capacité de réparation de l’ADN des cellules cancéreuses, augmentant ainsi la cytotoxicité des EGFR-TKIs. Cette découverte fournit une base théorique pour le développement de nouvelles thérapies anticancéreuses ciblant PFKFB3, ce qui pourrait aider à surmonter le problème de la résistance dans le CPNPC.

Points forts de l’étude

1. Rôle multifonctionnel de PFKFB3 : Cette étude révèle pour la première fois de manière systématique le rôle multifonctionnel de PFKFB3 dans le traitement par EGFR-TKIs, incluant la régulation de la glycolyse, de l’équilibre redox et de la réparation de l’ADN.
2. Reprogrammation métabolique et résistance : L’étude met en lumière l’importance de la reprogrammation métabolique dans la résistance aux EGFR-TKIs, offrant une nouvelle perspective sur la manière dont les cellules cancéreuses survivent sous pression médicamenteuse.
3. Nouvelles stratégies thérapeutiques : L’inhibition de PFKFB3, en tant que stratégie thérapeutique potentielle, pourrait aider à éliminer les cellules cancéreuses avant qu’elles ne développent une résistance, améliorant ainsi l’efficacité à long terme des EGFR-TKIs.

Importance et valeur de l’étude

Cette étude approfondit notre compréhension du rôle de PFKFB3 dans le métabolisme et la résistance du cancer du poumon, tout en fournissant un soutien théorique important pour le développement de nouvelles thérapies anticancéreuses ciblant PFKFB3. En inhibant PFKFB3, il pourrait être possible d’améliorer efficacement l’efficacité des EGFR-TKIs, de réduire les récidives tumorales et d’offrir de nouveaux espoirs thérapeutiques aux patients atteints de CPNPC.