NEDDylation des substrats du récepteur de l’insuline en tant que régulateur de la signalisation insuline et son impact sur la migration des cellules cancéreuses

Contexte académique

Ces dernières années, la relation entre le cancer et le diabète a suscité un vif intérêt, principalement en raison de leurs mécanismes pathologiques et épidémiologiques qui se chevauchent. Des études épidémiologiques montrent que les patients atteints de diabète de type 2 (T2DM) présentent un risque significativement accru de développer divers cancers, y compris le cancer du pancréas, le cancer colorectal, le cancer de la prostate et le cancer de l’ovaire. La dysrégulation de l’insuline est une caractéristique notable du diabète de type 2, cette dysrégulation perturbant la voie de signalisation de l’insuline, ce qui est considéré comme un facteur de risque pour le développement de nombreux cancers.

Dans la signalisation de l’insuline, les substrats du récepteur de l’insuline 1 et 2 (IRS1 et IRS2) jouent un rôle crucial en tant qu’intermédiaires dans la transmission des effets de l’insuline aux processus cellulaires. Dans les cellules cancéreuses, les protéines IRS sont activées lorsque l’insuline se lie à son récepteur, déclenchant une cascade complexe de signaux. Comparativement aux tissus normaux, les niveaux de protéines IRS sont plus élevés dans les cancers, suggérant leur implication potentielle dans la tumorigenèse. La plupart des types de cancer présentent également une expression élevée des protéines IRS, suggérant leur rôle diversifié et contextuel dans le cancer.

Avec la compréhension croissante des mécanismes d’activation des protéines IRS, les modifications post-traductionnelles (telles que la phosphorylation, l’ubiquitination, l’O-GlcNAcylation et l’acétylation) sont considérées comme des facteurs clés régulant l’activité des protéines IRS et leur interaction avec les effecteurs en aval. Pour comprendre en profondeur les fonctions de régulation de ces modifications, des recherches supplémentaires sur les modifications post-traductionnelles des protéines IRS sont particulièrement importantes.

Source de l’étude

Cette recherche a été réalisée en collaboration entre des chercheurs du Seoul National University College of Medicine et de la Yokohama National University, les résultats de l’étude ayant été publiés dans la revue « Cancer Gene Therapy ».

Méthodologie de la recherche

Tissus humains et culture cellulaire

En respectant scrupuleusement la Déclaration d’Helsinki, des échantillons de tissus ont été recueillis auprès de patients atteints de cancer de l’ovaire bien différencié et peu différencié. Plus précisément, les échantillons ont été obtenus au cours des interventions chirurgicales réalisées entre 2019 et 2022 dans le département de pathologie de SNUH. En termes de culture cellulaire, des lignées cellulaires telles que HEK293, SKOV3, U373 et RCC4 ont été utilisées.

Analyse de l’expression différentielle des gènes et enrichissement

Au moyen d’un diagramme en volcan et d’une analyse GSEA, les gènes exprimés différemment chez les patients atteints de cancer de l’ovaire de bas grade et de haut grade ont été étudiés, identifiant les gènes et les voies clefs différenciés. Les résultats montrent que les niveaux d’ARNm de la NAE1, une enzyme de NEDDylation, sont significativement plus élevés chez les patients atteints de cancer de l’ovaire de bas grade par rapport à ceux de haut grade. Une analyse d’enrichissement des gènes soumis à une stimulation par l’insuline et sous-exprimés dans le cancer de l’ovaire de bas grade a soutenu cette constatation.

Identification des protéines et analyse immunohistochimique

En utilisant l’analyse LC-MS/MS, les protéines exprimées différemment (DEPs) ont été identifiées et l’analyse de voie fonctionnelle en se référant à la base de données KEGG a mis en évidence le rôle important de la protéine IRS1 dans l’enrichissement fonctionnel biologique. Une analyse immunohistochimique supplémentaire a révélé que sous traitement par l’insuline et les inhibiteurs de NEDDylation, les niveaux d’expression de IRS1 et IRS2 augmentent considérablement.

Essais de migration et PCR quantitative (RT-qPCR)

Des expérimentations de migration cellulaire (y compris les essais de transwell et de cicatrisation) ont été menées afin d’évaluer l’impact de l’inhibition de la NEDDylation et du traitement par l’insuline sur la migration cellulaire. De plus, en utilisant la méthode RT-qPCR, les niveaux d’ARNm de IRS1 et IRS2 ont été analysés, les résultats montrant que, malgré l’augmentation du niveau de protéines, l’inhibition de la NEDDylation et le traitement à l’insuline n’ont pas affecté les niveaux d’expression des ARNm de IRS1 et IRS2.

Tests de stabilité et d’immunoprécipitation des protéines

En utilisant le cycloheximide (CHX), la recherche a exploré l’impact de l’insuline sur la stabilité des protéines IRS1 et IRS2 en présence de l’inhibition de la NEDDylation. Les résultats ont montré que le traitement combiné augmentait significativement la stabilité de IRS1 et IRS2. En outre, les expériences d’immunoprécipitation des protéines ont confirmé la relation séquentielle de la NEDDylation et de l’ubiquitination dans le contrôle homéostatique des protéines IRS1 et IRS2.

Résultats de l’étude

Corrélation négative entre NEDDylation et stimulation par insuline dans le cancer de l’ovaire

L’étude a révélé une corrélation négative entre la NEDDylation et la malignité du cancer de l’ovaire, avec l’expression faible de l’enzyme spécifique de NEDDylation NAE1 étant associée à une réponse accrue à la stimulation par l’insuline, soulignant le rôle régulateur crucial de la NEDDylation dans la signalisation de l’insuline.

Relation entre le niveau de protéines IRS et le mauvais pronostic du cancer de l’ovaire

Les résultats d’identification des protéines ont montré que sous stimulation élevée par l’insuline, l’inhibition de la NEDDylation augmentait considérablement les niveaux d’expression des protéines IRS1 et IRS2. De plus, dans les échantillons de patients atteints de cancer de l’ovaire, l’expression élevée de IRS1 et IRS2 était associée à une survie globale plus faible, particulièrement chez les patients atteints de cancer de l’ovaire avec DT2, où les niveaux d’expression de IRS1 et IRS2 étaient remarquablement plus élevés.

Régulation de la migration cellulaire et de l’intolérance au glucose

Dans trois lignées cellulaires cancéreuses, la combinaison de l’inhibition de la NEDDylation et du traitement à l’insuline a significativement augmenté la capacité de migration cellulaire en activant la voie de signalisation PI3K/AKT via les protéines IRS1 et IRS2. La surexpression des protéines IRS a encore stimulé la migration des cellules cancéreuses, avec IRS1 et IRS2 potentiellement fonctionnant via des mécanismes indépendants.

Rôle de C-CBL en tant qu’enzyme E3 de NEDDylation

L’étude a validé le rôle de C-CBL en tant qu’enzyme E3 de NEDDylation pour IRS1 et IRS2, favorisant leur NEDDylation à travers l’interaction avec les protéines IRS, régulant ainsi leur dégradation et stabilité. Des expériences de knockdown ont montré que la perte de C-CBL augmentait considérablement l’expression de IRS1 et IRS2 ainsi que la migration des cellules cancéreuses, tandis que le knockdown conjoint de IRS1 et IRS2 atténuait ces effets.

Conclusion

Cette étude a élucidé le rôle régulateur de la NEDDylation dans la signalisation de l’insuline et la migration des cellules cancéreuses, soulignant davantage le rôle crucial de C-CBL dans ce processus. Les résultats indiquent que la dysrégulation de la signalisation de l’insuline affecte considérablement la stabilité des protéines IRS par l’intermédiaire de la NEDDylation, offrant de nouvelles cibles potentielles pour le traitement du cancer. Cependant, étant donné les effets anticancéreux des inhibiteurs de la NEDDylation, leur utilisation chez les patients atteints de T2DM ou d’hyperinsulinémie doit être prudente.

Points forts de l’étude

1. Corrélation négative entre NEDDylation et signalisation de l’insuline: La faible expression de NAE1 est liée à une réponse accrue à la stimulation par l’insuline, soulignant l’importance régulatrice de la NEDDylation dans la signalisation de l’insuline.

2. Association des protéines IRS avec le pronostic du cancer: Une expression élevée de IRS1 et IRS2 est associée à un mauvais pronostic chez les patients atteints de cancer de l’ovaire, surtout ceux atteints de DT2.

3. Rôle clé de C-CBL: En tant qu’enzyme E3 de NEDDylation pour les protéines IRS, C-CBL régule leur stabilité, influençant considérablement la capacité migratoire des cellules cancéreuses.

4. Innovation méthodologique: L’intégration de diverses techniques expérimentales, y compris LC-MS/MS, immunohistochimie, essais de migration cellulaire et immunoprécipitation des protéines, a permis une analyse complète du mécanisme de NEDDylation des protéines IRS.

Signification de l’étude

Cette recherche révèle non seulement l’importance de la NEDDylation dans la signalisation de l’insuline, mais offre également de nouvelles perspectives et cibles potentielles pour le traitement du diabète et du cancer. Une étude approfondie de la NEDDylation et de ses molécules régulatrices (comme C-CBL) pourrait faciliter le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques pour traiter les cancers associés à la dysrégulation de la signalisation insulinique.