Academic literature on the topic 'Phosphatidylinositol 3-kinases – Dissertation universitaire'

Les inhibiteurs covalents ciblés (TCI) sont très prometteurs pour la recherche de nouveaux médicaments. Ils offrent un certain nombre d’avantages par rapport aux inhibiteurs réversibles traditionnels, comme un temps de séjour prolongé, une puissance accrue et la possibilité d’apporter des modifications pour une conception efficace. Les inhibiteurs de kinases sont les exemples les plus courants d’ITC. Les enzymes phosphoinositide 3-kinase (PI3K) sont des cibles médicamenteuses importantes en oncologie car elles sont impliquées dans la voie de signalisation de nombreuses fonctions cellulaires telles que le contrôle de la croissance, le métabolisme et l’initiation de la traduction. Les résidus lysine (Lys) ont suscité un intérêt croissant comme alternative pour l’inhibition covalente ciblée. Récemment, les premiers inhibiteurs sélectifs et irréversibles avec des groupes esters comme tête électrophile ciblant le résidu Lys779 et inactivant de manière covalente l’enzyme PI3Kδ ont été rapportés. L’objectif principal de cette thèse est d’élucider le mécanisme de l’inhibition covalente de PI3Kδ par ces inhibiteurs ester afin d’aider à la conception future de nouveaux inhibiteurs avec des activités supérieures. Avant les études mécanistiques sur l’enzyme, nous avons d’abord effectué des calculs ab initio et DFT sur la réaction modèle entre la méthylamine et les acétates de méthyle, phényle et p-NO2 phényle en solution aqueuse. Les mêmes systèmes modèles ont ensuite été étudiés par l’approche de dynamique moléculaire QM/MM "à double niveau". Pour l’option "bas niveau", les simulations QM/MM ont été conduites au niveau PM3/TIP3P, et elles ont permis d’obtenir l’échantillonnage du système dans le cadre de la technique « umbrella sampling ». Les structures obtenues ont ensuite été utilisées pour obtenir des corrections perturbatives à l’énergie libre avec une région QM de "haut niveau" décrite par la méthode M06-2X/6-311+G(d,p). Les résultats montrent que la première étape implique la formation d’un intermédiaire tétraédrique zwittérionique. Ensuite, pour des esters suffisamment électrophiles, tels que le dérivé p-NO2, la réaction se déroule par dissociation du zwittérion sous forme de paire d’ions, suivie d’un transfert de protons conduisant à la formation des produits attendus. Nous avons utilisé des outils théoriques similaires pour étudier les mécanismes d’inhibition dans le cas de l’enzyme. Tout d’abord, un modèle de site actif de l’enzyme a été construit par des simulations classiques de dynamique moléculaire. Ensuite, l’approche ONIOM QM:QM au niveau M06-2X/6-31+G(d,p):PM6 a été appliquée pour obtenir les mécanismes de réaction envisageables dans ce site actif. Ces calculs nous ont permis d’affiner les mécanismes de réaction dans l’environnement enzymatique qui confirment globalement les étapes obtenues à partir du petit système modèle. Nous avons finalement utilisé ces informations pour aborder une étude QM/MM dynamique sur l’enzyme en utilisant le même protocole "double niveau" établi pour le petit système modèle, ce qui nous a permis d’obtenir le profil d’énergie libre du mécanisme d’inhibition de PI3Kδ pour le dérivé p-NO2 de l’inhibiteur ester. La barrière calculée est en bon accord avec les données cinétiques expérimentales disponibles, ce qui valide l’approche théorique proposée et les mécanismes obtenus. Grâce à l’élucidation du mécanisme d’inhibition de composés précédemment testés expérimentalement, notre étude ouvre la voie à la découverte de nouveaux inhibiteurs à activité améliorée à l’aide des outils de la chimie théorique
Targeted Covalent Inhibitors (TCIs) hold great promise for search of new drugs. They offer a number of potential advantages over traditional reversible inhibitors, such as extended residence time, increased potency, and the ability to make modifications for effective design. Kinase inhibitors are the most common examples of TCIs. Phosphoinositide 3-kinase (PI3K) enzymes are important drug targets in oncology as they are involved in the signaling pathway for many cellular functions such as growth control, metabolism and translation initiation. Lysine (Lys) residues have gained increasing interest as an alternative for targeted covalent inhibition. Recently, the first selective and irreversible inhibitors with ester groups as electrophilic head targeting the Lys779 residue and covalently inactivating the PI3Kδ enzyme were reported. The main objective of this thesis is to elucidate the mechanism of the covalent inhibition of PI3Kδ by these ester inhibitors in order to assist future design of new inhibitors with superior activities. Prior to the mechanistic studies on the enzyme, initially, we performed ab initio and DFT calculations on the model reaction between methylamine and methyl, phenyl and p-NO2 phenyl acetates in aqueous solution. The same model systems were then studied by the "dual-level" QM/MM molecular dynamics approach. For the “low-level” option, PM3/TIP3P umbrella sampling QM/MM simulations were applied for the sampling. The obtained structures were then used to obtain perturbative corrections to the free energy with a “high-level” QM region at the M06-2X/6-311+G(d,p) level. The results show that thefirst step involves the formation of the zwitterionic tetrahedral intermediate. Then, for sufficiently electrophilic esters, such as the p-NO2 derivative, the reaction proceeds by dissociation of the zwitterion as an ion pair, followed by proton transfer leading to the formation of the expected products. We, then, employed similar computational tools to shed light on the mechanistic aspects of the enzyme. First, an active site model of the enzyme was built through classical molecular dynamics simulations. Then, ONIOM QM:QM approach at the M06-2X/6 -31+G(d,p):PM6 level was applied to get possible reaction mechanisms in this active site. These calculations guided us to refine the reaction mechanisms in enzyme environment which globally confirm the steps obtained from the small model system. We finally used this information to approach a dynamic QM/MM study on the enzyme using the same“dual-level” protocol established for the small model system, which allowed us to obtain the free energy profile of the inhibition mechanism of PI3Kδ for p-NO2 derivative of the ester inhibitor. The calculated barrier is in good agreement with the available experimental kinetic data, which validates the proposed theoretical approach and the obtained mechanisms. Through the elucidation of the inhibition mechanism of previously experimentally tested compounds, our study paves the way for the discovery of new inhibitors with improved activity with the help of theoretical chemistry tools

Une élévation majeure de la charge mutationnelle (hypermutation) est observée dans certains gliomes. Néanmoins, les mécanismes de ce phénomène et ses implications thérapeutiques notamment concernant la réponse à la chimiothérapie ou à l'immunothérapie sont encore mal connus. Sur le plan du mécanisme, une association entre hypermutation et mutations des gènes de la voie de réparation des mésappariements de l'ADN (MMR) a été rapportée dans les gliomes, cependant la plupart des mutations MMR observées dans ce contexte n'étaient pas fonctionnellement caractérisées, et leur rôle dans le développement d’hypermutation restait de ce fait incertain. De plus, l'impact de l'hypermutation sur l'immunogénicité des cellules gliales et sur leur sensibilité au blocage des points de contrôles immunitaires (par exemple par traitement anti-PD-1) n’est pas connu. Dans cette étude, nous analysons de manière exhaustive les déterminants cliniques et moléculaires de la charge et des signatures mutationnelle dans 10 294 gliomes, dont 558 (5,4%) tumeurs hypermutées. Nous identifions deux principales voies responsables d'hypermutation dans les gliomes : une voie "de novo" associée à des déficits constitutionnels du système MMR et de la polymérase epsilon (POLE), ainsi qu'une voie "post-traitement", plus fréquente, associée à l'acquisition de déficits MMR et de résistance secondaire dans les gliomes récidivant après chimiothérapie par temozolomide. Expérimentalement, la signature mutationnelle des gliomes hypermutés post-traitement (signature COSMIC 11) était reproduite par les dommages induits par le témozolomide dans les cellules MMR déficientes. Alors que le déficit MMR s'associe à l'acquisition de résistance au témozolomide, des données cliniques et expérimentales suggèrent que les cellules MMR déficientes conservent une sensibilité à la nitrosourée lomustine. De façon inattendue, les gliomes MMR déficients présentaient des caractéristiques uniques, notamment l'absence d'infiltrats lymphocytaires T marqués, une hétérogénéité intratumorale importante, une survie diminuée ainsi qu’un faible taux de réponse aux traitements anti-PD-1. De plus, alors que l'instabilité des microsatellites n'etait pas détectée par des analyses en bulk dans les gliomes MMR déficients, le séquençage du génome entier à l'échelle de la cellule unique de gliome hypermuté post-traitement permettait de démontrer la presence de mutations des microsatellites. Collectivement, ces résultats supportent un modèle dans lequel des spécificités dans le profil mutationnel des gliomes hypermutés pourraient expliquer l’absence de reconnaissance par le système immunitaire ainsi que l’absence de réponse aux traitements par anti-PD-1 dans les gliomes MMR déficients. Nos données suggèrent un changement de pratique selon lequel la recherche d’hypermutation par séquençage tumoral lors de la récidive après traitement pourrait informer le pronostic et guider la prise en charge thérapeutique des patients
High tumor mutational burden (hypermutation) is observed in some gliomas; however, the mechanisms by which hypermutation develops and whether it predicts chemotherapy or immunotherapy response are poorly understood. Mechanistically, an association between hypermutation and mutations in the DNA mismatch-repair (MMR) genes has been reported in gliomas, but most MMR mutations observed in this context were not functionally characterized, and their role in causing hypermutation remains unclear. Furthermore, whether hypermutation enhances tumor immunogenicity and renders gliomas responsive to immune checkpoint blockade (e.g. PD-1 blockade) is not known. Here, we comprehensively analyze the clinical and molecular determinants of mutational burden and signatures in 10,294 gliomas, including 558 (5.4%) hypermutated tumors. We delineate two main pathways to hypermutation: a de novo pathway associated with constitutional defects in DNA polymerase and MMR genes, and a more common, post-treatment pathway, associated with acquired resistance driven by MMR defects in chemotherapy-sensitive gliomas recurring after temozolomide. Experimentally, the mutational signature of post-treatment hypermutated gliomas (COSMIC signature 11) was recapitulated by temozolomide-induced damage in MMR-deficient cells. While MMR deficiency was associated with acquired temozolomide resistance in glioma models, clinical and experimental evidence suggest that MMR-deficient cells retain sensitivity to the chloroethylating nitrosourea lomustine. MMR-deficient gliomas exhibited unique features including the lack of prominent T-cell infiltrates, extensive intratumoral heterogeneity, poor survival and low response rate to PD-1 blockade. Moreover, while microsatellite instability in MMR-deficient gliomas was not detected by bulk analyses, single-cell whole-genome sequencing of post-treatment hypermutated glioma cells demonstrated microsatellite mutations. Collectively, these results support a model where differences in the mutation landscape and antigen clonality of MMR-deficient gliomas relative to other MMR-deficient cancers may explain the lack of both immune recognition and response to PD-1 blockade in gliomas. Our data suggest a change in practice whereby tumor re-sequencing at relapse to identify progression and hypermutation could inform prognosis and guide therapeutic management

Le reflux gastro-oesophagien et les acides biliaires ont été incriminés dans la pathogénie de l'oesophage de Barrett, lésion précancéreuse s'accompagnant d'un processus de métaplasie intestinale avec augmentation du nombre de cellules caliciformes, et dans sa dégénérescence en adénocarcinome. Au cours de cette séquence carcinogénétique, a été observée, à partir de tissus humains, une augmentation de l'expression des mucines MUC1 et MUC4. MUC1 et MUC4 sont des O-glycoprotéines membranaires impliquées dans les phénomènes de reconnaissance cellulaire et de signalisation intracellulaire. Dans notre laboratoire, des travaux précédents sur la régulation de l'expression des MUC4 dans la lignée cellulaire d'adénocarcinome de l'oesophage OE33, ont montré que les acides taurocholique (TC), taurodésoxycholique (TDC), aurochénodésoxycholique (TCDC), et glycocholique (GC), ainsi que le glycocholate de sodium (GNa) pouvaient réguler l'expression de MUC4 au niveau transcriptionnel essentiellement via la voie de la phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K). Nous avons entrepris, au cours de ce travail, (i) d'identifier les facteurs de transcription impliqués dans la régulation de MUC4 par les acides biliaires, (ii) d'étudier la régulation de l'expression de MUC1 par les acides biliaires in vitro et ex vivo dans un modèle d'explants, (iii) d'analyser l'intérêt diagnostique et pronostique de l'étude en immunohistochimie de l'expression de MUC1 et MUC4 au cours de la séquence carcinogénétique dans une cohorte de 52 patients et (iv) de mettre au point un modèle animal de carcinogenèse induite chez le rat afin de pouvoir étudier le rôle des mucines in vivo. Nous montrons ainsi que parmi les facteurs de transcription testés, l'Hepatocyte Nuclear Factor-1a (HNF-1a) joue un rôle majeur dans la régulation du promoteur distal de MUC4 par les acides biliaires TDC et TCDC. Dans le modèle cellulaire OE33 et dans un modèle ex vivo d'explants, les acides biliaires TC, TDC, TCDC, GC et GNa, ainsi que l'acide désoxycholique (DC) constituent de puissants activateurs de l'expression de MUC1. Des expériences de transfections cellulaires transitoires, de siRNA (small interfering RNA) et utilisant des inhibiteurs pharmacologiques des voies PI3K, MAPK, PKC et PKA ont permis de montrer que cette régulation était promoteur-dépendante et passait par la voie PI3K. Dans les tissus humains, MUC4 est surexprimé au stade de dysplasie et pourrait constituer un marqueur diagnostique précoce de dégénérescence en adénocarcinome. En revanche, aucun intérêt pronostique n'a pu être mise en évidence pour MUC1 et MUC4. Le modèle animal de carcinogenèse induite chez le rat comportant une anastomose oeso-duodénale associé à la prise de fer en tant que co-carcinogène a pu être établi et a permis de reproduire la totalité de la séquence carcinogénétique. Les résultats préliminaires montrent que le reflux est constitué de façon prépondérante par les acides biliaires TC et TCDC, et que les mucines Muc1 et Muc4 sont surexprimés dans la zone d'exposition au reflux, suggérant leur implication dans le processus de carcinogenèse. Ces nouveaux mécanismes de régulation de l'expression des gènes de mucines MUC1 et MUC4 ainsi que les résultats préliminaires de la modélisation animale mettent en avant le rôle clé des acides biliaires dans les étapes précoces de la carcinogenèse oesophagienne. A terme, ces gènes de mucines pourraient constituer de nouveaux marqueurs biologiques permettant d'affiner les modalités de prise en charge diagnostique et thérapeutique de l'adénocarcinome de l'oesophage et ainsi d'en améliorer le pronostic

Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC), one of the most aggressive human malignancies, is thought to be initiated by KRAS activation. Here, we find that transcriptional activation mediated by the GLI family of transcription factors, although dispensable for pancreatic development, is required for KRAS induced pancreatic transformation. Inhibition of GLI using a dominant-negative repressor (Gli3T) inhibits formation of precursor Pancreatic Intraepithelial Neoplasia (PanIN) lesions in mice, and significantly extends survival in a mouse model of PDAC. Further, ectopic activation of the GLI1/2 transcription factors in mouse pancreas accelerates KRAS driven tumor formation and reduces survival, underscoring the importance of GLI transcription factors in pancreatic tumorigenesis. Interestingly, we find that although canonical GLI activity is regulated by the Hedgehog ligands, in the context of PDAC, GLI transcription factors initiate a unique ligand-independent transcriptional program downstream of KRAS, that involves regulation of the RAS, PI3K/AKT, and NF-кB pathways. We identify I-kappa-B kinase epsilon (IKBKE) as a PDAC specific target of GLI, that can also regulate GLI transcriptional activity via positive feedback mechanism involving regulation of GLI subcellular localization. Using human PDAC cells, and an in vivo model of pancreatic neoplasia, we establish IKBKE as a novel regulator pf pancreatic tumorigenesis that acts as an effector of KRAS/GLI, and mediates pancreatic transformation. We show that genetic knockout of Ikbke leads to a dramatic inhibition of initiation and progression of pancreatic intraepithelial viii neoplasia (PanIN) lesions in mice carrying pancreas specific activation of oncogenic Kras. Furthermore, we find that although IKBKE is a known NF-кB activator, it only modestly regulates NF-кB activity in PDAC. Instead, we find that IKBKE strongly promotes AKT phosphorylation in PDAC in vitro and in vivo, and that IKBKE mediates reactivation of AKT post-inhibition of mTOR. We also show that while mTOR inhibition alone does not significantly affect pancreatic tumorigenesis, combined inhibition of IKBKE and mTOR has a synergistic effect leading to significant decrease tumorigenicity of PDAC cells. Together, our findings identify GLI/IKBKE signaling as an important oncogenic effector pathway of KRAS in PDAC that regulates tumorigenicity, cell proliferation, and apoptosis via regulation of AKT and NF-кB signaling. We provide proof of concept for therapeutic targeting of GLI/IKBKE in PDAC, and support the evaluation of IKBKE as a therapeutic target in treatment of pancreatic cancer, and IKBKE inhibition as a strategy to improve efficacy of mTOR inhibitors in the clinic.

Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC), one of the most aggressive human malignancies, is thought to be initiated by KRAS activation. Here, we find that transcriptional activation mediated by the GLI family of transcription factors, although dispensable for pancreatic development, is required for KRAS induced pancreatic transformation. Inhibition of GLI using a dominant-negative repressor (Gli3T) inhibits formation of precursor Pancreatic Intraepithelial Neoplasia (PanIN) lesions in mice, and significantly extends survival in a mouse model of PDAC. Further, ectopic activation of the GLI1/2 transcription factors in mouse pancreas accelerates KRAS driven tumor formation and reduces survival, underscoring the importance of GLI transcription factors in pancreatic tumorigenesis. Interestingly, we find that although canonical GLI activity is regulated by the Hedgehog ligands, in the context of PDAC, GLI transcription factors initiate a unique ligand-independent transcriptional program downstream of KRAS, that involves regulation of the RAS, PI3K/AKT, and NF-кB pathways. We identify I-kappa-B kinase epsilon (IKBKE) as a PDAC specific target of GLI, that can also regulate GLI transcriptional activity via positive feedback mechanism involving regulation of GLI subcellular localization. Using human PDAC cells, and an in vivo model of pancreatic neoplasia, we establish IKBKE as a novel regulator pf pancreatic tumorigenesis that acts as an effector of KRAS/GLI, and mediates pancreatic transformation. We show that genetic knockout of Ikbke leads to a dramatic inhibition of initiation and progression of pancreatic intraepithelial viii neoplasia (PanIN) lesions in mice carrying pancreas specific activation of oncogenic Kras. Furthermore, we find that although IKBKE is a known NF-кB activator, it only modestly regulates NF-кB activity in PDAC. Instead, we find that IKBKE strongly promotes AKT phosphorylation in PDAC in vitro and in vivo, and that IKBKE mediates reactivation of AKT post-inhibition of mTOR. We also show that while mTOR inhibition alone does not significantly affect pancreatic tumorigenesis, combined inhibition of IKBKE and mTOR has a synergistic effect leading to significant decrease tumorigenicity of PDAC cells. Together, our findings identify GLI/IKBKE signaling as an important oncogenic effector pathway of KRAS in PDAC that regulates tumorigenicity, cell proliferation, and apoptosis via regulation of AKT and NF-кB signaling. We provide proof of concept for therapeutic targeting of GLI/IKBKE in PDAC, and support the evaluation of IKBKE as a therapeutic target in treatment of pancreatic cancer, and IKBKE inhibition as a strategy to improve efficacy of mTOR inhibitors in the clinic.

Le mélanome, la tumeur cutanée la plus agressive, est devenu un problème majeur de santé publique dans de nombreux pays. Diagnostiqué précocement, il peut être traité par excision chirurgicale, mais le pronostic pour les mélanomes plus avancés est très mauvais car cette tumeur est résistante à toutes les thérapies utilisées à ce jour. Dans le but de développer de nouvelles thérapies pour traiter cette tumeur, nous étudions les voies de signalisation qui jouent un rôle prépondérant dans la prolifération, la survie et la différenciation des mélanocytes et des mélanomes. Il s’agit de la voie des MAPK, la voie PI3K et la voie de l’AMP cyclique (AMPc). Nous avons tout d’abord démontré que certaines phosphodiestérases (PDE ; les inhibiteurs physiologiques de la voie de l’AMPc) sont surexprimées dans les lignées de mélanomes et inhibent ainsi la différenciation de ces cellules. La surexpression des PDEs est nécessaire à la transformation des mélanocytes par l’oncogène Ras alors que la réactivation de la voie de l’AMPc dans les lignées de mélanome inhibe leur prolifération. Ces données suggèrent qu’une stratégie thérapeutique qui aurait pour objectif de stimuler la différenciation des mélanomes en réactivant la voie de l’AMPc pourrait permettre d’inhiber leur prolifération. Nous avons par ailleurs montré que la protéine kinase B-Raf, qui est fréquemment mutée dans les mélanomes, était cependant inactivée dans les mélanomes contenant une mutation de Ras. Nous avons démontré que cette inhibition était due à une régulation négative de B-Raf par son substrat Erk. En effet, Erk phosphoryle B-Raf sur sa partie amino-terminale pour empêcher son interaction avec Ras. Ce mécanisme de régulation négative de B-Raf force ces lignées de mélanomes à utiliser l’isoforme C-Raf. Ce travail a des conséquences sur le traitement du mélanome. En effet, si B-Raf n’est pas utilisé pour l’activation de la voie des MAPK dans les mélanomes mutés N-Ras, les inhibiteurs de B-Raf en développement clinique seront inefficaces dans ces cancers. Nous avons par ailleurs démontré qu‘un inhibiteur des kinases B-Raf et C-Raf, en développement clinique (Sorafenib), induisait l’activation de ces kinases par hétérodimérisation en régulant leur phosphorylation. Ces résultats mettent en évidence de nouveaux mécanismes de régulation des proto-oncogènes B-Raf et C-Raf qui pourraient jouer un rôle important dans la résistance des mélanomes aux inhibiteurs de Raf qui sont actuellement en développement clinique
Melanoma, the most aggressive skin tumor, has become a major public health problem in many countries. Diagnosed early, it can be treated by surgical excision, but the prognosis for advanced melanoma is very poor because the tumor is resistant to all therapies used today. In order to develop new therapies to treat this tumor, we study the signaling pathways that play a major role in the proliferation, survival and differentiation of melanocytes and melanoma. These are the MAPK, PI3K pathway and the cyclic AMP (cAMP). We first demonstrated that some phosphodiesterases (PDEs; physiological inhibitors of cAMP pathway) are overexpressed in melanoma lines and thus inhibit the differentiation of these cells. Overexpression of PDEs is necessary for melanocyte transformation by oncogenic Ras when the reactivation of the cAMP pathway in melanoma lines inhibits their proliferation. These data suggest a therapeutic strategy that would aim to stimulate the differentiation of melanoma by reactivating the cAMP pathway could help to inhibit their proliferation. We have also shown that the protein kinase B-Raf, which is frequently mutated in melanoma, however, was inactivated in melanomas containing a mutation of Ras. We demonstrated that this inhibition was due to a downregulation of B-Raf by Erk substrate. Indeed, Erk phosphorylates B-Raf on its amino-terminal to prevent its interaction with Ras. This negative regulatory mechanism of B-Raf melanoma is forcing these lines to use isoform C-Raf. This work has implications for the treatment of melanoma. Indeed, if B-Raf is not used for the activation of MAPK in N-Ras mutated melanoma, the B-Raf inhibitors in clinical development will be ineffective in these cancers. We also demonstrated that a kinase inhibitor of B-Raf and C-Raf, which is in clinical development (Sorafenib), induces the activation of these kinases by heterodimerization in regulating their phosphorylation. These results reveal new mechanisms of regulation of proto-oncogene B-Raf and C-Raf, which could play an important role in the resistance of melanoma to Raf inhibitors, which are currently in clinical development