Protéines HSP et cancer

Transcription

1 Protéines HSP et cancer M2 Oncologie Génomique tumorale Pr S GARCIA INSERM U624 / AP-HM / Faculté de Médecine Nov 2011

2 Objectifs Connaître les membres de la famille HSP Comprendre leurs fonctions Connaître leur place en pathologie tumorale Comprendre leur intérêt thérapeutique potentiel

3 Plan Généralités Structure / fonctions des protéines HSP HSPs et cancer HSPs extra-cellulaire HSPs = cibles thérapeutiques Conclusion

4 Généralités Décrites dans l adaptation des bactéries aux chocs thermiques hautement conservées lors de l évolution 6 familles classées en fonction de leur poids moléculaire : Small HSPs, HSP40, 60, 70, 90 et 100 Les HSP hpm sont ATPse dépendantes

5 HSP chez les eucaryotes maintien de la structure tertiaire et quaternaire des protéines (folding) et transport (holding). conformation des protéines lors de leur synthèse protection lors de leur translocation dans différents compartiments cellulaires (ny, mitoch ) au recyclage des protéines misfoldées dégradation dans le protéasome après ubiquitination.

6 HSP : fonction holding Dès la traduction de l ARNm (HSP70) pour prévenir des lésions protéiques précoces Lors du stress où les HSPs «protègent» les pôles hydrophobes exposés des protéines Fixation constitutive d HSP90 aux protéines dt la structure tertiaire est instable

7 HSP : fonction folding HSP 60 (chaperonine) comporte une «chambre» dans laquelle les protéines acquièrent leur structure tertiaire (processus ATPase dépendant) HSP 27 et 70 st également capables de «folder» des protéines

8 HSP et stress stress production de protéine dénaturée Expression des prot HSP HSF1 Inhibition de l apoptose Réparation des protéines

9 HSP : transcription Facteurs de transcription : Heat Shock Factor 1, 2 et 4 Fixation d HFS au Heat Shock Elements présents sur le promoteur des gènes HSP Régulation par le stress et la concentration en HSP cytoplasmique

10 HSP : transcription HSF-1 M Powers et al FEBS Lett 2007

11 HSP90 Présente chez tous les eucaryotes Représente 1 à 2% des protéines cellulaires 5 isoformes : α et β cytoplasmiques de structure proche (86%) GRP94 réticulum endoplasmique Trap 1 mitochondrial HSP90N : associé à Raf Activité modulée par les modifications post-transcriptionnelles (phosphorylation, acetylation, nitrosylation) Le co-chaperones partenaires Le substrat

12 HSP90 : structure/fonction Fonctionnelle ss forme de dimère Plusieurs domaines fonctionnels distincts : Domaine amino-terminal (N) : ATPase Domaine médian (M) : fixation du substrat Domaine carboxy-terminal (C) : dimérisation Tous les domaines peuvent interagir avec des co-chaperones

13 HSP90 : structure/fonction 3% de l HSP90 est nucléaire avec des impacts sur : La transcription p ex des récepteurs aux hormones stéroïdiennes Le remodelage de la chromatine Régulateur de l ADN polymérase η

14 HSP90 : structure/fonction J Trepel et al Nature Rev 2010

15 HSP70 : structure HSP73 (HSC70, HSPA1) constitutivement activé HSP72 (HSPA1) induit lors du stress 2 régions : Amino-terminal ATPase domain (ABD) Peptide binding domain (PBD) site de liaison au substrat (c-term) 3 sites de fixation de co-chaperones: J-domain pour les co-chaperonnes (HSP40) Nucléotide Exchange Factor : libération de l ADP TPR domain pour les co-chaperonnes Hop et CHIP nécessaire à l assemblage de multi-chaperones

16 HSP70 : structure/fonction NEF : Nucleotide Exchange Factor : Bag1, HSP110, HSBP1 JDP : J-domain protein : HSP40 M Mayer Molec Cell 2010

17 HSP70 : fonction Folding ++ : interagit avec de très nb protéines lors de leur traduction Transport transmembranaire Régulation d HSF Régulateur de l apopotose +++

18 HSP70 et apoptose Arya et al J. Biosci 2007

19 HSP60 : structure / fonction Hautement conservée au cours de l évolution Ubiquitaire Forte homologie avec GroEL (e.coli) HSP 60 (chaperonine) comporte une «chambre» dans laquelle les protéines acquièrent leur structure tertiaire (processus ATPase dépendant) Rôle sur l immunité

20 HSP60 : structure / fonction M Mayer Molec Cell 2010

21 HSP27 : structure Protéine phosphorylable et oligomérisable ATP-indépendant Fonction dépendant du degrès d oligo -mérisation (inversement proportionnel à la phosphorylation) Les grand oligomères inhibent l agrégation des protéines, puissants anti-oxydants, anti-apoptotiques Les pts oligomères stabilisent les filaments d actine et favorise l ubiquitination et la dégradation des protéines

22 Thérapie ciblées : HSP27 Jego, Cancer Lett 2010

23 Les «complexes multi-chaperones» Formation de complexes protéiques associant des co-chaperones Rôle ds la sélection des substrats, échange nucléotidique, liaison entre protéines HSP, avec le systéme ubiquitine-protéasome. HSP Co-chaperone hsp10 70 Hsp40, GrpE, BAG, Hop, Hip, CHIP, HSPBP1 90 P23, Hop, FKBP51, Cyp40, cdc

24 Les complexes «multi-chaperones» M Powers et al FEBS Lett 2007

25 HSP et cancer

26 Les protéines HSP et les marques du cancer* HSP * Hanahan et Weinberg, Cell. 2000

27 Mécanismes d augmentation des HSPs ds les cancers Stress A l état normal p53 et p63 répriment l a transcription des HSP La mutation de p53 déréprime HSP70

28 HSP90 et cancer «Addiction» des cellules tumorales à HSP90 par ces fonctions sur la structure de récepteurs, de kinases et de facteurs de transcription des cellules normales La transformation tumorale implique de nombreuses molécules dont la mutation et le maintien fonctionnel est sous la dépendance d HSP90 «Facilitateur de l évolution» en permettant l accumulation de grandes quantités de protéines mutantes Stabilise les protéines mutantes (v-src, Bcr-Abl, p53)

29 HSP90 et les marques du cancer HER2, Kit, MET IGFR, AKT HSP 90 CDK6, cyclind, CDK4 HIF, MET, Src, VEGF MMP2 urokinase Télomérases * Hanahan et Weinberg, Cell. 2000

30 HSP90 : les protéines «clientes» > 200!!! Médiateurs de l apoptose (Bcl-2, Apaf-1) Régulateurs du cycle cellulaire (CDK4, htert) Gène suppresseur de tumeur (p53) Médiateur de l invasion / métastase (MMP2) Facteurs de transcription (HSF-1, HIF-1), Molécules de signalisation (Src, AKT, RAF ) Récepteurs hormonaux (oestro, andro) Protéines de fusion (Bcr/abl, Nmp/alk)

31 Exemple : HSP90 et la voie HER2 Calderwood Trends Biochem Sci 2006

32 HSP70 et cancer Surexpression ds la plupart des cancers Induction par la chimiothérapie, contenu intra-cellulaire corrélé à la réponse thérapeutique Facteur de mauvais pronostic In-vitro : les antisens ont des propriétés chimiosensibilisantes voire anti-tumorales et sont sans effet sur les cellules non prolifératives

33 HSP27 et cancer Expression augmentée dans de nombreuses tumeurs Rôle anti-apoptotique, chimiorésistant et prolifaratif

34 HSP extra-cellulaire et système immunitaire effet cytokine-like Rôle dans : Présentation des Ag Activation des lymphocytes et macrophages Activation / maturation des cellules dendritiques Présentation : des pôles hydrophobes des protéines au CMH classe I de molécules non protéiques (LPS, lipoprot) au TLR

35 HSPs : cibles thérapeutiques

36 HSP : cibles thérapeutiques Rationnel puissant ++ HSP90 résultats prometteurs, amélioration HSP70 est un des cyto-protecteur les plus actif 125 essais cliniques ( dt 50 ouverts actuellement

37 Thérapie ciblées contre HSP90 De nb composé st actifs in vitro mais résultats in-vivo décevant ou toxicité élevée Les progrès s enregistrent au niveau : de l efficacité drogues de leur biodisponibilité de leur toxicité de leur INDICATION

38 Thérapies ciblées contre HSP90 Inhibiteurs naturels et dérivés : Ciblent la poche à ATP avec une forte activité et bloquent les changements de conformations Libération et dégradation du substrat Problème : l inhibition d HSP90 stimule la libération d heat shock response (HSR) et induit les effets anti-apoptotiques d HSP27 et HSP70 et induit une chimioprotection

39 Thérapies ciblées contre HSP90 : 17-AAG : tanespimycin Activité clinique prometteuse mais : Métabolites hépatotoxiques Interagit avec MDR1 Mauvaise biodisponibilité Nombreuses molécules dérivées à l étude

40 Thérapies ciblées contre HSP90 : STA-9090 : ganetespid Inhibiteur du site ATP Puissant inhibiteur de la voie Jak/Stat Essais ds la mélanome, CPC, prostate,

41 Thérapies ciblées contre HSP90 Novobiocine : antibiotique coumarinique interagissant avec l extrémité C-terminale Peptides mimétiques = Shepherdine : mime une séquence de la survivine et se fixe ds le poche à ATP (N-term) Inhibiteurs des isoformes l HSP90 : NECA et GRP94 Agents modulants les modifications post -translationnelles

42 Cible HSP70 Rôle dans l apopotose In-vitro : Surrexpression = tumorigène Inhibition = anti-tumorigène Anti-sens = chimiosensibilisant / cytotoxique uniquement sur les cellules transformées

43 Cible HSP70 : les molécules Ciblant Peptide BD : ADD70 : mime le site de fixation d HSP70 à AIF. Efficace in-vitro via la réponse lymphocytaire T8 cytotoxique PES : interacteur de l extremité C-term, stimule l autophagie et l apopotose Ciblant Amino -terminal BD : VER : induit l apoptose in vitro MKT077 : chimio-potentialisateur

44 HSP27 : cible Anti-sens OGX-427 : augmente l apopotose, inhibe la croissance tumorale Radio/chimiosensibilisant Essais en cours : prostate, vessie, vésicule biliaire

45 Cible HSP : les complexes multi -chaperones Nouvelle approche L inhibition d HSP90 augmente l expression d HSP70 donc inhibe l apoptose Soit thérapie combinée vs HSP Soit cibler co-chaperones (Hip, Hop)

46 Conclusion HSPs ont un rôle essentiel dans la survie de la cellule cancéreuse Modulateur de l immunité, acteur des maladies de surcharges Fonctions et interactions et régulation complexes Cibles thérapeutiques «rêvées» Recherche active d agents thérapeutiques ciblant HSP mais résultats en demi-teinte