Abstract :
[en] Malignant pleural mesothelioma (MPM) is an aggressive cancer of the pleura mainly caused by asbestos fibers exposure. MPM is notably characterized by a very poor prognosis and current treatments, including radiation and chemotherapy, are unsatisfactory. As genomic analyzes show that the major mutations occurring in MPM cells pertain to checkpoint control and DNA repair, a first part of this thesis addresses the DNA damage response and the mechanisms of DNA repair in several MPM cell lines. In this study, we show that gamma ionizing radiation (IR) induces cell cycle arrest of MPM cells at the G2-M checkpoint. We also demonstrate that MPM cells are driven prematurely towards mitosis following the abrogation of IR-induced G2 arrest by the checkpoint inhibitor UCN-01, however without a significant induction of cell death. To avoid excessive genomic instability, DNA repair mechanisms are likely to play a key role in such DNA-damaging conditions. We therefore evaluate here the efficiencies of the two main DNA double-strand break repair mechanisms, non-homologous end-joining (NHEJ) and homologous recombination (HR) and highlight differences in such repair activities among MPM cell lines and in comparison to control mesothelial cells. We underline an efficient HR repair in MPM cells, opening the door to additional investigations that might reveal an addiction to activated DNA repair pathways and thereby render MPM cells hypersensitive to targeted combination therapies. In the second part of this thesis, we perform a pre-clinical study investigating the resistance of MPM to a particular epigenetic-based therapy associating the histone deacetylase (HDAC) inhibitor valproic acid (VPA) and doxorubicin. By comparing MPM cell lines with a differential sensitivity to this combination chemotherapy, this study suggests a correlation between transforming growth factor-alpha (TGF-α) expression and resistance to treatment. We further confirm the role of TGF-α in chemoresistance by modulating its expression in highly- and poorly responsive MPM cell lines. In addition, pharmacological inhibition of TGF-α’s receptor (EGFR or epidermal growth factor receptor) by tyrosine kinase inhibitors gefitinib and erlotinib improves the efficacy of VPA+doxorubicin in vitro. Dual HDAC-EGFR inhibitor CUDC-101 furthermore synergizes with doxorubicin to induce apoptosis in vitro and to slow down tumor growth in two different MPM mouse models, emphasizing its therapeutic potential and opening new prospects for combination therapies associating HDAC and EGFR inhibition against MPM. With two different approaches, this thesis provides a better understanding of MPM resistance to chemo- and radiotherapies and offers clues for new therapeutic strategies based on DNA repair pathways and dual HDAC-EGFR/TGF-α inhibition.
[fr] Le mésothéliome pleural malin (MPM) est un cancer agressif de la plèvre principalement provoqué par une exposition aux fibres d’amiante. Le MPM se caractérise notamment par un faible pronostic et les traitements actuels, incluant radiation et chimiothérapies, ne sont pas satisfaisants. Alors que des analyses génomiques montrent que les principales mutations du MPM se rencontrent au niveau des gènes impliqués dans les points de contrôle du cycle cellulaire et dans la réparation de l’ADN, la première partie de cette thèse évalue la réponse aux dommages à l’ADN (DNA damage response) et les mécanismes de réparation de l’ADN au sein de plusieurs lignées cellulaires de MPM. Au travers de cette étude, nous montrons que les radiations ionisantes gamma induisent l’arrêt des cellules de MPM au point de contrôle (checkpoint) G2-M du cycle cellulaire. Nous démontrons également que les cellules de MPM sont poussées prématurément vers la phase de mitose suite à l’inhibition de cet arrêt en G2 radio-induit par l’inhibiteur de point de contrôle UCN-01, et ce, sans une augmentation significative de mort cellulaire. Afin d’éviter une instabilité génomique excessive, les mécanismes de réparation de l’ADN sont susceptibles de jouer un rôle déterminant dans de telles conditions de dommages. Nous évaluons ici l’efficacité des deux principaux mécanismes de réparation des cassures doubles brins de l’ADN, à savoir NHEJ (jonction d’extrémités non homologues) et HR (recombinaison homologue), et soulignons des différences en terme d’efficacité de réparation parmi les différentes lignées de mésothéliome et en comparaison aux cellules mésothéliales. Nous mettons en évidence une réparation efficace par HR au sein des cellules de MPM, ouvrant la porte à des études complémentaires susceptibles de révéler une addiction à certains mécanismes de réparation et de sensibiliser les cellules de MPM à des thérapies combinées et ciblées. Dans la seconde partie de cette étude, nous étudions la résistance du MPM envers une thérapie épigénétique associant l’acide valproïque (VPA), inhibiteur d’histone désacétylases (HDAC), et la doxorubicine. Suite à une comparaison entre des lignées de MPM présentant des sensibilités différentes au traitement, ce travail révèle une corrélation entre l’expression du facteur de croissance TGF-α et la résistance à cette thérapie combinée. Nous confirmons également le rôle de TGF-α dans cette chimiorésistance en modulant son expression dans des lignées de MPM hautement ou faiblement sensibles au traitement. L’inhibition pharmacologique du récepteur de TGF-α (EGFR) par les inhibiteurs de tyrosine kinase gefitinib et erlotinib a de plus permis d’améliorer l’efficacité du traitement VPA + doxorubicine in vitro. En outre, CUDC-101, double inhibiteur ciblant HDAC et EGFR, démontre une synergie avec la doxorubicine induisant l’apoptose des cellules de MPM in vitro et ralentissant la croissance tumorale dans deux modèles murins, mettant en avant son potentiel thérapeutique et ouvrant de nouvelles perspectives quant aux thérapies combinées associant les inhibitions de HDAC et EGFR contre le MPM. Avec deux approches distinctes, cette thèse fournit une meilleure compréhension de la résistance du MPM aux chimio- et radiothérapies et présente des pistes pour de nouvelles stratégies thérapeutiques basées sur les mécanismes de réparation de l’ADN et la double inhibition HDAC-EGFR/TGF-α.
Name of the research project :
The role of TGF-alpha in the resistance to malignant pleural mesothelioma chemotherapy
