Moyen nouveau de vaincre la résistance aux médicaments.

A team of Walter and Eliza Hall Institute researchers has worked out how a new class of anti-cancer drugs kills cancer cells, a finding that helps explain how cancer cells may become resistant to treatment.

The researchers studied a class of anti-cancer drugs called BET inhibitors, which are considered promising new drugs for the treatment of blood cancers such as leukemias and lymphomas. BET inhibitors reduce tumour growth by blocking BET proteins, a family of proteins that control whether genes are switched on or off.

Although it has been known that BET inhibitors are effective at halting tumour growth, it has been unclear whether the drugs kill cancer cells outright or merely pause their growth.

Dr Zhen Xu, Professor David Huang, Dr Stefan Glaser and their colleagues have answered this question and in the process have identified potential ways in which cancer cells may develop resistance to BET inhibitors. Their findings have been published in the journal Leukaemia.

When tumours are treated with drugs, some resistant cancer cells can survive and continue to grow, leading to disease relapse.

The experiments performed by postdoctoral researcher Dr Xu revealed that BET inhibitors principally act to kill cancer cells through the process of apoptosis, or programmed cell death. Dr Xu showed that for BET inhibitors to successfully kill lymphoma and myeloid leukemia cells the presence of a protein called BIM, which brings on apoptosis, was critical.

"We found that when apoptosis was impaired, for instance by loss of BIM, the BET inhibitors were no longer effective," he said. "This suggests that cancer cells that acquire mutations in genes that drive apoptosis will lose sensitivity to BET inhibitors and thus will be able to survive treatment, leading to disease relapse."

Dr Glaser said understanding how BET inhibitors worked could help researchers develop improved strategies for using these drugs to treat cancer.

"Understanding how the drugs work gives us the opportunity to investigate new treatments, for example by using combination therapies, or altering the dosage and timing of treatment to prevent drug resistance from emerging," Dr Glaser said.

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Une équipe de chercheurs Walter et Eliza Hall Institute a travaillé sur la façon dont une nouvelle classe de médicaments anti-cancer tue les cellules cancéreuses, une constatation qui aide à expliquer comment les cellules cancéreuses peuvent devenir résistantes au traitement.

Les chercheurs ont étudié une classe de médicaments anticancéreux appelés inhibiteurs BET, qui sont considérés comme de nouveaux médicaments prometteurs pour le traitement des cancers du sang telles que les leucémies et les lymphomes. les inhibiteurs BET réduisent la croissance de la tumeur en bloquant les protéines BET, une famille de protéines qui contrôlent si les gènes sont activés ou désactivés.

Bien qu'il soit connu que les inhibiteurs de BET sont efficaces pour stopper la croissance tumorale, il a été difficile de savoir si les médicaments tuent les cellules cancéreuses purement et simplement ou s'ils provoquent une pause de leur croissance.

Le dr Zhen Xu, professeur David Huang, le Dr Stefan Glaser et leurs collègues ont répondu à cette question et dans le processus ont identifié des moyens potentiels dans lesquels les cellules cancéreuses peuvent développer une résistance aux inhibiteurs de BET. Leurs résultats ont été publiés dans la revue "Leukemia".

Lorsque les tumeurs sont traités avec des médicaments, certaines cellules cancéreuses résistantes peuvent survivre et continuer à croître, ce qui conduit à une rechute de la maladie.

Les expériences réalisées par le chercheur postdoctoral Dr Xu a révélé que les inhibiteurs de BET agissent principalement pour tuer les cellules cancéreuses à travers le processus de l'apoptose, la mort cellulaire programmée. Le Dr Xu a montré que des inhibiteurs de BET pour tuer avec succès des cellules de lymphome et de leucémie myéloïde la présence d'une protéine appelée BIM qui amène l'apoptose est importante.

«Nous avons constaté que lorsque l'apoptose a été altérée, par exemple par la perte de BIM, les inhibiteurs BET ne sont plus efficaces», at-il dit. "Cela suggère que les cellules cancéreuses qui acquièrent des mutations dans les gènes qui stimulent l'apoptose vont perdre la sensibilité aux inhibiteurs de BET et donc seront en mesure de survivre à un traitement, ce qui conduit à une rechute de la maladie."

Dr Glaser a déclaré comprendre comment les inhibiteurs BET travaillé pourrait aider les chercheurs à développer de meilleures stratégies pour l'utilisation de ces médicaments pour traiter le cancer.

"Comprendre comment les médicaments agissent nous donne l'occasion d'étudier de nouveaux traitements, par exemple en utilisant des thérapies de combinaison, ou la modification de la posologie et le calendrier de traitement pour prévenir la résistance aux médicaments des pays émergents», a déclaré le Dr Glaser.

Researchers at Memorial Sloan-Kettering Cancer Center (MSKCC) found elevated levels of the tumor suppressor protein p53 in hematopoietic stem cells (HSCs) – immature cells in the bone marrow that have the capacity to differentiate into all types of mature blood cells. They showed that when chemotherapy or radiation is delivered to a cell that lacks both p53 and a gene called MEF, the cell not only becomes less quiescent, but also becomes more susceptible to being killed.

Les chercheurs ont trouvé des niveaux élevés de la protéine p53 qui supprime les tumeurs dans les cellules souches hematopoitic (HSCs) -Des cellules immatures dans la moelle osseuse qui ont la capacité de se transforner en n'importe quelle type de cellule mature. Ils ont démontré que non seulement lorsqu'on livre de la chimio ou de la radio à une cellule qui manque de p53 et d'un gène appelé MEF, la cellule non seulement devient moins dans un état de tranquillité mais elle devient plus sensible à la thérapie qui a pour but de la tuer.

These findings are published in the January 9, 2009, issue of Cell Stem Cell.

"This is the first time that anyone has established that p53 has a role in defining a cell's state of quiescence. Furthermore, it is surprising that some cells that lose p53 can actually be killed more readily than those that have p53 intact," said the study's senior author, Stephen Nimer, MD, Chief of the Hematology Service and Member of the Molecular Pharmacology and Chemistry Program at MSKCC. "Our findings have important implications for developing therapeutic strategies that could eliminate quiescent cancer stem cells."

C'est la première fois qu'on découvre que la protéine p53 a un rôle dans l'état de tranquillité d'une cellule. De plus, c'est étonnant de constater que les cellules qui manquent de p53 sont plus faciles à tuer que celles dont le p53 est intacte. Notre étude a des implications importantes pour développer des stratégies thérapeuthiques pour éliminer les cellules souches en état de tranquilité

The study builds on previous research in which Dr. Nimer and colleagues first identified the MEF gene and showed its ability to control the state of quiescence of HSCs as well as its critical role in determining the sensitivity of normal bone marrow cells to chemotherapy and radiation. They have now identified p53 as the pathway that MEF utilizes to maintain this enhanced quiescence.

L'étude est construite sur des recherches préalables dans lesquelles le Dr Nimer et ses coll`gues ont identifié le g`ne MEF et montré sa capacité à contrôler l'état de quiescence des HSCs aussi bien que son rôle critique dans la détermination de la sensibilité des cellules de la moelle osseuse à la chimio et radio thérapie. Ils ont maintenant identifié p53 comme le chemin qu'utilise MEF pour maintenir la quiescence.

It is known that when a cell experiences DNA damage as a result of cancer treatment, p53 plays a critical role in guarding the genomic integrity of the cell by either triggering it to die or by causing cells to stop growing so they can repair their DNA successfully. However, p53 has additional functions during the process of blood cell formation in the body – a process called hematopoiesis.

C'est connu que quand une cellule fait l'expérience d'un dommage dans son ADN comme un résultat d'un traitement dans son cancer, p53 joue un rôle critique pour garder le génome intact soit en arrêtant la cellule de croitre pour réparer l'ADN soit en incitant la cellule à mourir. toutefois, p53 a des fonctions additionnelles durant le processus de formation du sang dans le corps, un processus appelé "hematopoiesis".

In the current study, investigators set out to determine whether the increased amount of p53 and enhanced expression of p53 target genes might contribute to the quiescence of cells and their ability to resist chemotherapy. They examined the function of p53 during hematopoiesis and found an important interdependency between p53 and its target gene, MEF, on HSC quiescence.

Dans cette étude, les chercheurs veulent déterniner si le nombre accru de p53 et le rehaussement de l'expression des gènes cibles de p53 pourrait contribuer à quiescence des cellules et à leur capacité de résister à la chimiothérapie. Ils ont examiné la fonction de p53 durant la phase de formation du sang et ont trouvé une importante interdépendance entre p53 et son gène cible MEF sur la quiescence des HSC.

"Our findings suggest that by targeting those specific genes that control quiescence in cancer cells, we may enhance the anticancer effects of chemotherapy and radiotherapy, thereby promoting their effectiveness," said Dr. Nimer.

"Notre découverte suggère qu'en ciblant ces gènes spécifiques qui contôlent l'état comateux des cellules cancéreuses, nous pouvons améliorer les effets anti-cancer des chimios et des radios thérapies."

In addition, researchers identified two new targets of the p53 protein – Necdin and Gfi-1 – tumor growth suppressor genes that also regulate quiescence. Researchers lowered the expression of Necdin and Gfi-1 in hematopoietic stem cells lacking MEF and found a significant reduction in the quiescence of those cells. The results suggest that these p53 target genes are functionally responsible for the enhanced quiescence of HSCs in which MEF has been eliminated.

De plus, les chercheurs ont identifié deux nouvelles cibles de la protéine p53 : Necdin et Gfi-1, des gènes suppresseurs de croissance de tumeurs qui régulent aussi la quiescence. Les chercheurs ont abaissé l'expression de Necdin et Gfi-1 dans les cellules souches en formation manquant de MEF et trouvé une réduction significative dans la quiescence de ces cellules, Les résultats suggèrent que ces cibles de p53 sont responsables du renforcement de la quiescence des HSCs dans laquelle MEF a été éliminé.

(Jan. 3, 2009) — Scientists at The Babraham Institute have begun to unpick the complex mechanisms underpinning the development of drug resistant cancers. They have identified a novel target that may help to combat the growing problem of therapy resistant cancers and pave the way for innovative therapeutic approaches.

Les scientifiques ont commencé à comprendre les mécanismes complexes qui fondent la résistance aux médicaments contre le cancer. Ils ont identifié une nouvelle cible qui pourrait aider à combattre le problème grandissant de la résistance au thérapie contre le cancer et paver la voie pour de nouvelles approches innovatrices.

Their discovery, reported in the latest edition of the New England Journal of Medicine, centres on the significance of DNA damage for both normal cells and cancer cells. It reveals that a biochemical signalling pathway, that normally ensures damaged cells are diverted towards cellular suicide, is blocked in certain cancers, rendering them resistant to certain types of treatment.

Leur découverte est centrée sur les dommages de l'ADN dans les cellules cancéreuses et normales. Un chemin biochimique cellulaire qui s'assure que les cellules dont l'ADN est endommagé sont dirigées vers le suicide est bloqué dans certains cancers, rendant les cellules résistantes à certain type de traitement.

DNA damage is a common event in a cell’s life, a consequence of incorrect copying of the DNA during cell division or provoked by elements in our environment like tobacco smoke and sunlight. However, if DNA damage occurs, the cell normally triggers a repair response and if the damage is not repaired, the cell is targeted for cell death, a process known as apoptosis. In this way the body protects itself from cells that might become cancerous. The cells that do become cancerous manage to by-pass these repair and self-destruction pathways, promoting the survival of damaged cells.

Les dommages à l'ADN sont fréquents dans la vie d'une cellule du fait d'une copie incorrect de l'ADN ou provoqué par l'environnement comme la fumée de tabac ou le soleil. Toutefois, si l'ADN est endommagé, normalement une réponse pour le réparer arrive et si elle n'est pas réparé, la cellule est dirigée vers un processus de suicide. De cette manière le corps se protège lui-même des cellules qui pourraient devenir cancéreuses. Les cellules qui deviennent cancéreuses manoeuvrent pour by-passer les processus de réparation et de suicide. la survie de la cellule est alors promue.

The research is a collaboration between the BBSRC-funded Babraham Institute, the University of Cambridge and Addenbrooke’s Hospital, using cells from patients with chronic myeloid leukaemia (CML), and polycythemia vera (PV), two myeloproliferative disorders.

Cancers, such as the leukaemias investigated in this work, are characterised by an accumulation of DNA damage. DNA damage triggers several pathways to ensure that cells die by apoptosis. The authors describe a key new pathway involved in this process, and its subversion in cancer cells.

Les cancers comme la leucémie qui sont étudiés dans ce travail sont caractérisés par l'accumulation de dommages à l'ADN. Les auteurs décrivent un nouveau chemin par lequel le programme de mort cellulaire est enclanché et son déréglement.

The team have found that DNA damage in normal cells increases the activity of a proton pump located in the cell membrane, known as NHE-1, which raises the pH of the cell. This has a critical effect on a protein called Bcl-xL, known as a survival protein because of its ability to suppress cell death. However, in the more alkaline environment (higher pH) a chemical process called deamidation converts Bcl-xL into a form that allows cells with damaged DNA to die. The authors have discovered that this pathway is inhibited in (cancerous) myeloid cells, keeping them alive to proceed with their deadly mission. This is the first demonstration of a role for deamidation in human malignancy.

L'équipe a trouvé les dommages de l'Adn dans les cellules normales accroissent l'activité de la pompe à proton localisée dans la membrane des cellules, cette pompe, connue comme NHE-1, augmente le ph de la cellule. Cela a un effet critique sur une protéine appelées Bcl-xl qui est connue comme une protéine de survie à cause de sa capacité à supprimer la mort de la cellule. Toutefois, dans un envorinnement plus alcalin, (un ph plus haut), un processus chimique appelé deamidation converti le Bcl-x dans une forme qui permet aux cellules avec de l'adn endommagé de mourir. Les auteurs ont découvert que ce chemin est inhibé dans les cellules (cancéreuses) myéloides, les gardant vivantes pour faire leur mission mortelle. c'est la première démonstration d'un rôle pour la deamination dans le cancer humain.

Both the leukaemias studied by the authors are caused by oncogenic tyrosine kinases. These are enzymes - chemical catalysts - that trigger cancer when their activity is abnormally high. These kinases not only cause cells to become cancerous in the first place, but also make the cells resistant to chemotherapy and radiotherapy once they have turned into cancer cells. The authors have discovered that it is these kinases that block the key Bcl-xL deamidation pathway that normally allows DNA damaged cells to die. The activated tyrosine kinase causing CML is called BCR-ABL, whereas in PV the culprit is JAK-2. Altogether more than 30 aberrant tyrosine kinases are known to cause human cancers.

Les deux leucémies étudiées par les auteurs sont causées par des tyrosine kinases oncogènes. Ce sont des enzymes - catalyseurs chimiques - qui déclenchent le cancer lorsque leur activité est anormalement élevée. Ces kinases non seulement amenent les cellules à devenir cancéreuses, en premier lieu, mais aussi rendre les cellules résistantes à la chimiothérapie et la radiothérapie, une fois qu'elles ont été transformées en cellules cancéreuses. Les auteurs ont découvert que ce sont ces kinases qui bloquent la voie de la désamidation Bcl-xL processus-clé qui permet normalement aux cellules avec l'ADN endommagé de mourir. La tyrosine kinase activée provoquant la LMC est appelé BCR-ABL, alors que dans le PV (voir plus haut le nom de cette maladie) le coupable est JAK-2. Au total, plus de 30 tyrosine kinases aberrantes sont connus pour provoquer des cancers humains.

“This discovery provides new insights into how oncogenes, the genes that cause cancer, allow cells to accumulate more and more damage to their DNA without dying”, explains Dr Denis Alexander. “This new understanding of how oncogenes work also opens up some interesting ideas for future cancer therapies".

"Cette découverte apporte un nouvel éclairage sur la façon dont les oncogènes, les gènes qui causent le cancer, permettent aux cellules d'accumuler de plus en plus de dommages à leur ADN sans mourir", explique le Dr Denis Alexander. "Cette nouvelle compréhension de la façon dont le travail des oncogènes ouvre également quelques idées intéressantes pour de futures thérapies contre le cancer".

Cancer therapies depend to a large degree on the DNA damage caused by chemotherapy or radiotherapy, causing cancer cells to die. However, in cancers caused by tyrosine kinases the cells are often resistant to such therapies, referred to as ‘genotoxic resistance’. Fortunately inhibitors of the oncogenic kinases are now being increasingly used in the clinic but the kinases sometimes mutate so that this therapy no longer works.

Les Thérapies contre le cancer dépendent dans une large mesure de la détérioration de l'ADN causée par la radiothérapie ou la chimiothérapie, ce qui provoque la mort des cellules cancéreuses. Cependant, dans les cancers causés par la tyrosine kinase, les cellules sont souvent résistantes à ces traitements, une résistance appelée «résistance génotoxique». Heureusement des inhibiteurs des kinases oncogènes sont maintenant de plus en plus utilisés dans la clinique, mais les kinases mutent parfois tellement que cette thérapie ne fonctionne plus.

The therapeutic interest in this research comes from the authors’ finding that simply switching back on the Bcl-xL deamidation pathway causes the cancer cells to die. This can be engineered in living cells by increasing the pH inside the cells artificially, which causes the Bcl-xL to deamidate so that the cells undergo apoptosis.

L'intérêt thérapeutique de cette recherche provient de la constatation des auteurs selon laquelle un simple retour sur la voie de désamidation Bcl-xL provoque la mort des cellules cancéreuses.Et cela peut être réalisé génétiquement dans des cellules vivantes en augmentant le pH à l'intérieur des cellules artificiellement, ce qui provoque la désamidification de la famille Bcl-xL de sorte que les cellules subissent une apoptose.

This therapeutic ‘proof-of-principle’ was dramatically illustrated by studying a CML patient’s cells which had become resistant to Imatinib, the BCR-ABL inhibitor now widely used in the clinic. As expected, Imatinib was unable to restore the Bcl-xL deamidation pathway in the patient’s cells. But the resistance could be bypassed by artificially (genetically) increasing the level of NHE-1 in the drug-resistant CML cells when studied in the laboratory, so increasing cancer cell death. So drug resistance can be overcome by activating the NHE-1 pathway, thereby increasing the pH inside the cell, and in turn Bcl-xL deamidation and apoptosis.

Cette «preuve de principe» thérapeutique a été illustré de façon spectaculaire  en étudiant les cellules d'un patient LMC qui sont devenus résistantes à l'imatinib, l'inhibiteur BCR-ABL maintenant largement utilisé dans la clinique. Comme prévu, l'imatinib a été incapable de rétablir la voie de désamidation Bcl-xL dans les cellules du patient. Mais la résistance pourrait être contourné par l'augmentation artificielle du niveau de NHE-1 dans les cellules de LMC résistantes aux médicaments lorsqu'elless sont étudiés dans le laboratoire, augmentant ainsi la mort des cellules cancéreuses. Donc, la résistance aux médicaments qui peut donc être surmontée en activant la voie de NHE-1, ce qui augmente le pH à l'intérieur de la cellule, et à son tour, la désamidation de  Bcl-xL  et l'apoptose.

The discovery that modulating the NHE-1/Bcl-xL signalling pathway can override resistance to controlled cell death (apoptosis) in cancers like CML and PV, paves the way for new therapeutic approaches that could be of immense importance in cancers where Bcl-xL plays a pivotal role in genotoxic resistance.

La découverte que la modulation de la voie de signalisation NHE-1 / Bcl-XL peut remplacer résistance à la mort cellulaire contrôlée (apoptose) dans les cancers tels que la LMC et PV, ouvre la voie à de nouvelles approches thérapeutiques qui pourrait être d'une importance immense dans les cancers où Bcl-xL joue un rôle central dans la résistance génotoxique.