Rôle de la forme hypoxique VDAC1, VDAC1-∆C, dans l’expression du cil primaire et la progression tumorale
Institution:
Université Côte d'Azur (ComUE)Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
Voltage-dependent anion channel1 (VDAC1) is a porin of the mitochondrial outer membrane that plays a very important role in the regulation of cellular metabolism and apoptosis. As a consequence of hypoxia (i.e. decrease of oxygen availability), a new form of VDAC1, VDAC1-∆C, is produced from a microfusion between abnormally enlarged mitochondria and endolysosomes. Through this mechanism, the endolysosomal asparagine endopeptidase Legumain (LGMN) mediates the cleavage of VDAC1 at specific sites. Clear cell Renal Cell Carcinoma (ccRCC) is the most common form of kidney cancer characterized by loss or mutation of VHL tumor suppressor gene, occurring in both sporadic and hereditary ccRCCs. VHL inactivation is responsible for the normoxic stabilization of hypoxia-inducible transcription factors (HIFs) and thus a dysregulation of the hypoxic pathway. Moreover, ccRCC is usually characterized by loss of the primary cilium (PC) a non-motile sensory organelle of cell surface, making this cancer a model of ciliopathy. The primary cilium serves a number of key functions, among which cell signalization and cell cycle regulation are of special interest in tumorigenesis. In vitro, we demonstrated the presence of VDAC1-∆C in RCC4 cells, stabilizing both HIF1-α and HIF2-α. VDAC1-∆C was not detected in RCC4 cells re-expressing the wt pVHL (RCC4+pVHL), without HIFs stabilization. The absence of VDAC1-∆C in these cells was correlated with a low expression of LGMN and with the increase of the number of ciliated cells compared to RCC4 cell line. The silencing of VDAC1 or of LGMN in RCC4 cells abolished the presence of VDAC1-∆C and significantly increased both the number of ciliated cells and their invasive potential. In parallel, we demonstrated that a restrict group of patients, in a cohort of 19 ccRCC patients, were characterized by the absence of VDAC1-∆C, low expression of LGMN and an increase in ciliated cells.We found a gene signature based on GLI and IFT20 genes, which are markers of PC activity and formation respectively, whose overexpression (GLI1+/IFT20+) reflected the increase of PC expression. This classification, based on VDAC1, LGMN and the genes GLI1 and IFT20, was reinforced from the study of a TCGA cohort of 375 non-metastatic ccRCC. 48 patients (GLI1+/IFT20+)/375, about 12% of patients, had a poor prognosis in terms of overall survival and disease free survival. We found that an epithelial to mesenchymal transition (EMT) signature and maintenance of glycolytic metabolism were at the basis of the increase in tumor aggressiveness. Moreover, we found that patients with i) an increased expression of PC, ii) the absence of VDAC1-∆C and iii) a GLI1+/IFT20+ signature were more resistant to sunitinib, the current standard of care treatment for metastatic ccRCC, and we confirmed the same results in vitro, in ccRCC cell lines. However, since the immunophenoscore was in favor to GLI1+/IFT20+ group of patients, immunotherapy could be a particularly beneficial treatment. To understand the VDAC1-∆C -dependent restraint of PC expression, RAS-transformed mouse embryonic fibroblasts (MEF) cell lines knockout for VDAC1 (Vdac1-/-) expressing i) human VDAC1 wt (VDAC1+/+), ii) a non- cleavable form of VDAC1 (VDAC1Mut) and iii) only the truncated form of VDAC1 (VDAC1-STOP) have been engineered. We first determined that VDAC1-∆C is involved in the increase of glycolysis and respiration and that VDAC1-∆C confers the capability to metabolize more metabolites. We also demonstrated that VDAC1-∆C inhibits PC formation, thus participating to the ciliopathic phenotype of tumors. Finally, we demonstrated that the presence of VDAC1-∆C can also occur in normoxia upon silencing of the iron-sulfur biosynthetic machinery in mitochondria or with impaired iron homeostasis, attributing a new role to VDAC1 in the context of iron deprivation.Thus, my research demonstrated a new function of VDAC1 and, in particular, of VDAC1-∆C in both hypoxic and normoxic contexts.
Abstract FR:
Le voltage-dependent anion channel 1 (VDAC1) est une porine exprimée au niveau de la membrane externe des mitochondries et qui joue un rôle très important dans la régulation du métabolisme cellulaire et de l'apoptose. En condition d’hypoxie (c'est-à-dire de diminution de la disponibilité en oxygène), une nouvelle forme de VDAC1, VDAC1-ΔC, est produite par la microfusion entre mitochondries et endolysosomes. Par ce mécanisme, l’asparagine endopeptidase endolysosomale Legumain (LGMN) induit le clivage de VDAC1 sur des sites spécifiques.Le carcinome à cellules claires des cellules rénales (ccRCC) est la forme la plus courante de cancer du rein caractérisée par la perte ou la mutation du gène suppresseur de tumeur vhl, aussi bien dans les ccRCC sporadiques que dans les ccRCC héréditaires. L'inactivation de pVHL est responsable de la stabilisation en normoxie des facteurs de transcription Hypoxia-Inducible Factor (HIF) ainsi que de la dérégulation de la voie hypoxique. De plus, les ccRCC sont généralement caractérisés par la perte du cil primaire (PC), un organite sensoriel non mobile présent à la surface cellulaire, et faisant de ce cancer un modèle de ciliopathie. Le cil primaire remplit plusieurs fonctions clés, parmi lesquelles la signalisation et la régulation du cycle cellulaire revêtent un intérêt particulier pour la tumorigenèse.In vitro, nous avons établi que l’absence de VDAC1-ΔC dans les lignées cellulaires ccRCC correspondait à une multiplication du nombre de cellules ciliées, à une faible expression de la LGMN et à une augmentation de leur potentiel invasif.En parallèle, nous avons démontré, in vivo, qu'un groupe restreint de patients, dans une cohorte de 19 patients ccRCC, était caractérisé par l'absence de VDAC1-ΔC, une faible expression de LGMN et une augmentation des cellules ciliées. Nous avons caractérisé une signature génique basée sur les gènes GLI1 et IFT20, qui sont respectivement des marqueurs de l'activité et de la formation du PC. Leur surexpression (IFT20+/GLI1+) reflète l'augmentation de l'expression du PC. Cette classification, basée sur VDAC1, LGMN, et sur les gènes GLI1 et IFT20, a été renforcée à partir d’une cohorte de 375 ccRCC non métastatiques du TCGA. 48 patients (GLI1+/IFT20+)/375, soit 12% des patients, avaient un mauvais pronostic. Nous avons constaté que la signature de transition épithéliale à mésenchymateuse (EMT) et le maintien du métabolisme glycolytique étaient à la base de l'augmentation de l'agressivité de la tumeur. De plus, nous avons constaté que les patients avec i) une expression accrue de PC, ii) l'absence de VDAC1-ΔC et iii) une signature GLI1+/IFT20+ étaient plus résistants au sunitinib, le traitement de référence actuel des ccRCC métastatiques. Cependant, l’immunophénoscore étant en faveur du groupe de patients GLI1+/IFT20+, l’immunothérapie pourrait être un traitement particulièrement bénéfique.Afin de mieux comprendre l’impact de VDAC1-ΔC sur la biogenèse du PC, la lignée cellulaire de fibroblastes de souris embryonnaires (MEF), transformées par RAS, et invalidée pour VDAC1 (Vdac1-/-) ont été transfectées avec un vecteur exprimant i) le VDAC1 humain sauvage (wt VDAC1+/+), ii) la forme mutée et non clivable de VDAC1 (VDAC1Mut) ainsi que iii) la forme tronquée de VDAC1 (VDAC1-STOP). Nous avons ainsi déterminé que VDAC1-ΔC est bien impliqué directement dans une meilleure plasticité métabolique et dans l’inhibition de la formation de PC, participant ainsi au phénotype ciliopathique des tumeurs.Enfin, nous avons démontré que la présence de VDAC1-ΔC peut également se produire en normoxie lors de la désactivation du mécanisme de biosynthèse fer-soufre dans les mitochondries ou lorsque l’homéostasie du fer est altérée, attribuant un nouveau rôle à VDAC1 dans le contexte de carence en fer. Ainsi, mes recherches ont démontré une nouvelle fonction de VDAC1, et en particulier de VDAC1-ΔC, dans un contexte hypoxique mais également normoxique.