HSP Master ONCO 2011 - Master Pathologie Humaine
publicité
Protéines HSP et cancer M2 Oncologie Génomique tumorale Pr S GARCIA INSERM U624 / AP-HM / Faculté de Médecine Nov 2011 Objectifs • Connaître les membres de la famille HSP • Comprendre leurs fonctions • Connaître leur place en pathologie tumorale • Comprendre leur intérêt thérapeutique potentiel Plan • • • • • • Généralités Structure / fonctions des protéines HSP HSPs et cancer HSPs extra-cellulaire HSPs = cibles thérapeutiques Conclusion 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 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. 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 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 HSP et stress stress production de protéine dénaturée Expression des prot HSP HSF1 Inhibition de l’apoptose Réparation des protéines 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 HSP : transcription HSF-1 M Powers et al FEBS Lett 2007 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 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 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 HSP90 : structure/fonction J Trepel et al Nature Rev 2010 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 HSP70 : structure/fonction NEF : Nucleotide Exchange Factor : Bag1, HSP110, HSBP1 JDP : J-domain protein : HSP40… M Mayer Molec Cell 2010 HSP70 : fonction • Folding ++ : interagit avec de très nb protéines lors de leur traduction • Transport transmembranaire • Régulation d’HSF • Régulateur de l’apopotose +++ HSP70 et apoptose Arya et al J. Biosci 2007 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 HSP60 : structure / fonction M Mayer Molec Cell 2010 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 Thérapie ciblées : HSP27 Jego, Cancer Lett 2010 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 27 0 60 hsp10 70 Hsp40, GrpE, BAG, Hop, Hip, CHIP, HSPBP1 90 P23, Hop, FKBP51, Cyp40, cdc37 110 0 Les complexes « multi-chaperones » M Powers et al FEBS Lett 2007 HSP et cancer Les protéines HSP et les marques du cancer* HSP * Hanahan et Weinberg, Cell. 2000 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 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) HSP90 et les marques du cancer HER2, Kit, MET IGFR, AKT HSP 90 HIF, MET, Src, VEGF CDK6, cyclinD, CDK4 MMP2 urokinase Télomérases * Hanahan et Weinberg, Cell. 2000 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) Exemple : HSP90 et la voie HER2 Calderwood Trends Biochem Sci 2006 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 HSP27 et cancer • Expression augmentée dans de nombreuses tumeurs • Rôle anti-apoptotique, chimiorésistant et prolifaratif 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 HSPs : cibles thérapeutiques HSP : cibles thérapeutiques • Rationnel puissant ++ • HSP90 résultats prometteurs, amélioration • HSP70 est un des cyto-protecteur les plus actif • 125 essais cliniques (www.clinicaltrials.gov) dt 50 ouverts actuellement 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 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 Thérapies ciblées contre HSP90 : 17-AAG : tanespimycin • Activité clinique prometteuse mais : – Métabolites hépatotoxiques – Interagit avec MDR1 – Mauvaise biodisponibilité • Nombreuses molécules dérivées à l’étude Thérapies ciblées contre HSP90 : STA-9090 : ganetespid • Inhibiteur du site ATP • Puissant inhibiteur de la voie Jak/Stat • Essais ds la mélanome, CPC, prostate, … 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 Cible HSP70 • Rôle dans l’apopotose • In-vitro : – Surrexpression = tumorigène – Inhibition = anti-tumorigène – Anti-sens = chimiosensibilisant / cytotoxique uniquement sur les cellules transformées 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-155008 : induit l’apoptose in vitro – MKT077 : chimio-potentialisateur HSP27 : cible • Anti-sens OGX-427 : – augmente l’apopotose, – inhibe la croissance tumorale – Radio/chimiosensibilisant • Essais en cours : prostate, vessie, vésicule biliaire 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 HSP90 + 70 • Soit cibler co-chaperones (Hip, Hop) 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
