Etude du remodelage bioénergétique du cance

THÈSE PRÉSENTÉE
POUR OBTENIR LE GRADE DE
DOCTEUR DE
L’UNIVERSITÉ DE BORDEAUX
ÉCOLE DOCTORALE
SPÉCIALITÉ
Sciences de la Vie
Par Emilie OBRE
Régulation du métabolisme énergétique : Etude du
remodelage bioénergétique du cancer.
Sous la direction de : Rodrigue ROSSIGNOL
Soutenue le 12 Décembre 2014
Membres du jury :
Pr. ARSAC Laurent, Université de Bordeaux .........................................Président
Pr. SONVEAUX Pierre, Université Catholique de Louvain ..................Rapporteur
Dr. KLUZA Jérôme, Université de Lille .................................................Rapporteur
Dr. BOUZIER-SORE Anne-Karine, Université de Bordeaux ................Examinateur
Pr. RUMJANEK Flanklin David, Université Fédérale de Rio................Examinateur
Dr. REZVANI Hamid Reza, Université de Bordeaux ............................Membre invité
Dr. ROSSIGNOL Rodrigue, Université de Bordeaux ............................Directeur

Titre : Régulation du métabolisme énergétique : Etude du remodelage
bioénergétique du cancer.
Résumé : Cette thèse étudie le remodelage métabolique des cellules cancéreuses. Trois modèles
sont analysés par de nombreuses approches biochimiques et génétiques : (i) des cellules de poumon
transduites avec une forme oncogénique de HRASG12V, (ii) des cellules HeLa soumises à une privation
de glucose et (iii) des pièces chirurgicales de cancer du poumon. Sur chaque modèle, le remodelage
métabolique observé met en jeu de nombreuses voies du catabolisme et de l’anabolisme, notamment la
glutaminolyse et la biosynthèse de sérine. Ce travail révèle un rôle important des mitochondries dans
ce remodelage, à la fois pour l’apport d’énergie et pour la synthèse d’antioxydants et d’acides aminés,
mais aussi de phospholipides. J’ai montré l’impact étendu d’une simple mutation HRASG12V sur un
très grand nombre de processus, révélant ainsi l’importance de la génétique dans le remodelage
métabolique des cellules cancéreuses. Toutefois, la privation de glucose induit elle aussi un
remarquable remodelage à de très nombreux niveaux, depuis l’épissage des ARN messagers jusqu’à la
synthèse de sérine. Enfin, cette thèse identifie deux classes bioénergétiques de tumeurs du poumon,
ouvrant de nombreuses perspectives pour le diagnostic et la compréhension de ce type de tumeurs,
mais aussi pour proposer des stratégies thérapeutiques adaptées. Les résultats identifient des
biomarqueurs et des cibles validées sur nos modèles in vitro. Les perspectives de cette thèse vont
consister à la transposition de ces approches à la clinique.
Mots clés : Métabolisme énergétique, remodelage métabolique, mitochondrie, métabolisme de la
sérine, glucose déprivation
Title : Regulation of energy metabolism : Study of Bioenergetics remodeling in
cancer.
Abstract : This thesis investigates the metabolic remodeling of cancer cells. Three models are
analyzed by different biochemical and genetic approaches: (i) lung cells transduced with oncogenic
HRASG12V, (ii) HeLa cells challenged with glucose deprivation and (iii) surgical pieces of lung tumors.
On each model the observed metabolic remodeling involves numerous catabolic and anabolic
pathways, including glutaminolysis and serine biosynthesis. Our work revealed an important role of
mitochondria in metabolic remodeling, both for the supply of energy and for the synthesis of
antioxidants and amino acids, but also phospholipids. We show the extent of a single mutation
HRASG12V on a very large number of metabolic processes, revealing the importance of genetics in the
metabolic remodeling of cancer cells. However, glucose deprivation also induced a remarkable
remodeling at many levels of cell metabolism, from the splicing of messenger RNAs to serine
biosynthesis. In the third part, this thesis identified two bioenergetic classes of lung tumors, opening
interesting opportunities for the diagnosis and understanding of this type of tumor, but also to propose
appropriate therapeutic strategies. The results identify biomarkers and targets validated in our in vitro
models. The outlook of this thesis will be to the implementation of these approaches in the clinic.
Keywords : Energy metabolism, bioenergetics remodeling, mitochondria, serine metabolism,
glucose deprivation.
Unité de recherche
[Laboratoire Maladies rares : Génétique et métabolisme, CHU Pellegrin, 2° étage Ecole des sages-
femmes, place Amélie Raba-Léon, 33000 BORDEAUX]

A mes parents,
A mon frère,
A mon mari

REMERCIEMENT
Tout d'abord Rodrigue, mon cher directeur de thèse! Merci de m'avoir permis de faire
cette thèse qui restera un super souvenir même si je t'aurai bien volontiers tordu le cou à
plusieurs reprises ("Mister dernière minute et tient on pourrait rajouter ça c'est une "super
idée" pas longue juste 1 mois de manip et après on arrête promis!!!"). Merci de m'avoir
appris beaucoup de chose, de m'avoir amené en congrès avec toi (les bagages à l'aéroport...
un grand moment!), d'avoir organiser le MIP avec toi (super souvenir on a bien rigolé), et de
m'avoir soutenu... Nous formons un super binôme (méga partenaire de "ping pong") qui va
continuer et vive la science!
Je tiens également à remercier les membres de mon jury. Pr.Pierre Sonveaux et Dr.
Jérôme Kluza, merci de m'avoir fait l'honneur d'évaluer mes travaux de thèse. Pr.Franklin
Rumjanek, merci de traverser un océan pour faire parti de ce jury. Hamid et Anne-Karine
merci pour votre présence tout au long de ma thèse. Laurent, merci d'être mon président de
jury et de m'avoir soutenu lors de mon stage master 1... sans toi je ne soutiendrai pas cette
thèse à l'heure qu'il est... Merci pour la compréhension et la gentillesse dont tu as fais preuve
au vu de ma situation personnelle très délicate à ce moment là.... merci.
Merci aux membres du labo (petite Marie, grande Julie, petite Julie, Fanny T., Fanny
MP., Marie-laure, Estelle, Sabine, Harmony, Christelle, Emelyne, Kelly, Pauline, Nadège,
Giovanni, Isabelle, Cyril, Caroline, Patrick, Benoît...et à tous ceux que j'oublie certainement)
ainsi qu' à Didier Lacombe pour m'avoir accueilli au sein du laboratoire. Merci Marie pour
ton écoute, ta patience, le million de commandes à passer en urgence et la tonne de services
rendus! Elodie ce fût un plaisir de partager les petits déjeunés très matinaux ("c'est pas faux"!)
et tout le reste, c'était "super green"!!! Karine, merci pour tout, pour m'avoir fait découvrir le
monde de l'anesthésie (merci encore pour le congrès de la SFAR!) et pour m'avoir écouter et
donner le nom d'un neurochirurgien qui a changer beaucoup de choses.
Merci également à nos collaborateurs au sein de l'université et de l'hopital : Patrick et
Guillaume merci pour les petits lipides! Hugues et Matthieu merci pour les poumons, les
tableurs....Hamid, merci pour tous tes conseils et pour faire parti de mon jury, Wallid merci
pour les manip de BrDu et Mohsen merci aussi et courage tu verra ça en vaut la peine! Anne-
Karine merci également de faire parti des membres de mon jury ainsi que tous les week-end
que tu as dû passer au labo à cause de mes manip!!!!! Ben, super collab et super contente de
pouvoir continuer à travailler avec toi!!!
Nivea, je vais rédiger en français comme ça tu sera obligée d'apprendre le français
(ou alors tu iras sur google translate!) : merci pour ton sourire, tes câlins (tradition
brésilienne!) et ton écoute. Tu es tout simplement solaire, travailler avec toi a été un réel
plaisir, ne change rien reste comme tu est!!!
Caro, j'ai commencé ma thèse et toi tu la finissais... je me disais la prochaine à
soutenir c'est moi, ben ca y est j'y suis.... tu as vraiment toute mon admiration pour avoir écrit

et soutenu ta thèse à 8 mois de grossesse et d'être parti en suivant sur la troisième année de
médecine.... tu as tout réussi franchement chapeau madame!
Su, j'ai commencé ma thèse à tes côtés dans le même bureau, tu est partie et tu as
continué à être présente à travers skype. Merci infiniment de parcourir 14440 kilomètres (et
des bananes) pour voir ma soutenance, merci aussi pour tous tes protocoles et tous tes
précieux conseils ainsi que nos longues discussions sur skype!
Jenn, tu as été si importante pour mon master 2, merci de m'avoir permis de passer
cette étape "rock and roll" et de m'avoir présenté Rodrigue! Merci aussi pour les 100 litres de
PFA, les plaques 6 puits, les pipettes... bref merci de m'avoir dépanné dès qu'il manquait
quelque chose au labo le lundi matin à 8h!!! Et t'inquiète pas on continuera à aller manger
les sandwichs au saumon du relais H le midi et de maudire la terre entière!! gros pensées
aussi pour Annaig et maman Armelle!
Zazou, que de chemin parcouru toutes les deux depuis notre licence. On s'est lancé
dans une thèse pour moi c'est la fin, pour toi le milieu : courage continue envers et contre tout
tu est la meilleure. Tu est aussi ma meilleure amie qui a toujours été là dans les bons comme
dans les mauvais moments. Tu ne m'as jamais laissé tombé même à 3h du matin tu répondais
présente.... merci ma chérie.
Audrey, toi aussi tu étais là à n'importe quelle heure pour moi, les mots ne suffiront
jamais à te remercier toi non plus. Merci aussi pour les longueurs de piscines que tu avalais
avec moi pour canaliser mon énergie et pour les bons fous rires qu'on a pu avoir ensemble!
Lucas, mon filleul, tu étais dans le ventre de maman quand j'étudiais mon cours de
métabolisme... 11h devant le papier vert pomme de la maternité (on supporte plus cette
couleur avec parrain depuis!)avant que tu pointes le bout de ton nez! travail bien à l'école
mon petit chou c'est important!
Les copains : Alex (non c'est pas cool, c'est tastycool!), Philippe ("Super Coin-coin"),
Manue (joyeux noël Félix!), Dada (oui, on peut faire une thèse et confondre le pique et le
trèfle à la bellote!!), Tim (grand voisinou!), Tessa (p'tite voisinette!), Hervé (vive noir dez!) et
Juju (louloutte!), Nico(vive tastycool!) et Melissa (tu vas aimer le métal avec tastycool!).... et
tous ceux que j'oublie merci pour les bonnes soirées et pour avoir écouter mon oral de
soutenance dont je sais que vous avez pas pipé la moitié des mots!!!!
Ludo, mon grand frère, quel bonheur ça était de grandir avec toi et que souvenirs
inoubliables.... les petites voitures dans le tas de sable (désolée encore papa pour la
bétonnière!), les descentes de luges à fond la caisse (et pour toutes les remontées où tu tenais
la luge d'une main et moi de l'autre pour m'aider...) les parties de foot, les balades à vélo, les
sorties au Conemara, les match de foot, de hockey sur glace et le fameux réveillon où j'ai
rencontrer mon mari... maintenant tu est à Paris et c'est pas magique car tu me manque
tant...J'aurai pu ouvrir une crêperie vu la tonne que j'ai pu faire pour les mi-temps de match....
ben non j'ai fait une thèse à la place! Tu vois comme quoi les réveils avec Metallica ou
System of a down peuvent mener à tout!