Génomique intégrative du métabolisme énergétique dans les tumeurs

Frédérique SavagnerEA3143, AngersEA3143, Angers

Effet Warburg

Captation glucose ++/glycolyse ++Acidification milieu environnant

Dysfonction mitochondriale?

Régénération

Métabolites

intermédiaires

OXPHOS

ADNmt (13)

Fonction énergétique mitochondriale (OXPHOS) et régulation / UCPRespiration « couplée » ou « découplée »

ADNn (~80)

Mneinterne

ATP synthase

Masse mitochondriale et tumeurs?

• Dépendante hypoxie/ischémie, oncogène (c-Myc)

• Tumeurs hormono-dépendantes (sein, prostate, endomètre)

Lien avec grade, sous type, survie, réponse aux thérapies??

• Tumeurs endocrines (Poumon, GIP, glandes): phéochromocytome, oncocytome

(Boland, 2013)

Tumeurs de la thyroïde et adénome/carcinome

Cancer du sein

oncocytome

Warburg Warburg « revisité »

Glycolyse

RET/NF1 SDH VHL

oncocytomes

Phéochromocytomes

(VHL+, SDH+)

HIF++

Phéochromocytomes(RET/NF1+)Oncocytomes THIF+/-

(Burnichon et al.2011)

(Mirebeau et al. 2013)

OXPHOS

RET/NF1 SDH VHL

oncocytomes

13 polypep.

100 polypep.

UCP

Biogenèse mitochondriale

= coactivateur transcriptionnel

PGC-1αααα, PGC-1ββββ, PRC

?

TFAM, TFBMTFAM, TFBMEpigénétiquemiRNA

G1

SG2

M

Nutrimentsstress Hypoxie Cycle cellulaire

PRC : expression ubiquitaire

Régulation post-transcriptionnelle métabolisme énergétique/miRNA

Biogenèse mitochondrialePGC-1β & miR-378/ ERRγ, NRF1-2

(Jeon et al. 2013)

PGC-1β & miR-494/ NRF1, TFAM

(Bandeira et al. 2011)

miR-696 cible PGC-1α (Aoi et al., 2010)

Les mitomiRs

• Localisation mitochondriale Ago2

• Pré-miR et miR matures dans la mitochondrie/ Alignement possible sur l’ADNmt

• Régulation des ARNm mitochondriaux par un pool de miRNA? stockage temporaire?

(Bandiera et al., 2012)

Lignée XTC.UC1 FTC-133 RO82 W-1

OrigineOncocytome

thyroïdien

Carcinome folliculaire

thyroïdien

Carcinome folliculaire

thyroïdien

Métabolisme Oxydatif Oxydatif Glycolytique

Modèles cellulaires tumeurs endocrines thyroïdiennes

Masse mito +++ +++ +

PRC +++ +++ +

PGC1-α - +++ +

PGC-1ββββ - - -

miRNA ? ? ?

Approche intégrative/ réseau de régulation fonction energetique

SiRNA coactivateur PRC

Transcriptome (12, 24 et 48h)

Gènes/Fonctions corégulé(e)s

Puces à miARN (48h)

Modèle cellulaire

oncocytome XTC.UC1

PRC+ / OXPHOS++/mito++

? / AntimiR

41 miRNA down-exprimés

28 miRNA sur-exprimés

Puces miRNA (866 miRNA)

miRNome:

Immunoprécipitation PRC

et FT (NRF1, NRF2..)

?

?

?

Puces à promoteurs (ChIP-chip) 24 et 48h

Identifications gènes cibles

Oxygraphie

• oxygraphe Seahorse XF-24

• 3 Toxiques testés:– Oligomycine: inhibiteur de l’ATP synthase

– FCCP: découpleur de la chaîne respiratoire

– Antimycine A: inhibiteur du complexe III

Fraction oligosensible = consommation en O2 couplée à la synthèse d’ATP

1

2

1: fraction basale sensible à l’oligomycine:

2: fraction maximale sensible à l’oligomycine

Fraction oligosensible = consommation en O2 couplée à la synthèse d’ATP

(cluster 2)

SiRNA PRC et transcriptome (44K, Agilent)8 clusters : OXPHOS, Cycle cellulaire (G1/S; M), transcription, traduction,

Réparation, Voie MAPK , jonction cellulaire

Fréquence des motifs– 1kb + 1 kb /

- connus/ JASPAR- motifs inconnus (Madtools)

T0 T48

PRC+

NRF1 + YY1+NRF2 + CREB+ERRα +

GO : Métabolismemitochondrial

(Raharijaona et al., 2009)

PRC+

Meta-analyse autres tumeurs solides(GSEA/MSgDB)

Cluster PRC + et 608 tumeurs (45 types)et 608 tumeurs (45 types)

colon sein

Approche intégrative/ réseau de régulation

SiRNA coactivateur PRC

TranscriptomeGènes/Fonctions corégulé(e)s

? ?

Modèle cellulaire XTC.UC1

NRF1 : 1128 cibles (0.001)

input

IP

Immunoprécipitation FT NRF1NRF2ERRαCREBYY1

et PRC

Puces à promoteursIdentifications gènes cibles

?

?

?

M phase, cell cycle

Translation, transcription

cell communication

YY1 CREB NRF1 ERRα NRF2 PRC

PRC et …

NRF1-NRF2-ERR

miRNA

(Seuil 10-5)

cell communication

OXPHOS

NRF1-CREB-ERRNRF1-NRF2-ERR-CREB

NRF1-CREB

YY1-CREB-NRF1

ERRa-NRF2

KI RO82W-1

KO FTC-133

PRC/ERR régule l’expression de LDH

↑↑↑↑PRC

↑↑↑↑ ERRalpha LDHB↑↑↑↑PRC

↑↑↑↑ ERRalpha OXPHOS

(Mirebeau, PlosOne, 2013)(Mirebeau, FebsJ, 2010)

Pyruvate LactateA

BActivité LDH↓↓↓↓Activité OXPHOS↑↑↑↑

Régulation post transcriptionnelleSiRNA PRC/ XTC.UC1

mi

ChIP-chip analysis

(Carat, J Cell Sci, revision)

Intégration transcriptome/miRNome

PRCFonctions

mitochondriales

miARNs ?

?

?

Prédiction ontologies

Cibles miARNs PRC dépendants

(Diana-miRpath software)

Prédiction des fonctions ciblées par les

miARNs directement régulés par PRC

22

Fonction

OXPHOS

?

Etude Fonctionnelle des 5 miRNAs liés a OXPHOS / AntimiR

Augmentation de la

consommation en oxygène

nécessaire à la synthèse d’ATP

(fraction oligosensible)

Diminution de la

consommation en

oxygène

OCR: Oxygen Consumption rate

miRNAs régulent le niveau d’expression de PRC et PGC-1αααα

La réduction du ratio PRC/PGC-1αinduit une réduction de l’efficacité du couplage chaîne respiratoire/ATP synthase � plus d’oxygène nécessaire pour compenser

24

Etude Fonctionnelle de miR-218 (XTC.UC1)

3' ugUACCA-AUCUAGUUCGUGUu 5' hsa-miR-218

||| | | | :|||||||

215:5' gaAUGAUAUCCAGUAAGCACAu 3' PPARGC1A

Appartient aux mitomiRs (Kren et al., 2009 ; Bian et al., 2010)

Impliqué dans une boucle de régulation PGC-1α (Yamamoto et al., 2012)

miR-494 ciblé directement par PRC

• Transcriptome XTC.UC1 après

transfection avec anti-miR-494

• Corrobore les résultats de Bandiera et • Corrobore les résultats de Bandiera et

al., 2011

miR-494

Régulation OXPHOS/PRC et miR-218 et miR-494

miR-494

Conclusions

• PRC: intégration biogenèse mitochondriale et prolifération

cellulaire

• Régulation PRC-dépendante / complexes de FT

• 12 miARNs PRC dépendant� 5 miARNs régulent directement 12 miARNs PRC dépendant 5 miARNs régulent directement

la production d’énergie

• miR-218 et miR-494 impactent le ratio PRC/PGC-1α �

reprogrammation métabolique et homéostasie énergétique

Remerciements

• LNBT| EA 3143, Angers:– Joël EYER

– Romain RIVALIN

– Julien BALZEAU

– Claire LEPINOUX-CHAMBAUD

• U694 Angers:– Yves MALTHIERRY

• U915 Nantes:– Rémi HOULGATTE

– Solenne CARAT

– Gérard RAMSTEIN

– Marja STEENMAN

– Daniel BARON

• Plateforme Génomique de Nantes– Catherine CHEVALIER– Yves MALTHIERRY

– Caroline JACQUES

– Delphine PRUNIER

– Delphine GUILLOTIN

– Catherine CHEVALIER

– Audrey DONNART

– Marine CORNEC

– Audrey BIHOUEE

– Raluca TEUSAN

– Edouard HIRCHAUD