Développement et radiosynthèse de ligands du récepteur tyrosine kinase neurotrophique type 2 (TrkB) marqués aux carbone-11 et fluor-18 pour l’imagerie cérébrale par tomographie d’émission de positons

Ce mémoire présente mes travaux ayant menés au développement d’une première génération de radioligands marqués au fluor-18 (t1/2 = 110 min) et au carbone-11 (t1/2 = 20.4 min) destinés à l’imagerie cérébrale in vivo du récepteur tyrosine kinase neurotrophique de type 2 (TrkB) en tomographie par émission de positons (TEP). Ces travaux reposent sur l’identification récente de ligands de TrkB non peptidiques à hautes affinités dérivés du 7,8-dihydroxyflavone. La synthèse d’une série de dérivés du 7,8-dihydroxyflavone non-radioactifs de même que des précuseurs à l’incorporation du fluro-18 et du carbone-11 a d’abord été effectuée. Partant des précurseurs adéquats synthétisés, la radiosynthèse de deux radioligands, l’un marqué au fluor-18 et l’autre au carbone-11, a été développée. Ces radiosynthèses reposent respectivement sur une 18F-radiofluorination nucléophile aromatique nouvelle et hautement efficace et sur une 11C-méthylation N-sélective. Les radiotraceurs de TrkB ainsi obtenus ont ensuite été évalués in vitro en autoradiographie et in vivo en tant que traceurs TEP dans des rats. L’évaluation des propriétés physico-chimique de même que de la stabilité in vitro des radiotraceurs sont présentées. Partant d’une série d’analogues cristallisés de ces flavones synthétiques, une étude de relation structure-activité a été menée. La combinaison de cette étude, de pair avec l’évaluation in vivo de la première génération de radiotraceurs de TrkB a aussi permis d’investiguer les pharmacophores nécessaires à l’affinité de ces ligands de même que d’identifier des fragments structurels associés au métabolisme des radiotraceurs. La radiosynthèse d’un troisième radioligand de TrkB et son évaluation TEP in vivo de même que la mise en lumière des modifications structurelles utiles au développement d’une seconde génération de radioligands de TrkB avec des propriétés optimisées pour fin d’imagerie TEP sont aussi détaillés.

Régulation de l’activité transcriptionnelle des récepteurs des estrogènes (ER) par le récepteur à chimiokine CXCR4 et les récepteurs à activité tyrosine kinase ErbB2 et ErbB3

La régulation de la transcription des gènes par les récepteurs des estrogènes ERα et ERβ joue un rôle important dans la croissance cellulaire et dans le développement du cancer du sein. Une augmentation de l’expression de CXCR4 et de son ligand SDF-1/CXCL12 corrèle avec un phénotype plus agressif du cancer du sein. Ici, nous démontrons un mécanisme de boucle de régulation positive entre la signalisation de CXCR4/SDF-1 et l’activité transcriptionnelle des ERs dans des cellules cancéreuses mammaires. L’activité transcriptionnelle de ER et l’expression de gènes cibles de ER, dont SDF-1 lui-même, sont augmentées dans la lignée cancéreuse mammaire MCF-7 en réponse à SDF-1. Ces effets sont bloqués par l’anti-estrogène fulvestrant et par la délétion de CXCR4. Par ailleurs, l’expression des gènes et la prolifération des cellules cancéreuses mammaires MCF-7 en réponse à l’estrogène sont altérées par l’inhibition de CXCR4. La signalisation par les facteurs de croissance joue un rôle important dans le cancer du sein. La surexpression et la dérégulation de la signalisation par le récepteur à activité tyrosine kinase ErbB2 corrèlent avec un phénotype tumoral mammaire plus agressif et un moins bon pronostic. Cependant, comment la signalisation de ErbB2 et de CXCR4 sont fonctionnellement reliées dans la régulation de la réponse de ER dans les cellules cancéreuses mammaires n’est pas connue. Nous démontrons ici que CXCR4 régule négativement l’expression protéique de ErbB2 et de son partenaire d’interaction ErbB3 ainsi que la phosphorylation de ErbB2. CXCR4 altère l’activation de la voie PI3-K/Akt par le dimère ErbB2/ErbB3 en réponse à héréguline alors qu’en présence de SDF-1, les niveaux d’activation sont récupérés. Nous avons trouvé que héréguline-β promouvoit la phosphorylation de la sérine 339 de CXCR4, un site important pour l’internalisation et la signalisation du récepteur. De plus, le recrutement de ErbB2 à CXCR4 est favorisé par ErbB3 et héréguline-β. L’activité transcriptionnelle ainsi que l’expression des gènes cibles de ER en réponse à l’héréguline sont relevées avec l’expression de CXCR4 et partiellement récupérées avec l’addition de SDF-1. Ces résultats démontrent que le recrutement de CXCR4 à ErbB2 altère la signalisation médiée par ErbB2/ErbB3 ainsi que l’activité hormonale de ER dans des cellules cancéreuses mammaires. Nous travaux ont permis d’identifier et de caractériser l’impact de la signalisation médiée par des récepteurs membranaires sur la réponse transcriptionnelle de ER dans des cellules cancéreuses mammaires. La signalisation membranaire est un facteur pouvant contribuer à la résistance aux thérapies endocriniennes et donc cibler les récepteurs impliqués s’avèrerait utile pour améliorer les traitements existants et mettre au point de nouvelles approches.

Étude du rôle de la tyrosine kinase Src dans la régulation de la signalisation des récepteurs opioïdes delta (∆OR)

Les opioïdes sont les analgésiques les plus efficaces mais leur utilisation est limitée par la tolérance, un processus lié en partie à la désensibilisation des récepteurs. Le rôle de la présente étude était de mieux caractériser le processus de désensibilisation des récepteurs et plus particulièrement, d’étudier le rôle de la tyrosine kinase Src sur la régulation de la signalisation des récepteurs delta opioïdes. Nos résultats démontrent que l’inhibition pharmacologique avec PP2 (à faible concentration : 20- 40µM) ou encore l’inhibition moléculaire de la kinase avec de faibles concentrations d’ADN d’un mutant dominant inactif de Src (0,2µg/ml) potentialise l’amplitude et la durée de l’activation de la cascade ERK lorsqu’un agoniste, DPDPE (1µM; 5 min), se lie aux récepteurs. Nous avons également démontré que de fortes concentrations d’inhibiteurs de Src (80 et 100µM de PP2 ou 1µg/ml d’ADN du mutant dominant négatif) bloquent la cascade des MAPK suivant la stimulation de DOR par l’agoniste DPDPE. Ces observations indiquent que Src a un effet biphasique sur l’activité de ERK : l’inhibition complète de Src inhibe l’activité de la cascade MAPK alors qu’une inhibition modérée potentialise cette même cascade. Nous pensons aussi que de fortes concentrations des bloqueurs de Src interfèrent avec l’activation de ERK alors que de faibles concentrations interfèrent avec la désensibilisation des récepteurs. Cette possibilité a été testée à l’aide d’essais d’accumulation d’AMPc qui visaient à évaluer l’effet des bloqueurs de Src (PP2, 20 µM; 1h) sur la désensibilisation induite par un agoniste. L'activation de DOR par DPDPE inhibe la production d’AMPc, préalablement stimulée par du forskolin, de façon dose-dépendante. Le maximum d'inhibition observé est de 61%, mais lors d’un prétraitement au DPDPE (1 µM, 30 min) l’inhibition maximale est réduite à 72% de l’inhibition initiale observée. Cependant, un prétraitement des cellules au PP2 (20µM pendant 1 heure) avant d’effectuer la désensibilisation protège contre cette désensibilisation. L’effet protecteur des bloqueurs de Src n’entraîne pas de changement au niveau de l’internalisation des DOR mais l’altération de leur internalisation via un mutant tronqué du DOR ou via un milieu sucré hypertonique (0.4M de saccharose) réduit cette protection. Ces données suggèrent alors que l’internalisation optimale du récepteur est nécessaire pour que l’effet protecteur prenne place. Nous concluons donc que Src contribue à la désensibilisation de DOR après que l’internalisation du DOR soit survenue.

Implicating the mechanisms of ADP-ribosylation factor activation in the resistance of invasive breast cancer cells to EGFR tyrosine kinase inhibitors

ADP-ribosylation factor-1 (ARF1) est une petite GTPase principalement connue pour son rôle dans la formation de vésicules au niveau de l’appareil de Golgi. Récemment, dans des cellules de cancer du sein, nous avons démontré qu’ARF1 est aussi un médiateur important de la signalisation du récepteur du facteur de croissance épidermique (EGFR) contrôlant la prolifération, la migration et l'invasion cellulaire. Cependant, le mécanisme par lequel l’EGFR active la GTPase ainsi que le rôle de cette dernière dans la régulation de la fonction du récepteur demeure inconnue. Dans cette thèse, nous avions comme objectifs de définir le mécanisme d'activation de ARF1 dans les cellules de cancer du sein hautement invasif et démontrer que l’activation de cette isoforme de ARF joue un rôle essentiel dans la résistance de ces cellules aux inhibiteurs de l'EGFR. Nos études démontrent que les protéines d’adaptatrices Grb2 et p66Shc jouent un rôle important dans l'activation de ARF1. Alors que Grb2 favorise le recrutement d’ARF1 à l'EGFR ainsi que l'activation de cette petite GTPase, p66Shc inhibe le recrutement du complexe Grb2-ARF1 au récepteur et donc contribue à limiter l’activation d’ARF1. De plus, nous démontrons que ARF1 favorise la résistance aux inhibiteurs des tyrosines kinases dans les cellules de cancer du sein hautement invasif. En effet, une diminution de l’expression de ARF1 a augmenté la sensibilité descellules aux inhibiteurs de l'EGFR. Nous montrons également que de hauts niveaux de ARF1 contribuent à la résistance des cellules à ces médicaments en améliorant la survie et les signaux prolifératifs à travers ERK1/2, Src et AKT, tout en bloquant les voies apoptotiques (p38MAPK et JNK). Enfin, nous mettons en évidence le rôle de la protéine ARF1 dans l’apoptose en réponse aux traitements des inhibiteurs de l’EGFR. Nos résultats indiquent que la dépletion d’ARF1 promeut la mort cellulaire induite par gefitinib, en augmentant l'expression de facteurs pro-apoptotiques (p66shc, Bax), en altérant le potentiel de la membrane mitochondriale et la libération du cytochrome C. Ensemble, nos résultats délimitent un nouveau mécanisme d'activation de ARF1 dans les cellules du cancer du sein hautement invasif et impliquent l’activité d’ARF1 comme un médiateur important de la résistance aux inhibiteurs EGFR.

Implicating the mechanisms of ADP-ribosylation factor activation in the resistance of invasive breast cancer cells to EGFR tyrosine kinase inhibitors

ADP-ribosylation factor-1 (ARF1) est une petite GTPase principalement connue pour son rôle dans la formation de vésicules au niveau de l’appareil de Golgi. Récemment, dans des cellules de cancer du sein, nous avons démontré qu’ARF1 est aussi un médiateur important de la signalisation du récepteur du facteur de croissance épidermique (EGFR) contrôlant la prolifération, la migration et l'invasion cellulaire. Cependant, le mécanisme par lequel l’EGFR active la GTPase ainsi que le rôle de cette dernière dans la régulation de la fonction du récepteur demeure inconnue. Dans cette thèse, nous avions comme objectifs de définir le mécanisme d'activation de ARF1 dans les cellules de cancer du sein hautement invasif et démontrer que l’activation de cette isoforme de ARF joue un rôle essentiel dans la résistance de ces cellules aux inhibiteurs de l'EGFR. Nos études démontrent que les protéines d’adaptatrices Grb2 et p66Shc jouent un rôle important dans l'activation de ARF1. Alors que Grb2 favorise le recrutement d’ARF1 à l'EGFR ainsi que l'activation de cette petite GTPase, p66Shc inhibe le recrutement du complexe Grb2-ARF1 au récepteur et donc contribue à limiter l’activation d’ARF1. De plus, nous démontrons que ARF1 favorise la résistance aux inhibiteurs des tyrosines kinases dans les cellules de cancer du sein hautement invasif. En effet, une diminution de l’expression de ARF1 a augmenté la sensibilité descellules aux inhibiteurs de l'EGFR. Nous montrons également que de hauts niveaux de ARF1 contribuent à la résistance des cellules à ces médicaments en améliorant la survie et les signaux prolifératifs à travers ERK1/2, Src et AKT, tout en bloquant les voies apoptotiques (p38MAPK et JNK). Enfin, nous mettons en évidence le rôle de la protéine ARF1 dans l’apoptose en réponse aux traitements des inhibiteurs de l’EGFR. Nos résultats indiquent que la dépletion d’ARF1 promeut la mort cellulaire induite par gefitinib, en augmentant l'expression de facteurs pro-apoptotiques (p66shc, Bax), en altérant le potentiel de la membrane mitochondriale et la libération du cytochrome C. Ensemble, nos résultats délimitent un nouveau mécanisme d'activation de ARF1 dans les cellules du cancer du sein hautement invasif et impliquent l’activité d’ARF1 comme un médiateur important de la résistance aux inhibiteurs EGFR.

Investigation of the expression of the EphB4 receptor tyrosine kinase in prostate carcinoma

Background: The EphB4 receptor tyrosine kinase has been reported as increased in tumours originating from several different tissues and its expression in a prostate cancer xenograft model has been reported. Methods: RT-PCR, western blotting and immunohistochemical techniques were used to examine EphB4 expression and protein levels in human prostate cancer cell lines LNCaP, DU145 and PC3. Immunohistochemistry was also used to examine localisation of EphB4 in tissue samples from 15 patients with prostate carcinomas. Results: All three prostate cancer cell lines expressed the EphB4 gene and protein. EphB4 immunoreactivity in vivo was significantly greater in human prostate cancers as compared with matched normal prostate epithelium and there appeared to be a trend towards increased expression with higher grade disease. Conclusions: EphB4 is expressed in prostate cancer cell lines with increased expression in human prostate cancers when compared with matched normal tissue. EphB4 may therefore be a useful anti-prostate cancer target. © 2005 Lee et al., licensee BioMed Central Ltd.

Anti-tumour effects of antibodies targeting the extracellular cysteine-rich region of the receptor tyrosine kinase EphB4

EphB4 is a membrane-bound receptor tyrosine kinase (RTK) commonly over-produced by many epithelial cancers but with low to no expression in most normal adult tissues. EphB4 over-production promotes ligand-independent signaling pathways that increase cancer cell viability and stimulate migration and invasion. Several studies have shown that normal ligand-dependent signaling is tumour suppressive and therefore novel therapeutics which block the tumour promoting ligand-independent signaling and/or stimulate tumour suppressive ligand-dependent signaling will find application in the treatment of cancer. An EphB4-specific polyclonal antibody, targeting a region of 200 amino acids in the extracellular portion of EphB4, showed potent in vitro anti-cancer effects measured by an increase in apoptosis and a decrease in anchorage independent growth. Peptide exclusion was used to identify the epitope targeted by this antibody within the cysteine-rich region of the EphB4 protein, a sequence defined as a potential ligand interacting interface. Addition of antibody to cancer cells resulted in phosphorylation and subsequent degradation of the EphB4 protein, suggesting a mechanism that is ligand mimetic and tumour suppressive. A monoclonal antibody which specifically targets this identified extracellular epitope of EphB4 significantly reduced breast cancer xenograft growth in vivo confirming that EphB4 is a useful target for ligand-mimicking antibody-based anti-cancer therapies.

The tumour-promoting receptor tyrosine kinase, EphB4, regulates expression of Integrin-β8 in prostate cancer cells

Background The EphB4 receptor tyrosine kinase is overexpressed in many cancers including prostate cancer. The molecular mechanisms by which this ephrin receptor influences cancer progression are complex as there are tumor-promoting ligand-independent mechanisms in place as well as ligand-dependent tumor suppressive pathways. Methods We employed transient knockdown of EPHB4 in prostate cancer cells, coupled with gene microarray analysis, to identify genes that were regulated by EPHB4 and may represent linked tumor-promoting factors. We validated target genes using qRT-PCR and employed functional assays to determine their role in prostate cancer migration and invasion. Results We discovered that over 500 genes were deregulated upon EPHB4 siRNA knockdown, with integrin β8 (ITGB8) being the top hit (29-fold down-regulated compared to negative non-silencing siRNA). Gene ontology analysis found that the process of cell adhesion was highly deregulated and two other integrin genes, ITGA3 and ITGA10, were also differentially expressed. In parallel, we also discovered that over-expression of EPHB4 led to a concomitant increase in ITGB8 expression. In silico analysis of a prostate cancer progression microarray publically available in the Oncomine database showed that both EPHB4 and ITGB8 are highly expressed in prostatic intraepithelial neoplasia, the precursor to prostate cancer. Knockdown of ITGB8 in PC-3 and 22Rv1 prostate cancer cells in vitro resulted in significant reduction of cell migration and invasion. Conclusions These results reveal that EphB4 regulates integrin β8 expression and that integrin β8 plays a hitherto unrecognized role in the motility of prostate cancer cells and thus targeting integrin β8 may be a new treatment strategy for prostate cancer.

Polymorphisms in the receptor tyrosine kinase MERTK gene are associated with Multiple Sclerosis susceptibility

Multiple sclerosis (MS) is a debilitating, chronic demyelinating disease of the central nervous system affecting over 2 million people worldwide. The TAM family of receptor tyrosine kinases (TYRO3, AXL and MERTK) have been implicated as important players during demyelination in both animal models of MS and in the human disease. We therefore conducted an association study to identify single nucleotide polymorphisms (SNPs) within genes encoding the TAM receptors and their ligands associated with MS. Analysis of genotype data from a genome-wide association study which consisted of 1618 MS cases and 3413 healthy controls conducted by the Australia and New Zealand Multiple Sclerosis Genetics Consortium (ANZgene) revealed several SNPs within the MERTK gene (Chromosome 2q14.1, Accession Number NG_011607.1) that showed suggestive association with MS. We therefore interrogated 28 SNPs in MERTK in an independent replication cohort of 1140 MS cases and 1140 healthy controls. We found 12 SNPs that replicated, with 7 SNPs showing p-values of less than 10-5 when the discovery and replication cohorts were combined. All 12 replicated SNPs were in strong linkage disequilibrium with each other. In combination, these data suggest the MERTK gene is a novel risk gene for MS susceptibility. © 2011 Ma et al.

Tyrosine kinase inhibitors (nibs)

Traditional chemotherapy involves cytotoxic agents that indiscriminately target all rapidly-dividing cells. This can lead to significant side effects as healthy cells are also targeted.

Cross Talk between Receptor Guanylyl Cyclase C and c-src Tyrosine Kinase Regulates Colon Cancer Cell Cytostasis

Increased activation of c-src seen in colorectal cancer is an indicator of a poor clinical prognosis, suggesting that identification of downstream effectors of c-src may lead to new avenues of therapy. Guanylyl cyclase C (GC-C) is a receptor for the gastrointestinal hormones guanylin and uroguanylin and the bacterial heat-stable enterotoxin. Though activation of GC-C by its ligands elevates intracellular cyclic GMP (cGMP) levels and inhibits cell proliferation, its persistent expression in colorectal carcinomas and occult metastases makes it a marker for malignancy. We show here that GC-C is a substrate for inhibitory phosphorylation by c-src, resulting in reduced ligand-mediated cGMP production. Consequently, active c-src in colonic cells can overcome GC-C-mediated control of the cell cycle. Furthermore, docking of the c-src SH2 domain to phosphorylated GC-C results in colocalization and further activation of c-src. We therefore propose a novel feed-forward mechanism of activation of c-src that is induced by cross talk between a receptor GC and a tyrosine kinase. Our findings have important implications in understanding the molecular mechanisms involved in the progression and treatment of colorectal cancer.