Rôle de GPR40 dans la survie et la prolifération cellulaires induites par l’oléate dans les cellules de cancer du sein MDA-MB-231 et de cancer de la prostate DU145

La relation entre l’obésité et le cancer, bien qu’établie par des études épidémiologiques, est peu connue. Pourtant, environ 25 % des cancers pourraient y être attribuables. Parmi les cancers reliés à l’obésité, les cancers du côlon, du sein chez les femmes ménopausées et de la prostate sont les plus fréquents. Des études sur modèles animaux ont suggéré une association positive entre une diète riche en gras et le développement du cancer mammaire et de la prostate. Nous avons étudié les mécanismes moléculaires par lesquels les acides gras influencent le devenir de lignées de cellules cancéreuses du sein et de la prostate. Ces travaux ont montré que les acides gras insaturés, dont l’oléate, induisent la prolifération cellulaire tandis que les acides gras saturés, dont le palmitate, diminuent la prolifération. Un traitement à l’oléate stimule la formation de gouttelettes lipidiques dans le cytoplasme des cellules de cancer du sein MDA-MB-231 et de la prostate DU145 alors qu’un traitement au palmitate entraîne l’apoptose. Le mécanisme d’action de l’oléate sur la prolifération a été étudié de façon plus approfondie. L’utilisation d’inhibiteurs pharmacologiques nous a permis de déterminer que l’effet prolifératif de l’oléate implique la voie PI3K/Akt, la voie ERK1/2 et l’activation d’un ou de plusieurs récepteur(s) couplé(s) aux protéines G (GPCR). L’oléate induit la phosphorylation rapide des protéines Akt et ERK1/2 dans les cellules de cancer du sein MDA-MB-231 et de la prostate DU145. Au cours des dernières années, deux GPCRs ont été identifiés comme étant activables par des acides gras à moyennes et à longues chaînes, GPR40 et GPR120. GPR40 étant exprimé dans plusieurs lignées cellulaires de cancer du sein et de la prostate contrairement à l’expression de GPR120 qui était inexistante dans la plupart des lignées, nous avons étudié l’implication de GPR40 dans l’effet prolifératif de l’oléate. Ces deux récepteurs n’étant pas exprimés dans les cellules épithéliales mammaires humaines en culture primaire, ces cellules ne répondent pas aux effets de l’oléate sur la prolifération et l’activation des voies de signalisation. L’activation des voies Akt et ERK1/2 par l’oléate dans les cellules MDA-MB-231 et DU145 est potentialisée par la surexpression du récepteur GPR40 et inhibée par l’utilisation d’un siRNA dirigé contre ce récepteur. Cependant, la prolifération induite par l’oléate ne semble pas affectée par la présence d’un siRNA dirigé contre GPR40. L’oléate étant un acide gras, il est capable d’entrer librement dans les cellules et une partie de ses effets sur la prolifération pourrait être attribuée à sa métabolisation. Un agoniste de GPR40, le GW9508, est en mesure d’activer GPR40 sans toutefois entrer dans les cellules ni activer le métabolisme de l’oléate. Le GW9508 stimule la phosphorylation des protéines Akt et ERK1/2 dans les cellules du cancer du sein MDA-MB-231 et de la prostate DU145, mais il n’est pas en mesure d’induire la prolifération cellulaire comme le fait l’oléate. Ces résultats nous permettent de mieux comprendre le mécanisme d’action de l’oléate sur les cellules de cancer du sein et de la prostate. L’oléate induit la signalisation de GPR40 qui est impliquée dans l’activation rapide des voies de signalisation Akt et ERK1/2. De son côté, l’effet prolifératif induit par l’oléate s’effectue par un mécanisme GPR40-indépendant, possiblement lié au métabolisme de l’oléate.

Novel free fatty acid receptor 1 (GPR40) agonists based on 1,3,4-thiadiazole-2-carboxamide scaffold

Free fatty acid receptor 1 (FFA1), previously known as GPR40 is a G protein-coupled receptor and a new target for treatment of type 2 diabetes. Two series of FFA1 agonists utilizing a 1,3,4-thiadiazole-2-caboxamide scaffold were synthetized. Both series offered significant improvement of the potency compared to the previously described 1,3,4-thiadiazole-based FFA1 agonists and high selectivity for FFA1. Molecular docking predicts new aromatic interactions with the receptor that improve agonist potency. The most potent compounds from both series were profiled for in vitro ADME properties (plasma and metabolic stability, LogD, plasma protein binding, hERG binding and CYP inhibition). One series suffered very rapid degradation in plasma and in presence of mouse liver microsomes. However, the other series delivered a lead compound that displayed a reasonable ADME profile together with the improved FFA1 potency.

Free fatty acid receptor 1 (GPR40) agonists containing spirocyclic periphery inspired by LY2881835

The free fatty acid receptor 1 (FFA1), a G protein-coupled receptor (GPCR) naturally activated by long-chain fatty acids is a novel target for the treatment of metabolic diseases. The basic amine spirocyclic periphery of Eli Lilly's drug candidate LY2881835 for treatment of type 2 diabetes mellitus (which reached phase I clinical trials) inspired a series of novel FFA1 agonists. These were designed to incorporate the 3-[4-(benzyloxy)phenyl]propanoic acid pharmacophore core decorated with a range of spirocyclic motifs. The latter were prepared via the Prins cyclization and subsequent modification of the 4-hydroxytetrahydropyran moiety in the Prins product. Here, we synthesize 19 compounds and test for FFA1 activity. Within this pilot set, a nanomolar potency (EC50=55nM) was reached. Four lead compounds (EC50 range 55-410nM) were characterized for aqueous solubility, metabolic stability, plasma protein binding and Caco-2 permeability. While some instability in the presence of mouse liver microsomes was noted, mouse pharmacokinetic profile of the compound having the best overall ADME properties was evaluated to reveal acceptable bioavailability (F=10.3%) and plasma levels achieved on oral administration.

NAD(P)H Oxidase Participates in the Palmitate-Induced Superoxide Production and Insulin Secretion by Rat Pancreatic Islets

Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate [NAD(P)H] oxidase complex has been shown to be involved in the process of glucose-stimulated insulin secretion (GSIS). In this study, we examined the effect of palmitic acid on superoxide production and insulin secretion by rat pancreatic islets and the mechanism involved. Rat pancreatic islets were incubated during 1 h with 1 mM palmitate, 1% fatty acid free-albumin, 5.6 or 10 mM glucose and in the presence of inhibitors of NAD(P)H oxidase (DPI-diphenyleneiodonium), PKC (calphostin C) and carnitine palmitoyl transferase-I (CPT-I) (etomoxir). Superoxide content was determined by hydroethidine assays. Palmitate increased superoxide production in the presence of 5.6 and 10 mM glucose. This effect was dependent on activation of PKC and NAD(P)H oxidase. Palmitic acid oxidation was demonstrated to contribute for the fatty acid induction of superoxide production in the presence of 5.6 mM glucose. In fact, palmitate caused p47(PHOX) translocation to plasma membrane, as shown by immunohistochemistry. Exposure to palmitate for 1 h up-regulated the protein content of p47(PHOX) and the mRNA levels of p22(PHOX), gp91(PHOX), p47(PHOX), proinsulin and the G protein-coupled receptor 40 (GPR40). Fatty acid stimulation of insulin secretion in the presence of high glucose concentration was reduced by inhibition of NAD(P)H oxidase activity. In conclusion, NAD(P)H oxidase is an important source of superoxide in pancreatic islets and the activity of NAD(P)H oxidase is involved in the control of insulin secretion by palmitate. J. Cell. Physiol. 226: 1110-1117, 2011. (C) 2010 Wiley-Liss, Inc.

Oleic Acid Modulates Metabolic Substrate Channeling during Glucose-Stimulated Insulin Secretion via NAD(P)H Oxidase

Positive acute effects of fatty acids (FA) on glucose-stimulated insulin secretion (GSIS) and reactive oxygen species (ROS) formation have been reported. However, those studies mainly focused on palmitic acid actions, and reports on oleic acid (OA) are scarce. In this study, the effect of physiological OA levels on beta-cell function and the mechanisms involved were investigated. Analyses of insulin secretion, FA and glucose oxidation, and ROS formation showed that, at high glucose concentration, OA treatment increases GSIS in parallel with increased ROS content. At high glucose, OA oxidation was increased, accompanied by a suppression of glucose oxidation. Using approaches for protein knockdown of FA receptor G protein-coupled receptor 40 (GPR40) and of p47(PHOX), a reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate [NAD(P) H] oxidase component, we observed that GPR40 does not mediate OA effects on ROS formation and GSIS. However, in p47(PHOX) knockdown islets, OA-induced ROS formation and the inhibitory effect of OA on glucose metabolism was abolished. Similar results were obtained by pharmacological inhibition of protein kinase C, a known activator of NAD(P) H oxidase. Thus, ROS derived from OA metabolism via NAD(P) H oxidase are an inhibitor of glucose oxidation. Put together, these results indicate that OA acts as a modulator of glucose oxidation via ROS derived from its own metabolism in beta-cells. (Endocrinology 152: 3614-3621, 2011)

Avaliação da participação dos ácidos graxos nas adaptações das ilhotas pancreáticas à resistência periférica à insulina pelo tratamento com dexametasona

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Étude des voies de signalisation impliquées lors de la prolifération et l'apoptose des cellules du cancer du sein en réponse aux acides gras

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Fatty acid metabolism and modulation of human breast cancer cell survival

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Étude des voies de signalisation impliquées lors de la prolifération et l'apoptose des cellules du cancer du sein en réponse aux acides gras

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Fatty acid metabolism and modulation of human breast cancer cell survival

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Application of GPCR Structures for Modelling of Free Fatty Acid Receptors

Five G protein-coupled receptors (GPCRs) have been identified to be activated by free fatty acids (FFA). Among them, FFA1 (GPR40) and FFA4 (GPR120) bind long-chain fatty acids, FFA2 (GPR43) and FFA3 (GPR41) bind short-chain fatty acids and GPR84 binds medium-chain fatty acids. Free fatty acid receptors have now emerged as potential targets for the treatment of diabetes, obesity and immune diseases. The recent progress in crystallography of GPCRs has now enabled the elucidation of the structure of FFA1 and provided reliable templates for homology modelling of other FFA receptors. Analysis of the crystal structure and improved homology models, along with mutagenesis data and structure activity, highlighted an unusual arginine charge pairing interaction in FFA1-3 for receptor modulation, distinct structural features for ligand binding to FFA1 and FFA4 and an arginine of the second extracellular loop as a possible anchoring point for FFA at GPR84. Structural data will be helpful for searching novel small molecule modulators at the FFA receptors.