Les chercheurs ont découvert une nouvelle voie qui explique comment les cellules cancéreuses deviennent résistantes aux chimiothérapies, ce qui offre à son tour une solution potentielle pour prévenir la chimiorésistance.
Des fibres d’ADN expérimentales avec fluorescence (photo) ont été utilisées pour révéler la vitesse des fourches de réplication de l’ADN.
La recherche décrit pour la première fois comment un type d’enzyme – auparavant connu pour son rôle dans la réparation de l’ADN – prévient les dommages à l’ADN dans les cellules cancéreuses, les rendant tolérantes aux médicaments de chimiothérapie.
« Il nous fournit des outils pour manipuler puis briser la chimio-résistance dans les cellules cancéreuses », a déclaré Marcus Smolka, directeur par intérim de l’Institut Weill de biologie cellulaire et moléculaire et professeur de biologie moléculaire et de génétique au Collège d’agriculture et des sciences de la vie.
Diego Dibitetto, un ancien chercheur postdoctoral du laboratoire de Smolka qui est actuellement à l’Université de Berne en Suisse, est le premier auteur de l’article.
De nombreux médicaments anticancéreux agissent en créant des blocs sur l’ADN des cellules cancéreuses lors de leur réplication. Pendant la réplication, les brins d’ADN enlacés dans une double hélice se séparent en deux brins individuels afin que chaque brin puisse être copié, conduisant finalement à deux nouvelles doubles hélices. La jonction où cette séparation et cette copie se produisent est appelée une fourche de réplication, qui décompresse la double hélice.
Si ces fourches de réplication étaient des voitures sur une route, les médicaments de chimiothérapie peuvent être imaginés comme des obstacles qui interfèrent avec la circulation des voitures, arrêtant ainsi la réplication et brisant l’ADN. Mais les cellules cancéreuses ont un moyen de ralentir ces fourches, ce qui leur permet d’éviter de telles collisions et de protéger leur ADN, conduisant à une tolérance aux médicaments.
Cette étude rapporte, pour la première fois, comment une kinase (enzyme) appelée DNA-PKcs agit comme un capteur lorsqu’une fourche est stressée en raison de blocages, et favorise le ralentissement de la fourche et la chimio-résistance.
L’ADN-PKcs est connu pour son rôle dans la réparation de l’ADN liée à la génération d’anticorps du système immunitaire et à la résistance aux radiations. Mais c’est la première fois que la kinase est associée au ralentissement d’une fourche de réplication, un processus appelé inversion de fourche.
C’est une toute nouvelle façon de penser l’action de cette kinase. Il ne s’agit pas de réparer l’ADN dans ce cas ; il ralentit les fourches pour empêcher les pauses de se produire en premier lieu. »
Marcus Smolka, directeur par intérim du Weill Institute for Cell and Molecular Biology et professeur de biologie moléculaire et de génétique au College of Agriculture and Life Sciences
Les résultats ouvrent la porte à de nouveaux traitements contre le cancer, car les inhibiteurs de l’ADN-PKcs existent déjà et sont utilisés pour des essais cliniques en parallèle avec les radiothérapies. Dans ces traitements, les radiations endommagent l’ADN des cellules cancéreuses, et l’on pensait que l’inhibition de l’ADN-PKcs limiterait la réparation cellulaire. Mais les inhibiteurs de l’ADN-PKcs ne fonctionnent pas bien dans ce contexte, car les cellules cancéreuses ont d’autres moyens de se réparer.
Cette étude fournit une preuve précoce qu’un inhibiteur de l’ADN-PKcs pourrait être efficace en combinaison avec des chimiothérapies, où les médicaments de chimiothérapie créeraient des blocs à la réplication de l’ADN, et l’inhibiteur empêcherait le ralentissement des fourches de réplication qui conduit à la chimio-résistance.
Dans l’étude, les chercheurs ont utilisé un test pour détecter l’ADN-PKcs kinase aux fourches de réplication. Ensuite, ils ont utilisé un test de fibre d’ADN avec des couleurs fluorescentes, de sorte que plus les fourches de réplication se déplaçaient rapidement, plus les fibres devenaient longues. En présence de médicaments de chimiothérapie, les fibres étaient courtes, indiquant des fourches de réplication ralenties. Mais lorsque des inhibiteurs ont été ajoutés, les fibres sont restées plus longues, indiquant que les fourches se déplaçaient à des vitesses plus rapides.
Le co-auteur Massimo Lopes, expert en stress de réplication à l’Université de Zurich, a pris des images qui ont confirmé que les fourches de réplication ne s’inversaient plus et ne ralentissaient plus en présence des inhibiteurs de kinase. L’équipe a également prouvé que les cellules cancéreuses devenaient malades ou dégradées lorsque la chimiothérapie et les inhibiteurs étaient appliqués ensemble.
Enfin, les cancers du sein déficients en BRCA2 peuvent devenir résistants aux médicaments de chimiothérapie utilisés pour les traiter, et on savait que l’inversion de la fourche était impliquée dans la résistance. Dans cette étude, lorsque les chercheurs ont appliqué des inhibiteurs de l’ADN-PKcs à des cellules cancéreuses du sein déficientes en BRCA2 qui étaient résistantes au traitement, les cellules ont retrouvé une sensibilité au traitement.
« C’est une autre façon de confirmer que la capacité d’empêcher le ralentissement et l’inversion de la fourche grâce aux inhibiteurs de l’ADN-PKcs semble être un très bon moyen de manipuler la chimio-résistance », a déclaré Smolka.
Dans des travaux futurs, l’équipe de recherche étudiera comment les cellules détectent le stress des fourches de réplication et avec quelles protéines l’ADN-PKc interagit pour ralentir ces fourches.
Sven Rottenberg, chercheur sur la résistance aux thérapies anticancéreuses à l’Université de Berne, est co-auteur.
L’étude a été financée par la Fleming Research Foundation, les National Institutes of Health, le Fonds national suisse de la recherche scientifique, l’Union européenne et la Fondation Wilhelm Sander.
