Œstrogènes et androgènes : vers un meilleur contrôle de l'action hormonale et anti-hormonale des hormones stéroïdiennes et de leurs molécules antagonistes
Des applications importantes en cancérologie
L'unité 540 "Endocrinologie moléculaire et cellulaire des cancers" s'intéresse aux mécanismes d'actions des œstrogènes et anti-œstrogènes. L'unité 439 "Pathologies des récepteurs nucléaires" développe des travaux sur les récepteurs des androgènes et des œstrogènes. Situées dans le même bâtiment, les deux unités travaillent en étroite collaboration sur de nombreux thèmes et ont en commun leur implication importante avec la clinique par leur association avec deux services du CHU Arnaud de Villeneuve : le laboratoire de biologie cellulaire et hormonale du Pr. Henri Rochefort pour l'unité 540 et le service de pédiatrie du Pr. Charles Sultan pour l'unité 439.
Les recherches menées par les deux unités INSERM participent notamment à une meilleure connaissance de certains cancers hormonodépendants féminins (sein, ovaire et endomètre) et masculin (prostate) et à la mise au point de tests de dépistage plus performants et de traitements plus efficaces.
L'unité 540 s'intéresse aux mécanismes d'action des œstrogènes et de leurs antagonistes dans leurs tissus cibles principaux (sein, endomètre et ovaire) afin d'analyser les phénomènes de prolifération, d'apoptose et d'envahissement métastasique. Les cibles cliniques sont les cancers gynécologiques, avec les traitements hormonaux adjuvants et préventifs, mais aussi l'état ménopausique et la stérilité féminine, avec les traitements hormonaux substitutifs.
Dirigée par Françoise Vignon, l'unité INSERM 540 compte une cinquantaine de personnes (9 chercheurs Inserm ou CNRS, 8 universitaires et hospitalo-universitaires) réparties en quatre équipes dont une équipe de recherche clinique, "véritable interface entre la recherche fondamentale et la réalité clinique, cette unité de recherche clinique dirigée par Thierry Maudelonde et Henri Rochefort, tous les deux praticiens hospitaliers au laboratoire de biologie cellulaire et hormonale du CHU Arnaud de Villeneuve, est un point fort de notre laboratoire de recherche" précise Françoise Vignon.
Equipe 1 "Mécanismes de régulation transcriptionnelle par les récepteurs des œstrogènes : bases moléculaires de l'hormonothérapie"
(Dany Chalbos, Vincent Cavaillès, Patrick Augereau, Monique Chambon)
Les œstrogènes exercent de nombreux effets physiologiques par l'intermédiaire de deux récepteurs spécifiques, les récepteurs des œstrogènes * et ß (RE). Ces récepteurs font partie de la grande famille des récepteurs nucléaires qui sont des facteurs de transcription activés par la liaison de l'hormone. La fixation de l'hormone par les récepteurs * et ß des œstrogènes provoque un changement conformationnel du récepteur et crée une interface de liaison pour des facteurs transcriptionnels intermédiaires (TIFs) qui répercutent le signal d'activation au niveau du complexe de préinitiation de la transcription ou au niveau de la structure de la chromatine. Un des objectifs de l'équipe est d'évaluer le rôle joué par ces différents partenaires des récepteurs dans la spécificité cellulaire et tissulaire du contrôle de l'expression génétique et de la prolifération cellulaire par les œstrogènes et antiœstrogènes. Dans la continuité des résultats qu'elle a déjà obtenus, l'équipe poursuit l'étude des corégulateurs transcriptionnels et plus particulièrement hRIP140 et hTIF1* pour lesquels elle a isolé les ADNc.
Les récepteurs des oestrogènes peuvent également moduler, sans se lier à l'ADN, l'expression de gènes induits par les facteurs de transcription AP-1 fréquemment impliqués dans les phénomènes de prolifération et transformation cellulaires. Notre projet est de préciser les mécanismes moléculaires de cette régulation et d'évaluer son rôle dans le contrôle de la croissance tumorale par l'oestradiol et les antioestrogènes ainsi que dans l'acquisition d'une résistance aux antioestrogènes.
Une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires responsables des effets histo- ou cyto-spécifiques des ligands des récepteurs des œstrogènes devrait permettre d'améliorer la spécificité des différentes hormonothérapies et d'identifier de nouveaux marqueurs biologiques utilisables en clinique.
Equipe 2 "Gènes impliqués dans le contrôle de la prolifération des cancers du sein par les hormones stéroïdes et les facteurs de croissance : recherche de nouveaux marqueurs et de cibles thérapeutiques" (Françoise Vignon, Gilles Freiss, Gwendal Lazennec)
"L'efficacité de l'hormonothérapie avec notamment l'utilisation d'antagonistes comme le Tamoxifène (Tam) n'est que de 60 à 70 % dans les tumeurs contenant des récepteurs aux œstrogènes (RE+) et une résistance aux antiœstrogènes peut s'installer après un certain temps de traitement. Par ailleurs, les tumeurs RE négatives, en général moins différenciées, plus agressives et qui métastasent plus fréquemment sont résistantes aux thérapeutiques hormonales" explique Françoise Vignon. "Il est donc important de sélectionner de nouveaux marqueurs de réponse aux antiœstrogènes et de proposer de nouvelles stratégies thérapeutiques efficaces aussi bien pour les tumeurs hormonodépendantes que résistantes. Ce sont les finalités prioritaires des projets que nous voulons développer in vitro et in vivo dans des modèles de cancers du sein" poursuit la Directrice de Recherche INSERM. L'équipe s'intéresse notamment au rôle des tyrosines phosphatases dans les effets inhibiteurs de la croissance cellulaire en mettant l'accent plus particulièrement sur FAP-1, une enzyme qui représente un des rares gènes actuellement connus dont l'expression est spécifiquement régulée par les antiœstrogènes. Après avoir démontré que FAP-1 joue un rôle clé dans les effets antiprolifératifs du Tam, l'équipe montpelliéraine a mis en évidence son importance dans les effets proapoptotique du Tam et essaie maintenant d'identifier la ou les cibles moléculaires de cette enzyme et son intérêt thérapeutique... Par ailleurs, l'équipe développe un projet visant à mieux comprendre les mécanismes moléculaires d'action des récepteurs * et ß des œstrogènes seuls ou en combinaison, ainsi que leurs interactions avec d'autres facteurs de transcription. "Nous axerons prioritairement notre recherche sur la compréhension des effets des œstrogènes sur la prolifération associés à RE* et REß " précise Françoise Vignon.
Equipe 3 "Cancérogenèse hormonale et progression métastasique. Mécanismes et nouvelles cibles thérapeutiques des cancers du sein et de l'ovaire" (Marcel Garcia, Henri Rochefort, Emmanuelle Liaudet)
Par une double approche en culture de cellules et in vivo, sur souris athymique, cette équipe s'intéresse à la recherche de nouvelles cibles thérapeutiques basées sur une meilleure compréhension physiopathologique aux niveaux intégrés de la cellule et de l'organisme. Un premier thème de recherche concerne l'étude des mécanismes d'action des œstrogènes, des antiœstrogènes et des récepteurs des œstrogènes * et ß dans l'invasivité et la progression tumorale des cancers du sein (construction de nouveaux modèles expérimentaux, précision des domaines des RE, des voies de signalisation et des gènes œstrogénorégulés responsables). Des applications potentielles de ces travaux en thérapie génique sont envisagées. Un second axe de recherche aborde l'étude des récepteurs de la cathepsine D (cath-D) et ses mécanismes d'action dans le contrôle de la prolifération tumorale. Plusieurs projets sont en cours pour préciser ces mécanismes : construction de mutants de la cath-D dépourvus d'activité enzymatique et transfection dans des cellules tumorales qui seront testées in vivo chez la souris athymique, construction de modèles cellulaires de cancer du sein avec ribozyme inductible supprimant l'expression de la cath-D endogène, recherche de nouveaux inhibiteurs spécifiques de la cath-D synthétisés par chimie combinatoire sur support solide, mise au point de "pro-drugs" spécifiquement activées par la cath-D surexprimée dans certaines tumeurs solides pour cibler un agent cytotoxique au contact des cellules tumorales...
Equipe 4 "Recherches cliniques et physiopathologiques sur les cancers régulés par les œstrogènes (sein, ovaire, endomètre)" (Thierry Maudelonde, Henri Rochefort, Jean-Paul Brouillet, Pascal Pujol, Pascal Roger)
L'objectif général de l'équipe est de déboucher sur des applications médicales visant à améliorer le dépistage, la prévention, le diagnostic et le traitement des cancers hormonodépendants féminins. L'équipe est située en interface entre les services cliniques concernés du CHU et du Centre de Recherche et de Lutte contre le Cancer (CRLC) et les trois équipes de recherche fondamentale de l'unité. Les études biologiques se déroulent dans le laboratoire hospitalier de biologie cellulaire et hormonale ainsi que, pour certaines parties, au sein de l'unité INSERM. Mieux comprendre le rôle des œstrogènes dans la tumorigenèse, développer de nouveaux marqueurs utiles en clinique pour prédire le pronostic et la sensibilité aux traitements des cancers du sein et de l'ovaire et enfin améliorer les tests de dépistage de lésions précancéreuses sont les objectifs poursuivis par l'équipe par le biais d'études cliniques mais aussi de travaux plus fondamentaux. Deux thèmes sont actuellement développés, le premier étudie in vivo l'importance que peuvent avoir différents paramètres de l'action des œstrogènes en physiologie et en pathologie (cancer et stérilité) à l'aide d'une quantification de leur ARN par RT-PCR. Les paramètres suivis pour cette étude sont : les récepteurs des œstrogènes RE* et REß , le variant 2 du RE* , des coactivateurs et des inhibiteurs de l'activité transcriptionnelle des récepteurs nucléaires (en collaboration avec l'équipe 1) et la phosphatase membranaire FAP-1 (en collaboration avec l'équipe 2). Le second thème aborde l'étude de l'apport de différents marqueurs dans le diagnostic, le pronostic et le traitement des tumeurs du sein et de l'ovaire.
Vers des molécules thérapeutiques de plus en plus ciblées
"Nous travaillons en partenariat avec de grands groupes pharmaceutiques et, d'une façon générale, sur la base des connaissances fondamentales acquises dans les laboratoires, les molécules thérapeutiques sont de plus en plus ciblées et efficaces, nous avons notamment fait de gros progrès sur la connaissance de la spécificité tissulaire des molécules" précise Thierry Maudelonde. En effet, jusqu'à présent, les œstrogènes et leurs antagonistes utilisés dans le traitement des cancers ou pour prévenir les complications de la ménopause sont efficaces sur certains tissus mais ont des effets indésirables sur d'autres. Les œstrogènes prescrits en traitement préventif des complications de la ménopause peuvent notamment augmenter le risque de cancer de l'utérus si leur action au niveau de cet organe n'est pas neutralisée par la prise d'un progestatif. De même, la plupart des antiœstrogènes actuels utilisés dans le traitement des cancers du sein peuvent avoir des effets indésirables sur l'endomètre. Issue d'une collaboration fructueuse entre la recherche fondamentale et l'industrie, une nouvelle génération de molécules appelée SERM (Selective Estrogen Receptor Modulator ou Modulateur Sélectif du Récepteur des Estrogènes) a été développée et est actuellement en cours d'étude. Ces futurs médicaments présenteront l'avantage de posséder sélectivement des activités agonistes et antagonistes des œstrogènes selon les tissus. Ainsi, ils pourront développer les effets protecteurs bénéfiques des œstrogènes sur les os et le système cardio-vasculaire et des effets antitumoraux sur le sein, l'utérus ou l'endomètre.
"Parmi les récepteurs nucléaires, nous nous intéressons plus particulièrement aux récepteurs des hormones stéroïdes (œstrogènes et androgènes) ainsi qu'aux récepteurs des rétinoïdes, composés dérivés de la vitamine A. Nous abordons la structure, les mécanismes d'action, les pathologies associées et les potentialités pharmacologiques de ces récepteurs" explique Jean-Claude Nicolas, directeur de l'unité 439. Les pathologies concernées par les recherches de l'unité sont comme précédemment les cancers gynécologiques féminins œstrogénodépendants mais aussi les pathologies liées aux androgènes comme le cancer de la prostate ainsi que le pseudohermaphrodisme masculin, une anomalie associée au récepteur des androgènes et qui consiste en un développement incomplet des organes génitaux masculin. Le service de pédiatrie du CHU Arnaud de Villeneuve dirigé par Charles Sultan -également responsable d'une équipe de recherche au sein de l'unité- a mis en évidence à ce jour environ 200 mutations différentes qui altèrent le récepteur aux androgènes et qui sont à l'origine d'un développement incomplet des organes génitaux masculins.
L'unité 439 compte une quarantaine de personnes (dont 12 chercheurs INSERM et CNRS et 4 chercheurs universitaires) réparties sur trois thèmes de recherche principaux.
Thème 1 "Génétique et pathologie moléculaires du récepteur des androgènes" (Charles Sultan, Jean-Claude Nicolas et Patrick Balaguer)
L'activité de ce groupe de recherche est centrée sur l'analyse de l'action des androgènes dans les cellules cibles et plus particulièrement sur l'étude du fonctionnement du récepteur des androgènes.
La relation structure-fonction du récepteur des androgènes est réalisée à partir de différents modèles pathologiques : le pseudohermaphrodisme masculin et la pathologie prostatique (cancer et hypertrophie bénigne). Des modèles expérimentaux de ces pathologies sont recréés par mutagenèse dirigée et les travaux d'ingénierie génétique sont complétés par l'étude de l'impact des différentes mutations sur des modifications structurales. Ces modifications sont analysées par la modélisation de la structure tridimensionnelle du domaine de liaison à l'ADN et au ligand du récepteur des androgènes. Les mutations particulières par leur topographie et affectant l'interaction potentielle avec des coactivateurs sont principalement recherchées.
La régulation de l'activité transcriptionnelle du récepteur des androgènes dans une cellule cible normale ou pathologique (insensible aux androgènes, hypersensible aux androgènes, résistante aux antiandrogènes) est aussi abordée par différentes voies et notamment par l'analyse de la localisation intracellulaire du récepteur des androgènes en marquant le récepteur des androgènes normal ou muté par une protéine autofluorescente qui permet de suivre le récepteur des androgènes dans la cellule vivante.
Thème 2 "Traitement antihormonaux : étude in vitro de la modification de l'expression de gènes hormonorégulés et de l'établissement de la résistance" (Michel Pons)
Le traitement antiœstrogénique des cancers du sein hormonosensibles consiste en un traitement antihormonal de longue durée qui, souvent après un temps variable, aboutit à un phénomène de résistance avec reprise de la croissance de la tumeur. Dans les modèles cellulaires in vitro, il provoque aussi l'altération irréversible de l'expression de gènes œstrogénorégulés. L'objectif du projet est de rechercher les processus cellulaires qui relient de telles altérations à la disparition des blocages de la prolifération cellulaire par les antiœstrogènes. Trois directions complémentaires sont empruntées par les chercheurs montpelliérains :
i) l'étude du mécanisme moléculaire responsable de l'inactivation irréversible d'un gène par l'hydroxytamoxifène,
ii) l'étude de l'expression de gènes naturels susceptibles d'interagir avec l'activité mitogène des œstrogènes et
iii) la recherche systématique de gènes dont l'expression est irréversiblement altérée par un traitement prolongé par l'hydroxytamoxifène.
Les travaux sont également étendus aux cellules androgénodépendantes, cellules cibles du cancer de la prostate. En effet, dans la plupart des cas, le cancer de la prostate est traité en inhibant l'expression de gènes régulés par les androgènes. Or, la très grande majorité des cancers prostatiques deviennent résistants aux traitements androgénosuppresseurs, la reprise de la croissance de la tumeur pourrait s'expliquer par un processus indépendant des androgènes mais qui mettrait en jeu des voies de signalisation interférant avec la voie des androgènes.
Thème 3 "Analyse structurale et intégration des mécanismes de reconnaissance et d'activation de récepteurs d'hormones" (Gilles Auzou, Jean-Claude Bonnafous, Jean-Louis Borgna, Jacky Marie)
Ce projet vise à élucider les mécanismes moléculaires de reconnaissance, d'activation ou d'inactivation de récepteurs d'hormones par diverses catégories de ligands naturels ou synthétiques (agonistes, antagonistes et agonistes inverses). "Nos recherches ne concernent pas seulement les récepteurs nucléaires mais aussi les récepteurs membranaires et débouchent sur des applications directes en pharmacologie " précise J.-C. Nicolas. "Ce programme de recherche s'inscrit dans le cadre de la mise en place au sein de l'unité 439 d'un pôle dont l'objectif est de développer une plate-forme culturelle et méthodologique commune aux études structurales des récepteurs nucléaires (récepteurs aux androgènes et minéralo-corticoïdes, récepteurs aux œstrogènes) et des récepteurs membranaires couplés à des protéines G (récepteurs d'angiotensine II et de bradykinine)" poursuit le directeur de l'unité. L'élaboration de modèles d'interaction des ligands avec leurs récepteurs est réalisée dans le cadre d'une analyse intégrée des mécanismes de transduction des signaux et de transactivation. Une approche pluridisciplinaire qui fait appel notamment à la synthèse de sondes originales (réalisée au sein du groupe ou par des partenaires industriels), à l'ingénierie génétique, à la biochimie des protéines et enfin à la modélisation moléculaire avec la mise en place au sein de l'unité de matériel performant destiné à cette activité. Certains travaux bénéficient de données fournies par la clinique, c'est le cas du récepteur des androgènes avec la collaboration du service hospitalier du Pr. Sultan.
La détection d'effets œstrogéniques et antiandrogéniques de produits chimiques environnementaux : une expertise de l'unité 439
De nombreux composés dans notre environnement, pour la plupart issue de l'industrie chimique (herbicides, détergents, phtalates...), présentent des activités hormonales qui peuvent interférer avec l'action des hormones naturelles de l'organisme en se substituant à elles ou au contraire en aggravant leurs effets secondaires. L'unité 439 a mis au point des outils expérimentaux originaux pour déterminer l'activité œstrogénique et /ou antiandrogénique de composés environnementaux et leur impact sur le fonctionnement des récepteurs des hormones stéroïdiennes et notamment sur leur différenciation et leur développement. Ces outils consistent en l'obtention de différentes lignées cellulaires luminescentes répondant aux androgènes et aux œstrogènes. "Nous participons actuellement à deux programmes européens sur ce sujet qui ont pour but plus particulièrement d'élucider pourquoi on observe d'une façon générale de plus en plus de développement incomplet des organes génitaux chez les petits garçons et également une augmentation de la fréquence des cancers du sein dans les régions où l'agriculture a recours à une utilisation massive de pesticides" précise J.-C. Nicolas.
Au-delà de la recherche fondamentale, ces modèles cellulaires développés au sein de l'unité 439 intéressent de nombreuses industries dans le monde entier car ils permettent de détecter les effets œstrogéniques et/ou antiandrogéniques indésirables de produits chimiques ou à l'inverse de mesurer l'activité hormonale de molécules pharmaceutiques en cours de développement. "Nous sommes en quelque sorte des fournisseurs d'outils pour l'industrie et nos contrats avec les industriels dans ce domaine sont nombreux" ajoute J.-C. Nicolas.
V. CROCHET
Contact :
U 540 Françoise Vignon
U 439 Jean-Claude Nicolas