Rôle du complexe AIF/CHCHD4 dans l'ostéosarcome pédiatrique : développement de petites molécules et ciblage de vulnérabilités métaboliques

L'ostéosarcome est une tumeur osseuse maligne pédiatrique touchant principalement les adolescents et jeunes adultes, avec un risque élevé de rechute et aucun progrès pronostique depuis plus de quatre décennies. Les agents chimio-thérapeutiques sont parfois inefficaces chez certains patients en raison d'une chimiorésistance primaire ou acquise, soulignant le besoin d'approches ciblées plus efficaces pour surmonter cette résistance. La reprogrammation métabolique (RM), une caractéristique clé du cancer, est une cible thérapeutique intéressante à explorer. En effet, le métabolisme du cancer repose sur des mécanismes complexes, incluant la communication inter-organelle entre mitochondries et noyau, facilitant l'adaptation cellulaire aux niveaux transcriptomique, protéomique et métabolomique. Le complexe protéique mitochondrial composé des protéines apoptosis-inducing factor (AIF) et coiled-coil-helix-coiled-coil-helix domain-containing protein 4 (CHCHD4) est crucial pour cette communication. Il régule l'import de substrats protéiques codés par le noyau, riches en cystéine, dans les mitochondries, adaptant ainsi le protéome mitochondrial aux besoins énergétiques et fonctionnels, particulièrement dans le contexte du cancer. Nous émettons l'hypothèse que l'inhibition de ce complexe réduirait la flexibilité métabolique, compromettant la survie des cellules cancéreuses surexprimant AIF/CHCHD4 et/ou dépendantes des mitochondries. Ce complexe représente une cible prometteuse pour le traitement du cancer.Premièrement, j'ai décrit la découverte de M30-E05, un nouveau composé identifié par criblage à haut débit robotisé comme inhibiteur d'AIF/CHCHD4. Celui-ci se lie à la poche NADH de l'AlF, empêchant sa dimérisation et perturbant la formation du complexe AIF/CHCHD4. Dans des modèles cellulaires d'ostéosarcome, M30-E05 réduit l'expression d'AlF et CHCHD4 ainsi que leurs substrats protéiques mitochondriaux, fragmente le réseau mitochondrial, altère la respiration mitochondriale, entraînant des altérations profondes, notamment dans le métabolisme des lipides et des acides aminés. M3O-EO5 réduit significativement la viabilité de divers modèles d'ostéosarcome par apoptose, incluant des lignées cellulaires et des xénogreffes dérivées de patients (PDX) in vitro et in vivo. Administré par voie orale pendant deux semaines, le M30-E05 a inhibé la croissance tumorale dans des souris NSG xénogreffées de PDX sans toxicité. Premier inhibiteur métabolique de sa classe, M30-E05 est prometteur comme un «lead» pour un nouvel agent antinéoplasique. Ce travail a mené à un brevet (EP24202518.7) dont je suis co-propriétaire.La deuxième partie de ma thèse explore la mitoxantrone, un médicament repositionné, identifié comme inhibiteur d'AIF/CHCHD4 par criblage à haut débit. Comme le M30-E05, la mitoxantrone affecte les substrats AIF/CHCHD4 et la respiration mitochondriale, induisant une RM dans les modèles d'ostéosarcome in vitro. Contrairement au M30-E05, elle agit via la déplétion de la protéine Mitochondrial Calcium Uniport 1 (MICU1), causant une accumulation excessive de calcium mitochondrial et favorisant la synthèse de nucléotides par glutaminolyse, notamment la synthèse de novo de purines. Cela suggère une RM vers le métabolisme de la glutamine et des nucléotides comme mécanisme adaptatif, indiquant une vulnérabilité métabolique ciblable. Puis, nous avons démontré que la combinaison synergique de mitoxantrone et telaglenastat, un inhibiteur de glutaminase, inhibe cette RM et amplifie la toxicité de la mitoxantrone dans des modèles d'ostéosarcome in vitro et in vivo.Mon travail de thèse met en lumière le complexe AIF/CHCHD4 comme une cible thérapeutique prometteuse pour l'ostéosarcome, avec des applications potentielles dans d'autres cancers. Ainsi, nous confirmons que cibler les vulnérabilités métaboliques offre une nouvelle stratégie pour développer des régimes combinatoires contre le cancer.