ADN

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 12429 (2023) Citer cet article

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Le traitement d'intoxication par la topoisomérase de type II (Top2) est utilisé pour traiter un large éventail de cancers via l'induction de cassures double brin (DSB) dans les cellules en cours de réplication et de transcription. Empêcher la réparation des DSB via l'inhibition de l'ADN-PK, un inhibiteur de la jonction d'extrémités non homologues (NHEJ), augmente la destruction cellulaire avec les poisons Top2 et a conduit au lancement de plusieurs essais cliniques. Pour élucider les mécanismes cellulaires conduisant à l'activité synergique de la double inhibition ADN-PK/Top2, nous avons examiné leurs effets sur les cellules cycliques par rapport aux cellules non cycliques, dans les sphéroïdes 3D et dans les modèles de xénogreffe. Il a été constaté que l'inhibition combinée ADN-PK/Top2 augmente non seulement la destruction cellulaire dans les cellules en prolifération, la population cellulaire qui est généralement la plus vulnérable à l'empoisonnement par Top2, mais également dans les cellules non prolifératives mais transcriptionnellement actives. Cet effet a été observé dans des modèles de cancer et de tissus normaux, tuant plus de cellules que des concentrations élevées d'étoposide seul. Le traitement combiné a retardé la croissance tumorale chez la souris par rapport à l’empoisonnement au Top2 seul, mais a également entraîné une toxicité accrue. Ces résultats démontrent la sensibilisation des cellules non cyclées exprimant Top2β à l'empoisonnement par Top2 par inhibition de l'ADN-PK. L'expansion de la population cellulaire cible du traitement anti-poison Top2 pour inclure les cellules non proliférantes via une combinaison avec des inhibiteurs de réparation des dommages de l'ADN a des implications sur l'efficacité et la toxicité de ces combinaisons, y compris pour les inhibiteurs de l'ADN-PK actuellement en essai clinique.

Les enzymes topoisomérase II (Top2) modulent la topologie de l'ADN lors de la réplication, de la transcription, de la ségrégation chromosomique et de la recombinaison de l'ADN. Les caractéristiques des structures de l’ADN telles que le superenroulement, la caténation et le nouage le rendent difficilement accessible aux enzymes critiques du traitement de l’ADN. Ce problème est résolu par la liaison Top2, qui coupe temporairement l'hélice de l'ADN, « démêlant » les structures complexes1. La possibilité de convertir ces pauses temporaires en DSB permanents fait de Top2 une cible attrayante pour le traitement du cancer. En effet, les ADN topoisomérases sont les cibles moléculaires de plusieurs agents de chimiothérapie utilisés pour traiter les tumeurs malignes solides et hématologiques.

Les mécanismes et les relations structure-activité des agents anticancéreux ciblés sur Top2 ont été récemment examinés par Buzun et al.2. Les poisons Top2, y compris les médicaments cliniquement actifs étoposide et doxorubicine, se lient et stabilisent le complexe covalent Top2-ADN pendant la réplication et la transcription et empêchent la religature des extrémités cassées de l'ADN. Il existe deux isoformes Top2, Top2α et Top2β, qui partagent une structure primaire similaire chez l'homme. Bien que les deux isoformes soient nécessaires à la ségrégation chromosomique et à la recombinaison de l'ADN, Top2α est fortement exprimé dans les cellules en prolifération pour guider la réplication de l'ADN3, tandis que Top2β joue un rôle plus dominant lors de la transcription et est exprimé de manière omniprésente4. Lorsqu'elles sont piégées par les poisons Top2, les deux isoformes génèrent des DSB d'ADN. Cependant, des preuves ont montré que la principale cible isoforme de la cytotoxicité cellulaire médiée par le poison Top2 est Top2α, car les lignées cellulaires knock-out/knock-out Top2β ne montrent aucun effet significatif sur l'étoposide IC505. Top2α est la principale cible moléculaire de l'activité du poison Top2 et les niveaux d'expression de Top2α sont utilisés comme biomarqueur pronostique pour le dépistage des patients cancéreux adaptés au traitement par poison Top26. Ainsi, les cellules en prolifération exprimant Top2α sont les plus vulnérables au traitement anti-poison Top2, bien que des DSB d'ADN soient également introduits dans des populations supplémentaires où d'autres isoformes Top 2 sont actives.

Les deux principales voies de réparation des DSB de l'ADN sont la jonction d'extrémités non homologues (NHEJ) et la recombinaison homologue (HR). La HR se produit à la fin des phases S/G2, lorsque les chromatides sœurs sont disponibles comme modèle de séquence pour la réparation et jouent par conséquent un rôle dans la réparation des DSB d'ADN dépendants de la réplication médiée par l'empoisonnement de l'isoforme Top2α. NHEJ se produit tout au long du cycle cellulaire et répare les cassures de l’ADN en ligaturant les deux extrémités brisées de l’ADN. Dans l’ensemble, NHEJ est la voie prédominante de réparation de l’ADN DSB dans les cellules de mammifères, avec un rôle particulièrement critique pour les cellules aux stades non proliférants du cycle cellulaire7. La protéine kinase dépendante de l'ADN (DNA-PK), membre de la famille des kinases liées à la phosphatidylinositol 3-kinase (PIKK), a été identifiée comme un élément clé de la voie NHEJ et constitue donc une cible émergente pour le développement thérapeutique8.