Study of the pharmacological effects of non-nucleoside inhibitors of DNA methylation

Les modifications épigénétiques participent au contrôle de l'expression génique. Il a été montré que la méthylation des désoxycytidines (dC) de l'ADN joue un rôle clé dans la régulation épigénétique chez les mammifères. Cette modification correspond à la marque épigénétique la plus stable. Elle a lieu sur des résidus CpG regroupés en ilôts, essentiellement situés au niveau des séquences promotrices, des séquences répétées et des séquences encadrants les ilôtsCpG. L'hyperméthylation des promoteurs induit une inhibition de l'expression des gènes, tandis qu'une hypométhylation est associée à une expression. Les enzymes responsables de la méthylation de l'ADN sont les méthyltransférases d'ADN (DNMTs). Deux familles de DNMTscatalytiquement actives ont été identifiées: on distingue la DNMT1, principalement responsable de la maintenance de la méthylation de l'ADN lors de la réplication, et les DNMT3A et 3B, qui sont responsables d'une méthylation de l'ADN dite de novo. L'altération des profils de méthylation de l'ADN conduit à diverses maladies telles que le cancer. Les cellules cancéreuses présentent souvent un profil de méthylation de l'ADN différent des cellules saines, on observe en particulier une hyperméthylation spécifique des gènes dits suppresseurs de tumeur. Une restauration de leur expression par l'inhibition de la méthylation de l'ADN représente ainsi une stratégie thérapeutique attrayante. Plusieurs inhibiteurs de DNMTs ont été décrits et deux analogues de nucléosides sont approuvés par la FDA pour traiter certaines leucémies: la 5-azacytidine (VidazaTM) et la 5-azadeoxycytidine (Dacogene(r)). Notre laboratoire développe depuis plusieurs années de nouveaux inhibiteurs non nucléosidiques de DNMTs qui ciblent leur site catalytique. J'ai étudié ici les effets pharmacologiques de ces inhibiteurs catalytiques des DNMTs, en utilisant plusieurs lignées cellulaires cancéreuses (issues d'une leucémie, d'un lymphome et d'un cancer du côlon). J'ai utilisé pour cela différentes technologies permettant d'analyser la méthylation de l'ADN, l'accessibilité de la chromatine, les modifications des histones et l'expression des gènes. Ces nouvelles thérapies épigénétiques visent à la reprogrammation des cellules cancéreuses, c'est pourquoi j'ai exploré les modifications à long terme induites par ces nouveaux composés. Nous avons montré que ces composés sont des inhibiteurs puissants de DNMT3A et qu'ils sont capables d'induire l'expression d'un gène raporteur (la luciférase) sous le contrôle du promoteur CMV, par une déméthylation de ce promoteur et une ouverture de la chromatine. Enfin, ces nouveaux inhibiteurs de DNMTs déméthylent la région promotrice de gènes suppresseurs de tumeurs et induisent leur ré-expression.Epigenetic modifications participate to the control of gene expression. Methylation of deoxycytidines (dC) in the DNA was shown to play a key role in epigenetic regulation in mammals. It is the most stable epigenetic mark and occurs at CpG sites, which are grouped in islands and essentially located in promoters, repeated sequences and CpG island shores. Hypermethylation of promoters induces gene silencing while hypomethylation is associated to gene expression. Enzymes responsible for DNA methylation are the DNA methyltransferases (DNMTs). Two families of catalyticallyactive DNMTs have been identified: DNMT1, mainly responsible for DNA methylation maintenance during replication; and DNMT3A and 3B that perform de novo DNA methylation and support maintenance. Alteration of DNA methylation patterns lead to various diseases such as cancer. Cancerous cells often present aberrant DNA methylation, in particular a specific hypermethylation of tumor suppressor genes is observed. Restoring their expression by inhibition of DNA methylation represents an attractive therapeutic strategy. Several DNMTs inhibitors have been described. Two nucleoside analogs are FDA approved to treat leukemia: 5-azacytidine (VidazaTM) and 5-azadeoxycytidine (Dacogene(r)). Our laboratory develops since several years new inhibitors of DNMT, non-nucleoside analogs, targeting the catalytic site. Here, I studied the pharmacological effects of these DNMTs catalytic inhibitors using several cancer cell lines (leukemia, lymphoma and colon cancer) and different technologies to follow DNA methylation, chromatin accessibility, histone modifications and gene expression. Since epigenetic therapies aim at the reprogramming of cancer cells, I explored the long-term modifications induced by the compounds. We show that these novel compounds are potent inhibitors of DNMT3A and able to induce the expression of a reporter gene (luciferase) under the control of a methylated CMV promoter by demethylation of the promoter and opening of the chromatin. Finally, these new DNMTs inhibitors demethylate the promoter region of tumor suppressor genes and induce their re-expression