Role of the xenobiotic receptor PXR (Pregnane X Receptor) and its target genes on the sensitivity of prostate cancer lines to Kinase Inhibitors

De plus en plus d’inhibiteurs de kinase (IKs) sont testés dans le cancer de la prostate qui représente chez l’homme un enjeu de santé publique majeur de par son incidence (1er cancer) et sa mortalité (4ème cancer). Les essais cliniques pour évaluer l'efficacité des IKs dans cette indication ont donné des résultats mitigés malgré la présence de leurs cibles pharmacologiques dans les tumeurs de prostate (VEGF, EGFR, CMET..), pouvant faire penser que l’inefficacité serait en partie liée à la molécule elle-même et à sa pharmacocinétique/pharmacodynamie. En effet, les IKs sont sujets à un métabolisme et un transport intense via des enzymes de phase I et II et des transporteurs contrôlés pour la majorité par le récepteur nucléaire PXR (Pregnane X Receptor, gène NR1I2). En plus d’être abondamment exprimé dans le foie et le long du tractus gastro-intestinal, PXR est également exprimé dans certaines tumeurs épithéliales et pourrait être impliqué dans la résistance aux chimiothérapies par augmentation du catabolisme et de l’efflux de ces agents anticancéreux. A ce jour une seule étude a révélé l’expression de PXR dans le cancer de la prostate sans en avoir évalué l’impact sur la réponse aux traitements utilisés dans cette indication. En collaboration avec le Pr G. Fromont, nous avons observé dans une cohorte de 449 patients que l’expression de PXR était plus fréquemment retrouvée dans les cancers résistants à la castration et les métastases, par rapport aux cancers cliniquement localisés dans lesquels l’expression de PXR était corrélée avec le stade TNM et le score ISUP. Ces résultats confirment donc l’intérêt d’étudier le rôle que peut jouer PXR et les gènes du métabolisme et du transport qu’il régule, dans la sensibilité aux IKs dans les cancers de la prostate.Nous avons mesuré l’expression de PXR et de ses gènes cibles dans les lignées de cancer de la prostate 22RV1, LnCap, PC3 et DU145. Les résultats montrent une expression significative des enzymes et transporteurs responsables de la détoxication des IKs mais une faible expression de PXR liée à des phénomènes d’hyperméthylation NR1I2 dans nos lignées Cela nous a conduit à établir des modèles de surexpression stable de PXR dans lesquels l’agoniste SR12813 est capable d’induire l’activité transcriptionnelle de ce xénorécepteur, indiquant la compétence métabolique de ces lignées. À l'aide de ces modèles, nous avons démontré que la surexpression de PXR module la réponse à l’erlotinib, le dasatinib, le dabrafénib et l’afatinib démontrant que PXR joue un rôle fonctionnel dans la sensibilité à ces IKs. Nous avons également démontré que certains inhibiteurs avaient des propriétés agonistes de PXR, notamment le dabrafénib qui montre un effet agoniste plus marqué que le composé de référence SR12813, ce qui n’a jamais été démontré. Cette découverte originale nous a conduit à engager une collaboration pour tenter de cristalliser le complexe PXR/dabrafénib et à tester l’hypothèse que l’induction de l’activité PXR pouvait entraîner une modification du métabolisme et/ou du transport d’autres médicaments co-administrés. Or, nous avons observé dans la lignée 22RV1 un effet additif entre le dabrafénib et le tramétinib, une combinaison approuvée dans le traitement du mélanome, qui devient antagoniste lorsque PXR est surexprimé, résultat qui va effectivement dans le sens de notre hypothèse même s’il reste à démontrer que cet effet est bien lié à une altération du métabolisme de ces IKs, ce que nous sommes en train d’évaluer en dosant les métabolites de ces IKs. L’ensemble de nos données pourraient servir de rationnel biologique dans le choix des IKs ou de leurs combinaisons à tester avec les hormonothérapies et chimiothérapies déjà utilisés dans le traitement du cancer de la prostate, afin de potentialiser la réponse tumorale.More and more kinase inhibitors (KIs) are tested in prostate cancer that represents a major health issue in men with its incidence and mortality rates. Clinical trials to evaluate KIs efficacy in prostate cancer gave disapointing results depsite the presence of KIs pharmacological targets in prostate tumors (VEGF, EGFR, CMET..), suggesting that inefficiency of these drugs would be at least in part linked to the inhibitor itself or its pharmacodynamics/pharmacokinetics parameters. Indeed KIs are metabolized and transported via phase I and II enzymes that are mainly controlled by the xenoreceptor PXR (Pregnane X Receptor, gène NR1I2). It is mainly expressed in liver and gastro-intestinal tract but also in epithelial tumors. PXR is also involved in the resistance to chemotherapies by increasing the catabolism and the efflux of these anticancer agents. To date only one study evaluated PXR expression in prostate cancer without evaluating its impact on treatment efficacy. In collaboration with Pr G. Fromont we analyzed a cohort of 449 prostate tumors and observed that PXR was more frequently detected in castration resistant or metastatic tumors as compared to clinically localized forms in which PXR expression was significantly correlated with TNM and ISUP Score. These results confirmed the interest to study the potential role of PXR and its target genes in the sensitivity to kinase inhibitors in prostate cancer models.We measured the expression of PXR and its target genes in prostate cancer cell lines 22RV1, LnCap, PC3 and DU145. The results showed that enzymes and transporters involved in KI detoxification was significantly expressed in these cells whereasPXR was poorly expressed due to hypermethylation of NR1I2 in our cells. This lead us to develop specific prostate cancer cell models stably overexpressing PXR in which transcriptional activity of PXR can be induced by its known agonist SR12813 further indicating that prostate cancer cells are metabolically competent. Using these models we showed that PXR overexpression modulates the sensitivity of 22RV1 cells to erlotinib, dasatinib, dabrafenib and afatinib, demonstrating that PXR plays a functional role in the sensitivity to KIs. We also demonstrated that several KIs were PXR agonists, including dabrafenib that displayed enhanced agonistic properties as compared to SR12813, a result that was never published before. This original finding led us to engage the cristalization of PXR/dabrafenib complex and to test whether induction of PXR could lead to an alteration of metabolism and transport of other drugs that are co-administered. In this line we have observed that in 22RV1 cells the additive effect of the combination of dabrafenib with trametinib that is already approved in the treatment of melanomas, became antagonistic when PXR was overexpressed in these cells. This result is supporting our hypothesis though we still need to demonstrate that this effect is linked to a change in drugs metabolism, which is currently under investigation by the measurement of the known metabolites of these KIs.Altogether, our data could serve as rational basis for the choice of kinase inhibitors or their potential combinations that could be tested in further clinical trials alone or in association with hormone therapies or with chemotherapies that are currently prescribed in the treatment of advanced prostate cancers, in order to potentiate tumor response