PPARy, a new player in hepatic metabolic adaptation from mouse model to human liver cancer

La tumorigenèse est influencée par des facteurs génétiques et environmentaux. La surnutrition est une cause d'obésité et d'accumulation pathologique de lipides dans le foie, la stéatose, qui peut évoluer en stéato-hépatite. Obésité et stéato-hépatite contribuent à l'augmentation de l'incidence du diabète dans le monde entier. Le diabète et l'obésité sont des facteurs de risque pour le cancer du foie (El-Serag et al., Clin Gastroenterol Hepatol, 2006). Cet projet de thèse élucide les mécanismes moléculaires liant l'activation de la voie de signalisation de l'insuline, les maladies du foie gras et le développement du cancer du foie, et il propose de nouvelles stratégies thérapeutiques. La délétion hépato-spécifique du gène codant le suppresseur de tumeurs Phosphatase and tensin homolog (PTEN) est un modèle de cancer du foie associé à la stéatose (Horie et al., J Clin Invest, 2004). Nous avons utilisé ce modèle, où la cascade de signalisation PI3K/mTOR est activée, pour démontrer que l'induction de l'expression du facteur de transcription et récepteur nucléaire Peroxysome Proliferator-Activated Receptor gamma (PPARγ) est responsable de la stéatose et de la glycolyse aérobie (effet Warburg). Son activité est spécifiquement dépendente de l'activité d'un effectuer en aval de la voie PI3K/mTOR, la protéine sérine/thréonine kinase, AKT2 (Panasyuk et al., Nat Comm, 2012). Sur la base de ces observations, nous avons construit l'hypothèse que PPARγ est un important régulateur de la croissance pathologique et du développement des adénocarcinomes hépatiques associés aux stéato-hépatites. Avec mon travail de thèse j'ai pu démontrer que l'expression et l'activité de PPARγ sont essentielles pour le développement du cancer du foie dans le modèle de souris invalidées pour PTEN dans les hépatocytes. Par ailleurs, la délétion de PPARγ dans le foie dépourvu de PTEN joue un rôle protecteur de la tumorigenèse, confirmant que PPARγ est effectivement placé en aval de AKT2. De plus, nous avons découvert que PPARγ est induit dans des échantillons de carcinome hépatocellulaire humains. Ces échantillons sont caractérisés par leur agressivité (haut taux prolifératif et bas niveau de différentiation) et aussi par l'activation de la voie PI3K/AKT. L'analyse des échantillons humains au stade pré-carcinome (adénomes) nous a permis de démontrer que l'ARN de PPARγ est le plus exprimé dans les adénomes caractérisés par un haut degré de stéatose. Ils sont caractérisés par la perte de fonction du facteur de transcription Hepatocyte Nuclear Factor 1α (HNF1α). Nous avons identifié HNF1α comment un nouveau régulateur négatif de la transcription de PPARγ. Nous avons aussi découvert que l'expression et l'activité de HNF1α sont inhibées par AKT2, induisant l'expression de PPARγ et son activité pro-tumorigénique. Finalement, la sensitibilité de PPARγ aux ligands, naturels et exogènes, nous a encouragé à tester des traitements pharmacologiques pour moduler son activation. La stimulation de l'activité de PPARγ avec l'agoniste synthétique Pioglitazone a conduit à une aggravation des symptomes dans le foie. Par contre, son inhibition par un antagoniste sélectif, SR2595, était thérapeutique, resultant en une réduction de signes pré-tumoraux et tumoraux dans le foie des souris invalidé par PTEN. En résumé, nos études chez l'humain et la souris, révèlent une nouvelle signature d'interaction entre les facteurs de transcription HNF1α et PPARγ et la voie de signalisation de l'insuline, suggérant de nouvelles stratégies thérapeutiques possibles pour le traitement d'une sous-classe spécifique de cancer du foie lié aux stéato-hépatites.Tumorigenesis is influenced by genetic and environmental factors. Overnutrition leads to obesity and fatty liver disease, contributing to increase diabetes incidence worldwide. Diabetes and obesity are independent risk factors for liver cancer development (El-Serag et al., Clin Gastroenterol Hepatol, 2006). This PhD project elucidates the molecular mechanisms linking activated insulin signalling pathway, fatty liver disease and liver cancer development and proposes novel therapeutic strategies. The hepatocytes-specific deletion of tumour suppressor Phosphatase and tensin homolog (PTEN) is a model of steatosis-associated liver cancer (Horie et al., J Clin Invest, 2004). Using this model of activated PI3K/mTOR signalling, our laboratory discovered that the nuclear receptor transcription factor Proliferator-Activated Receptor gamma (PPARγ) is induced in PTEN-null liver. My group demonstrated that in the liver PPARγ contributes to steatosis and aerobic glycolysis. Its activity specifically requires a downstream effector in the PI3K/mTOR pathway, the serine/threonine-specific protein kinase AKT2 (Panasyuk et al., Nat Comm, 2012). Based on these observations, we hypothesized that PPARγ might be an important regulator of pathological growth and development of steatohepatitis-associated liver adenocarcinomas. In my PhD work, I demonstrated that PPARγ expression and activity is essential for liver cancer in PTEN mutants. Moreover, PPARγ is induced in human samples of Hepatocellular Carcinoma (HCC) characterized by poor differentiation accompanied by the activation of PI3K/AKT pathway. We could attribute to PPARγ a specific role in tumour formation as it is required for abnormal liver growth and steatosis in mice at pre-tumoral age. In addition, deletion of PPARγ in PTEN mutants protected animals form liver tumorigenesis placing PPARγ downstream of activated AKT2. Analysing human samples of pre-carcinoma lesions characterized by high steatotic rate, we demonstrated that PPARγ transcript levels are increased in a specific subgroup of adenomas characterized by loss-of-function mutations in the Hepatocyte Nuclear Factor 1α (HNF1α). We identified HNF1α as a novel direct negative regulator of PPARγ transcription. We also revealed HNF1α expression and activity inhibited by AKT2 and thereby inducing PPARγ pro-tumorigenic action. Finally, the sensitivity of PPARγ to natural and exogenous ligands encouraged us to perform treatments to pharmacologically modulate PPARγ activity. Further activation of PPARγ with its synthetic ligand pioglitazione dramatically aggravates liver disease. While PPARγ inhibition by selective antagonist SR2595 allowed to reduce the pre-tumoral and tumoral signs of PTEN-null mice. In sum, our studies in men and mice reveal a novel pro-tumorigenic network of transcription factors HNF1α and PPARγ downstream of activated insulin signalling pathway, suggesting possible strategies for treatment of a subgroup of steatohepatitis-associated liver cancer