Consequences of beta-catenin pathway activation on hepatic metabolism

Le carcinome hépatocellulaire constitue la 3ème cause de décès par cancer dans le monde. Il a été montré que des mutations activatrices du gène CTNNB1, codant la β-caténine, étaient à l’origine de 20 à 40% des CHC humains. Ces CHC sont peu prolifératifs et présentent un phénotype métabolique particulier associé notamment au développement d’une cholestase et à une absence de stéatose. De nombreuses tumeurs présentent un effet Warburg, c’est-à-dire une addiction au glucose et à la glutamine avec une hyperproduction de lactate, or il a été mis en évidence par l’équipe que les CHC activés pour la β-caténine étaient négatifs en PET-scan FDG et donc ne présentaient pas d’utilisation accrue du glucose.L’objectif de ce travail a été d’analyser la reprogrammation métabolique accompagnant la tumorigenèse β-caténine dans le foie. Nous disposons d’un modèle murin de tumorigenèse β-caténine, les souris TTR-Cre-Apclox/lox inductible au tamoxifène, dans lequel la perte d’Apc dans quelques hépatocytes conduit au développement de tumeurs β-caténine activée après quelques mois. Je dispose aussi d’un modèle dit « prénéoplasique » dans lequel la β-caténine est constitutivement active dans tout le lobule hépatique.Des analyses de flux métaboliques sur ces hépatocytes β-caténine activée a permis de mettre en évidence une absence d’effet Warburg : pas d’altération de la glycolyse ni de la production de lactate lors d’une activation anormale de la voie β-caténine. En revanche, le glucose est réorienté vers une hyperproduction de glutamine, qui n’est pas réutilisée par le cycle de Krebs. Ces hépatocytes présentent aussi une diminution de la lipogenèse avec une réorientation des acides gras produits dans la synthèse de phospholipides.D’autre part, nous avons pu mettre en évidence sur les hépatocytes et les tumeurs murines présentant une activation anormale de la β-caténine, une très forte augmentation de l’oxydation des acides gras et de la production de corps cétoniques. Cette augmentation de l’oxydation des acides gras est spécifique à la reprogrammation métabolique des CHC avec une activation anormale de la β-caténine, puisque nous ne l’avons pas retrouvée dans des CHC ne présentant pas d’hyperactivation de la β-caténine.De plus, l’invalidation d’Apc dans un modèle murin présentant un défaut d’oxydation des acides gras ne conduit pas au développement de tumeurs montrant ainsi que la -oxydation des acides gras serait primordiale pour la tumorigenèse associée à une suractivation de la -caténine. La β-caténine activerait donc un programme génique conduisant à une augmentation de l’oxydation des acides gras et cette reprogrammation métabolique est indispensable à la l’initiation tumorale.Cancer cells are characterized by uncontrolled and rapid proliferation requiring metabolic adjustments to provide macromolecules and energy to fuel cell growth and division. Most tumors are characterized by a “Warburg effect” consisting in an addiction to glucose, at the basis for detecting them by fluorodeoxyglucose (FDG) positron emission tomography (PET) imaging. Twenty to 40% of Hepatocellular carcinomas (HCC) are caused by activating mutations in the CTNNB1 gene coding for β-catenin. They present a specific metabolic phenotype as they are cholestatic and never steatotic. But our group has observed that β-catenin activated livers were negative in FDG-PET imaging, indicating that they do not have an increased glucose consumption. The aim of this study was to determine the metabolic alterations leading to this distinctive metabolic phenotype in HCC where β-catenin is over-activated.In a mouse model, we have either activated constitutively β-catenin in the whole hepatic lobule to mimic a “preneoplasic” situation or we have abnormally activated β-catenin in few hepatocytes that will then generate tumors after 6 months. Using these two approaches, we analyzed metabolic fluxes to determine the carbon fate from different potential substrates in order to identify the source of energy and cellular components of β-catenin activated hepatocytes or tumors.Our results confirm the absence of a Warburg effect in β-catenin overactivated hepatocytes with no difference in glycolysis nor in lactate production. However, glucose is rerouted into glutamine overproduction and this glutamine is not reused in the Krebs cycle. These hepatocytes also show a decreased lipogenesis with a rerouting of neo-synthetized fatty acids into phospholipids.On the other hand, both the preneoplasic and the tumoral models displayed a sharp increase in fatty acid oxidation and ketone body production. We did not find this in HCC with no β-catenin activation, showing that this increased fatty acid oxidation is specific to β-catenin dependent metabolic reprogramming.Strikingly, β-catenin activation in the β-oxidation defective mouse model, does not lead to tumor development. The increased fatty oxidation observed in the β-catenin activated models is mandatory for β-catenin dependent tumorigenesis. We thus propose that lipids are the main source of energy that fuels β-catenin tumors. These results pave the way for treatments against β-catenin activated HCC by targeting fatty acid oxidation