Aspects of insulin-like growth factor binding proteins in cancer

The insulin-like growth factor (IGF) system is composed of two ligands (IGF-1 and IGF-2), two receptors (IGF-1R and IGF-2R) and six binding proteins (IGFBP-1 to -6). IGFs act as endocrine, paracrine and autocrine growth factors and stimulate cell growth, proliferation and metabolism. There is extensive evidence, both from in vitro and in vivo models as well as population studies, that IGF physiology is relevant to neoplasia. IGF-1R is the physiologic receptor for both ligands and its activation elicits a plethora of changes at the cellular level, such as activation of PI3K/AKT/mTOR and Ras/Raf/MAP kinase pathways. Given its role in the maintenance and promotion of neoplasia, the IGF system represents a potential target in the context of cancer therapy.Classically, IGFBPs have been described as carrier proteins for IGFs in the blood and other fluids. They can regulate IGF bioavailability both positively through increases in ligand half-life as well as negatively through competition with the IGF-1R for ligand binding. In addition to their classical roles, there is evidence suggesting that IGFBPs can act independently of IGFs by poorly characterized mechanisms. Additionally, epidemiologic studies have correlated overexpression of certain IGFBPs, in particular IGFBP-2, with poor prognosis in various cancers.Although the role of IGFBPs has been extensively studied in the context of both normal and malignant growth, this thesis describes several new aspects of IGFBPs in neoplasia. In the second chapter, we study the effect of the PI3K/AKT/mTOR cascade on IGFBP-2 gene expression in a breast cancer cell line in vitro. We demonstrate that activation of this pathway essentially leads to an Sp1-dependent increase in IGFBP-2 gene transcription. We further show that Sp-1 is phosphorylated upon PI3K/AKT/mTOR pathway activation and accumulates in the nucleus. In the third chapter, we study the effects of 2-deoxyglucose (2-DG) on IGF-1:IGFBP-3 complex formation. A recent publication suggested that 2-DG unexpectedly disrupted IGF-1:IGFBP-3 binding leading to increases in IGF-1R and AKT signaling in various cell lines. We show by three different techniques that neither 2-DG nor glucose affect IGF-1:IGFBP-3 complex formation. We additionally show that the 2-DG effects observed are not consistent between cell lines and likely the result of changes in intracellular signaling. In the fourth chapter, we study the effects of a novel therapeutic antibody (BI836845) with high affinity for both IGF-1 and IGF-2. In mouse serum samples ex vivo, we show that the addition of BI836845 leads to a shift of IGF-1 from the IGFBPs to the antibody. In vivo, we demonstrate that BI836845 binds the vast majority of IGF-1. Finally, we demonstrate that BI836845 induces a decrease in IGFBP-3 and an increase in growth hormone levels in C57 BL/6 mice.L'ensemble du système de facteurs de croissance insulinomimétique (IGF) est composé de deux ligands (IGF-1 et IGF-2), de deux récepteurs (IGF- 1R et IGF-2R) et de six protéines de liaison (IGFBP-1 à 6). Les IGFs sont des hormones endocrines, paracrines et autocrines qui stimulent la croissance cellulaire, la prolifération et le métabolisme. Il existe un grand nombre d'études utilisant des approches épidémiologiques ou des modèles in vivo et in vitro qui démontrent l'importance des IGFs dans le contexte du cancer. Le IGF-1R est le récepteur physiologique des deux ligands et son activation mène à d'importants changements cellulaires tels que l'activation des voies de signalisation PI3K/AKT/mTOR et Ras/Raf/MAPK. Étant donné son rôle dans la promotion et dans la progression du cancer, le système des IGFs représente une cible potentielle pour le traitement du cancer. De façon classique, les protéines de liaison IGFBP ont été décrites comme de simples porteurs d'IGFs dans le sang et autres fluides. Les IGFBPs peuvent modifier la biodisponibilité des IGFs de façon positive en augmentant leur demi-vie ou de façon négative due à leur compétition avec le IGF-1R pour la liaison. En plus de leur rôle classique, il est de plus en plus évident que ces protéines peuvent agir de manière indépendante, mais les mécanismes impliqués restent flous. Également, il existe des études épidémiologiques qui ont corrélé la surexpression de IGFBPs, en particulier IGFBP-2, avec un pronostic défavorable dans plusieurs formes de cancer. Bien que le rôle des IGFBPs ait été largement étudié dans le contexte de la croissance normale et en néoplasie, la présente thèse révèle quelques nouveaux aspects de la physiologie des IGFBPs dans le contexte du cancer. En première partie, nous étudions l'effet de la voie de signalisation PI3K/AKT/mTOR sur l'expression du gène IGFBP-2 dans une lignée cellulaire de cancer du sein. Nous démontrons que l'activation de cette voie mène essentiellement à une augmentation de la transcription de ce gène de manière dépendante au facteur de transcription Sp-1. De plus, nous établissons que Sp-1 est phosphorylé par l'activation de la voie PI3K/AKT/mTOR et s'accumule dans le noyau. En deuxième partie, nous étudions les effets de la molécule 2-deoxyglucose (2-DG) sur la liaison entre IGF-1 et IGFBP-3. Un récent article avait suggéré un effet inhibitoire de cette molécule sur la formation de complexes IGF -1 :IGFBP-3. Nous démontrons par trois méthodes différentes que 2-DG ou la molécule apparentée glucose n'ont aucun effet sur la liaison entre IGF-1 et IGFBP-3. De plus, nous démontrons que les effets cellulaires de 2-DG sur l'activation de la voie PI3K/AKT/mTOR observées par les auteurs de l'article en question ne sont pas universels et sont probablement le résultat de signaux intracellulaires. Finalement, en dernière partie, nous étudions les effets d'un nouvel anticorps thérapeutique nommé BI836845 qui possède une grande affinité pour IGF-1 et IGF-2. Dans des échantillons de sérum de souris ex vivo, nous démontrons que l'ajout de BI836845 déplace IGF-1 des complexes naturels contenant les IGFBPs vers des complexes contenant l'anticorps. In vivo, nous démontrons que BI836845 lie la grande majorité d'IGF-1. Nous démontrons aussi que l'anticorps mène à une baisse de la concentration de IGFBP-3 et à une hausse de la concentration de l'hormone de croissance chez des souris C57 BL/6