Développement et caractérisation de l'effet thérapeutique de peptides pénétrants dérivés de la protéine AAC-11 dans le contexte de cancers cutanés et/ou hématologiques.

The team of Dr. Poyet is interested in the study of protein-protein interactions (PPIs) in the control of apoptosis, and their modulation in the context of novel therapeutic strategies. They demonstrated the important role of the protein AAC-11 in the development and progression of tumors. AAC-11 is an anti-apoptotic protein, overexpressed in several malignant tissues and cells. It exhibits a crucial role in the survival of transformed cells and in their sensitivity to anti-cancer agents, due to several PPIs involving its Leucin-Zipper (LZ) domain.My team had therefore the idea to conceive Cell-Penetrating-Peptides (CPPs) derived from AAC-11 LZ domain, and able to act as competitive inhibitors of its activity. CPPs are small amino-acids sequences able to cross plasma membrane to deliver a cargo inside the cells. They have the advantages of being easy to synthesize and modify and most importantly to be generally non-toxic in vivo. Our peptides are made of two domains: penetratin (a well-known cell-penetrating sequence) linked to portions of AAC-11 LZ domain. Those peptides called LZDPs have been patented (PCT/EP2015/053307) based on the demonstration of their antitumoral activity in various models of cancers, among which melanoma.My PhD project aim was to assess the antitumoral properties of the peptides in others cancers, such as Sézary Syndrome (SS) and Acute Myeloid Leukemia (AML). The results highlighted a strong cytotoxic effect of the LZDPs peptides toward malignant cells in those pathologies, but not toward healthy cells in the surrounding environment. This specific antitumoral activity is not only observed in vitro in different cell lines, but also ex vivo on patients’ samples, and in murine preclinical models. Another objective of my thesis was to deepen our knowledge concerning the LZDPs peptide’s mechanism of action. Data obtained during my research allowed to show that they act by inducing cancer cells membranolysis. This effect seems to be due to the peptide’s interaction with one or several partners, expressed only at the membrane of malignant cells. One of these partners is the protein PAK1, expressed at the membrane of Sézary cells and leukemic cells and which presence is necessary to the peptide’s membranolytic activity. PAK1 is particularly interesting because it is known to be involved in many steps of tumorigenesis and its interaction with AAC-11 might explain the development of some cancers.In immunocompetent mice models, we also highlighted the ability of the peptides to induce an immunogenic cell death of cancer cells, that is to say a type of cell death that activates the immune system. Experiments showed that it is possible to use the peptides-treated tumor cells as prophylactic or therapeutic vaccines in those murine models.Finally, another axis of my thesis was to optimize the cell penetrating and the active sequences of AAC-11-derived-peptides. On the one hand, we improved the active sequence of the peptide (LZ part), by conceiving shorter peptides, with maintained antitumoral properties. On the other hand, we designed a shorter and more efficient cell penetrating sequence compared to penetratin, and able to transport high molecular weight cargos inside cells. The “second-generation” peptides, made of this sequence linked to AAC-11 LZ exhibit antitumoral properties similar to that of the first-generation peptides.Because of these promising results, we now hope to start one or several clinical trial(s) in the context of SS and AML, in collaboration with the medical teams of St Louis Research Hospital.L’équipe du Dr. Poyet s’intéresse à l’étude des interactions protéine-protéine (PPIs) dans le contrôle de l’apoptose et leur modulation dans le cadre de nouvelles stratégies médicamenteuses et a démontré le rôle important de la protéine AAC-11 pour le développement et la progression tumorale. AAC-11 est une protéine anti-apoptotique, surexprimée dans de nombreux tissus et cellules néoplasiques. Elle possède un rôle crucial dans la survie de ces cellules et leur sensibilité aux agents anti-cancéreux, dû à des PPIs impliquant son domaine Leucin-Zipper (LZ).Notre équipe a donc eu l’idée de concevoir des peptides pénétrants (CPPs) dérivés du domaine LZ d’AAC-11 et agissant comme inhibiteurs compétitifs de son activité. Les CPPs sont de petites séquences d’acides aminés capables de traverser la membrane plasmique des cellules pour y délivrer un cargo. Ils ont l’avantage d’être faciles à synthétiser et à modifier et surtout d’être généralement non-toxiques in vivo. Nos peptides sont constitués de deux domaines : la pénétratine (séquence de pénétration cellulaire), couplée à des portions du domaine LZ d’AAC-11. Ces peptides appelés LZDPs ont été brevetés (PCT/EP2015/053307) sur la base de la démonstration de leur activité anti-tumorale dans divers modèles de cancers, parmi lesquels le mélanome.Mon projet de thèse visait à évaluer les propriétés anti-tumorales de ces peptides dans d’autres types de cancers, en particulier le Syndrome de Sézary (SS) et les Leucémies Aigües Myéloïdes (LAMs). Les résultats obtenus dans ces pathologies ont mis en évidence un fort effet cytotoxique des peptides LZDPs vis-à-vis des cellules malignes, mais pas des cellules saines environnantes. Cette activité anti-tumorale spécifique est non seulement observée in vitro sur des lignées cellulaires, mais aussi ex vivo sur des prélèvements de patients et in vivo dans des modèles murins pré-cliniques.J’avais également pour objectif d’approfondir nos connaissances concernant le mécanisme d’action des peptides LZDPs. Les données obtenues au cours de ma thèse ont montré qu’ils agissaient en induisant une rupture de la membrane des cellules cancéreuses qui semble due à l’interaction avec un ou des partenaires exprimés uniquement à la membrane des cellules tumorales. Un de ces partenaires est la protéine PAK1, exprimée à la membrane des cellules de Sézary et des cellules leucémiques et dont la présence est nécessaire à l’activité membranolytique des peptides. PAK1 est particulièrement intéressante car elle est connue pour être impliquée dans plusieurs étapes de la tumorigénèse, et son interaction avec AAC-11 pourrait potentiellement expliquer le développement de certains cancers.Fait intéressant, nos résultats indiquent que les peptides LZDPs induisent une mort cellulaire immunogène des cellules cancéreuses. Dans des modèles murins immunocompétents, nous avons mis en évidence que cela permettait l’activation du système immunitaire. Ainsi, dans ces modèles, il est possible d’utiliser les lysats cellulaires obtenus après exposition de cellules cancéreuses aux peptides en tant que vaccins prophylactiques ou thérapeutiques.Enfin, un autre axe de ma thèse consistait à optimiser la séquence de pénétration et la séquence active des peptides dérivés d’AAC-11. D’une part, nous avons amélioré la portion LZ du peptide, en concevant des peptides plus courts, conservant les propriétés anti-tumorales du peptide original. D’autre part, nous avons construit une séquence de pénétration plus courte et plus efficace en termes de pénétration cellulaire que la pénétratine. Les peptides « seconde génération » constitués de cette séquence associée à celle du LZ d’AAC-11 possèdent des propriétés anti-tumorales comparables à celles des peptides de première génération.Forts de ces résultats, nous espérons désormais débuter un ou plusieurs essai(s) clinique(s) dans les contextes du SS et de la LAM, en collaboration avec les équipes médicales de l’hôpital St-Louis