Project Funding Details


Title
Metabolic biomarkers in non-small cell lung cancer
Alt. Award Code
INCa_4393
Funding Organization
Institut National du Cancer
Budget Dates
2011-11-13 to 2014-11-13
Principal Investigator
Kroemer, Guido
Institution
Institut Gustave Roussy
Region
Europe & Central Asia
Location
Villejuif, FR

Collaborators

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Technical Abstract

Scientific context: Most non-small cell lung cancers (NSCLC) are treated with platinum-based agents, yielding highly heterogeneous therapeutic responses. We performed a genome-wide siRNA-based screening that identified three major metabolic pathways that affect the response of NSCLC cells to cisplatin. First, we found that optimal cisplatin responses require pyridoxal kinase (PDXK), which generates the bioactive form of vitamin B6. We found that low PDXK expression is associated with poor disease outcome in NSCLC. Second, we found that the knockdown of the “hepatic” lipase isoform (LIPC) sensitized cells to cisplatin-induced cell death and that the expression level of LIPC may have an impact on cisplatin response in NSCLC. Third, cisplatin-resistant NSCLC clones often overexpress poly-adenosylribose polymerase (PARP1) and exhibit an elevated level of poly-adenosylribosylation (PAR) of proteins. We also determined that PARP1 was coordinately expressed with the DNA repair proteins ERCC1 and MSH2 in NSCLC tumor specimens. Now, we plan to investigate these three pathways in the context of NSCLC chemotherapy with regard to their utility as prognostic/prédictive biomarkers and/or therapeutic targets by using a mixed preclinical/clinical research approach. Description of the project: The aforementioned unpublished results suggest the existence of three biomarkers (PDXK, LIPC, PARP/PAR) that affect the fate of NSCL cancer and three associated drug targets (vitamin B6 metabolism, LIPC, PARP). Our project aims at extending and confirming these results at multiple levels: 1/ PDXK and vitamin B6 metabolism: We plan to determine the molecular mechanisms though which distinct enzymes involved in vitamin B metabolism can enhance the cisplatin response in vitro and in vivo, at the biochemical, pharmacological and cellular levels. We also wonder whether the expression levels of vitamin B6-relevant enzymes have an intrinsic effect on the development of lung cancer. Moreover, we plan to determine whether the expression PDXK (and that of its antagonist, the pyridoxal phosphatase, PDXP) at the mRNA and protein levels has a prognostic or predictive value in NSCLC. 2/ LIPC and lipid metabolism: We will explore the molecular mechanisms though which Orlistat (and perhaps other lipase inhibitors) can enhance the cisplatin response in vitro and in vivo, at the biochemical, pharmacological and cellular levels. We will also determine whether the expression levels of LIPC can affect tumor development in experimental models and whether LIPC expression, as determined by microarray profiling or validated immunohistochemically methods truly constitutes a predictive biomarker in NSCL. 3/ PAR and PARP. We will perform a systematic study for determining which PARP substrates are subject to poly-adenosylribosylation (PAR), using subcellular fractionation and proteomics approaches. We will determine whether the expression of PARP1 or the intensity of PAR can be considered as a biomarker of cisplatin resistance, both in suitable animal models and in longitudinal studies performed on different cohorts of NSCLC patients. Finally, we will evaluate the possibility to reverse cisplatin resistance by pharmacological PARP1 inhibitors in suitable preclinical settings. Expected results: Based on our experience, our preliminary results and the research strategy delineated in this project, we expect to respond to the following major questions: 1/ Do vitamin B6 and vitamin B6-modulating enzymes affect the prognosis and therapeutic response of NSCLC? And how are these effects explained in mechanistic terms? 2/ Do lipases (like LIPCS) and lipid metabolism affect the prognosis and therapeutic response of NSCLC? And through which possible mechanisms? 3/ Do PAR and PARP impact on the prognosis and therapeutic response of NSCLC? And can this knowledge be used to improve current treatment schedules? 4/ How can the responses to aforementioned questions be integrated to generate prognostic/predictive biomarkers/algorithms? 5/ Is it possible to target vitamin B metabolism, lipid metabolism or PARP for therapeutic purposes in NSCLC?

Public Abstract

Titre : Biomarqueurs métaboliques dans le cancer bronchique non-à petites cellulesRésumé : Contexte scientifique : La plupart des cancers bronchiques non à petites cellules (CBNPC) sont traités par des cytotoxiques à base de platine. Nous avons effectué un criblage du génome basé sur les siRNA et avons identifié voies métaboliques dont la variation module la réponse au CDDP des cellules de CBNPC. 1) Nous avons constaté qu’une réponse optimale au CDDP nécessite la présence de pyridoxal kinase (PDXK). Ce dernier génère la forme bioactive de la vitamine B6. Nous avons constaté que la faible expression de PDXK est associée à un mauvais pronostic chez les patients atteints de CBNPC. 2) Nous avons constaté que le knockdown de la lipase hépatique (LIPC) sensibilise les lignées cellulaires au CDDP. Le taux d’expression de la LIPC pourrait avoir un impact chez les patients atteints d’un CBNPC sur leur réponse au CDDP. 3) Nous avons observé dans des clones de CBNPC résistants au CDDP une surexpression ainsi qu’une hyperactivation de la Poly(ADPribose)polymérase (PARP1) à l’origine d’une Poly(ADP) ribosylation (PAR) de protéines endogènes. Nous avons également déterminé que dans des tissus de CBNPC la PARP1 est coexprimée avec d’autres protéines de la réparation de l'ADN, le ERCC1 et le MSH2. Descriptif du projet : Au total, ces résultats non publiés suggèrent l'existence de trois biomarqueurs (PDXK, LIPC, PARP/PAR) qui affectent le sort des CBNPC et trois cibles thérapeutiques associées (métabolisme de la vitamine B6, LIPC, PARP). Notre projet vise à étendre et confirmer ces résultats à plusieurs niveaux: 1/ PDXK et métabolisme de la vitamine B6 : Nous déterminerons les mécanismes moléculaires à travers lesquels différentes enzymes impliquées dans le métabolisme de la vitamine B peuvent améliorer la réponse au CDDP in vitro et in vivo, au niveau biochimique, pharmacologique et cellulaire. Nous nous demandons également si les niveaux d'expression d’enzymes impliquées dans le métabolisme de la vitamine B6 sont impliqués dans le développement du cancer du poumon. En outre, nous avons l'intention de déterminer si l’expression de PDXK (et celle de son antagoniste, la phosphatase pyridoxal, PDXP) à l’échelle des mARN et des protéines a une valeur pronostique ou prédictive dans le CBNPC. 2/ LIPC et le métabolisme des lipides : Nous explorerons les mécanismes moléculaires à travers desquels l’Orlistat (et peut-être d'autres inhibiteurs de la lipase) peut améliorer la réponse au cisplatine in vitro et in vivo, au niveau biochimique, pharmacologique et cellulaire. Nous allons également déterminer si les niveaux d'expression de LIPC peuvent affecter le développement des tumeurs dans des modèles expérimentaux et si l'expression de LIPC, déterminé par les méthodes de microarray ou en immunohistochimie constituent véritablement un biomarqueur prédictif dans le CBNPC. 3/ PAR et PARP : Nous effectuerons une étude systématique afin de déterminer les substrats de PARP qui sont soumis à la poy(ADP)ribosylation, à l'aide de fractionnement subcellulaire et de la protéomique. Nous allons déterminer si l'expression de PARP1 ou son activité PAR peut être considéré comme un biomarqueur de la résistance au cisplatine, à la fois dans des modèles animaux appropriés et dans des études longitudinales réalisées sur différentes cohortes de patients atteints de CBNPC. Enfin, nous évaluerons la possibilité d'inverser la résistance au cisplatine par les inhibiteurs pharmacologiques de PARP1 dans des modèles précliniques appropriés. Résultat attendus : On nous basant sur nos résultats préliminaires et notre stratégie de recherche, nous espérons répondre aux questions suivantes : 1/ La vitamine B6 et les enzymes intervenant dans son métabolisme affectent-elles le pronostic et la réponse thérapeutiques des CBNPC ? Et par quel mécanisme peut-on expliquer ces effets ? 2/ Les lipases (comme LIPC) et le métabolisme des lipides affectent-ils le pronostic ou la réponse thérapeutique des CBNPC ? Et par quel mécanisme ? 3/ PARP et son produit, PAR, impactent-ils sur le pronostic et la réponse thérapeutique des CBNPC. Et peut-on utiliser cette information pour améliorer la thérapie anticancéreuse ? 4/ Peut one intégrer l’information sur les questions antérieures dans des biomarqueurs/algorithmes pronostiques ou prédictifs ? 5/ Est-il envisageable de cibler le métabolisme de vitamine B6, le métabolisme de lipides ou PARP pour le traitement des CBNPC ?

Cancer Types

  • Lung Cancer

Common Scientific Outline (CSO) Research Areas

  • 4.1 Early Detection, Diagnosis, and Prognosis Technology Development and/or Marker Discovery