Thèse Ciblage de l'Activité Anti-Apoptotique de Nrh dans le Cancer du Sein H/F - 69

Établissement : Université Claude Bernard Lyon 1
École doctorale : CanBioS - Cancérologie, Biologie, Santé de Lyon
Laboratoire de recherche : CRCL - CENTRE DE RECHERCHE EN CANCÉROLOGIE DE LYON
Direction de la thèse : Nikolay POPGEORGIEV ORCID 0000000248355201
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-11T23:59:59

During tumor progression, cancer cells frequently acquire resistance to chemotherapy, notably through dysregulation of members of the Bcl-2 family. Among these, the NRH protein, an anti-apoptotic factor, is overexpressed in many cancers, particularly breast tumors and multiple myeloma, where its expression is associated with a poor prognosis.
Our work has revealed a novel mechanism by which NRH contributes to cell survival: beyond its interaction with the IP3R calcium channel in the endoplasmic reticulum (ER), we have demonstrated that NRH directly modulates the localization of the pro-apoptotic protein Bax by sequestering it in the ER, thus preventing its translocation to mitochondria and the initiation of apoptosis. Despite its central role in tumor cell survival, no therapeutic molecule specifically targeting NRH is currently available. In this context, we identified a novel BH3 peptide, named Tricho-BH3, derived from an ancestral Bax encoded in the marine organism Trichoplax adhaerens. Work carried out within our team has shown that this peptide is capable of specifically recognizing the hydrophobic pocket of NRH, but not those of Bcl-xL or Bcl-2, suggesting remarkable selectivity and novel therapeutic potential. This PhD project aims to characterize this peptide and exploit its properties to target interactions involving NRH. Initially, we will analyze in detail the interaction between Tricho-BH3 and NRH to identify the structural and molecular determinants necessary for their binding. We will then study the ability of this peptide to disrupt NRH-Bax interactions, both in vitro and in cellulo, particularly in triple-negative breast cancer cell lines. Special attention will be paid to the ability of Tricho-BH3 to relocalize Bax and restore its pro-apoptotic activity. Finally, we will evaluate the therapeutic potential of this peptide and optimized versions derived from directed evolution approaches in murine models. This project should provide fundamental insights into the regulation of apoptosis by NRH and propose a new targeted strategy to sensitize NRH-dependent cancer cells to treatments.

L'équilibre entre prolifération et mort cellulaire joue un rôle clé est dans le maintien de l'homéostasie cellulaire tout au long de la vie (Youle and Strasser, 2008). Le déséquilibre de cette balance est impliqué dans bon nombre de pathologies et notamment dans les cancers où les cellules perdent leur capacité à mourir. Cet échappement à l'apoptose est en général corrélé à une dérégulation de l'activité des protéines de la famille de BCL-2 et à ce titre elles représentent des cibles thérapeutiques potentielles (Adams and Cory, 2018).
Les protéines BCL-2 sont principalement connues pour leur contrôle direct sur la perméabilité de la membrane mitochondriale externe (PMME) (Youle and Strasser, 2008). En effet, cette famille est composée des protéines pro-apoptotiques comme BAX et BAK qui forment des pores mitochondriaux induisant ainsi la PMME, et les membres anti-apoptotiques comme BCL-2, BCL-xL ou encore MCL-1 qui se lient avec BAX et BAK empêchant la PMME. Les protéines BCL-2 contiennent quatre séquences conservées, nommées motifs BH (BH1 à 4) (Figure 1A). Les motifs BH1 à BH3 forment une poche hydrophobe à l'intérieur de laquelle l'hélice alpha correspondant au motif BH3 d'une autre BCL-2 pourrait s'insérer. Ainsi l'équilibre des interactions entre BCL-2 pro- et anti-apoptotiques détermine le destin de la cellule. Parmi les membres pro-apoptotiques il existe un sous-groupe de protéines BCL-2 nommées « BH3 seulement » qui ne possèdent que le motif BH3 (Figure 1A). Ces protéines intègrent divers stress cellulaires et induisent la PMME en activant BAX et BAK ou en inhibant les membres anti-apoptotiques.
Des études plus récentes ont néanmoins montré que ces protéines régulent également indirectement la PMME via le contrôle des flux calciques au niveau de réticulum endoplasmique (RE) (Monaco et al., 2012; Popgeorgiev et al., 2018). En effet, dans le RE, l'activité des protéines chaperonnes qui participent au processus de repliement des protéines est dépendante du Ca2+ luminal. Un excès de protéines mal repliées au sein du RE est susceptible d'engendrer un stress réticulaire et une réponse cytoprotective en aval, nommée Unfolded Protein Response (UPR). En cas d'une baisse prolongée du Ca2+, la réponse UPR, peut conduire à l'expression des protéines BH3 seulement et à la mort cellulaire par apoptose.
Certains membres de la famille BCL-2 régulent ce processus à travers une interaction directe avec le canal calcique inositol 1,4,5-trisphosphate récepteur (IP3R) localisé au RE. C'est en particulier le cas de BCL-2 (Monaco et al., 2012; Rong et al., 2008) et de NRH (Nougarede et al., 2018).
Le gène NRH (nommée encore BCL-B ou BCL-2l10) code pour une protéine possédant les quatre domaines d'homologies typiques de la famille BCL-2 (BH1-4). Ce gène a été caractérisé en 2001 par trois groupes indépendamment, dont le notre (Aouacheria et al., 2001). Sa fonction dans le contexte tumoral reste pourtant mal connue. Des taux élevés de cette protéine ont été observés à la fois dans des cancers hématopoïétiques et des tumeurs solides et plus particulièrement dans le cancer de sein et de la prostate. En effet la surexpression de NRH est détectée dans 64% des carcinomes mammaires in situ et dans 89% des cancers invasifs. Un pourcentage similaire (80%) a également été estimé dans les carcinomes de la prostate (Krajewska et al., 2008). De plus la surexpression de NRH a été corrélée avec un mauvais pronostic dans ces tumeurs. De manière synergique, l'équipe de Patrick Auberger (Centre Méditerranéen de médecine moléculaire, Nice) a montré que le niveau d'expression de NRH a été également associé avec l'apparition de la chimiorésistance à la 5-azacytidine dans les leucémies aiguës myéloblastiques et les syndromes myélodysplasiques et ceci pouvant être considéré comme un marqueur de mauvais pronostic pour ces pathologies (Cluzeau et al., 2012).
Au sein de notre équipe nous nous focalisons sur les mécanismes moléculaires d'action de NRH dans le cancer du sein. Contrairement aux autres BCL-2 qui possèdent une localisation mitochondriale unique ou une double localisation mito/RE, nous avons montré que la protéine NRH se localise uniquement au RE. L'inhibition de l'expression de NRH endogène dans deux lignées cellulaires issues de cancer de sein (MDA-MB-231 et CAL-51) rend sensibles ces cellules à l'apoptose induite par un stress réticulaire (traitement à la Thapsigargine). Au niveau moléculaire, nous avons montré que la protéine NRH induit une baisse du trafic Ca2+ IP3R1 dépendant qui à pour conséquence d'inhiber la kinase PERK impliquée dans la réponse UPR. (Nougarede et al., 2018).
Nous avons également montré que la partie N-terminale de NRH qui comprenne le motif BH4 (séquence de 1 à 23 résidus d'acides aminés de NRH) est nécessaire pour l'interaction avec IP3R1. En effet, la surexpression de cette séquences dans des cellules MDA-MB-231 rompt le complexe NRH/IP3R1 et sensibilise ces cellules à l'apoptose induite par plusieurs drogues utilisées en chimiothérapie (5-azacytidine, Etoposide et Doxorubicyne). De plus, l'injection du peptide BH4 entraine une nette diminution de la croissance tumorale dans un modèle de xénogreffes.
En dépit de ces résultats intéressants, nous avons constaté que le peptide BH4 ne présente pas la stabilité intrinsèques nécessaire à la réalisation des expériences de « docking moléculaire » et au criblage des petites molécules à viser thérapeutique.