Exploitation des domaines b-HLH-LZ du réseau Myc/Max/Mad dans le développement d’une nouvelle approche thérapeutique pour le traitement de cancers multiples

Abstract

Le facteur de transcription (FT) c-Myc est l‘un des oncogènes les plus éminents et est impliqué dans le développement, la progression et le maintien de plus de 70 % des tumeurs cancéreuses. Malgré ce fait, aucun inhibiteur de c-Myc n’est disponible en clinique. L’activité transcriptionnelle de c-Myc requiert la dimérisation de son domaine b HLH-LZ avec celui de Max, son partenaire obligatoire, afin de lier des séquences d’ADN cibles nommées E-Box. De son côté, Max forme aussi des homodimères capables de lier ces mêmes séquences, sans toutefois avoir un rôle actif bien défini dans le contrôle transcriptionnel. Récemment, plusieurs altérations dans le gène de Max ont été associées à diverses tumeurs cancéreuses. C’est le cas de ΔMax, un variant d’épissage alternatif, qui amplifie l’activité oncogénique de c-Myc chez des glioblastomes arborant la mutation EGFRVIII. Cependant, son mécanisme d’action demeure inconnu. Par une caractérisation structurale à l’aide de méthodes biophysiques, nous sommes les premiers à faire la démonstration que la perte de la capacité de ΔMax à former un homodimère lié à l’ADN non-spécifique est responsable de son activité pro-oncogénique, suggérant un rôle de suppresseur de tumeur pour Max. Longtemps connu comme un FT spécifique, un nouveau paradigme émergent décrit plutôt c-Myc comme un amplificateur général de la transcription, envahissant les promoteurs et amplificateurs de gènes déjà actifs. Les cellules cancéreuses développent alors une dépendance à l’activité transcriptionnelle de c-Myc que nous avons exploitée afin de développer un agent thérapeutique ciblant spécifiquement c-Myc. En effet, nous avons mis au point un b-HLH-LZ, basé sur celui de Mad1 (Mad*KR), capable de séquestrer Max et de compétitionner avec c-Myc pour la liaison à l’ADN spécifique et non-spécifique. Mad*KR est en mesure de pénétrer spontanément dans des cellules saines et cancéreuses et d’inhiber spécifiquement la prolifération de ces dernières. Mad*KR a également la capacité d’induire spécifiquement l’apoptose des cellules cancéreuses et d’inhiber la transcription de gènes. Un autre b-HLH-LZ pénétrant, appelé Omomyc, a déjà prouvé son utilité thérapeutique dans des études pré-cliniques dans un modèle murin. Cependant, son mécanisme d’action (MOA) était débattu dans la littérature. Dans ce contexte, nous avons contribué à l’élucidation du MOA d’Omomyc. Brièvement, nous avons démontré qu’Omomyc peut lier l’ADN sous forme d’homodimères et d’hétérodimères avec Max. De plus, nous avons montré que les hétérodimères Omomyc/c Myc ne sont pas en mesure de lier l’ADN. Collectivement, ces travaux ont permis de pousser l’utilisation des b-HLH-LZ du réseau Myc/Max/Mad plus près d’une thérapie polypeptidique pour traiter des lésions cancéreuses multiples et pourraient avoir un impact significatif dans notre lutte contre le cancer.

The c-Myc transcription factor (TF) is one of the most prominent oncogenes and is involved in the development, progression and maintenance of more than 70 % of human cancers. Nevertheless, there is still no c-Myc inhibitor clinically available. c-Myc transcriptional activity requires the dimerization of its b-HLH-LZ domain with that of Max, its obligate partner, in order to bind specific DNA sequences termed E-Box. Max also binds E-Box sequences as homodimers, however their role in transcriptional control remains unclear. Recently, several alterations in the Max gene were associated with diverse cancers. Among these is ΔMax, an alternative splicing variant of Max that amplifies c-Myc oncogenic activity in glioblastoma with the EGFRVIII mutation. However, the mechanism by which ΔMax leads to these dramatic consequences remains unknown. Using biophysical methods for the structural characterization of ΔMax, we are the firsts to demonstrate that the inability of ΔMax to form stable homodimers bound to non-specific DNA sequences is responsible for its pro-oncogenic activity. Taken together, our results suggest that Max may act as a tumor suppressor by controlling c-Myc transcriptional activity. Known as a specific TF, a new emergent paradigm rather describes c-Myc as a general amplifier of transcription, invading promoters and enhancers of already actively transcribed genes. Thus, cancer cells develop an addiction to c-Myc transcriptional activity which we exploited in order to develop a therapeutic agent that specifically targets c-Myc. Indeed, we designed a b-HLH-LZ, based on Mad1 (Mad*KR), that sequesters Max and compete with c Myc, as homo- and heterodimers, for the DNA binding of specific and non-specific sequences. Mad*KR penetrates cancer cells spontaneously and inhibits their proliferation while sparing normal cells. Mad*KR also induces apoptosis in cancer cells specifically and inhibits the transcription of numerous genes. Another permeant b-HLH-LZ, called Omomyc, has already proven its value as a therapeutic agent in pre-clinical studies in a murine model. However, its mode of action (MOA) still remains controversial in the literature. In this context, we contributed to the elucidation of Omomyc’s MOA. Briefly, we have shown that Omomyc binds DNA as homodimers and heterodimers with Max. Moreover, we have shown that Omomyc/c-Myc heterodimers do not bind DNA as opposed to previous studies. Collectively, this work has pushed the use of Myc/Max/Mad b-HLH-LZs closer to a polypeptidic therapy to treat multiple cancerous lesions and could have a significant impact in our fight against cancer.