Progesterone Receptor Isoforms : functional Selectivity and Pharmacological Targeting
Isoformes du récepteur de la progestérone : sélectivité fonctionnelle et ciblage pharmacologique
Résumé
Progesterone receptor (PR) is an essential pharmacological target for contraception, female reproductive disorders as well as for hormone-dependent breast and uterine cancers. Human PR is expressed as two major isoforms PRA and PRB which behave as distinct transcriptional factors. PRA vs PRB expression is often altered under pathological conditions notably breast cancer through unknown mechanisms. In this thesis we demonstrate that down-regulations of PRB and PRA proteins are negatively controlled by key phosphorylation events involving distinct MAP kinase signaling. PRA is selectively stabilized by p38 MAPK whereas p42/44 MAPK specifically controls PRB stability leading to unbalanced PRA/PRB ratios in a ligand sensitive manner. In cancer cells, elevated extracellular stimuli such as epidermal growth factors or pro-inflammatory cytokines that preferentially activate p42/44 or p38 MAPK respectively may result in opposite variations in PRA/PRB expression ratio. These results may explain altered PRA/PRB ratios often associated with breast tumors. To get a mechanistic understanding of how varied PRA/PRB ratio contributes in cell signaling, we generated an original bi-inducible PR-isoform cell model allowing selective, reversible and dose-dependent expression of PRA and/or PRB, enabling fine-tune adjustment of PRA/PRB ratio in the same cells. Using this cell-based system, we undertook genome-wide transcriptomic studies to investigate transcriptional regulation driven by unliganded and liganded PR isoforms. We report that several aspects of PR signaling such as target gene selection/transcriptional regulation, cross-talk with growth factors and antiproliferative efficacy of antiprogestin are highly dependent upon variation in PRA/PRB ratio. A new potential therapeutic strategy in PR-dependent pathological conditions may rely on the use of PR antagonists. Most of the currently available antiprogestins such as mifepristone present partial agonist activity and are not selective to PR leading to undesirable side effects. Therefore, in a collaborative project we have synthesized and characterized several new PR antagonist compounds named as APRn. Structure-activity relationship studies allowed identification of the key substitutions in steroidal skeleton responsible for agonist/antagonist character of these molecules. Several selected APRn lack partial agonist effect, are PR specific and inhibit PR transcriptional properties through a new passive mechanism of action i.e. impaired recruitment of transcriptional coregulators. Such PR selective antagonists devoid of partial agonist character might provide important therapeutic perspectives for various reproductive tract abnormalities and hormone-dependent uterine and breast cancers. Altogehter, our results provide mechanistic insights into the functional selectivity of PR isoforms and their pharmacological targeting by the use of PR antagonists.
Le récepteur de la progestérone (PR) est un cible pharmacologique majeure pour la contraception, et pour le traitement de certaines pertubations endocriniennes ainsi que des cancers hormono-dépendants de l’utérus et du sein. Chez la femme, PR est exprimé sous deux isoformes majeures PRA et PRB qui sont des facteurs de transcription fonctionnellement distincts. L’expression de PRA vs PRB est souvent altérée dans certaines situations pathologiques selon des mécanismes encore mal identifiés. Dans cette thèse, nous démontrons que des phosphorylations clés regulées par des MAPK distincts contrôlent la stabilité de PRB et PRA. PRA est sélectivement stabilisée par la p38 MAPK tandis que PRB est préférentiellement stabilisé par la p42/44 MAPK. Ces mécanismes différentiels régulent donc le rapport d’expression PRA/PRB de façon ligand-dépendente et mettent les fonctions progestatives sous le contrôle de l’activité des facteurs de croissance et des cytokines pro-inflammatoires. Or, dans les cellules cancéreuses, la suractivité de certains stimuli extracellulaires provenant de telles signalisations et activant préférentiellement p42/44 et/ou p38 MAPK, pourrait être à l’origine des pertubations du rapport PRA/PRB observées dans les tumeurs du sein. Afin d’explorer la contribution différentielle des isoformes du PR dans la signalisation cellulaire, nous avons élaboré un modèle cellulaire original permettant de contrôler l’expression de PRA et/ou PRB de façon conditionnelle, réversible et dose-dépendante. Par une approche transcriptomique, nous avons identifiés les gènes régulés de façon différentielle par PRA et/ou PRB en absence ou présence de l’hormone. Nous montrons que plusieurs aspects de la signalisation de PR comme la sélectivité de la régulation transcriptionnelle, la dialogue-croisée avec des facteurs de croissance ainsi que l’efficacité antiproliférative des antiprogestatifs dépendent de l’expression differentielle des isoformes du PR. Une nouvelle approche thérapeutique ou préventive possible dans les cancers hormono-dépendants pourrait consister à administrer des antagonistes du PR. Cependant, la plupart des antiprogestatifs disponibles comme la mifépristone présentent des effets agonistes partiels et ne sont pas sélectifs du PR, produisant ainsi des effets indésirables majeurs. Dans un projet collaboratif, et sur la base d’études cristallographiques de PR, nous avons synthétisé et caractérisé plusieurs dizaines de molécules antagonistes du PR, nommés APRn. L’étude des relations structure-fonctions de ces APRn a permis d’identifier les substitutions introduites dans la structure stéroïdienne qui sont responsables des propriétés agonistes/antagonistes de ces molécules. Plusieurs APRn sélectionnés sont dépourvus d’effets agonistes partiels, sont spécifiques du PR et inhibent son activité transcriptionnelle par un nouveau mécanisme d’action dit « passif », en raison de leur capacité particulière à inhiber le recrutement des corégulateurs transcriptionnels. Ces antagonistes sélectifs de PR offrent des perspectives thérapeutiques intéressantes dans les maladies de la reproduction et des cancers hormono-dépendants de l’utérus et du sein. L’ensemble de nos résultats apportent des informations nouvelles sur les mécanismes impliqués dans la sélectivité fonctionnelle des isoformes du PR en physiopathologie, ainsi que sur la possibilité d’un ciblage pharmacologique spécifique par de nouveaux antagonistes utilisables dans le traitement du cancer du sein.
Origine : Version validée par le jury (STAR)