Dégrader, dégrader les oncoprotéines ! PROTACs, une nouvelle stratégie pour tuer les cellules cancéreuses

La dégradation ciblée des protéines, qui est une stratégie pour détruire les protéines cancérigènes, est apparue ces dernières années comme l’un des domaines les plus en vogue dans la découverte de médicaments. Les petites molécules connues sous le nom de PROteolysis-TArgeting Chimeras (PROTACs) utilisent le propre mécanisme de nos cellules pour recycler les protéines, le système ubiquitine-protéasome (UPS), pour éliminer les protéines indésirables. Normalement, l’UPS modifie une protéine avec plusieurs copies d’une petite protéine régulatrice connue sous le nom d’ubiquitine. La protéine ubiquitylée est reconnue par l’UPS et dégradée. Les PROTAC sont une stratégie puissante pour rediriger l’UPS pour dégrader les protéines à volonté. Typiquement, un PROTAC est composé de deux ligands reliés par un lieur : un ligand recrute et lie la protéine cible, tandis que l’autre recrute et lie le complexe ubiquitine ligase, ce qui conduit au marquage de la protéine cible avec l’ubiquitine. Dès que la protéine cible a été étiquetée avec de l’ubiquitine, l’UPS la dégrade comme elle le ferait pour n’importe quelle autre protéine ubiquitylée.

Cette approche est particulièrement attrayante dans le développement de médicaments pour cibler les protéines kinases qui stimulent la tumorigenèse grâce à leurs mécanismes catalytiques et d’échafaudage. Par exemple, la kinase d’adhésion focale (FAK) est une tyrosine kinase cytoplasmique non réceptrice dotée de fonctions nucléaires et d’échafaudage qui joue un rôle important dans de nombreux processus cellulaires. Dans de nombreux types de cancer, y compris le cancer du pancréas et du sein, FAK est surexprimé, ce qui entraîne une augmentation de la prolifération, de la migration et de l’adhérence des cellules par le biais de mécanismes en aval. À ce jour, le domaine s’est largement concentré sur le développement de petites molécules inhibitrices de l’activité de la FAK kinase en tant qu’agents thérapeutiques contre le cancer. Dans une publication récente dans ChimBioChem, le Dr Behnam Nabet, professeur adjoint à la division de biologie humaine, et son équipe ont adopté une approche différente et ont développé un FAK PROTAC sélectif, appelé BSJ-04-146. “Plusieurs inhibiteurs de FAK ont été développés, qui ont malheureusement montré une efficacité limitée dans les essais cliniques en tant que thérapeutiques contre le cancer”, a déclaré le Dr Nabet. “Ces inhibiteurs ciblent les activités enzymatiques de FAK et ne perturbent pas ses fonctions non enzymatiques.” Contrairement aux inhibiteurs de kinase traditionnels, les PROTAC peuvent éliminer à la fois les fonctions catalytiques et d’échafaudage, offrant une nouvelle stratégie pour cibler les oncoprotéines. Le Dr Nabet vise à utiliser les PROTAC pour “perturber toutes les fonctions FAK nécessaires à l’amélioration des réponses anticancéreuses”.

Initialement, le Dr Nabet et son équipe ont conjugué l’inhibiteur de FAK VS-4718 avec un ligand de recrutement d’ubiquitine ligase et testé sa capacité à dégrader FAK dans des lignées cellulaires d’adénocarcinome canalaire pancréatique (PDAC). Bien que les PROTAC conjugués au VS-4718 aient dégradé le FAK, ils ont également montré des effets hors cible sur plusieurs kinases importantes. Par exemple, BSJ-03-136 a provoqué une dégradation significative de FAK et une diminution de la phosphorylation de AKT, une cible en aval de FAK, ainsi que des kinases appauvries telles que WEE1 et AURKA. Pour améliorer encore la sélectivité de ces FAK PROTAC, les auteurs ont réalisé une conception guidée par la structure pour améliorer le profil de ciblage de la kinase du VS-4718, produisant le BSJ-04-175. Cet inhibiteur a démontré une spécificité profonde envers FAK par rapport à VS-4718 et BSJ-03-136.

Pour comparer les réponses biologiques à l’inhibition de FAK avec la perte complète de FAK, les auteurs ont converti BSJ-04-175 en un FAK PROTAC, appelé BSJ-04-146. La dégradation de FAK a été induite par BSJ-04-146 à des doses aussi faibles que 10 nM et a montré un impact fonctionnel significatif sur la signalisation FAK en aval. Les effets ont été observés dès une heure après le traitement. Contrairement aux PROTAC conjugués au VS-4718, le BSJ-04-146 n’a pas induit de dégradation de la kinase hors cible et était remarquablement sélectif. De plus, les auteurs ont évalué les changements dans le phosphoprotéome suite à la dégradation de FAK par rapport à l’inhibition de FAK. La dégradation de FAK a entraîné des changements significatifs dans le phosphoprotéome, qui n’ont pas été observés lorsque FAK a été inhibé. Ces observations sont cohérentes avec l’idée que FAK fonctionne à la fois comme une enzyme et comme un échafaudage protéique. En utilisant BSJ-04-146, les auteurs ont démontré que la dégradation de FAK a montré une diminution nettement améliorée de la prolifération des cellules cancéreuses du pancréas et du sein cultivées sous forme de sphéroïdes 3D ainsi que de la migration des cellules cancéreuses du sein, par rapport aux inhibiteurs de FAK. Enfin, BSJ-04-146 a été testé pour sa capacité à dégrader FAK dans des modèles murins. De manière passionnante, le Dr Nabet et son équipe ont confirmé que BSJ-04-146 présente une dégradation significative de FAK en direct. Les travaux du Dr Nabet ont montré que “le ciblage de FAK pour la dégradation conduit à des réponses biologiques améliorées, par rapport à l’inhibition de l’activité de FAK”. La dégradation ciblée de FAK est “une stratégie avantageuse qui justifie un développement ultérieur en tant que nouvelle approche thérapeutique dans le cancer du pancréas”, a-t-il ajouté.