Bloquer l'enzyme de réparation de l'ADN PNKP déclenche une mort cellulaire cancéreuse induite par le fer dans le cancer du sein triple négatif

Le cancer du sein triple négatif (TNBC) — défini par l'absence de récepteurs aux œstrogènes et à la progestérone ainsi que par l'absence d'amplification de HER2 — représente l'un des sous-types de cancer du sein les plus agressifs, avec environ 30 à 50 % des patientes développant in fine une résistance à la chimiothérapie standard. Les cellules TNBC étant connues pour être particulièrement vulnérables à la ferroptose — une forme de mort cellulaire régulée dépendante du fer et pilotée par la peroxydation lipidique —, des chercheurs de l'Institut Weizmann des sciences ont utilisé un pipeline computationnel pour identifier systématiquement les répresseurs de la ferroptose en tant que cibles thérapeutiques potentielles. PNKP, une enzyme bifonctionnelle de réparation de l'ADN dotée d'activités 3′-phosphatase et 5′-kinase impliquées dans la réparation des cassures simple et double brin, s'est révélée être l'un des meilleurs candidats.

En utilisant plusieurs lignées cellulaires TNBC (MDA-MB-468, BT549, Hs578, HCC70) et plusieurs stratégies de déplétion de PNKP — shRNA constitutif, shRNA inductible par Tet, SMARTpool siRNA et un inhibiteur pharmacologique (A12B4C3) —, l'équipe a démontré que la perte de PNKP induit de manière robuste la peroxydation lipidique. Les dosages de fluorescence BODIPY-C11 ont montré des augmentations significatives des espèces lipidiques oxydées, corroborées par la détection par Western blot des adduits protéiques 4-HNE. La viabilité cellulaire a chuté d'environ 40 à 60 % lors du knockdown de PNKP, et cette perte a été sauvegardée par les inhibiteurs de ferroptose ferrostatine-1 et liproxstatine, confirmant que la mort cellulaire observée était de nature ferroptotique. La déplétion de PNKP a également élevé les ROS cytosoliques (mesurés par CM-H2DCFDA) et les ROS mitochondriaux (MitoSOX), tout en réduisant simultanément le glutathion intracellulaire et en augmentant le fer total et le pool de fer labile (confirmés par la sonde FerroOrange et des dosages colorimétriques). Le chélateur du fer 2,2′-bipyridyl a partiellement restauré la viabilité cellulaire, validant davantage la dépendance au fer de la réponse à la mort cellulaire.

Au niveau moléculaire, la déplétion de PNKP a réduit les niveaux protéiques et d'ARNm de GPX4 (le suppresseur central de la ferroptose), de SCD1 (une enzyme de synthèse des acides gras monoinsaturés qui limite la disponibilité des AGPI) et de la chaîne lourde de la ferritine (FTH). Le profilage transcriptomique par RNA-seq a révélé une surexpression de 143 gènes et une sous-expression de 184 gènes, avec un enrichissement de voies mettant en évidence l'axe IRF3-interféron-STING, les voies lysosomales et autophagiques, la phosphorylation oxydative et le métabolisme des phospholipides. Sur le plan mécanistique, la déplétion de PNKP a activé STING (stimulateur des gènes d'interféron) et inhibé simultanément STAT3, un facteur de transcription qui supprime normalement l'expression des gènes lysosomaux et autophagiques. Cet effet combiné a amplifié la ferritinophagie — la dégradation autophagique de la ferritine — libérant du fer libre dans le pool labile et conduisant à la peroxydation lipidique ferroptotique. Il est à noter que PNKP et STAT3 se sont révélés être rapidement co-phosphorylés, co-localisés et interagissant physiquement aussi bien lors de l'induction de la ferroptose que du traitement à la doxorubicine.

La pertinence thérapeutique a été validée in vivo et ex vivo. Dans un modèle de xénogreffe murine, la combinaison du ciblage de PNKP avec la doxorubicine — la chimiothérapie de première ligne pour le TNBC — a inhibé la croissance tumorale de manière synergique par rapport à chaque traitement administré seul. De manière cruciale, le même effet synergique a été observé dans des organoïdes TNBC dérivés de patientes, un système de modèles cliniquement prédictif, renforçant ainsi l'argument translatif. Les données TCGA ont confirmé que PNKP est significativement surexprimé dans le TNBC par rapport au tissu mammaire normal (n = 114 normal, 879 non-TNBC, 180 TNBC), et l'analyse de Kaplan-Meier utilisant les données METABRIC a montré qu'une expression élevée de PNKP est corrélée à une survie globale significativement plus mauvaise chez les patientes atteintes de TNBC (n = 33 par groupe).

Ces résultats établissent PNKP comme une vulnérabilité cancéreuse à double fonction : il supprime la ferroptose tout en protégeant contre les dommages à l'ADN induits par la chimiothérapie. Son inhibition sensibilise simultanément le TNBC à la mort cellulaire dépendante du fer et à la doxorubicine, permettant potentiellement des doses plus faibles de doxorubicine et réduisant la cardiotoxicité dose-dépendante. L'axe PNKP-STING-STAT3 représente un nouveau nœud cible mécanistiquement cohérent pour le traitement du TNBC, et la convergence de la biologie de la réponse aux dommages de l'ADN, de l'autophagie et de la ferroptose ouvre des implications plus larges pour d'autres types de cancers dans lesquels PNKP est surexprimé.