Réduction de l’effet Warburg chez une lignée de cellules de mammifères productrices d’anticorps

RESUME L’effet Warburg, ou glycolyse aerobie, est l’une des signatures metaboliques du cancer. Il est aussi largement observe chez les cellules d’ovaires de hamster chinois (CHO), plateforme privilegiee par l’industrie pharmaceutique pour la production de medicaments. L’utilisation de la glycolyse aerobie, plutot que de la respiration mitochondriale, comme voie catabolique principale est a l’origine d’un manque d’efficacite energetique et d’une production accrue de lactate pouvant inhiber la croissance et la production. C’est pourquoi de nombreuses strategies existent pour reduire l’effet Warburg durant les bioprocedes de cultures de cellules CHO. La plupart du temps, elles orientent le metabolisme vers la respiration en faisant appel a des modifications genetiques, activant ou inhibant des enzymes du metabolisme, ou a l’optimisation des conditions de culture, par le controle precis des echanges avec le milieu extracellulaire. Nous proposons dans ce memoire une troisieme approche encore peu exploree. En s’inspirant des therapies metaboliques appliquees pour diminuer l’effet Warburg dans le cadre du cancer, nous avons ajoute au milieu de culture des molecules interagissant avec certaines enzymes cles du metabolisme energetique. Deux candidats ont ete selectionnes pour notre etude : l’acide lipoique, connu pour activer l’enzyme responsable de l’entree du flux glycolytique dans la mitochondrie, et le bleu de methylene, connu pour faciliter les echanges d’electrons a la membrane mitochondriale. Apres avoir determine la dose maximale n’alterant pas la croissance pour chacune des drogues sur une lignee test de notre laboratoire capable de produire un anticorps monoclonal, nous avons mesure leur effet sur la croissance, la viabilite, la consommation et la production de plusieurs metabolites importants, ainsi que sur des marqueurs directs de l’activite mitochondriale. Ce faisant, nous sommes parvenus a caracteriser quelles voies metaboliques etaient activees et inhibees par la supplementation de chacune des drogues et de leur combinaison. L’acide lipoique semble encourager l’approvisionnement de la mitochondrie en intermediaires reactionnels, tandis que le bleu de methylene favorise les reactions d’oxydoreduction a la membrane mitochondriale et diminue le stress oxydatif qui en resulte. Ce dernier parametre a un impact positif sur la productivite en anticorps, avec un titre final augmente de 24 % par rapport au controle non traite. Ces resultats encourageants donnent un meilleur apercu de la regulation metabolique des CHOs et presentent la supplementation de drogues metaboliques comme une strategie prometteuse pour augmenter la productivite des bioprocedes pharmaceutiques.----------ABSTRACT The Warburg effect, or aerobic glycolysis, is one of the metabolic signatures of cancer. It is also widely observed in Chinese hamster ovary (CHO) cells, the pharmaceutical industry's preferred platform for the production of drugs. The use of aerobic glycolysis, rather than mitochondrial respiration, as the main catabolic pathway impairs energy efficiency and increases lactate production, undermining cellular growth and production. This is why many existing strategies aim to reduce the Warburg effect during CHO-based bioprocesses. Most of the time, they direct the metabolism towards respiration by using genetic modifications, through the activation or inhibition of metabolic enzymes, or by optimizing culture conditions, through the precise control of exchanges with the extracellular environment. In this work, we propose a third approach still scarcely investigated. Based on the example of metabolic therapies used in cancer treatments, we added effectors of certain energetic metabolism enzymes in the culture medium. Two candidates have been selected for our study: lipoic acid, known to activate the enzyme responsible for directing the glycolytic flux in the mitochondria, and methylene blue, known to facilitate electrons exchange at the mitochondrial membrane. After determining the maximal dose without growth effects for each drug on an antibody-producing cell line available in our laboratory, we measured their effect on growth, viability, consumption and production of key metabolites, as well as direct markers of mitochondrial activity. Therefore, we managed to characterize which metabolic pathways were activated and inhibited by the supplementation of each drug and their combination. Lipoic acid appears to promote the supply of mitochondrial reaction intermediates, while methylene blue promotes redox reactions at the mitochondrial membrane and decreases the resulting oxidative stress. This last parameter has a positive impact on antibody productivity, with a final titer increased by 24%, compared to untreated control. These encouraging results provide a better insight into the metabolic regulation of CHOs and present metabolic drug supplementation as a promising strategy for increasing the productivity of pharmaceutical bioprocesses.