Titre : "Inter- and intra-tumoral ALDH1 heterogeneity in breast cancer identifies therapeutic opportunities for ALDH1A-specific inhibitors."

Date : Vendredi 19 décembre à 14h00 Lieu : Auditorium de l’Hexagone de Luminy. Composition du jury Ana ROVIRA GUERIN       Rapporteuse, DR – Molecular Cancer Therapeutics, Hospital del Mar Medical Research Institute Guillermo BARRETO          Rapporteur, DR – Ingénierie Moléculaire et Physiopathologie Articulaire (IMoPA), Université de Lorraine Jaume FARRES                 Examinateur, PR – Biochemistry and Molecular Biology, Universidad Autonoma de Barcelona Régis COSTELLO               Président du jury, PU-PH – TAGC – INSERM / AMU Salvatore SPICUGLIA        Directeur de thèse, DR – TAGC – INSERM / AMU Mileidys PEREZ-ALEA       Co-directrice de thèse, CSO – Advanced BioDesign, Université de Lyon

Résumé

La famille enzymatique ALDH1A (ALDH1A1, ALDH1A2, ALDH1A3) joue un rôle central dans le métabolisme tumoral en assurant la détoxification des aldéhydes, l’équilibre rédox et la biosynthèse de l’acide rétinoïque. Longtemps considérées comme de simples biomarqueurs des cellules souches cancéreuses, ces enzymes apparaissent aujourd’hui comme de véritables acteurs de la progression tumorale et de la résistance thérapeutique, bien que leurs fonctions spécifiques demeurent mal définies.

Cette thèse, centrée sur le cancer du sein basal-like (principalement triple négatif), met en évidence ALDH1A3 comme l’isoforme dominante, associée à un mauvais pronostic. Une étude chimique a conduit à l’identification d’ABD0171, un inhibiteur sélectif d’ALDH1A3, capable de perturber l’homéostasie rédox et les voies IL6/JAK/STAT3 et Src/FAK, induisant une forte activité antitumorale dans des modèles précliniques.

Des criblages CRISPR-Cas9 et pharmacologiques ont révélé des vulnérabilités synergiques, notamment la dépendance au métabolisme mitochondrial, à la voie PI3K/AKT et à des régulateurs épigénétiques tels que SMYD2. Ces résultats définissent des stratégies de co-ciblage rationnelles pour surmonter la résistance adaptative.

Dans l’ensemble, ce travail repositionne les enzymes ALDH1A comme des moteurs de la plasticité métabolique et de la résistance thérapeutique, et établit les bases du développement de thérapies combinées isoforme-spécifiques dans les cancers agressifs.

Mots-clés : aldéhyde déshydrogénases ; ALDH1A; cancer du sein; triple négatif; basal-like; thérapie ciblée; CRISPR-Cas9; criblage à haut débit; adaptation métabolique.

Abstract

The ALDH1A enzyme family (ALDH1A1, ALDH1A2, ALDH1A3) plays a central role in cancer metabolism by coordinating aldehyde detoxification, redox balance and retinoic acid biosynthesis. Historically considered mere biomarkers of cancer stem cells, these enzymes are now recognized as active mediators of tumor progression and therapy resistance. Their isoform-specific roles, however, remain incompletely defined.

This thesis focuses on breast cancer, particularly basal-like subtypes (mainly triple negative), to elucidate the molecular and functional significance of ALDH1A isoforms and to explore their therapeutic potential. Integrative molecular analyses revealed ALDH1A3 as the dominant isoform associated with poor prognosis and aggressive disease. A medicinal chemistry program led to the identification of ABD0171, a potent and selective ALDH1A3 inhibitor derived from the DIMATE backbone. ABD0171 disrupted redox homeostasis and oncogenic signaling (IL6/JAK/STAT3, Src/FAK), producing strong antitumor and antimetastatic activity in preclinical models.

Complementary CRISPR-Cas9 and high-throughput drug screening approaches identified key vulnerabilities that enhance the efficacy of ALDH1A inhibition, including dependencies on mitochondrial metabolism, PI3K/AKT signaling and epigenetic regulators such as SMYD2. These findings define rational co-targeting strategies to overcome adaptive resistance.

Collaborative studies extended these insights to acute myeloid leukemia and glioblastoma, revealing conserved stress-adaptation roles of ALDH1A enzymes across tumor types.

Overall, this work redefines ALDH1A enzymes as drivers of metabolic plasticity and therapeutic resistance, establishing the conceptual and pharmacologic basis for isoform-selective inhibition and combination therapies in aggressive cancers.

Keywords: aldehyde dehydrogenase; ALDH1A; breast cancer; triple-negative breast cancer; basal-like molecular subtype; targeted therapy; CRISPR-Cas9; high-throughput screening; drug synergy; metabolic adaptation.