Ethan V. Abel, Ph. D.

Expérience de recherche pré-universitaire

Pendant mes études à l'université d'État de New York (SUNY) à Albany, j'ai poursuivi un certain nombre d'opportunités de recherche de premier cycle. À l'été 2003, j'ai été accepté au programme Research for Undergraduates (REU), un programme de recherche de 10 semaines dirigé par le Wadsworth Center du département de la santé de l'État de New York. Mes recherches, sous la direction du Dr Ron Limberger, PhD, examinaient l'impact de l'ablation génétique du gène de motilité, orf4, dans la bactérie spirochète Treponema denticola. Pendant mon séjour au laboratoire, j'ai appris un certain nombre de techniques de microbiologie et de biologie moléculaire, notamment la culture bactérienne, l'isolement de l'ARN/ADN et la PCR quantitative par transcriptase inverse (qRT-PCR).

Après ma participation au programme REU, j'ai travaillé pendant deux semestres dans le laboratoire du Dr David Shub, PhD à SUNY Albany. Mon projet consistait à créer et à caractériser un knockout conditionnel d'un gène de fonction inconnue, à l'époque appelé gène 60.1, dans le bactériophage T4. J'ai appris un certain nombre de techniques de biologie moléculaire pendant cette période, notamment le clonage de gènes, la mutagenèse dirigée et l'hybridation ADN:ADN radiomarqué. Ma contribution à ce projet m'a conduit à être inclus comme auteur intermédiaire dans un article publié dans Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America.

Après avoir obtenu mon baccalauréat en biologie en 2004, j'ai rejoint le laboratoire du Dr Andrew Aplin, PhD, à l'Albany Medical College en tant que technicien de recherche. Étant un laboratoire relativement nouveau à l'époque, j'ai eu la chance d'avoir une grande responsabilité de recherche, ce qui incluait d'aider les étudiants diplômés et les boursiers postdoctoraux du laboratoire dans leurs études. On m'a également confié mon propre projet exclusif, en étudiant le rôle de la kinase d'adhésion focale (FAK) dans le mélanome. Au cours de mon expérience en tant que technicien, j'ai maîtrisé un certain nombre de techniques que j'utiliserais tout au long de mon année d'études supérieures. Il s'agissait notamment du Western blot, de la qRT-PCR, des tests de migration et d'invasion cellulaires (plaie par grattage et chambre de Boyden), de l'immunofluorescence, de la culture cellulaire, de l'isolement primaire de cellules humaines, de la cytométrie de flux, des tests de cycle/prolifération cellulaire et d'apoptose, de la transfection transitoire et stable, de l'interférence ARN et du clonage extensif de gènes et de shRNA dans des vecteurs lentiviraux et adénoviraux et de leur conditionnement.

Dissertation doctorale

J'ai obtenu mon doctorat en génétique à l'Université Thomas Jefferson en 2012 lors de ma formation dans le laboratoire du Dr Andrew Aplin. Mes études supérieures se sont concentrées sur le facteur de transcription associé aux cellules souches et à la crête neurale, FOXD3, dont j'ai découvert qu'il était exprimé dans les cellules de mélanome humain. J'ai découvert que FOXD3 n'est exprimé que dans les cellules de mélanome abritant des mutations activatrices dans la kinase, BRAF, et que les niveaux de protéine et d'ARNm de FOXD3 augmentent rapidement et considérablement lors de l'inhibition de la cascade de signalisation MAPK. J'ai ensuite démontré que la surexpression de FOXD3 conduisait à un puissant arrêt G0/G1 dans le mélanome, suggérant que FOXD3 pourrait être un nouveau suppresseur de tumeur. Enfin, j'ai démontré que cet arrêt de croissance est médié par une régulation positive de p21 d'une manière dépendante de p53. Après la publication de cette étude dans Cancer Research en 2010, j'ai ensuite examiné le rôle de FOXD3 dans la réponse du mélanome au vemurafenib. En collaboration avec Kevin Basile, étudiant diplômé, nous avons découvert que la régulation positive de FOXD3 par des inhibiteurs de BRAF protège le mélanome de l'apoptose (publié dans Oncogene en 2012). À l'aide de microarrays et de ChIP-seq, j'ai identifié le récepteur de la neuréguline, ERBB3, comme une cible directe de FOXD3. J'ai démontré que l'expression d'ERBB3 dépend de FOXD3 et que l'activation d'ERBB3 favorise une puissante signalisation AKT, protégeant les cellules de mélanome de l'inhibition de BRAF. J'ai découvert qu'une activation élevée d'ERBB3 dans les xénogreffes et chez les patients traités par vemurafenib, et que l'inhibition d'ERBB3 ou de son partenaire, ERBB2, synergisait avec vemurafenib pour bloquer la croissance tumorale in vivo. Ces résultats ont été publiés dans The Journal of Clinical Investigation en 2013. J'ai conclu, à partir de ma thèse, que FOXD3 est un facteur de transcription dont les rôles dans le mélanome dépendent du contexte : 1) un suppresseur de croissance qui est activement réprimé par la signalisation BRAF mutante et 2) un facteur de survie lorsque la signalisation BRAF est inhibée, par la régulation de ERBB3. De plus, en collaboration avec une autre membre du laboratoire Aplin, le Dr Michele Weiss, nous avons découvert que FOXD3 réprime également de manière transcriptionnelle le facteur de transcription EMT TWIST1 dans les cellules de mélanome (Molecular Cancer Research), et que TWIST1 favorise l'invasion des cellules de mélanome par la régulation positive de MMP1 (Cancer Research). Ces résultats ont mis en évidence l'interaction entre les voies de signalisation oncogènes et la régulation transcriptionnelle dans le mélanome.

Recherche postdoctorale

Après mes études supérieures, je suis devenu particulièrement fasciné par l'adénocarcinome canalaire pancréatique (PDA) en raison de son pronostic épouvantable (survie à 5 ans de 9 %), de son association avec l'hyperactivation de la signalisation MAPK par des mutations KRAS (> 90 % des cas) et de son réseau transcriptionnel mal compris. Pour mon stage postdoctoral, j'ai rejoint les laboratoires du Dr Diane Simeone en 2012 et du Dr Howard Crawford en 2017 à l'Université du Michigan dans le but de mieux comprendre l'interaction entre la transduction du signal et les facteurs de transcription dans le PDA. J'ai choisi d'appliquer cette orientation à la compréhension de la biologie des cellules souches cancéreuses du pancréas (PCSC), une sous-population de cellules cancéreuses notoirement résistante aux médicaments et à l'origine de tumeurs pour lesquelles il n'existe aucune option clinique efficace. Au départ, je me suis concentré sur le rôle de la voie NOTCH dans le maintien de l'état des PCSC, montrant que plusieurs composants de la voie NOTCH sont élevés dans les PCSC et sont essentiels au maintien de ces cellules. Le ciblage de cette voie avec des inhibiteurs de la γ-sécrétase disponibles en clinique épuise les PCSC à la fois seuls et en association avec l'agent chimiothérapeutique conventionnel gemcitabine (Abel et al, 2014, PLoS ONE). Suite à cette étude, j'ai identifié le facteur de transcription de la lignée endodermique HNF1A comme un régulateur majeur de l'état des PCSC en utilisant une analyse de microarray de PCSC isolés de cellules PDA dérivées de patients. J'ai découvert que l'inactivation de HNF1A inhibe puissamment la croissance des cellules PDA, induit l'apoptose et épuise les PCSC in vitro et in vivo (Abel et al, 2018, eLife). De plus, l'expression ectopique de HNF1A augmente le nombre de PCSC dans les cellules PDA, tout en favorisant la transformation cellulaire de concert avec KRAS mutant dans les lignées cellulaires canalaires pancréatiques normales. En utilisant ChIP-seq et RNA-seq modifié (Bru-seq), j'ai découvert que la cible critique de HNF1A est le facteur de transcription des cellules souches OCT4. De plus, HNF1A régule également une multitude de gènes associés à une faible survie dans le PDA. Le fait d'avoir généré un ensemble de données aussi robuste pour HNF1A dans le PDA, ainsi que le peu de connaissances sur ses rôles, a fait de HNF1A un point central majeur de mes recherches proposées dans le cadre de ma carrière de chercheur indépendant.

En plus de perfectionner les techniques de recherche acquises avant ma formation postdoctorale, j'ai acquis des compétences supplémentaires dans les laboratoires Simeone et Crawford. Les nouvelles compétences que j'ai acquises comprennent le travail avec les rongeurs (hébergement, élevage, euthanasie), la xénotransplantation sous-cutanée et orthotopique (pancréas), les tests de dilution limite (pour mesurer les cellules souches cancéreuses), l'imagerie bioluminescente in vivo, les tests de sphères tumorales, l'immunohistochimie, l'établissement de lignées cellulaires primaires (normales et cancéreuses, humaines et murines), l'analyse des données des patients, l'édition/régulation transcriptionnelle de l'ADN guidée par CRISPR/Cas9 et les formes variantes de RNA-seq (Bru-seq, BruChase-seq, BruUV-seq et BruDRB-seq) pour mesurer la transcription, le renouvellement de l'ARN, l'activité des activateurs/promoteurs et les taux d'élongation de l'ARN en collaboration avec le Dr Mats Ljungman (Université du Michigan). De plus, j'ai eu l'occasion de travailler directement avec le bioinformaticien Dr Brian Magnuson (Université du Michigan) et je suis devenu compétent dans l'analyse des données RNA-seq/ChIP-seq.

Résumé des réalisations de recherche

En plus de mes 3 publications en tant que premier auteur, j'ai coécrit 16 manuscrits de recherche et 5 articles de synthèse/chapitres de livres. J'ai été invité à prendre la parole lors de 3 symposiums de recherche (103e réunion annuelle de l'AACR en 2012, réunion annuelle de l'American Pancreatic Association en 2016, réunion scientifique annuelle du Pancreatic Cancer Action Network en 2017) et j'ai remporté 4 prix d'affiches de recherche, la bourse de voyage pour étudiants diplômés de l'Association des anciens de la JCGS (2011) et le prix de thèse Yun Yen MD, PhD et Sophie Yen de la JCGS pour la recherche distinguée en pathobiologie (2012). J'ai réussi à obtenir des financements institutionnels et extramuraux, notamment la bourse de formation en remodelage tissulaire et maladies cardiovasculaires (T32-HL-07194) (2007-2008), le prix de chercheur en recherche 2010 de la Johanna M. Nicolay Melanoma Foundation (2010-2011) et la bourse postdoctorale de l'American Cancer Society (juillet 2015-juillet 2016). Actuellement, je suis bénéficiaire de la bourse Pathway to Leadership du Pancreatic Cancer Action Network-AACR (août 2016-juillet 2021), qui est une bourse équivalente à K99/R00 qui m'aidera à financer les deux premières années de ma carrière de chercheur indépendant.