Dynamique de la membrane et du cytosquelette

La dissémination des cellules cancéreuses (processus connu sous le nom de métastases), constitue la principale cause de mortalité dans les cancers chez l’homme.

En 2022, Philipe Chavrier a été lauréat du Grand Prix de la Recherche Ruban Rose pour son projet novateur sur le développement des comportements invasifs des cellules tumorales, notamment dans les cancers du sein.

Il s’agit d’un processus complexe impliquant de nombreuses étapes. L’invasion des cellules tumorales à travers les différents tissus dépend de la capacité des cellules cancéreuses à franchir la membrane basale et à remodeler la matrice extracellulaire. Un des principaux mécanismes d’invasion nécessite que les cellules tumorales clivent de façon protéolytique les composants de la matrice extracellulaire au niveau des invadopodes. Ces structures spécialisées des cellules invasives correspondent à des régions de réorganisation du cytosquelette d’actine et d’accumulation de MT1-MMP, une métalloprotéase (MMP) essentielle à l’invasion et à la dégradation de la matrice. Nous pensons que les voies de transport intracellulaire, les mécanismes d’assemblage du cytosquelette, les fonctions adhésives et protéolytiques convergent au niveau des invadopodes afin de doter les cellules tumorales d’importantes capacités migratoires et invasives à l’origine du processus métastatique. Cependant, les connaissances actuelles sur la formation et la fonction des invadopodes restent très limitées.

Nos principaux objectifs sont d’identifier et de caractériser les mécanismes moléculaires et cellulaires généraux conduisant à la formation des invadopodia et à la localisation des MMP au niveau de ces structures. Nous développons également des approches d’imagerie cellulaire pour suivre les invadopodes en action.

Figure 1 :Invadopodes de cellules MDA-MB-231, lignée cellulaire très invasive issue d’une tumeur mammaire humaine. Les invadopodes correspondent aux structures riches en filaments d’actine localisées au niveau de la face ventrale des cellules (apparaissant sous la forme de points rouges dans l’image A). Ces invadopodes sont capables de dégrader la matrice sous-jacente (la matrice est fluorescente et les zones de matrice dégradée apparaissent comme des points noirs dans l’image B). Superposition des images A et B montrant la coïncidence des invadopodes et des zones dégradées de la matrice (C).

Nous étudions les mécanismes de formation des invadopodes dans une lignée cellulaire issue d’une tumeur mammaire humaine très invasive, les cellules MDA-MB-231. Nous combinons des techniques d’invalidation de l’expression des protéines par siRNA, la biochimie, l’imagerie des cellules vivante et la microscopie électronique pour générer une carte fonctionnelle et structurale à haute résolution des invadopodes. Nous avons obtenu plusieurs lignées cellulaires exprimant MT1-MMP et plusieurs autres protéines des invadopodes en fusion avec des dérivées de la protéine fluorescente GFP. Un aspect méthodologique important de notre travail est d’utiliser les techniques d’imagerie des cellules vivantes afin de suivre la dynamique des composants des invadopodes et de comprendre les mécanismes du ciblage des MMP dans les invadopodes. En outre, ces méthodes sont appliquées à la visualisation de la dynamique des invadopodia dans les cellules invasives placées dans des matrices reconstituées tridimensionnelles reconstituant le micro-environnement tumoral.

Figure 2 : Cette cellule MDA-MB-231 exprimant MT1-MMP en fusion avec la protéine fluorescente rouge mCherry est cultivée dans une matrice tridimensionnelle constituée de collagène I (non visible). La cellule a été fixée et colorée afin de voir les filaments d’actine (en vert). MT1-MMP (rouge) est visible dans les vésicules de transport.

Au cours des trois dernières années, nous avons identifié plusieurs nouvelles protéines et composants cellulaires impliqués dans la formation des invadopodes et dans l’invasion par les cellules tumorales. Nous avons découvert que la protéine d’échafaudage IQGAP1 et les sous-unités Sec3 et Sec8 du complexe exocyste interagissent et sont nécessaires à la dégradation de la matrice et à l’invasion des cellules MDA-MB-231. Nos résultats nous ont permis de faire l’hypothèse que IQGAP1 et le complexe exocyste agissant en aval des petites protéines Rho Cdc42 et RhoA, s’assemblent pour former un complexe d’exocytose essentiel à l’accumulation de MT1-MMP aux invadopodes. En outre, nous avons identifié la protéine VAMP7, impliquée dans la fusion des vésicules, comme un élément essentiel du mécanisme de formation des invadopodes. Enfin, notre travail implique plusieurs membres de la famille des formines responsables de l’assemblage et de la réorganisation du cytosquelette d’actine au cours de la formation des invadopodes.

Figure 3 :Ces deux images de microscopie électronique à balayage montre des cellules MDA-MB-231 (coloriées en rose) sur une couche épaisse de Matrigel (en vert), dont la composition est similaire à celle de la membrane basale. A gauche (image A), cette cellule hautement invasive pénètre dans la couche de Matrigel suivant un processus similaire à celui de l’invasion par les cellules tumorales. Dans la cellule montrée à droite (image B), MT1-MMP, la protéase qui dégrade les composants de la membrane basale a été inhibée. Cette cellule n’est par conséquent plus capable de dégrader la membrane basale et ne peut donc pas pénétrer dans la couche de Matrigel.