Cancer et mécano-transduction

Une tumeur est formée par des cellules biologiques qui fonctionnent mal. Ces cellules prolifèrent de ma- nière incontrôlable et détruisent l’organisation du tissus dans lesquelles elles sont implantés (Suresh 2007). Ces cellules finissent par envahir le parenchyme et former des métastases. Depuis quelques années, de nombreuses études reconnaissent l’importance des phénomènes de mécano-sensation, -transduction et - réponses dans la tumorigénèse et la formation de métastases (Kumar and Weaver 2009) permettant d’établir un lien entre mécano-biologie et le fonctionnement de la cellule cancéreuse.

2.5.5.1 Rôle de la rigidité de l’environnement extracellulaire dans la tumorigénèse

Comme indiqué en introduction de cette partie sur le cas particulier du cancer (2.5), le cancer est une ma- ladie liée à une altération de la mécano-transduction au sein des cellules et des tissus. L’environnement cellulaire et plus particulièrement la matrice extracellulaire subit de nombreuses transformations parmi lesquelles une augmentation importante du collagène et de la fibronectine au cours du processus de tumo- rigénèse (Gilkes, Semenza et al. 2014). Ces changements, conduisant à l’obtention d’un environnement jusqu’à 10 fois plus rigide vont avoir des incidences notables sur l’activité cellulaire à travers les voies de signalisation physiques et chimiques générées au sein de la cellule (2.3).

En effet, cette augmentation de rigidité du substrat associée à la rapide prolifération des cellules (Figure 2-29), induit une augmentation réciproque des forces de traction exercées par les cellules pour adhérer, ce qui entraine une augmentation de la rigidité du cytosquelette d’actino-myosine ce qui conduit à son tour à une augmentation de la migration cellulaire (Gilkes, Semenza et al. 2014, Gu and Mooney 2016). La rigidité de la matrice régule donc l’invasion et la migration des cellules cancéreuses en favorisant la formation d’invadosomes et de lamellipodes (Kai, Laklai et al.). La réorganisation du cytosquelette d’actine associée à ce changement de rigidité est également liée à la famille des Rho GTPase et plus particulièrement ROCK qui est impliqué dans la mécano-transduction associée aux facteurs de transcription YAP et TAZ (2.3.2.2). YAP/TAZ par leur capacité à induire la prolifération cellulaire sont considérés comme d’importants onco- gènes (Guo and Teng 2015, Moroishi, Hansen et al. 2015).

Figure 2-29|Rôle de la rigidité du substrat dans la tumorigénèse. L’augmentation de la rigidité du microenvironnement cellulaire

forces générées par le cytosquelette qui vont en retour induire une nouvelle augmentation de la rigidité de l’ECM. La rigidité du microenvironnement conduit également à une prolifération cellulaire à la formation de la tumeur. Adaptée de (Jaalouk and Lammerding 2009)

2.5.5.2 Rôle de la rigidité de l’environnement extracellulaire dans la formation de métastases.

Les forces mécaniques et plus particulièrement la rigidité de la matrice influençant la migration cellulaire (2.2.2). Elles jouent également un rôle important dans la formation de métastases (Indra, Undyala et al. 2011). Les cellules cancéreuses sont connues pour leurs prolifération et migration anormales. Cette migra- tion est associée à une transition épithélio-mésenchymateuse (1.5.2.3). Cette TEM est induite par l’augmentation de la rigidité du microenvironnement tumoral, à travers le facteur de transcription Twist1. En 2015, Wei et al. ont démontré qu’une augmentation de la rigidité de la matrice provoque une phospho- rylation au niveau des intégrines menant à la libération cytoplasmique de Twist1 par son ligand G3BP2. Twist1 est donc libre d’entrer dans le noyau et d’y induire la transcription des gènes impliqués dans la TEM et l’invasion cellulaire. YAP/TAZ et Twist1 ne font pas partie de la même voie de signalisation ; il semblerait donc que plusieurs voies de signalisation mécanochimiques puissent être impliquées dans le cancer (Wei, Fattet et al. 2015).

Au cours du processus de dissémination métastatique, les cellules initiatrices de tumeurs sont confrontées à de nombreux environnements dont les propriétés mécaniques varient drastiquement d’un environne- ment à l’autre (Tableau 2-1).

Module de Young (Pa) Tissus 175 Membrane basale 918 Stroma 320 Lymphe 120 Ganglion lymphatique 640 Foie

Tableau 2-1|Module de Young des microenvironnements traversés par les cellules cancéreuses. Au cours du processus de dissé-

mination métastatique, les cellules initiatrices de tumeurs sont confrontées à de nombreux environnements dont les propriétés mécaniques varient drastiquement d’un environnement à l’autre. Adaptée de (Rabineau, Kocgozlu et al. 2013).

Des travaux préliminaires ont démontré que sur ces substrats très mous, considérés comme défavorables, des cellules cancéreuses colorectales parviennent à survivre et à proliférer malgré d’importantes erreurs de ségrégation des chromosomes. Ces erreurs pourraient contribuer à augmenter l’agressivité des cellules tumorales (Rabineau, Kocgozlu et al. 2013).

En conclusion, les changements mécaniques de l’ECM associés au cancer ainsi que les voies de signalisation et la réorganisation du cytosquelette qui leurs sont associés favorisent la transformation maligne, la tumo- rigénèse et la formation de métastases, en plus de toutes les mutations génétiques et de l’activité des on- cogènes.

Matériels et Méthodes

Afin d’étudier comment la plasticité de la chromatine oriente le destin des cellules saines et des cellules cancéreuses sur des matrices de faibles rigidités et d’étudier l’influence de la force d’interaction substrat-ligand sur l’adhérence cellulaire, de nombreuses techniques ont été mises en œuvre. Les substrats mous sont des films multicouches de polyélectrolytes à base de poly-L-lysine et d’acide hyaluronique rigidi- fiés par réaction chimique ou par ajout d’une strate de polyélectrolytes. L’organisation de la chromatine sur des substrats de faibles rigidités a été étudiée pour deux modèles de cellules épithéliales, les cellules épi- théliales rénales de potoroo, PtK2 et les cellules d’adénocarcinome humain, SW480. Des expériences de viabilité cellulaire, d’immunofluorescence, de vidéo-microscopie et de microscopie électronique à trans- mission ont été réalisées afin de caractériser respectivement la survie, l’adhérence, la migration cellulaire et l’organisation de la chromatine. Des expériences d’analyse du transcriptome et des expériences in vivo ont également été réalisées afin d’étudier l’effet de la rigidité du substrat sur l’agressivité des cellules tu- morales.