Le mode mésenchymal

C’est le plus connu ancestralement puisqu’inspiré des études en 2D reposant sur la formation d’un lamellipode à l’avant de la cellule et la rétraction de l’uropode à l’arrière afin de générer un déplacement.

Ce mode migratoire est utilisé entre autres par les fibroblastes et certaines cellules cancéreuses et se caractérise en 3D par l’alignement des cellules le long des fibres de la matrice extracellulaire et par une morphologie très protrusive (figure 23) (Renkawitz and Sixt, 2010; Schmidt and Friedl, 2010; Wolf et al., 2007).

Figure 24: Les adhérences 3D des fibroblastes

Ici, des fibroblastes murins (NIH-3T3) ont générés la matrice de fibronectine (vert). Un fibroblaste humain est visualisé par son noyau (bleu, marquage DAPI). Ses adhérences 3D sont visualisés par la présence d’intégrines α5 (rouge) – Echelle : 10µm

L’organisation tri-dimensionnelle impose des limitations en terme d’espace à la cellule. Par conséquent, elle ne forme plus de lamellipode pour s’accrocher à la matrice extra-cellulaire mais étend de multiples pseudopodes (extensions fines de membranes) dans les 3 directions de l’espace (Fraley et al., 2010; Friedl and Wolf, 2009) qui lui permet de scanner son environnement pour trouver un point d’ancrage. Cette génération de protrusions est accompagnée de la traction sur la matrice (médiée par les intégrines) mais aussi de la formation de nouveaux pseudopodes afin de poursuivre le déplacement (Berrier and Yamada, 2007; Fraley et al., 2010). Ces protrusions sont donc responsables de la directionalité du mouvement. Elles ont une durée de vie très courte et les protéines d’adhérences focales semblent jouer un rôle sur l’activité des protrusions mais aussi sur la déformation de la matrice au cours du déplacement (Berrier and Yamada, 2007; Fraley et al., 2010).

L’attachement de la cellule à son support via des adhérences focales riches en intégrines fait partie intégrante de ce modèle. Dans les cellules tumorales invasives (MV3, HT1080, MDA- MB-231) évoluant dans une matrice de collagène fibrillaire 3D, il s’agit surtout des intégrines

β1 (Friedl et al., 1998b; Wolf et al., 2007).

En 2D, les points focaux d’adhérence sont riches en phospho-FAK (Focal Adhesion Kinase), vinculine, taline, paxilline, α-actinine, zyxine et intégrines (Burridge and Chrzanowska- Wodnicka, 1996). L’existence d’adhérences 3D a été montrée pour la 1ère fois en 2001 sur des fibroblastes dans une matrice 3D de fibronectine (Cukierman et al., 2001) (figure 24). Il y a été observé la présence de vinculine, d’α-actinine et d’α5β1 (récepteur principal de la fibronectine) colocalisant avec la paxilline. En revanche phospho-FAK, caractéristique des adhérences focales 2D, n’est que très peu retrouvée (Yamada et al., 2003). D’autre part, la morphologie de ces adhérences diffère grandement des adhérences focales 2D (Cukierman et al., 2001). De plus, dans des HT1080, ces structures ne sont plus visualisables lorsque la cellule est placée dans une matrice 3D de collagène, bien que nombre de ses composants restent indispensables à la migration cellulaire (Fraley et al., 2010). Ces données suggèrent que les adhérences matricielles 3D peuvent différer d’un type cellulaire à l’autre mais qu’elles restent indispensables à la migration 3D mésenchymale.

L’engagement des intégrines avec leurs ligands de la matrice extra-cellulaire active des protéines responsables du turn-over des adhérences, notamment Rac comme nous l’avons déjà vu, mais aussi les tyrosines kinase de la famille Src. Src a en effet été identifié comme médiateur nécessaire au déplacement mésenchymal de cellules HT1080 au sein d’une matrice de collagène fibreux (Carragher et al., 2006). De plus, les travaux récents de l’équipe, démontrent un rôle majeur de Hck dans la migration mésenchymale des macrophages murins

Figure 25: Les cellules tumorales amoeboides utilisent les fibres de la MEC pour migrer Les cellules tumorales MTLn3 (vert) migrent le long des fibres de collagène (violet)

Etude in vivo (intravital); Images en microscopie multi-photonique; les fibres sont observées en imagerie de seconde harmonique (échelle 25µm)

Tirée de Sidani MJ, Mammary Gland Biol Neoplasia, 2006

Figure 26: Génération de blebs polarisés

a- 1ère_{possibilité : le détachement de la membrane du cytosquelette. Suite à une augmentation de}

pression locale (liée à la contraction du cortex d’actine-myosine) ou globale (si les liaisons cortex-membrane se polarisent à l’arrière de la cellule), il y a afflux de cytosol vers la membrane détachée et génération d’un bleb. Ensuite un nouveau cortex se réassemble.

b- 2ème _{possibilité : la rupture du cortex. De la même manière, la pression interne génère la}

propulsion du cytosol au sein du bleb en formation Tirée de Charras G, Nat Rev Mol Cell Biol, 2008

(Cougoule et al., 2009). Les intégrines recrutent également des protéases cellulaires qui entraînent une rupture des adhérences mais aussi un remodelage de la matrice environnante afin de générer un passage pour la cellule (Biname et al., 2010; Friedl, 2004; Larsen et al., 2006; Schmidt and Friedl, 2010). En effet, la dégradation de la MEC constitue une caractéristique clé du mode mésenchymal. Elle a été montrée à de multiples reprises in vitro dans des cellules tumorales évoluant dans des matrices 3D (pour exemple : (Sameni et al., 2009; Wolf and Friedl, 2009; Zaman et al., 2006)) et a impliquée notamment la métallo- protéase MT1-MMP (Sabeh et al., 2004; Wolf et al., 2003a).

Ainsi, les caractéristiques principales du mode mésenchymal sont la génération, dans le sens du déplacement, de protrusions membranaires qui permettent l’accrochage de la cellule à la MEC et le recrutement de protéases cellulaires aux lieux d’ancrage afin de dégrader la matrice bloquant le passage. La contraction du corps cellulaire pour détacher l’arrière de la cellule semble n’être qu’un paramètre secondaire puisque l’inhibition du chemin métabolique Rho/ROCK responsable de la contractilité du cytosquelette d’actine ne modifie pas la capacité migratoire de cellules tumorales mésenchymales ((Provenzano et al., 2008) et Revue : (Pankova et al., 2010)).

La vitesse de migration selon ce mode oscille entre 0,1 et 0,5 µm/min pour des cellules tumorales invasives évoluant dans une matrice de collagène fibrillaire (Friedl et al., 1998b).