Dynamique des cellules tumorales

Over the past 5 years, antibody drug conjugates (ADCs) have shown impressive improvements in survival outcomes of solid tumors and hematological malignancies. With 14 ADCs already approved across different countries and more than 140 that entered the clinical development, they are intended to replace standard chemotherapies across multiple tumor types over the next decade. Although ADCs show great clinical efficacy, resistance eventually occurs, and it becomes critical to understand resistance mechanisms to guide the choice of the following lines of therapy for patients who progress on a given ADC. Given the complex nature of ADCs, immunocompromised mouse models (nude mice, NOD-SCID or NOG mice) and currently used clinical assays (standard radiology, IHC, WES etc) are not the optimal preclinical and clinical tools, to identify the multiple causes of resistance. The OASIS project aims to generate a biobank of different patient-derived organoids (PDOs), which better recapitulate ADCs resistance and integrate different assays, spanning from whole-body molecular imaging (Ab-radiolabeled PET scan or immunoPET), circulating tumor cells (CTC), plasma proteomics, to multiplex immunofluorescence (MIF) and machine-learning enhanced digital pathology (AI-digital pathology) to capture most of the parallel mechanisms of resistance to ADCs. Such tools will enable to define biomarkers of ADC resistance that can inform further therapeutic decisions.

Les biomembranes délimitent la surface cellulaire et les organites et servent de plates-formes pour une multitude de processus moléculaires. La tension est une propriété majeure des membranes. Elle contribue de manière significative à la régulation de la déformation des membranes et à leur altération topologique lors des événements de fusion et de fission. Par conséquent, la tension membranaire est une propriété essentielle pour réguler la dynamique membranaire des cellules. Malheureusement, les données sur la tension endomembranaire et sa régulation sont limitées en raison du manque d'outils établis pour la mesurer, ce qui empêche une compréhension complète de la dynamique des organelles. L'objectif de cette proposition est de révéler de manière exhaustive les mécanismes moléculaires régulant la tension membranaire intracellulaire au cours de l'autophagie, une voie autodigestive caractérisée par des déformations endomembranaires majeures. En particulier, nous nous concentrerons sur la régulation de la tension membranaire par les moteurs actine-dépendants de la famille des myosines. Notre hypothèse est que les myosines non conventionnelles, Myo1B et Myo1C, connues pour réguler l'autophagie, potentiellement aidées par Myo7A également présente au niveau des lysosomes, exercent leurs fonctions distinctes en contrôlant la tension membranaire. Ici, nous effectuerons des mesures résolues en 3D de la tension de la membrane lysosomale grâce au développement d'une microscopie FLIM rapide et à haute résolution dans les cellules pendant l'autophagie (WP1). Nous combinerons cette approche avec des études mécanistiques de reconstitution in vitro à partir de vésicule unilamellaires géantes (GUV) et d’organites (WP2) et une analyse structure/fonction de ces moteurs (WP3). Notre étude multi-échelle permettra de fournir des détails sans précédent sur la façon dont les myosines non conventionnelles 1 et 7A régulent la tension membranaire au cours de l'autophagie.

Les synapses dans les réseaux neuronaux sont des éléments structurels adhésifs très stables qui peuvent changer en quelques minutes, ce qui entraîne une plasticité synaptique à long terme. Ce changement est possible grâce à l'équilibre dynamique des composants synaptiques entre la densité post-synaptique (PSD) et les compartiments extra-synaptiques. En particulier, les récepteurs post-synaptiques, enrichis aux PSD, sont constitutivement internalisés via des zones d’endocytose, également appelées structures recouvertes de clathrine (CCS), qui régulent fortement l'homéostasie synaptique et la plasticité. Cependant, un enjeu important des neurosciences cellulaires actuelles est de pouvoir mesurer la dynamique de l'exocytose et de l'endocytose en relation avec les événements de plasticité synaptique. De plus, ces dynamiques peuvent être régulées non seulement par des événements de signalisation intracellulaires mais également par la liaison d'éléments cellulaires à son environnement (les autres cellules et la matrice extracellulaire, ECM) et la transduction biomécanique. Dans de nombreux types cellulaires, les intégrines, qui sont des protéines membranaires essentielles impliquées dans l'adhésion, la motilité et la signalisation cellulaires, se regroupent au niveau des sites d'adhésion, en particulier les adhésions focales (FA) matures qui sont liées à des fibres de stress agissant comme un réseau contractile d'actomyosine. Récemment, les intégrines ont été identifiées comme des éléments clés d'un sous-ensemble de CCS appelés adhésions réticulaires (RA) où elles régulent la dynamique du CCS et l'interaction entre les sites d'adhésion en fonction de la rigidité du substrat. Les neurones expriment un large répertoire d'intégrines qui régulent la fonction synaptique et la plasticité. Cependant, l'organisation cellulaire et l'implication de l'intégrine dans le trafic des récepteurs post-synaptiques sont largement inconnues. L'objectif principal du projet RINSE est de réunir des biologistes cellulaires, des spécialistes de la mécano-biologie de l'adhésion et du trafic d'intégrines, et des neurobiologistes experts en physiologie des synapses, en dynamique des épines dendritiques, en trafic membranaire des récepteurs dans les neurones pour élucider les rôles des intégrines dans l'interaction entre la PSD et les CCS dans les dendrites neuronales. Le projet se déroulera en trois étapes structurées en trois modules de travail. Premièrement, nous utiliserons des cellules non neuronales adhérentes, qui ont des sites d’adhésion bien caractérisés et séparés tels que les FA et les RA, facilement accessibles à l'imagerie haute résolution, pour disséquer les mécanismes moléculaires et cellulaires du contrôle par les intégrines de la dynamique des IAC, dans un environnement cellulaire contrôlé. , comme un substrat à motifs ou une rigidité variable. Dans un second temps, nous déterminerons dans des neurones d'hippocampe en culture, mais aussi dans des neurones de tranches de cerveau, la distribution et la dynamique des intégrines dendritiques par rapport aux PSD et CCS. Troisièmement, nous évaluerons le rôle des intégrines dans la régulation de la dynamique des CCS, le trafic des récepteurs post-synaptiques et la fonction des synapses. En conclusion, le projet RINSE apportera de nouvelles connaissances au domaine émergent de la mécano-neurobiologie dans lequel les intégrines joueraient naturellement un rôle important.

ORAKL développe des tests fonctionnels de diagnostic in vitro qui prédisent la réponse des patients atteints de cancer à un large panel de médicaments. Ces tests sont effectués sur des organoïdes, c'est-à-dire des groupes de cellules formés à partir de biopsies de leur tumeur. Ces organoïdes sont d’excellents modèles nous permettant d’accélérer le développement de médicaments de l’industrie pharmaceutique. De plus, utilisés en clinique, ils permettent une médecine personnalisée « fonctionnelle » en identifiant des traitements efficaces pour chaque patient.

L'épithélium intestinal est constamment renouvelé du fait de la division des cellules dans les cryptes puis de leur migration vers le sommet des villosités ou elles meurent. L'épithélium repose sur la membrane basale sur laquelle les cellules adhèrent et migrent. Nous avons montré qu'une migration active est nécessaire pour atteindre l'extrémité des villosités. Alors que les cellules migrent en maintenant leur polarité apicobasale, elles présentent également un deuxième axe de polarité (avant-arrière), avec des protrusions basales orientées vers l’avant. On ignore comment cette polarité avant-arrière est établie et quels sont les éléments guidant la migration. Nous proposons de déterminer comment la membrane basale fournit des indices pour la migration directionnelle des cellules épithéliales, quels sont les rôles des structures adhésives dans la lecture de ces indices et comment la polarité avant-arrière est établie pour permettre la migration directionnelle des cellules.

Malgré le rôle majeur du cortex d’actine dans la morphogenèse et la fonction des cellules de mammifères, les mécanismes moléculaires par lesquels ses principaux régulateurs, comme Myo1C, contrôlent sa dynamique et son architecture ne sont pas compris. Myo1C est une myosine de classe I non conventionnelle exprimée de manière ubiquitaire et enrichie au niveau du cortex cellulaire. Nous avons démontré que Myo1C est un gène essentiel pour le développement de l'embryon de souris et révélé sa fonction dans la stabilisation des réseaux d’actine cellulaires. Ici, nous étudierons comment Myo1C (ré)organise l'actine en combinant l'optogénétique dans des conditions de culture contrôlées sur des micropatrons et des reconstitutions biochimiques in vitro. Les outils et les connaissances acquises seront ensuite appliqués à l'embryon pour comprendre les bases moléculaires de l'action de Myo1C et ses conséquences physiologiques grâce à une stratégie multi-échelle et interdisciplinaire.

Les structures recouvertes de clathrine (SRCs) régulent l’internalisation de récepteurs à la membrane plasmique mais j’ai montré qu’ils peuvent également pincer les fibres de collagène de l’environnement, aidant ainsi les cellules à adhérer et migrer dans des substrats 3D. Les SRCs sont sensibles aux variations de tension de membrane qui, trop forte, inhibe leur bourgeonnement. Cette tension est constamment challengée, notamment par des facteurs externes à la cellule comme des objets rencontrés sur son passage (ex : fibres de collagène) ce qui pourrait impacter la dynamique des SRCs sur les fibres et donc la migration. Les cavéoles sont d’autres invaginations de la membrane plasmique qui répondent à une augmentation soudaine de la tension en s’aplatissant dans la membrane plasmique, permettant ainsi de relâcher la tension. Mon hypothèse est que la régulation de la tension de membrane par les cavéoles régule la dynamique des SRCs sur les fibres et donc la migration des cellules.

Etude d'un second mode de migration collective Notre programme de recherche vise à étudier un nouveau mode de migration que nous avons nommé « collective amiboide ». La migration des cellules indépendantes s’exerce selon deux mécanismes distincts, suivant que la force est générée par adhésion/traction (mesenchymal) ou par friction/propulsion (amiboïde). A ce jour, un seul mode de migration collective n’a été décrit ; il repose sur l’adhésion des cellules à un substrat et la traction de la cohorte par des « leaders ». Nos résultats non publiés, obtenus à partir d’explants et de lignées cellulaires normales et tumorales, démontrent pour la première fois que des groupes de cellules peuvent migrer indépendamment de la formation d’adhésions focales. Les cohortes se propulsent dans des environnements non-adhérents grâce à la contractilité du cytosquelette d’acto-myosine. Ce programme de recherche vise caractériser ce second mode de migration collective en répondant aux questions suivantes : i) Existe t’il une polarité avant/arrière dans le groupe de cellules? ii) Comment la force est-elle générée et coordonnée dans ces cohortes ? iii) Les cohortes sont-elles hiérarchisées en cellules « leaders » et « followers »? iv) Les cohortes sont-elle « plastiques », alternant migration collective par traction et par propulsion ? quels en sont les déterminants ? v) Où et quand la migration collective amiboïde est-elle activée dans les processus physiologiques et pathologiques ? Notre consortium multidisciplinaire utilisera la modélisation, la micro-fabrication, l’optogénétique combinés à des approches de microscopie afin de résoudre ces questions. Basés sur de robustes résultats préliminaires, ce programme impactera la recherche fondamentale en décrivant un quatrième mode de migration cellulaire. Alors que la migration collective amiboide semble préférentiellement activée pas les cellules tumorales, nos résultats pourraient aussi être exploités en recherche biomédicale afin de cibler la dissémination métastatique des cancers.