The axon guidance receptor ROBO4, a major player of the osteotropism of metastatic breast cancer cells
Le récepteur de guidage axonal ROBO4, acteur majeur de l'ostéotropisme des cellules métastatiques de cancer du sein
Résumé
The cure rates of breast cancer are steadily increasing; however, the occurrence of bone metastases contributes to the morbidity and mortality of women at an advanced stage and current treatments are only palliative. In order to prevent bone metastasis, it is vital to increase our understanding of the molecular mechanisms that control cellular events preceding the development of overt skeletal lesions. A comparative transcriptional analysis was performed between human MDA-MB-231 breast cancer cells that spread to several organs in animals, and a sub-population of the MDA-MB-231 cell line (B02) that metastasis only to bones. Compared to MDA-MB-231, B02 cells overexpress Roundabout 4 (ROBO4), encoding a cell surface receptor belonging to the Roundabout family of axonal guidance receptors. ROBO4 is involved in angiogenesis, blood vessel integrity and homing of hematopoietic stem cells in the osteoblastic niche. To determine whether ROBO4 could also mediate the homing of tumour cells in the bone marrow, we invalidate ROBO4 in B02 cells using a CRISPR/Cas9 strategy (KO ROBO4 B02). In vivo, orthotopic injection of KO ROBO4 B02 cells leads to smaller primary tumours compared to the ones formed by B02 control cell line. Moreover, in bone, ROBO4 invalidation induces a strong decrease of tumour growth, osteolysis occurrence and micrometastasis formation. Short-term protocols show the involvement of ROBO4 in the early-step of bone colonisation, probably by acting in tumour cell anchorage and/or survival. Furthermore, compared to B02 cells, the homing of KO ROBO4 B02 cells in a humanized osteoblastic niche implanted subcutaneously in NOD/SCID mice is also markedly reduced. Therefore, ROBO4 is involved in the early bone marrow dissemination of breast cancer cells and in tumor formation. According to this result, in vitro, the interaction of KO ROBO4 B02 cells with bone marrow resident cells is decreased, compared to what is observe with parental B02 cells. After the co-culture of B02 or KO ROBO4 cells in suspension with bone marrow resident cells, they both form heterotypic mammospheres. However, their size is substantially reduced in the absence of ROBO4. Similar findings were observed in homotypic culture of B02 or KO ROBO4 cells. An important decrease of tumor cell aggregation is also observed when ROBO4 is inhibited, suggesting a role of ROBO4 in cell interaction. Moreover, KO ROBO4 B02 cells are smaller and more isolated than parental B02 cells, as shown in actin cytoskeletal analysis. Altogether, these results provide strong evidence that ROBO4 is an adherent molecule which plays a crucial role in tumour cell cohesion and in the interaction of cancer cells with bone cells component. Interestingly, ROBO4 inhibition, using an anti-ROBO4 antibody, also reduces spheroid formation and bone colonization of B02 cells. Taken together, these results suggest ROBO4 as a new potential therapeutic target to treat primary breast tumours and bone metastasis
Les taux de guérison du cancer du sein sont en progression constante, toutefois l’apparition de métastases osseuses contribue à la morbidité et à la mortalité des femmes à un stade avancé et les traitements actuels ne sont que palliatifs. Afin de prévenir les métastases osseuses, il est essentiel de mieux comprendre les mécanismes moléculaires qui contrôlent les événements cellulaires précédant l'apparition de lésions squelettiques. Dans ce but, une analyse transcriptomique comparative a été réalisée entre une lignée de cellules de cancer du sein humaines MDA-MB-231 qui dissémine dans plusieurs organes sans site préférentiel, et une sous-population ostéotropique, les cellules B02, qui métastasent uniquement dans les os. Par comparaison à la lignée MDA-MB-231, les cellules B02 surexpriment Roundabout 4 (ROBO4), codant un récepteur cellulaire membranaire, appartenant à la famille des récepteurs de guidage axonal Roundabout. Physiologiquement, ROBO4 est impliqué dans l'angiogenèse, l'intégrité des vaisseaux sanguins et la migration des cellules souches hématopoïétiques dans la niche ostéoblastique. Afin de déterminer si ROBO4 peut, également, jouer un rôle de médiateur dans la localisation des cellules tumorales au sein de la moelle osseuse, nous avons invalidé ROBO4 dans les cellules B02 en utilisant une stratégie CRISPR / Cas9. In vivo, l'injection orthotopique de cellules B02 KO ROBO4 a entraîné la formation de tumeurs plus petites par rapport à celles formées par les cellules B02. De même, dans les os, on observe une forte diminution de la croissance tumorale et de l’étendue de l’ostéolyse. Des protocoles à court-terme de formation de micro-métastases ont également montré un rôle de ROBO4 dans les étapes précoces de la colonisation osseuse, probablement en agissant sur l'ancrage et/ou la survie des cellules tumorales. De plus, la colonisation d’une niche ostéoblastique humanisée implantée en sous-cutanée chez des souris NOD / SCID, par les cellules B02 KO ROBO4 a également été nettement réduite en comparaison aux cellules B02. Par conséquent, ROBO4 intervient dans la dissémination osseuse précoce de cellules cancéreuses du sein et dans la formation tumorale. In vitro, l’interaction des cellules B02 KO ROBO4 avec les cellules résidentes de la moelle osseuse est réduite par rapport à celle observée avec les cellules parentales B02. Les co-cultures de cellules B02 ou B02 KO ROBO4 en suspension avec les cellules de la moelle osseuse, conduisent à la formation de mammosphères hétérotypiques. Cependant, leurs tailles sont considérablement réduites suite à l'inhibition de ROBO4. Des résultats similaires sont observés lors de la culture homotypique de cellules B02 ou B02 KO ROBO4. On observe également une importante réduction de l’agrégation cellulaire lorsque ROBO4 est inhibée, suggérant un rôle de ROBO4 dans l’interaction cellulaire. De plus, les cellules B02 KO ROBO4 sont plus petites et plus isolées que les cellules B02 parentales, comme le montre l'analyse du cytosquelette d'actine. Ces résultats nous permettent d’émettre l’hypothèse que ROBO4 est une molécule d’adhérence jouant un rôle important dans la cohésion des cellules tumorales et dans l’interaction des cellules cancéreuses avec les cellules du microenvironnement osseux. De façon intéressante, l’inhibition de ROBO4, par utilisation d’un anticorps anti-ROBO4, réduit également la formation de sphéroïdes et la colonisation osseuse des cellules B02. L’ensemble de ces résultats suggèrent que ROBO4 pourrait être une nouvelle cible thérapeutique dans le traitement de tumeur primitive du sein et des métastases osseuses
Origine : Version validée par le jury (STAR)