Rôle du phosphatidylinositol 5-phosphate dans la survie et la migration cellulaires : implication dans la dynamique des membranes et du cytosquelette

Role of phosphatidylinositol 5-phosphate in cell survival and mobility : involvement in membrane and cytoskeleton dynamics

• Auteur / Autrice : Frédéric Lagarrigue
• Direction : Frédérique Gaits-Iacovoni
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Cancérologie
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

GTPases Rho

Cytosquelette

Hydrodynamique

Membranes (biologie)

Phospho-inositides

Mots clés libres

Migration Cellulaire

Survie Cellulaire

Invasion

Cytosquelette

Trafic Vésiculaire

Phosphoinositides

Phosphatidylinositol 5

Phopshate (PtdIns5P)

MMP -9 (Matrix Metalloproteinase - 9)

Rho GTPases

EGFR (Epidermal Growth Factor Receptor)

Lymphomes Anaplasiques à Grandes Cellules

Résumé

Les phosphoinositides jouent un rôle essentiel dans le contrôle spatio-temporel de grandes voies de signalisation impliquées dans la prolifération, la survie, la dynamique du cytosquelette, le trafic ou la migration. Le phosphatidylinositol 5-phosphate (PtdIns5P) est le dernier membre de la famille à avoir été caractérisé et ses fonctions ne sont pas encore totalement connues. Dans ce travail, nous avons étudié le rôle de ce second messager lipidique dans la signalisation en relation avec la survie (régulation de la voie PI3-kinase/Akt) et la migration (activation des GTPases de la famille Rho). Dans un premier modèle, nous avons étudié les processus invasifs des lymphomes anaplasiques à grandes cellules exprimant la protéine chimérique NPM-ALK au fort pouvoir transformant. Nous avons montré que la dissémination de ces lymphomes dépendait de la GTPase Rac1 qui orchestre la structuration d'invadopodes fonctionnels en régulant la formation du complexe CD44/MMP-9/Hsp90 sur la surface des cellules NPM-ALK(+). CD44 ancre le complexe à la surface des cellules et Hsp90 est requise pour l'activation extracellulaire de MMP-9. De façon intéressante, nous avons mesuré des taux élevés de PtdIns5P dans les cellules NPM-ALK(+), qui dans ce modèle est produit par la lipide kinase PIKfyve activée par NPM-ALK. L'inhibition de PIKfyve conduit à un blocage de l'invasion associé à une modification de la répartition de MMP-9 à la surface cellulaire, ainsi qu'à un défaut de sa maturation, suggérant que le PtdIns5P serait central à l'invasion des lymphomes NPM-ALK(+). En parallèle, nous avons étudié le PtdIns5P dans l'infection par la bactérie pathogène Shigella flexneri responsable de la dysenterie chez l'homme. L'équipe avait montré que le facteur de virulence IpgD transformait le PtdIns(4,5)P2 en PtdIns5P, ce qui conduisait à une activation de la voie de survie PI 3-Kinase/Akt. Nous avons montré que le PtdIns5P active le récepteur à l'EGF (EGFR)indépendamment de son ligand, et que ce dernier est requis pour l'activation d'Akt. De plus, le PtdIns5P agit en perturbant le trafic de l'EGFR qui n'est plus dégradé suite à son activation mais plutôt recyclé pour maintenir la cellule activée. Dans ce modèle, le PtdIns5P modulerait les propriétés de diffusion de la membrane plasmique pour conduire à l'activation du récepteur. Par ailleurs, nous avons montré que le PtdIns5P activait les GTPases Rac1 (en liant directement son facteur d'échange Tiam1)et Cdc42 en périphérie cellulaire où cette dernière pourrait jouer un rôle dans la dynamique des membranes requises pour l'activation sans ligand du récepteur. Le module Tiam1/Rac1 répond par ailleurs à des taux élevés de PtdIns5P en activant la dynamique de l'actine de façon polarisée et en se localisant au niveau des endosomes précoces où nous mesurons une accumulation de PtdIns5P, ce qui induit un chimiotactisme fort en réponse à un gradient de sérum. Ces données permettent de proposer un rôle du PtdIns5P dans l'intégration entre le trafic et la dynamique de l'actine pour favoriser les voies de recyclage de récepteurs pour réguler la survie et l'invasion.

Phosphoinositides are key regulators of signalling pathway involved in proliferation, survival, cytoskeleton organization, vesicular trafficking and migration. Phosphatidylinositol 5-phosphate (PtdIns5P) is the last characterized and its metabolism and cellular functions are still elusive. In this work, we focused on the potential role of this lipid second messenger in signalling regulating survival (regulation of the PI 3-Kinase pathway) and migration (activation of Rho family GTPases). In a first model, we studied the invasiveness of anaplastic large cell lymphomas (ALCL) expressing the chimeric tyrosine kinase oncogene NPM-ALK, which drives malignant transformation of 75% of ALCLs. We showed that dissemination of these lymphomas is dependent on the GTPase Rac1, which promotes the structuration of functional invadopodia by regulating the formation of the CD44/MMP-9/Hsp90 complex at the surface of NPM-ALK(+) cells. CD44 anchors the complex on the cell surface, and Hsp90 is required for the extracellular activation of MMP-9. Interestingly, we measured elevated levels of PtdIns5P in NPM-ALK(+) cells and its production is dependent on the NPM-ALK-activated PtdIns 5-Kinase, PIKfyve. Inhibition of PIKfyve strongly reduces the invasive capacities by disturbing MMP-9 cell surface distribution, which leads to defects in its activation, suggesting that PtdIns5P plays a central role in the srpeading of NPM-ALK(+) lymphomas. In parallel, we studied the role of PtdIns5P during Shigella flexneri infection, which is responsible for the dysentery in humans. Our group previously showed that the virulence effector IpgD transforms the PtdIns(4,5)P2 into PtdIns5P, and that this conversion drives the activation of the PI 3-Kinase/Akt survival pathway. We found that the EGF receptor is the key intermediate between PtdIns5P and Akt activation. PtdIns5P, that we found accumulated on early endosomes, induces modifications of trafficking, which abolishes EGFR degradation and promotes its recycling towards the plasma membrane. In this model, PtdIns5P modulates the diffusion properties of the plasma membrane to promote receptor activation without ligand. In addition, we showed that PtdIns5P activates the Rac1 GTPases, by binding to the PH domain of its exchange factor Tiam1. Cdc42 also gets activated at the cell periphery where it could be involved in the membrane dynamic required for the activation of receptors without ligands and the subsequent internalization. The Tiam1/Rac1 module responds to elevated levels of PtdIns5P by inducing a strong polarized actin dynamics, leading to chimiotactism in response to serum gradients, and is an important component of anaplastic lymphomas metastatic process. This work points to a crucial role of PtdIns5P in the integration between traffic and actin dynamic to favour the recycling pathway of receptors to regulate the survival and invasion.