Facteurs inflammatoires et contrôle de la quiescence/activation des cellules souches tumorales de mélanome

Inflammatory factors and control of quiescence / activation of melanoma cancer stem cell

• Auteur / Autrice : Pauline Ostyn
• Direction : Pierre Formstecher
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire
• Date : Soutenance le 27/09/2016
• Etablissement(s) : Lille 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé (Lille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Recherche Jean-Pierre AUBERT Neurosciences et Cancer (Lille) - Centre de recherche Jean-Pierre Aubert [Lille]

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mélanome

Inflammation

Dissertations universitaires

Cellules souches

Mélanome

Inflammation

Quiescence cellulaire

Cellules souches

Mots clés libres

Quiescence

Cellules souches

Inflammation

Mélanome

Stem cells

Quiescent

Inflammatory

Melanoma

Résumé

Une tumeur est composée de plusieurs sous populations cellulaires. L’une d’entre elles, celle des cellules souches tumorales, est à l’origine du développement des tumeurs. Une des propriétés majeures de ces cellules est la capacité d’entrer dans un état de quiescence. De ce fait, elles sont résistantes aux thérapies anticancéreuses conventionnelles qui visent les cellules cyclantes et peuvent ainsi persister pendant de nombreuses années. Ce phénomène est appelé dormance tumorale. L’activation de ces cellules souches tumorales quiescentes conduit à la récidive de la maladie. Le passage de l’état quiescent à l’état activé serait réversible, cependant les mécanismes responsables ne sont pas encore connus. Notre hypothèse est que les facteurs inflammatoires stimulent la transition des cellules de l’état quiescent à l’état activé. Dans ce but, nous avons étudié les effets de la principale cytokine pro-inflammatoire, le TNF, sur le compartiment des cellules souches de mélanome et leur activation. Pour cela, nous avons utilisé un système d’expression, inductible par la tétracycline, qui nous a permis d’identifier et d’étudier les cellules quiescentes H2B-GFP positives et cela dans les modèles in vitro des mélanosphères et des équivalents de peaux humaines reconstruites, afin de se rapprocher de l’organisation tumorale in vivo. Grâce à des tests fonctionnels, comme la formation de mélanosphères et de colonies, et diverses techniques telles que la cytométrie en flux, la microscopie à fluorescence et l’analyse de l’expression de gènes au niveau protéique, nous avons mis en évidence que les cellules H2B-GFP positives (« label retaining cells ») au sein des mélanosphères montrent un enrichissement en marqueurs de cellules souches du mélanome (ABCB5, VEGFR). De plus, nous avons montré que le TNF agit sur le compartiment des cellules souches. En effet, un traitement au TNF augmente le pourcentage de cellules exprimant des marqueurs de cellules souches de mélanome, inhibe la différenciation des cellules de mélanome (inhibition de l’expression de Melan-A dans les mélanosphères et diminution de la pigmentation des équivalents de peau), active les cellules souches quiescentes et induit des effets qui perdurent après le retrait du TNF. Notre étude a montré que ces effets seraient causés par une activation des voies PI3K/Akt et NFκB par le TNF. Un grand nombre de données suggérant qu’une sous-population de cellules cancéreuses est capable d’entrer en quiescence en réponse à une thérapie anticancéreuse, nous avons également étudié les effets de la première thérapie ciblée du mélanome : le vemurafenib, sur le compartiment des cellules souches. Nos résultats ont montré que le vemurafenib augmente le compartiment des cellules souches de mélanome (augmentation du nombre de mélanosphères formées et du pourcentage de cellules exprimant un marqueur de cellules souches de mélanome : ABCB5) et induit leur quiescence (augmentation du pourcentage de cellules H2B-GFP+ et en phase GO du cycle cellulaire). Nous avons également montré que le vemurafenib stimule l’activation de protéines régulant la quiescence des cellules souches.Nous espérons que nos recherches apporteront de nouvelles connaissances sur les mécanismes qui contrôlent l’activation des cellules souches cancéreuses quiescentes et offrir de nouvelles perspectives pour le traitement du cancer.

Accumulating data suggest that both cancer development and recurrence depend on the ability of resistant tumor cells to adopt a quiescent or dormant phenotype following treatment. These dormant cells reside in various tissues of patients in complete remission without any clinical manifestation until they reactivate and cause tumor recurrence. Mechanisms that control the activation of quiescent tumor cells remain poorly understood, however, the tumor microenvironment, cellular interactions and various diffusible factors appear essential. Herein, our goal is to decipher whether a major pro-inflammatory cytokine, Tumor Necrosis Factor (TNF) contributes to the quiescence/activation phenotypic switch in melanoma. For this purpose, we used a 3D melanosphere and the in vivo-like skin equivalent models in which to reconstitute the in vivo-relevant cellular heterogeneity and tumor organization and an inducible histone 2B coupled to the GFP (H2B-GFP) expression system to identify the quiescent cell compartment and to monitor the TNF-induced changes. Our results suggest that TNF increases the proportion of H2B-GFP-positive, label retaining cells (LRC) in melanospheres. The LRCs were enriched in melanoma stem cell markers, ABCB5 and VEGFR and this was upregulated by TNF. Furthermore, TNF increases the number of melanospheres, and in skin equivalents, the presence of TNF seems to inhibit the differentiation of melanoma cells and increase the stem cell compartment. This effect appears to be governed by the activation of the PI3K / Akt pathway. In conclusion, these data show that inflammatory environment induced by TNF, activates melanoma quiescent stem cells and increases the compartment of stem cells in skin equivalents by preventing their differentiation. Therefore, the control of inflammation and signaling pathways involved in the maintenance of tumor dormancy during the treatment of the original tumor would be a good therapeutic strategy in the fight against cancer recurrences.A lot of data suggest that a cancer cell subpopulation is able to enter quiescence in response to cancer therapy, therefore we have also studied the effects of the first targeted therapy of melanoma: vemurafenib, on the stem cell compartment. Our results show that vemurafenib increases the number of melanospheres and the percentage of ABCB5+ cells. So vemurafenib increases the melanoma stem cell compartment. Vemurafenib increases also the percentage of H2B-GFP + cells and the percentage of cells in the GO phase of the cell cycle, so induces quiescence of melanoma cells. We also showed that vemurafenib stimulates activation of proteins regulating quiescence of stem cells.We hope that our research will provide new knowledge about the mechanisms that control the activation of quiescent cancer stem cells and provide new perspectives for the treatment of cancer.