La métalloprotéase matricielle-11 facilite la progression des tumeurs de la glande mammaire murine

Matrix metalloproteinase-11 promotes mouse mammary gland tumor progression

• Auteur / Autrice : Bing Tan
• Direction : Catherine-Laure Tomasetto
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance le 13/09/2018
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences de la vie et de la santé (Strasbourg ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de génétique et de biologie moléculaire et cellulaire (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Emmanuelle Liaudet-Coopman
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Isabelle Grillier-Vuissoz, Olivier Lefebvre
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Emmanuelle Liaudet-Coopman, Stéphane Dedieu

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matrix metalloproteinase 11

Animaux -- Génie génétique

Modèles animaux

Cancer du sein

Métalloprotéinases matricielles

Micro-environnement tumoral

Mots clés libres

Effet Warburg

Cancer du sein

UPRmt

UPRER

Flexibilité métabolique

Warburg effect

Breast cancer

UPRmt

UPRER

Metabolic flexibility

Résumé

Dans la plupart des pays industrialisés, le cancer du sein est la principale cause de décès chez les femmes. Le microenvironnement tumoral (TME) joue un rôle important dans la progression du cancer du sein. Le TME est un tissu complexe composé d’une matrice extracellulaire remaniée, de fibroblastes, de cellules inflammatoires et endothéliales. Récemment un nouveau composant cellulaire du TMA a été identifié. Il est formé par des adipocytes modifiés situés en regard de cellules cancéreuses appelées "adipocytes associés au cancer" (CAA). Ces constituants ajoutent à la complexité du TME. La protéase matricielle Matrix Metalloproteinase-11 (MMP-11) est une protéine du TME, elle est sécrétée par les «fibroblastes associés au cancer» (CAF) au centre de la tumeur et par les CAA à la périphérie de la tumeur (le front d’invasion). Soutenant l'idée que la MMP11 contribue à la progression tumorale, des études antérieures ont montré qu’une expression élevée était associée à une survie sans récidive plus courte des patientes atteintes d'un cancer du sein. Cependant, le mécanisme d'action spécifique de cette protéase est resté mal compris. Des études plus récentes ont montré que la MMP-11 est un régulateur négatif du développement du tissu adipeux et qu’elle module le métabolisme énergétique. Ces observations suggéraient que l'expression de MMP-11 dans le TME pourrait participer directement à la progression de la tumeur en modulant le métabolisme du tissu adipeux au profit des cellules cancéreuses. Cependant, la façon dont la MMP-11 agit, notamment à l'interface entre les cellules cancéreuses du sein et les CAAs, reste largement inconnue. Pour l’étudier, nous avons développé des modèles précliniques de cancer de la glande mammaire chez la souris par génie génétique. Tout d'abord, des souris déficientes (perte de fonction-LOF) ou surexprimant MMP-11 (Gain de Fonction-GOF) ont été croisées avec un modèle génétique de tumeurs mammaires (MMTV-PyMT). Des résultats cohérents ont été obtenus en utilisant les deux modèles. La MMP11 favorise la progression tumorale précoce, en augmentant la prolifération et en réduisant l'apoptose des cellules cancéreuses. De plus, l’expression de la MMP-11 a été associée à un changement métabolique dans la tumeur et à une altération significative de l’Unfolded Protein Response mitochondriale (UPRmt) et à une activation du stress du réticulum endoplasmique (UPRER). Ces données confortent l'idée selon laquelle la MMP-11 contribue à une réponse métabolique adaptative favorisant la croissance du cancer. Deuxièmement, pour aborder directement la fonction de la MMP-11 produite par le tissu adipeux sur la progression du cancer, nous avons généré une lignée de souris transgénique (appelée aP2-MMP11-IRES-GFP) dans laquelle l'expression de MMP-11 est contrôlée par un promoteur spécifique du tissu adipeux. L’implantation directe de cellules cancéreuses syngéniques dans le coussinet mammaire de ces souris a montré que l'expression de la MMP11 favorisait la croissance tumorale. Finalement, nos données soutiennent le concept selon lequel l'expression de MMP-11 par les adipocytes associés au cancer (CAA) contribuerait à une réponse métabolique adaptative favorisant la croissance du cancer. Ils renforcent aussi l’intérêt que représente la MMP-11 comme cible pour le traitement du cancer.

Breast cancer is the most common leading cause of death in women. The tumor microenvironment (TME) plays an important role in breast cancer progression. The TME is a complex tissue composed of extracellular matrix proteins, fibroblasts, inflammatory and endothelial cells. Recently modified adipocytes called “Cancer-Associated Adipocytes” (CAAs) were identified as emerging components of the TME adding into the complexity of this tumor component. Matrix Metalloproteinase-11 (MMP-11) is a protein from the TME, it is secreted by "Cancer-Associated Fibroblasts" (CAFs) in the center of the tumor and by CAAs in the tumor periphery also qualified as the “invasive front”. Previous studies showed that elevated MMP11 expression is associated with a poorer outcome in breast cancer patients supporting the idea that MMP11 contributes to tumor progression but the mechanism of action remained unclear. Recent studies showed that MMP-11 is a negative regulator of adipose tissue development and controls energy metabolism. These observations suggested that MMP-11 expression in the TME may directly participate in breast tumor progression by modulating the adipose tissue metabolism at the benefit of cancer cells. However, how MMP-11 acts in the TME notably at the interface of breast cancer cells and CAAs remains largely unknown. To study the role of MMP-11 on breast cancer progression, we developed a series of preclinical mouse mammary gland tumour models by genetic engineering. First, mice either deficient- (Loss of Function-LOF) or overexpressing- MMP-11 were crossed with a genetic model of spontaneous mammary tumors (MMTV-PyMT). Consistent results were obtained using GOF and LOF, showing that MMP11 favored early tumor progression, by increasing proliferation and reducing apoptosis of cancer cells. Of interest, MMP-11 was associated with a metabolic switch in the tumor and the activation of the mitochondrial unfolded protein response (UPRmt) and endoplasmic reticulum stress (UPRER). These data support the idea that MMP-11 contributes to an adaptive metabolic response favoring cancer growth. Second, to directly address the function of MMP-11 produced by the adipose tissue on cancer progression, we generated a transgenic mouse line (named aP2-MMP11-IRES-GFP) in which MMP-11 expression is controlled by an adipose tissue-specific promoter. Direct grafting of syngeneic cancer cells in the mammary fad-pad of these mice showed that MMP11 expression favored tumor growth. Altogether our data support the idea that MMP-11 expression by cancer associated adipocytes contributes to an adaptive metabolic response, named metabolic flexibility, favoring cancer growth. They further substantiate the potential of MMP-11 as a target for cancer therapy.