Étude du rôle de l'AXINE1 dans l'homéostasie et la tumorigenèse de l'épithélium intestinal

Study of the role of AXIN1 in the homeostasis and tumorigenesis of the intestinal epithelium

• Auteur / Autrice : Romain Sanson
• Direction : Christine Perret
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Oncogenèse
• Date : Soutenance le 12/11/2021
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Hématologie, oncogenèse et biothérapies (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Cochin (Paris ; 2002-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Pierre Hugot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Pierre Hugot, Anne-Amandine Chassot, Silvia Fre, Alex Duval
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Anne-Amandine Chassot, Silvia Fre

Mots clés

Mots clés contrôlés

Voie de signalisation Wnt

physiologie

Axine

Inflammation

Intestins

Cancer colorectal

Épithélium intestinal

Mots clés libres

Axine

Voie Wnt/béta-caténine

Cancer colorectal

Inflammation intestinale

Axin

Wnt/beta-catenin signaling

Colorectal cancer

Intestinal inflammation

Résumé

L'Axine1, en tant que protéine chaperonne du complexe de dégradation de la béta-caténine, est considérée comme un régulateur négatif de la voie Wnt/béta-caténine et donc potentiellement comme un gène suppresseur de tumeur. Mais son rôle est complexe, elle est aussi requise pour la transduction du signal Wnt via l'assemblage du signalosome à la membrane et c'est une protéine chaperonne impliquée dans plusieurs autres voies de carcinogenèse. Les travaux réalisés au cours de cette thèse ont porté sur l'étude du rôle de l'Axine1 dans l'homéostasie de l'épithélium intestinal en condition physiologique et au cours de la tumorigenèse intestinale. L'homéostasie de cet épithélium est en grande partie orchestrée par la voie Wnt/béta-caténine, contrôlant à la fois la prolifération et la différenciation cellulaire. Une dérégulation associée à une activation constitutive de la signalisation Wnt dans l'épithélium intestinal aboutit à une hyperprolifération et au développement de cancer colorectal. A l'aide du système Cre-Lox, nous avons généré des souris permettant la délétion inductible par le tamoxifène de l'Axine1 dans tout l'épithélium intestinal. Nous avons montré que la délétion de l'Axine1 dans l'épithélium intestinal n'engendrait pas de perturbation majeure de l'homéostasie intestinal, les souris mutantes présentent une sensibilité accrue à la toxicité induite par l'activation de la Cre, localisée au niveau de la crypte. Nous n'avons pas observé d'activation du signal Wnt/béta-caténine chez les animaux mutants et montré que la perte de l'Axine1 dans l'épithélium intestinal est compensée par son paralogue, l'Axine2, pour son rôle dans le contrôle de la signalisation Wnt/béta-caténine. Nous avons généré des souris permettant d'induire la double inactivation de l'Axine1 et Axine2 dans l'épithélium intestinal et montré que ce modèle murin phénocopie le modèle murin dans lequel le gène suppresseur de tumeur Apc est inactivé dans l'épithélium intestinal. Apc est un partenaire avec l'Axine1 du complexe de dégradation de béta-caténine, et son inactivation dans l'épithélium intestinal conduit à une activation constitutive du signal Wnt/béta-caténine avec le développement de cryptes hypertrophiées. Une étude transcriptomique des cryptes des souris mutées pour l'Axine1 a suggéré un rôle de l'Axine1 dans la régulation de la réponse intestinale inflammatoire. Des expériences de traitement par un colitogène, le DSS, ont permis de confirmer cette hypothèse. Nos résultats montrent que les mutants Axine1 présentent une protection contre la colite inflammatoire induite par le DSS qui est accompagnée d'une baisse du programme pro-inflammatoire. Afin de tester le rôle de l'Axine1 comme gène suppresseur de tumeur, les souris mutantes Axine1KO ont été soumises à un traitement associant le carcinogène AOM à plusieurs cycles de DSS afin d'induire le développement de cancer colorectal. Nous avons observé une aggravation du phénotype tumoral chez les animaux mutants comparés aux contrôles qui est associée à une diminution de la réponse immunitaire anti-tumorale. Ainsi nos résultats confirment que l'Axine1 est bien un gène suppresseur de tumeur dans l'épithélium intestinal qui serait lié à son rôle dans le contrôle de l'immunité intestinal, nouveau rôle qui ne lui avait pas encore été attribué.

Axin1, as a chaperone protein of the beta-catenin degradation complex, is considered to be a negative regulator of the Wnt/beta-catenin pathway and thus potentially a tumor suppressor gene. But its role is complex, it is also required for Wnt signal transduction via signalosome assembly at the membrane and it is a chaperone protein involved in several other carcinogenesis pathways. The work carried out during this thesis focused on the study of the role of Axin1 in the intestinal epithelium homeostasis in physiological conditions and during intestinal tumorigenesis. The homeostasis of this epithelium is largely orchestrated by the Wnt/beta-catenin pathway, controlling both cell proliferation and differentiation. Deregulation associated with constitutive activation of Wnt signaling in the intestinal epithelium leads to hyperproliferation and development of colorectal cancer. Using the Cre-Lox system, we generated mice allowing tamoxifen-inducible deletion of Axin1 in the entire intestinal epithelium. We showed that deletion of Axin1 in the intestinal epithelium did not result in major disruption of intestinal epithelial homeostasis, mutant mice showed increased sensitivity to Cre activation-induced toxicity localized at the crypt. We did not observe activation of Wnt/beta-catenin signaling in the mutant animals and showed that the loss of Axin1 in the intestinal epithelium is compensated by its paralog, Axin2, for its role in controlling Wnt/beta-catenin signaling. We generated mice that induce the dual inactivation of Axin1 and Axin2 in the intestinal epithelium and showed that this mouse model phenocopies the mouse model in which the tumor suppressor gene Apc is inactivated in the intestinal epithelium. Apc is a partner with Axin1 in the beta-catenin degradation complex, and its inactivation in the intestinal epithelium leads to constitutive activation of the Wnt/beta-catenin signal with the development of hypertrophied crypts. A transcriptomic study of crypts from Axin1-mutated mice suggested a role for Axin1 in the regulation of the inflammatory gut response. Treatment experiments with a colitogen, DSS, confirmed this hypothesis. Our results show that Axin1 mutants show protection against DSS-induced inflammatory colitis, which is accompanied by a decrease in the pro-inflammatory program. To test the role of Axin1 as a tumor suppressor gene, Axin1 mutant mice were subjected to a treatment combining the carcinogen AOM with several cycles of DSS to induce the development of colorectal cancer. We observed a worsening of the tumor phenotype in mutant animals compared to controls which is associated with a decrease in the anti-tumor immune response. Thus, our results confirm that Axin1 is indeed a tumor suppressor gene in the intestinal epithelium which would be related to its role in the control of intestinal immunity, a new role that had not been attributed to it before.