Rôle des protéines du complément dans la progression tumorale

The role of complement proteins on tumor progression : exploration of the universe of intracellular complement proteins

• Auteur / Autrice : Margot Revel
• Direction : Lubka Roumenina
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie moléculaire et cellulaire
• Date : Soutenance le 16/12/2022
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physiologie, Physiopathologie et Thérapeutique (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche des Cordeliers (Paris ; 2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Eric Tartour
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Catherine Monnot, Angela Armento
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anna Blom, Virginie Dinet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cellules -- Interaction

Cancer

Protéines

Complément (immunologie)

Résistance aux maladies

Système immunitaire

Mots clés libres

Système du complément

Cancer

Complément intracellulaire

Fonctions non canoniques

Complement system

Cancer

Intracellular complement

Non canonical functions

Résumé

Le système du complément est un acteur essentiel de l’immunité innée, qui agit dans la défense de l’hôte contre les pathogènes ou les cellules endommagées, ainsi qu’au maintien de l’homéostasie. Il comprend plus de trente protéines membranaires ou solubles impliquées dans l'inflammation, l'opsonisation, et l'activation ou la lyse cellulaire. Bien que cette cascade enzymatique soit connue pour ses fonctions au sein de la circulation sanguine, des protéines du complément ont récemment été décrites dans le compartiment intracellulaire influant sur l'homéostasie et le métabolisme des cellules T activées. Le carcinome rénal à cellules claires (ccRCC) est caractérisé par une forte expression des gènes du complément qui est associée à un mauvais pronostic pour les patients. Cependant les mécanismes impliqués restent inconnus. Nous avons ainsi émis l'hypothèse que des actions intracellulaires des protéines du complément pourraient influencer la biologie des tumeurs. L'objectif de mon doctorat était de déterminer la part du complément extracellulaire versus intracellulaire dans la progression tumorale et de décrypter les fonctions et mécanismes existant au niveau intracellulaire. Bien que le système du complément soit activé à la surface des cellules cancéreuses et qu’il existe une augmentation générale de la concentration plasmatique de ces protéines dans le contexte tumoral, seuls les dépôts et la présence plasmatique de C4d sont corrélés à un mauvais pronostic. En revanche, au niveau intracellulaire, c’est la forte présence du C1s, C3, FB et FH détectée par immunomarquage qui est corrélée à un mauvais pronostic. L'imagerie multiplex associée au Single Cell RNA-seq (séquençage des ARN messagers sur cellules uniques) ont révélés une co-localisation/co-expression de ces protéines et gènes, créant un environnement intracellulaire riche en complément. Nous avons découvert que l’extinction de ces protéines entraînait une altération du programme transcriptomique de cellules en culture. Les gènes différentiellement exprimés sont impliqués dans 1) la prolifération et le cycle cellulaire, confirmé par des tests fonctionnels, ainsi que la capacité à former des tumoro-sphères ; 2) le métabolisme cellulaire, confirmé par métabolomique ; 3) la signalisation cellulaire ainsi que 4) la migration cellulaire et la formation de la matrice extracellulaire. Malgré leur co-localisation au sein des mêmes compartiments subcellulaires, C3, FB et FH possèdent des structures secondaires et interaction protéiques différentes que dans l’espace extracellulaire. De plus, en intracellulaire le clivage de C3 génère du C3a de manière indépendante du FB et sans régulation par le FH. L’extinction de celui-ci n’amplifie pas les fonctions intracellulaires du C3 et du FB comme l'aurait fait sa contrepartie extracellulaire. A la place, le FH intracellulaire interagit avec d’autres protéines afin de réguler le cycle cellulaire et l'organisation du cytosquelette d'actine. L'ensemble de ces données démontre que les protéines intracellulaires du complément sont des acteurs majeurs au sein des cellules tumorales et du microenvironnement tumoral. L'action intracellulaire de ces protéines pourrait constituer une nouvelle cible pour le développement de médicaments anticancéreux.

The complement system is an essential member of innate immunity, involved in the host defense against pathogens or stressed cells, as well as in homeostasis maintenance. It is composed of more than thirty membranous or fluid-phase proteins, involved in the inflammation, pathogen, or injured cell opsonization for phagocytosis and cell activation or lysis. Although this enzymatic cascade is traditionally known for its functions in circulation, pieces of evidence showed the existence of intracellular complement proteins, involved in cell homeostasis and metabolism in activated T cells. Clear cell Renal Cell Carcinoma (ccRCC) is characterized by high expression of complement genes that are associated with a poor prognosis, but the mechanism was unknown. Therefore, we hypothesized that complement proteins could influence tumor biology by intracellular actions. The objective of my Ph.D. was to determine the share of extracellular versus intracellular complement in tumor progression and to decipher the functions and mechanisms of complement proteins at intracellular levels. Complement is activated on tumor cells but only the C4d+ deposits and the plasma C4d correlated with poor prognosis, despite the general increase of the plasma concentration of the complement proteins. On the contrary, the high intracellular staining for C1s, C3, FB, and FH correlated with poor prognosis. Multiplex imaging and scRNAseq revealed co-localization/co-expression of the complement proteins/genes, forming a complement-rich phenotype of the cells. We discovered that knockdown of these proteins resulted in alteration of the transcriptomic program of the cells in vitro. Differentially expressed genes were involved in 1) cell proliferation and cell cycle, which was confirmed by functional tests and tumorosphere-forming capacity; 2) cell metabolism, confirmed by metabolomics; 3) cell signaling and 4) extracellular matrix formation and migration. Despite the co-localization in the same subcellular fractions, the complement proteins did not exert their function necessarily by the same types of interactions that they have in the extracellular space. Moreover, their secondary structure organization differs compared to their secreted counterparts. In tumor cells, C3 may be cleaved to generate C3a, however, this cleavage occurs in a FB-independent manner and is not regulated by FH. FH knockdown also does not counterbalance the intracellular function of C3 and FB, as would have done its extracellular counterpart. Instead, intracellular FH interacts with binding partners to regulate the cell cycle and actin cytoskeleton organization. Taken together, these data demonstrate that intracellular complement proteins are major actors inside the tumor cells and in the tumor microenvironment. The intracellular action of complement proteins could be a novel target for the development of anti-cancer drugs.