Exploration du rôle de la sphingosine 1-phosphate dans l'homéostasie de l'épiderme dans le contexte du mélanome cutané primitif

Exploration of the role of sphingosine 1-phosphate in epidermal homeostasis in the context of primary cutaneous melanoma

• Auteur / Autrice : Lorry Carrié
• Direction : Nathalie Andrieu-Abadie, Joëlle Riond
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Cancérologie
• Date : Soutenance le 30/11/2023
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie Santé Biotechnologies (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Recherche en Cancérologie de Toulouse (2011-....)
• Jury : Président / Présidente : Laurence Nieto
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Julien Ablain
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Mehdi Khaled, Irwin Davidson

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mélanome

Micro-environnement tumoral

Kératinocytes

Mots clés libres

Microenvironnement tumoral

Sphingosine 1-phosphate

Kératinocytes

Adhésion

Ingénierie tissulaire

Tumor microenvironment

Sphingosine 1-phosphate

Keratinocytes

Adhesion

Tissue engineering

Résumé

Le mélanome cutané est le cancer de la peau le plus agressif du fait de son potentiel métastatique élevé. Détecté précocement, le mélanome cutané est bien traité. A l'inverse, au stade métastatique, l'espérance de vie des patients est réduite. Comprendre les mécanismes cellulaires et moléculaires qui favorisent la progression du mélanome est donc un enjeu majeur de santé publique. Le mélanome cutané primitif se développe à partir des mélanocytes, cellules pigmentées situées au niveau de l'épiderme, la couche la plus superficielle de la peau. Lors de la mélanomagenèse, les cellules tumorales progressent et envahissent le derme sous-jacent où elles atteignent les vaisseaux sanguins et lymphatiques, permettant leur dissémination et la formation de métastases. Cependant, les mécanismes moléculaires responsables des premières étapes de l'invasion ne sont pas complètement élucidés. De nombreuses dérégulations du métabolisme des sphingolipides (SL) ont été rapportées dans les cellules de mélanome. Notamment, dès les premiers stades de la mélanomagenèse, des études ont mis en évidence une surexpression de la sphingosine kinase 1 (SK1), menant à une production et une sécrétion accrues de sphingosine-1-phosphate (S1P) dans le microenvironnement épidermique. La S1P est connue pour activer des voies de signalisation impliquées dans la prolifération et la résistance aux thérapies ciblées des cellules de mélanome. De plus, la S1P peut agir de façon paracrine via les récepteurs S1PR (S1P1-5) exprimés à la surface des cellules composant le microenvironnement tumoral, comme les kératinocytes. Dans ce contexte, le premier objectif de ma thèse était de caractériser le rôle de la S1P sur l'interaction kératinocytes-cellules de mélanome. Nos résultats montrent que la S1P tumorale agit de manière paracrine au niveau des kératinocytes. Plus précisément, la S1P : i) se lie aux récepteurs S1P2 et S1P3, ii) active les voies de signalisation PI3K-Akt et MAPK, iii) stimule l'expression des gènes SNAI1 et SNAI2, qui codent respectivement pour les répresseurs transcriptionnels Snail et Slug, iv) réduit l'expression de CDH1, codant pour la E-cadhérine, v) diminue ainsi l'adhésion des cellules de mélanome aux kératinocytes et vi) stimule leur migration en 2D et leur invasion dans un modèle 3D de peau reconstruite. De plus, l'analyse de biopsies de tumeurs de patients atteints de mélanomes cutanés primitifs, confirme une corrélation inverse entre l'expression de la E-cadhérine de l'épiderme et l'expression de SK1 dans les cellules tumorales. Dans leur ensemble, ces résultats montrent que la S1P, via les récepteurs S1PR, induit des modifications au niveau des kératinocytes, ce qui favorise l'échappement des cellules de mélanome au contrôle exercé par ces cellules. Le deuxième objectif de ma thèse était d'étudier les conséquences de cibler l'axe SK1-S1P-S1PR dans des modèles 2D et 3D de mélanome cutané. Nos résultats montrent que des antagonistes aux récepteurs S1P2-3 ainsi qu'un inhibiteur de SK1 étaient capables de bloquer l'effet paracrine de la S1P dans les kératinocytes. Ces données supportent l'hypothèse selon laquelle ces molécules, utilisées en traitement adjuvant à l'exérèse chirurgicale, peuvent aider à réduire la progression du mélanome vers un stade métastatique. À plus long terme, ces données pourraient faire émerger de nouveaux biomarqueurs pour améliorer le diagnostic des patients à fort risque métastatique. Le ciblage de l'axe SK1/S1P/S1PR en tant que traitement adjuvant à la chirurgie pourrait également offrir de nouvelles approches thérapeutiques.

Cutaneous melanoma is the most aggressive skin cancer partly due to its high metastatic potential. Detected early, cutaneous melanoma is well treated. Conversely, distantly metastatic melanoma is a life threatening malignant tumor. Understanding the cellular and molecular mechanisms that promote melanoma progression is therefore a major public health issue. Primary cutaneous melanoma develops from melanocytes, which are pigmented cells located in the epidermis, the most superficial layer of the skin. During melanomagenesis, tumor cells progress and invade the underlying dermis and reach the blood and lymphatic vessels, allowing their dissemination and the formation of metastases. However, the molecular mechanisms responsible for the first steps of invasion are not completely elucidated. Numerous deregulations of sphingolipid (SL) metabolism have been reported in melanoma cells. In particular, from the early stages of melanomagenesis, studies have shown overexpression of sphingosine kinase 1 (SK1), leading to increased production and secretion of sphingosine-1-phosphate (S1P) in the epidermal microenvironment. S1P is known to activate signaling pathways involved in melanoma cell proliferation and resistance to targeted therapy. In addition, S1P can act on other cells via S1PR receptors (S1P1-5), which are expressed by cells composing the tumor microenvironment such as keratinocytes. In this context, the first objective of my PhD was to characterize the role of S1P on the interaction between melanoma cell and keratinocyte. Our results show that tumor S1P acts on keratinocytes in a paracrine manner. More specifically, S1P: i) binds to S1P2 and S1P3 receptors, ii) activates the PI3K-AKt and MAPK signaling pathways, iii) stimulates the expression of SNAI1 and SNAI2 genes, encoding the transcriptional repressors Snail and Slug, respectively, iv) reduces CDH1 expression, encoding E-cadherin, v) reduces consequently the adhesion of melanoma cells to keratinocytes and vi) stimulates tumor cell migration in 2D and invasion in 3D models of reconstructed skin. Finally, the analysis of tumor biopsies from patients with primary melanoma confirms an inverse correlation between the expression of E-cadherin in the epidermis and those of SK1 in tumor cells. Altogether, these results show that S1P leads to modifications in the keratinocytes which will promote tumor progression. The second objective of my PhD was to examine the consequences of targeting the SK1-S1P-S1PR axis in 2D and 3D melanoma models. Our results show that S1P2-3 receptor antagonists as well as an SK1 inhibitor were able to block the paracrine effect of S1P on keratinocytes. These findings support the hypothesis that these molecules, used as an adjuvant treatment to surgical excision, can help reduce melanoma progression towards a metastatic stage. Finally, these data could lead to the emergence of new biomarkers to improve the diagnosis of patients at high risk of metastasis. Targeting the SK1/S1P/S1PR axis as an adjuvant therapy to surgery could also offer new therapeutic approaches.