Mécanismes ioniques dans l'adaptation tumorale

Ionic mechanisms in tumor adaptation

• Auteur / Autrice : Antoine Folcher
• Direction : Natalia Prevarskaya
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance le 31/03/2023
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé (Lille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : PHYCELL - Laboratoire de physiologie cellulaire
• Jury : Président / Présidente : François Foulquier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Halima Ouadid-Ahidouch, Arnaud Monteil, Roman Skryma
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Corinne Bousquet, Olivier Soriani

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métalloprotéinases matricielles

Cellules -- Interaction

Micro-environnement tumoral

Cancer

Pancréas

Résistance aux médicaments

Évolution

Prostate -- Cancer

Canaux sodiques

Canaux calciques

Cancer -- Caractère envahissant

Mots clés libres

Homéostasie calcique

Desmoplasie

Sodium and calcium signaling

Prostate cancer

Pdac

Résumé

Le nombre de patients atteints de cancer est en augmentation constante. Les décès par cancer sont principalement dus à l'évolution de la maladie qui se traduit par un développement de métastases, et l'apparition de résistances aux traitements. Dans ce contexte, nous avons utilisé deux modèles : le cancer de la prostate et le cancer du pancréas. Dans les pays développés, le cancer de la prostate est devenu la deuxième cause de mortalité par cancer dans la population masculine. Les traitements actuels se limitent à diminuer les taux d'androgènes circulants. Cependant, à plus long terme, les tumeurs développent les métastases hormone-réfractaires qui échappent aux traitements. Le cancer du pancréas est en forte hausse et on estime qu'il sera la seconde cause de mortalité d'ici 2030 en raison du développement de métastases précoces et l'inefficacité des traitements. Il est donc indispensable de comprendre l'évolution de ces cancers et de trouver de nouvelles cibles thérapeutiques.Un nouveau concept de recherche en oncologie basé sur le fait que les canaux ioniques contrôlent presque toutes les ''caractéristiques du cancer'' a été développé et promu au cours de la dernière décennie, ouvrant la voie à un nouveau chapitre de l'oncologie appelé ''Oncochannelopathies''. Ce projet de thèse consistait à identifier les mécanismes d'homéostasie ionique contrôlant certains processus impliqués dans le développement des métastases, à savoir l'invasion, la migration et la rigidité cellulaire.Nous montrons que les stades avancés androgéno-indépendants du cancer de la prostate favorisent la réexpression de la protéine NALCN (sodium leak channel non selective) et ses partenaires UNC79, UNC80, NLF1, qui forment un canalosome. L'activité de ce canalosome est responsable d'une entrée sodique qui contrôle les oscillations calciques intracellulaires nécessaires au développement d'invadopodes et la sécrétion de matrix métalloprotéases primordiales dans l'invasion et la migration. La surexpression de NALCN induit une forte augmentation de l'invasion in vitro, mais également une augmentation des métastases in vivo. Les études moléculaires ont permis de mettre en évidence que NALCN interfère avec la signalisation calcique par le biais des échangeurs NCX et NCLX ainsi que les canaux calciques de type Orai1. Le canalosome de NALCN est également retrouvé dans d'autres types de cancer et notamment sous des formes mutées dans le cas du cancer du pancréas. Pour ce cancer, l'inefficacité des chimiothérapies est notamment due à la présence d'un tissu fibreux dense (desmoplasique) qui entoure les cellules cancéreuses. Nous avons donc mis en place un modèle d'études in vitro (2D et 3D) en intégrant la rigidité du microenvironnement et la communication intercellulaire, dans le but de cibler les acteurs responsables de cette desmoplasie. Par RNAseq nous avons mis en avant la modulation d'un processus biologique important dans le développement des métastases qui est la motilité cellulaire. Nous avons pu montrer que la migration cellulaire in vitro était associée principalement à la rigidité de la matrice, et modulée lors des cocultures avec les cellules stellaires. De plus, la migration des cellules stellaires a également pu être associée à la signalisation calcique de type SOCE.Ce travail montre l'implication de la signalisation sodique et calcique dans le développement des métastases prostatiques. Ce mécanisme pourrait être généralisé aux cancers, en particulier au cancer du pancréas, où nous avons montré que la communication intercellulaire est responsable de nombreux changements génotypiques, et impliquée dans la régulation de l'homéostasie calcique. La double régulation sodique / calcique existante dans le cancer de la prostate pourrait également exister dans le cancer du pancréas, et le ciblage d'acteurs ioniques comme NALCN pourrait être un moyen de moduler la desmoplasie et donc d'augmenter l'efficacité des traitements thérapeutiques.

Cancer is the most important health care charge in the world due to the increase of the number of patients. Cancer-related deaths are due to the evolution of the disease to metastatic, chemotherapy-resistant stages. In this context, we studied two cancer models: prostate cancer and pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC). Amongst carcinomas diagnosed in men, prostate cancer has one of the highest mortality rates. The standard hormone-based therapy works for a limited time and most patients then die within months from metastasis, i.e., cancer spreading and formation of secondary tumors. Pancreatic cancer is estimated as the second cause of mortality in 2030 especially due to the early metastasis development and inefficient chemotherapy. Thus, at present, there is a great unmet need for novel molecular targets to control metastatic disease in both prostate cancer and PDAC. This PhD project was devoted to expanding the current knowledge on ion-dependent signaling pathways implicated in the cellular processes of metastasis development using in vitro and in vivo models respectively.Membrane ion channels, which are pivotal regulators of cellular homeostasis, offer exciting prospects for cancer field. In particular, deregulated homeostasis of sodium (Na+) has been associated with advanced malignant phenotype in many human carcinomas. In late stages of prostate cancer (androgen-independent stage) we identified the overexpression of NALCN (Sodium Leak Channel Non-selective) protein and its partners (UNC79, UNC80, NLF1) which form a channelosome. This channelosome, by controlling calcium oscillations activity, generates an influx of sodium necessary for invadopodia formation and MMP secretion involved in invasion and migration. Mechanistically, NALCN associates functionally with plasmalemmal and mitochondrial Na+/Ca2+ exchangers, reactive oxygen species (ROS) and store-operated channels to generate intracellular Ca2+ oscillations. In turn, this stimulates the activity of protooncogene Src kinase (which is co-localized with NALCN), actin remodeling and secretion of proteolytic enzymes resulting in increase of invasive potential, tumor progression and metastatic lesions in vivo (accessed in xenograft pre-clinical models). NALCN's channelosome is also found in other cancers and in pancreatic cancer in mutated forms. The inefficiency of chemotherapy in PDAC is due to the dense fibrotic stroma around epithelial cancer cells. To define the molecular actors involved in cell-to-cell cellular communication inducing desmoplasia, we generated a new model (2D and 3D) to mimic this specific microenvironment, especially the increased stiffness of the matrix and coculture with different cancer cell types and stromal cells. By RNAseq method, we found an important gene cluster in charge of the modulation of cell motility by the increased matrix stiffness and fibrotic microenvironment. Moreover, we demonstrated that cell migration of stellate cells (in contrast to cancer cells) is regulated by calcium signaling and, in particular, SOCE.Overall, our data provide evidence of NALCN contribution to the increased metastatic potential of human prostate cancer cells. Therefore, NALCN could provide new highly perspective molecular target for the disease suppression, in particular at the advanced stages of the malignancy dissemination within the patient's body. This mechanism could be common with other cancers like PDAC where intercellular communication is the major factor of genetic rearrangements during the disease development. Targeting actors of Na+/Ca2+ signaling pathways like NALCN and SOCE could modulate PDAC desmoplasia and improve the efficiency of chemotherapy.