Rôles de l’antigène de prolifération Ki-67 dans les cancers

Roles in cancer of the cell proliferation antigen Ki-67

• Auteur / Autrice : Nuria Andres sanchez
• Direction : Daniel Fisher
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 15/12/2023
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé (Montpellier ; Ecole Doctorale ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IGMM - Institut de Génétique Moléculaire de Montpellier
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Contrôle Nucléaire de la Prolifération Cellulaire
• Jury : Président / Présidente : Julie Pannequin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Daniel Fisher, Bas Van steensel, David SANTAMARíA
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bas Van steensel, David SANTAMARíA

Mots clés

Mots clés libres

Ki-67

Cancer

Plasticité cellulaire

Transition Epithèlio-Mésenchymateuse

Réponse immunologique

Ki-67

Cancer

Cellular plasticity

Epithelial-mesenchymal transition

Immune response

Résumé

Ki-67 est une protéine largement utilisée en histopathologie du cancer et est exprimée dans toutes les cellules en phase de prolifération. La protéine présente des caractéristiques biochimiques particulières : une taille très étendue, de multiples sites de phosphorylation, et elle est prédite comme étant intrinsèquement désordonnée. La protéine est essentielle à la formation de la couche périchromosomique pendant la mitose, et en interphase, elle se localise principalement au niveau du bord péri-nucléolaire et dans divers foyers du nucléoplasme. Récemment, il a été démontré que Ki-67 est impliquée dans l'organisation et la compaction de la chromatine en interphase. En raison de son expression dans toutes les cellules en phase de prolifération et dans tous les types de cancer, quelques publications ont examiné les rôles possibles de Ki-67 dans le cancer. Notre laboratoire a découvert que Ki-67 est important pour l'initiation du cancer colorectal dans un modèle de souris mutantes Ki-67, ainsi que pour la progression tumorale dans deux modèles de cancer du sein. Dans cette étude, nous avons examiné les rôles de Ki-67 dans le cancer. Nous avons constaté que, comme dans les modèles de cancer du sein, la suppression de Ki-67 entraîne une forte réduction de la croissance tumorale dans un modèle de cancer colorectal, mais augmente la croissance tumorale dans un modèle de mélanome. Nous avons constaté que des processus non autonomes, tels que la vascularisation et la fibrose, sont altérés à des degrés divers dans les trois modèles de cancer étudiés, mais ces processus seuls ne suffisent pas à expliquer la tumorigenèse perturbée. Nous avons également constaté que, dans un modèle de cancer du sein de souris, les réponses immunitaires anti-tumorales contre la suppression de Ki-67 étaient perturbées. Les proportions de populations immunitaires cytotoxiques et immunosuppressives étaient corrélées avec la croissance tumorale. Nous en concluons que les rôles de Ki-67 dans la tumorigenèse sont multifactoriels, et certains de ces rôles pourraient même impliquer des forces opposées. Un changement dans cet équilibre pourrait entraîner des résultats différents dans la croissance tumorale, ce qui pourrait expliquer les résultats différents dans la croissance tumorale après la suppression de Ki-67 dans le modèle de mélanome. Nous avons constaté une dérégulation de l'expression génique à l'échelle du génome suite à la suppression de Ki-67 dans les trois modèles avec lesquels nous avons travaillé. Nous avons également constaté que Ki-67 soutient la plasticité cellulaire, comme en témoigne la perte d'un phénotype hybride épithélial-mésenchymateux, et de l'hétérogénéité transcriptionnelle, connus pour renforcer la tumorigenèse et la métastase. Nous avons exploré les caractéristiques épigénétiques qui pourraient expliquer cette perte d'hétérogénéité transcriptionnelle, et nous avons constaté que les marques d'histones H3K27ac et H3K27me3 étaient dérégulées dans le promoteur des gènes les plus dérégulés sur le plan transcriptionnel, ainsi que dans un sous-ensemble d'enhancers et de super-enhancers. Comme on pense que Ki-67 organise la chromatine et influence sa compaction à l'échelle locale, cela pourrait être le mécanisme par lequel la perte d'expression de Ki-67 conduit à un paysage transcriptionnel dérégulé. Nous avons également découvert des anomalies du développement probable chez les souris femelles avec suppression de Ki-67. Enfin, nous avons étudié la dynamique moléculaire de la protéine et avons constaté qu'elle peut subir une séparation de phase liquide-liquide, en particulier lorsqu'elle est fortement phosphorylée. La séparation de phase est probablement le mécanisme général par lequel la protéine exerce ses fonctions.

Ki-67 is a protein widely employed in cancer histopathology and it is expressed in all proliferating cells. The protein presents particular biochemical characteristics: a highly extended size, multiple phosphorylation sites and it is predicted to be intrinsically disordered. The protein is essential for the formation of the perichromosomal layer in mitosis and in interphase it localizes principally to the perinucleolar rim and to diverse foci in the nucleoplasm. Ki-67 has recently been shown to be involved in chromatin organization and compaction in interphase. Because it is expressed in all proliferating cells and all cancer types, a few publications have investigated possible roles of Ki-67 in cancer. Our laboratory found that Ki-67 is important for colorectal cancer initiation in a mutant Ki-67 mouse model and for tumor progression in two mammary cancer models. In this study we investigated the roles of Ki-67 in cancer. We found that like in the mammary cancer models, Ki-67 knock-out induces a strong reduction in tumor growth in a colorectal cancer model but increases tumor growth in a melanoma model. We find that non-cell autonomous processes such as vascularization and fibrosis are altered to different degrees in the three cancer models studied but these processes alone are not enough to account for the disrupted tumorigenesis. We also found that in a mouse mammary cancer model the anti-tumor immune responses against Ki-67 knock-out were deregulated. The proportions in cytotoxic and immunosuppressive immune populations correlated with the tumor growth. We conclude that Ki-67 roles in tumorigenesis are multifactorial, and some of these roles might even entail opposing forces. A switch in this balance might lead to different outcomes in tumor growth, which might explain the different outcome in tumor growth upon Ki-67 knock-out in the melanoma model. I found a genome-wide gene expression deregulation upon Ki-67 knock-out in all of the three models I have worked with. We also found that Ki-67 sustains cellular plasticity, as illustrated by the loss of a hybrid epithelial-mesenchymal phenotype, and transcriptional heterogeneity which are known to enhance tumorigenesis and metastasis. We explored epigenetic features that might explain this loss of transcriptional heterogeneity and found that the histone marks H3K27ac and H3K27me3 were deregulated in the promoter of the most transcriptionally deregulated genes, and in a subset of enhancers and super-enhancers. Because Ki-67 is thought to organize chromatin and influence its compaction in the local scale, this might be mechanism by which Ki-67 expression loss leads to a deregulated transcriptional landscape. We also found likely developmental defects in Ki-67 knock-out female mice. Finally, we studied the molecular dynamics of the protein and found that it can undergo liquid-liquid phase separation, especially when highly phosphorylated. Phase separation is likely the general mechanism by which the protein exerts its functions.