Jonctions intercellulaires: un indispensable maillon de la supracellularité dans la migration collective amiboïde

Intercellular junctions: an essential player in the supracellular behavior of collective amoeboid migration

• Auteur / Autrice : Aurore Maciejewski
• Direction : Fanny Jaulin
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences du Cancer
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2020
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cancérologie : biologie-médecine-santé (Villejuif, Val-de-Marne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Dynamique des Cellules Tumorales
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Invasion collective
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université Paris-Saclay. Faculté de médecine (Le Kremlin-Bicêtre, Val-de-Marne ; 2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Life Sciences and Health (2020-….)

Mots clés

Mots clés libres

Migration cellulaire

Supracellularité

Jonctions cellule-cellule

Cytosquelette d'actine

Vinculine

Cancer colorectal

Cell migration

Supracellularity

Cell-cell junctions

Actin cytoskeleton

Vinculin

Colorectal cancer

Résumé

La disssémination métastatique est la cause de 90% des morts par cancer solides, principalement de par la nature systémique de la maladie et la résistance de celle-ci à la plupart des thérapies actuelles. Il est donc crucial de comprendre les mécanismes de dissémination métastatique pour développer de nouveaux traitements et améliorer la prise en charge des patients. Une des caractéristiques des cellules métastatiques est leur capacité à migrer et envahir les tissus proches et organes à distance du site primaire. La migration cellulaire a été beaucoup étudié in vitro et à l'échelle unicellulaire. Cependant, deux études du laboratoire de Fanny Jaulin étudiant les stratégies de dissémination d'explants de tumeurs colorectales primaires ont mis en évidence l'importance de l'invasion collective dans ce procédé. Jusqu'à récemment, le seul mode de migration collective décrit présente des caractéristiques proches du mode de migration unicellulaire mésenchymateux, avec des cellules « leaders » à l'avant exerçant des forces de tractions et tirant les cellules « followers ». Ce mode de migration nécessite une interaction à la matrice extracellulaire via le recrutement d'intégrines et la formation d'adhésions focales. Notre laboratoire a identifié un nouveau mode de migration collective utilisées par des clusters de cellules de cancer colorectal lorsqu'ils sont confinés en milieu non adhésif. Ce mouvement est indépendant de la formation d'adhésions focales mais repose sur la transmission non spécifique de forces de friction par les intégrines. Les clusters se comportent comme une cellule géante en utilisant un cortex actomyosique supracellulaire polarisé et contractile. Nous avons appelé ce mode de migration « migration collective amiboïde » (MCA) à cause des nombreuses ressemblances avec la migration unicellulaire amiboïde, un mode de locomotion utilisé par les leucocytes pour se déplacer dans tout le corps. Nos résultats préliminaires indiquent que les jonctions intercellulaires sont clés pour la coordination des cellules au sein du cluster et la MCA. Ce projet de thèse s'intéresse principalement au rôle de ces jonctions dans la MCA. Nous travaillons à comprendre quelles sont ces jonctions, comment elles sont formées et quels sont leurs rôles dans la MCA. Cela nous permettrait de mieux comprendre comment les forces sont distribuées et coordonnées dans le cluster pour permettre la migration, l'organisation supracellulaire du cortex actomyosique qui connecte les cellules du cluster par ces jonctions étant le principal point d'intérêt. Nous nous intéressons particulièrement à la vinculine, une protéine clé des adhésions focales qui peut être recrutée aux jonctions adhérentes lorsque celles-ci sont sous tension. Nous avons montré que la vinculine peut être recrutée dans ces deux structures dans notre modèle selon les conditions expérimentales, et que sa présence aux jonctions adhérentes est nécessaire à la MCA. Notre hypothèse de travail est que la vinculine se comporte comme un mécanosensor pour permettre le couplage mécanique et la coordination supracellulaire du cluster, en conenctant le cytosquelette actomyosique de cellules voisines. Pour tester cette hypothèse, nous utilisons des puces microfluidiques spécifiquement fabriquées pour confiner des clusters de cellules exprimant des protéines fluorescentes. Cela nous permet de suivre directement la localisation de protéines d'intérêt et d'étudier la dynamique du cytosquelette actomyosique en temps réel. Ce projet nous permettra de mieux comprendre le déroulement de la MCA, ce qui représente la première étape vers de nouvelles thérapies innovantes pour empêcher la dissémination métastatique chez des patients.

Cancer dissemination and metastasis causes 90% of deaths from solid cancer, largely due to the systemic nature of the disease and its resistance to most of current therapeutics. It is therefore crucial to understand the underlying mechanisms of this process to develop treatments and improve patient outcome. One important characteristic of metastatic cells is their ability to migrate and invade local tissues and distant organs. Cell migration has been extensively studied in vitro, especially at the single cell level. However, two previous studies from the Jaulin lab have explored the invasive strategies of colorectal cancer from primary tumour explants, and highlighted the importance of collective invasion in patients. To date there is only one mode of collective migration which shares the features of mesenchymal single cell migration, where traction forces are exerted by leader cells at the front of the cohort. This relies on the interaction with the extracellular matrix via integrin engagement and focal adhesion formation. Our lab has identified a new mode of collective migration used by colorectal cancer cells that occurs when clusters are confined in non-adhesive environments. It is independent of focal adhesion formation but still relies on integrin to transmit non-specific friction forces. Clusters coordinate and behave like giant super cells, mobilizing a supracellular polarized and contractile actomyosin cortex. We called this mode of migration “collective amoeboid migration” (CAM) because it shares many similarities with single cell amoeboid migration, a migration mode that is used by leucocytes to patrol all tissues within the body. Our preliminary results indicate that intercellular junctions are key for cluster coordination and CAM. This PhD project focuses on the role of these junctions in CAM. We are investigating what are these junctions, how are they formed and what are their roles in CAM. This would lead us to better understand how forces are distributed and coordinated within the cluster to trigger migration, as we are also focusing on the supracellular organization of the actomyosin cortex, connected through cell-cell junctions, within the collective. We are particularly interested in vinculin, a key focal adhesion protein which can be recruited to adherens junctions when tension is applied. We have showed that vinculin can be located in both structures in our collective amoeboid migration model, depending on the experimental conditions, and that its presence in adherens junction is required for CAM. Our working hypothesis is that vinculin acts as a tension sensor to allow the mechanical coupling and supracellular coordination of the cluster, by connecting the actomyosin cytoskeleton of neighbouring cells. To test this hypothesis, we use microfluidic chips specifically designed to confine clusters expressing tracers and/or fluorescent proteins. This experimental system allows us to directly follow the localisation of proteins of interest and study the dynamics of the actomyosin cytoskeleton in live clusters. This project will help us better understand the modalities of CAM. This is the first step in helping design innovative therapeutic options to hamper cancer dissemination in patients.