Signalisation FGF, WNT et NOTCH dans les fibroblastes pendant la morphogenèse de l'épithélium mammaire

Fibroblast signaling pathways in regulation of mammary gland morphogenesis

• Auteur / Autrice : Jakub Sumbal
• Direction : Silvia Fre, Aleš Hampl
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et développement
• Date : Soutenance le 20/09/2024
• Etablissement(s) : Sorbonne université en cotutelle avec Masarykova univerzita (Brno, République tchèque)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Génétique et biologie du développement (Paris ; 2009-....)
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Devaux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marek Joukal, René-Marc Mège, Peter Fabian, Lucie Peduto
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Colinda Scheele, Mariaceleste Aragona

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fibroblastes

Épithélium

Micro-environnement cellulaire

Cancer du sein

Morphogenèse

Mots clés libres

Morphogenèse

Fibroblastes

Organoïdes

Microenvironnement

Cancer du sein

Morphogenesis

Fibroblasts

Organoids

Microenvironment

Breast cancer

Résumé

La morphogenèse des ramifications épithéliales est un processus de création de formes épithéliales spécifiques à un organe, cruciales pour le bon fonctionnement de l'organe. Elle est influencée de manière significative par les interactions entre les cellules épithéliales et leur microenvironnement stromal. Cette thèse étudie le rôle de la contractilité des fibroblastes dans la morphogenèse des ramifications de l'épithélium mammaire en utilisant des systèmes de co-culture, l'imagerie time-lapse, le séquençage de l'ARN d'une seule cellule, la cartographie spatiale et le traçage de la lignée in vivo. Nos résultats in vitro révèlent que le contact physique entre les fibroblastes et les cellules épithéliales, ainsi que la contractilité des fibroblastes, sont essentiels pour induire la ramification de l'épithélium mammaire. L'inhibition de ROCK, de la myosine II non musculaire ou le knock-out de Myh9 spécifique aux fibroblastes perturbent ce processus. In vivo, nous avons découvert une population transitoire, formant une niche, de fibroblastes contractiles spécialisés qui se localisent autour des bourgeons de l'extrémité terminale (TEB) des glandes mammaires murines pubertaires et sont recrutés à partir du coussinet adipeux environnant. Notre caractérisation exhaustive à l'aide de co-cultures fonctionnelles organoïde-fibroblaste démontre que différentes populations de fibroblastes peuvent acquérir des caractéristiques contractiles au contact direct de l'épithélium, favorisant ainsi la morphogenèse. Cette étude fournit des informations complètes sur l'hétérogénéité des fibroblastes mammaires, leur pertinence fonctionnelle pour la morphogenèse des ramifications et leur hiérarchie de lignage au cours du développement de la glande mammaire de la souris, identifiant la contractilité des fibroblastes comme un nouveau facteur stromal conduisant la morphogenèse épithéliale mammaire et contribuant à une compréhension plus profonde des rôles des fibroblastes mécaniquement actifs dans les contextes développementaux et tumorigènes.

Větvící morfogeneze epitelu je proces vytváření orgánově specifických tvarů epitelu, které jsou klíčové pro správnou funkci orgánu, a je významně ovlivňována interakcemi mezi epitelovými buňkami a jejich stromálním mikroprostředím. Tato práce zkoumá roli kontraktility fibroblastů v morfogenezi větvení epitelu mléčné žlázy pomocí systémů společné kultivace, časosběrného zobrazování, sekvenování RNA jednotlivých buněk, prostorového mapování a sledování linií in vivo. Naše zjištění in vitro ukazují, že fyzický kontakt mezi fibroblasty a epitelovými buňkami je spolu s kontraktilitou fibroblastů nezbytný pro indukci větvení mléčného epitelu. Inhibice ROCK nebo nesvalového myosinu II, nebo vyřazení Myh9 specificky ve fibroblastech tento proces narušuje. In vivo jsme objevili přechodnou, niku tvořící populaci specializovaných kontraktilních fibroblastů, které se lokalizují kolem terminálních koncových pupenů (TEB) pubertálních myších mléčných žláz a rekrutují se z okolního tukového polštáře. Naše vyčerpávající charakterizace pomocí funkčních kokultur organoidů s fibroblasty ukazuje, že různé populace fibroblastů mohou při přímém kontaktu s epitelem získat kontraktilní vlastnosti, což podporuje morfogenezi. Tato studie poskytuje komplexní pohled na heterogenitu fibroblastů mléčné žlázy, jejich funkční význam pro morfogenezi větvení a hierarchii jejich linií během vývoje myší mléčné žlázy, identifikuje kontraktilitu fibroblastů jako nový stromální faktor řídící morfogenezi mamárního epitelu a přispívá k hlubšímu pochopení role mechanicky aktivních fibroblastů ve vývojových i nádorových souvislostech.

Epithelial branching morphogenesis is a process for creating organ-specific ramified epithelial shapes that are crucial for proper organ function. It is significantly influenced by interactions between epithelial cells and their stromal microenvironment. This thesis investigates the role of fibroblast contractility in mammary epithelial branching morphogenesis using co-culture systems, time-lapse imaging, single-cell RNA sequencing, spatial mapping, and in vivo lineage tracing. Our in vitro findings reveal that physical contact between fibroblasts and epithelial cells, along with fibroblast contractility, is essential for inducing mammary epithelial branching. Inhibition of ROCK or non-muscle myosin II, or fibroblast-specific knock-out of Myh9 disrupts this process. In vivo, we discovered a transient, niche-forming population of specialized contractile fibroblasts that localize around the terminal end buds (TEBs) of pubertal murine mammary glands and are recruited from the surrounding fat pad. Our exhaustive characterization using functional organoid-fibroblast co-cultures demonstrates that different fibroblast populations can acquire contractile features upon direct contact with the epithelium, promoting morphogenesis. This study provides comprehensive insights into mammary fibroblast heterogeneity, their functional relevance for branching morphogenesis, and their lineage hierarchy during mouse mammary gland development, identifying fibroblast contractility as a novel stromal factor driving mammary epithelial morphogenesis and contributing to a deeper understanding of the roles of mechanically active fibroblasts in both developmental and tumorigenic contexts.