Compréhension de la biogenèse et de l'évolution des bourgeons tumoraux dans le cancer colorectal.

Understanding biogenesis and evolution of tumor buds in colorectal cancer

• Auteur / Autrice : Ambre Lapierre
• Direction : Danijela Matic vignjevic
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences du Vivant
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2024
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences du Vivant
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biologie Cellulaire et Cancer
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Migration et invasion cellulaire
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut Curie - PSL

Mots clés

Mots clés libres

Invasion

Bourgeons tumoraux

Cancer colorectal

Tumor budding

Invasion

Colorectal cancer

Résumé

La propagation tumorale représente le critère déterminant de la survie des patients atteints de cancer. Dans le cancer colorectal, de petits amas de cellules tumorales envahissent localement le tissu stromal environnant, phénomène appelé 'bourgeonnement tumoral'. Les patients présentant un bourgeonnement tumoral élevé montrent, en moyenne, une survie cinq fois plus faible par rapport aux patients présentant un faible bourgeonnement. Malgré son importance, peu de choses sont connues sur ce mécanisme de bourgeonnement. Sur la base de nos données préliminaires, nous émettons l'hypothèse que les fibroblastes associés au cancer (FAC) stromaux jouent un rôle clé dans le bourgeonnement tumoral. Les FAC entourent la tumeur et exercent des forces contractiles capables de comprimer la tumeur et de générer des bourgeons. Cela suggère que la mécanique tissulaire est un régulateur principal de ce processus. Notamment, le bourgeonnement tumoral est associé à l'invasion des couches du muscle lisse du colon par les cellules cancéreuses colorectales. Ainsi nous nous demandons comment les CAF sont impliqués dans la formation des bourgeons tumoraux ? Comment, par la suite, ceux-ci envahissent les tissus environnants et franchissent la couche épaisse de muscle lisse du côlon pour se disséminer dans le péritoine ? Dans ce projet, nous proposons une approche multidisciplinaire telle que l'analyse histopathologique, un modèle 3D in vitro, un explant tissulaire ex vivo et des modèles murins pour comprendre les mécanismes de formation des bourgeons tumoraux et à élucider leur potentiel invasif à travers les couches de muscle lisse du côlon. Les objectifs spécifiques sont : Objectif 1 : Déterminer le mécanisme du bourgeonnement induit par les FAC in vitro et in vivo En utilisant un système de modèle in vitro de coculture en 3D, nous analyserons si les bourgeons de cellules cancéreuses générés par les FAC sont plus invasifs. Nous étudierons notamment le phénotype associé aux FAC qui génèrent ces bourgeons. Nous étudierons ensuite le mécanisme moléculaire qui régule l'organisation supra-cellulaire des FAC lors du bourgeonnement, en tenant compte des adhésions cellulaires directes ainsi que des connexions indirectes médiées par la matrice extracellulaire (ECM). Ensuite, nous étudierons le processus de bourgeonnement in vivo en utilisant des modèles de souris transgéniques, et nous évaluerons si le bourgeonnement impacte la progression tumorale. Enfin, en utilisant des échantillons de patients, nous étudierons comment l'expression de marqueurs spécifiques dans les bourgeons tumoraux et les FAC environnants impacte le pronostic des patients. Objectif 2 : Elucider le potentiel invasif des bourgeons tumoraux à travers les couches de muscle lisse Nous développerons une nouvelle méthode de culture d'explants de tissue du muscle lisse du colon en collaboration avec Conor McCann. En utilisant cette technique novatrice, nous analyserons l'interaction des cellules cancéreuses du cancer colorectal avec les muscles lisses du colon. En particulier, nous évaluerons le processus d'invasion des couches du muscle lisse du colon et déterminerons si les cellules cancéreuses envahissent sous forme de bourgeons de cellules ou de cellules individuelles, et si ce processus est favorisé par la présence de FAC. Enfin, en collaboration avec l'hôpital Curie, nous analyserons des échantillons de tumeurs colorectales humaines présentant une invasion des muscles lisses, en caractérisant les modes d'invasion des cellules cancéreuses et en évaluant les profils d'expression des cellules cancéreuses invasives et des cellules du muscle lisse. Dans l'ensemble, ce projet vise à éclaircir les mécanismes par lesquels les FAC favorisent la formation de bourgeons tumoraux, in vitro et in vivo. Notamment, nous espérons éclaircir la manière dont les bourgeons tumoraux envahissent les couches de muscle lisse du côlon.

Tumor spreading represents the hallmark that determines a cancer patient's survival. In colorectal cancer, small clusters of tumor cells locally invade the surrounding stromal tissue, a phenomenon termed “tumor budding”. Patients with high tumor budding show, on average, 5 times lower survival compared to patients with low budding. Despite its importance, little is known about this budding mechanism. Based on our preliminary data, we hypothesize that stromal Cancer-Associated Fibroblasts (CAFs), play a key role in tumor budding. CAFs surround the tumor and exert contractile forces able to compress the tumor and to generate buds. This suggests that tissue mechanics is a master regulator of this process. Notably, tumor budding is associated with the invasion of the smooth muscle layers of the colon by colorectal cancer cells. Thus, we ask how CAFs are involved in the formation of tumor buds and how these buds subsequently invade the surrounding tissues and penetrate the thick smooth muscle layer of the colon to disseminate into the peritoneum. In this project, we propose a multidisciplinary approach including histopathological analysis, a 3D in vitro model, an ex vivo tissue explant, and mouse models to understand the mechanisms of tumor budding and elucidate their invasive potential through the smooth muscle layers of the colon. Specific aims are: Aim 1: Determine the mechanism of CAFs-induced budding in vitro and in vivo Using an in vitro 3D co-culture model system, we will analyze whether cancer cell buds generated by CAFs are more invasive. We will specifically investigate the phenotype associated with CAFs that generate these buds. We will then investigate the molecular mechanism that drives CAF supracellular organization during budding, considering direct cell-cell adhesions as well as indirect connections mediated by extracellular matrix (ECM). We will expand our findings to physiological conditions. Then, we will investigate the budding process in vivo using transgenic mouse models, and we will assess if budding impacts tumor progression. Finally, using patient-derived samples, we will investigate how the expression of specific markers in tumor buds and surrounding CAFs impacts patient prognosis. Objective 2: Elucidate the invasive potential of tumor buds through colonic smooth muscle layers We will develop a new method for culturing colon smooth muscle tissue explants in collaboration with Conor McCann. Using this innovative technique, we will analyze the interaction of colorectal cancer cells with the smooth muscles of the colon. We will assess the invasion process of the colon smooth muscle layers and determine whether cancer cells invade as buds or individual cells, and whether this process is facilitated by the presence of CAFs. Finally, in collaboration with Curie Hospital, we will analyze human colorectal tumor samples with smooth muscle invasion, characterizing cancer cell invasion modes and assessing expression profiles of invasive cancer cells and smooth muscle cells. Overall, this project aims to clarify the mechanisms by which CAFs promote tumor budding in vitro and in vivo. Notably, we hope to elucidate how tumor buds invade the smooth muscle layers of the colon.