Impacts des forces mécaniques sur le nano-partitionnement des lipides membranaires : rôle dans les fonctions du récepteur à l'interféron gamma

Impact of mechanical forces on membrane lipid nano-partitionning: role on interferon gamma receptor functions

• Auteur / Autrice : Nerea MARTOS GUILLAMí
• Direction : Christophe Lamaze
• 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 : Cnrs UMR 3666/ Inserm U 1143 - Chimie biologique des membranes et ciblage thérapeutique
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut Curie - PSL

Mots clés

Mots clés libres

Récepteur transmembranaire

Mécanobiologie

Membrane plasmique

Jak/stat

Mechanobiology

Transmembrane receptor

Jak/stat

Plasma membrane

Résumé

Les cellules perçoivent leur environnement par l'intermédiaire de leur membrane plasmique. Parmi les signaux extracellulaires qu'elle intègre, les forces mécaniques semblent particulièrement impliquées dans le développement des tissus mais aussi dans la progression des tumeurs. Les interférons (IFNs) sont des cytokines pléiotropes qui jouent un rôle clé dans l'immunité innée et adaptative, dans la défense de l'hôte contre les infections intracellulaires et dans le contrôle des tumeurs. La liaison de l'IFN à son récepteur déclenche l'activation de la voie de signalisation JAK/STAT dont le dérèglement a été impliqué dans la pathogenèse des maladies auto-immunes et inflammatoires, et du cancer. Notre projet de recherche multidisciplinaire vise à étudier les effets peu explorés des forces mécaniques sur le nanopartitionnement à la membrane plasmique (MP) du récepteur gamma de l'IFN (IFN-γR). Il est basé sur les découvertes et les développements récents de notre laboratoire avec la démonstration du rôle fondamental du partitionnement dynamique de l'IFN-γR dans des nanodomaines lipidiques spécifiques de la MP dans l'activation de la voie de signalisation JAK/STAT (Cell 2016), l'utilisation extensive de différents dispositifs micromécaniques personnalisés pour appliquer des contraintes mécaniques sur les cellules dans des environnements 2D (Nat Commun 2019) et 3D (PNAS 2016) afin de mimer l'environnement mécanique des tumeurs solides. Dans ce projet, nous testerons l'hypothèse originale selon laquelle le nanopartitionnement des lipides PM et les voies de signalisation associées sont altérées ou modulées par les forces mécaniques que les cellules cancéreuses subissent dans les tumeurs solides telles que les cancers du sein. Par conséquent, le candidat appliquera différentes stimulations mécaniques que nous avons conçues pour imiter le micro-environnement mécanique des tumeurs solides sur plusieurs lignées cellulaires tumorales immortalisées à partir de cancers du sein triple négatifs (TNBC) : Hs-578T, MDA-MB-231 et MDA-MB-436 présentant une agressivité croissante. En utilisant la biochimie et des techniques de microscopie avancées (avec des microscopes confocaux, spinning-disk et à super-résolution), nous suivront la localisation et la dynamique de l'IFN-γR au niveau de la MP, la nanoclusterisation des lipides à l'aide de sondes (GRAM et D4 pour le cholestérol libre, OlyA pour le complexe sphingomyéline/cholestérol). Nous évaluerons également l'activation de la signalisation JAK/STAT sous stimulation IFN-γ, et si elle modifie l'évolution des marqueurs de la TEM et de la survie (E-/N-cadhérine, Vimentine, et PD-L1) dans le microenvironnement contraint. Pour étudier l'adaptation métabolique de la MP au stress mécanique chronique, nous ferons l'analyse lipidomique pour suivre les changements des lipides pendant l'acquisition des propriétés invasives. Notre objectif est d'identifier des candidats qui seront validés et testés en tant que biomarqueurs pour le pronostic du cancer du sein dans des biopsies de patients TNBC de l'hôpital de l'Institut Curie.

Cells feel their surrounding environment through the plasma membrane. Among the extracellular signals it integrates, mechanical forces appear to be particularly involved in tissue development but also in tumor progression. Interferons (IFNs) are pleiotropic cytokines that play key roles in innate and adaptive immunity for host defense against intracellular infections and tumor control. IFN binding to the IFN receptors trigger the downstream activation of the JAK/STAT signaling pathway whose dysregulation has been involved in the pathogenesis of autoimmune and inflammatory diseases, and cancer. Our multidisciplinary research project aims at investigating the poorly explored effects of mechanical forces on nanopartitioning at the plasma membrane (PM) of the IFN gamma receptor (IFN-γR). It is based on recent discoveries and developments from our laboratory with the demonstration of the fundamental role of IFN-γR dynamic partitioning with specific PM lipid nanodomains in the activation of the JAK/STAT signaling pathway (Cell 2016), the extensive use of different customized micro-mechanical devices to apply mechanical constraints on cells in 2D (Nat Commun 2019) and 3D (PNAS 2016) environments to mimic the mechanical environment of solid tumors. In this project, we will test the original hypothesis that PM lipid nano-partitioning and associated signaling pathways are altered or modulated by the mechanical forces that cancer cells encounter within solid tumors such as breast cancers. Therefore, the candidate will apply different mechanical stimulations that we have designed to mimic the mechanical micro-environment of solid tumors on several tumor cell lines immortalized from triple negative breast cancers (TNBC): Hs-578T, MDA-MB-231 and MDA-MB-436 showing increasing aggressiveness. Using biochemistry and advanced microscopy techniques (with confocal, spinning and super-resolution microscopes), we will monitor IFN-γR localization and dynamics at the PM, lipid nanoclustering using probes (GRAM and D4 for free cholesterol, OlyA for sphingomyelin/cholesterol complex). We will also assess the activation status of JAK/STAT signaling under IFN-γ stimulation, and whether it modifies the evolution of EMT and survival marker levels (E-/N-cadherin, Vimentin, and PD-L1) within the constrained microenvironment. To study the metabolic adaptation of the PM to chronical mechanical stress, we will perform lipidomic analysis to monitor changes in lipids during acquisition of invasive properties. We aim to find candidates that will be validated and tested as biomarkers for prognosis in TNBC in patients' biopsies from the Institut Curie hospital.