MUCDHL est une cadhérine atypique encore peu étudiée. Les données obtenues à ce jour suggèrent que ce gène joue un rôle suppresseur de tumeurs dans l’intestin, notamment par son interaction et son effet inhibiteur sur la β-caténine, et que son expression est fréquemment diminuée dans les cancers colorectaux (CCR). Parallèlement à cette fonction anti-oncogénique, d’autres travaux ont suggéré que MUCDHL est impliquée dans la structuration de la bordure en brosse (BB) intestinale, en contribuant à la formation d’un complexe d’interaction inter-microvillositaire. Notre objectif était de déterminer la fonction et le mode d’action de MUCDHL dans le système digestif. Par la caractérisation détaillée de l’interaction avec la β-caténine, nous avons montré que le mode d’action anti-oncogénique de MUCDHL est plus complexe qu’une simple séquestration membranaire de la β-caténine. De plus, nous avons confirmé le rôle suppresseur de tumeurs de MUCDHL sur une cohorte importante de CCR humains et montré pour la première fois que sa perte amplifie la tumorigenèse intestinale dans un model murin. Par ailleurs, l’étude phénotypique des souris Mucdhl-/- a démontré son importance dans l’homéostasie du système digestif. En effet, l’absence de MUCDHL cause des altérations morphologiques de la BB intestinale, mais également de nombreuses perturbations métaboliques. Ces travaux apportent donc des informations inédites sur la fonction et le mode d’action de MUCDHL dans le système digestif. / MUCDHL is an atypical cadherin that has been poorly studied. The data obtained so far suggest that this gene has tumor suppressive activity in the intestine, namely by its interaction and inhibitory effect on β-catenin, and that its expression is frequently decreased in colorectal cancers (CCR). In parallel to this anti-oncogenic function, other studies have suggested that MUCDHL is involved in the assembly of the intestinal brush border (BB), by contributing to the formation of an inter-microvilli interaction complex. Our objective was to determine the function and mode of action of MUCDHL in the digestive system, Through a detailed characterization of the interaction with β-catenin, we showed that the anti-oncogenic mode of action of MUCDHL is more complex than a simple membrane sequestration of β-catenin. In addition, we confirmed the tumor suppressive function of MUCDHL on a very large cohort of human CCR and showed for the first time that its loss amplifies intestinal tumorigenesis in a murine model. Moreover, the study of the phenotype of Mucdhl-/- mice allowed us to demonstrate the importance of MUCDHL in the homeostasis of the digestive system. Indeed, the absence of MUCDHL causes morphological alterations of the intestinal BB, but also numerous metabolic disturbances. Thus, this work provides new information on the function and mode of action of MUCDHL in the digestive system.

Par sa fréquence et sa gravité, le cancer colorectal (CCR) demeure un problème de santé publique. Notre objectif global est de mieux comprendre les mécanismes impliqués dans l'homéostasie intestinale au travers de Mucdhl, une cadhérine atypique méconnue mais qui semble jouer un rôle très particulier dans l'épithélium intestinal et être impliquée dans les CCR. De manière intéressante, son expression semble fréquemment perdue dans les CCR, tandis que son maintien dans les cellules cancéreuses coliques diminue leur potentiel tumoral.Pour mieux appréhender le mode d'action de Mucdhl, une caractérisation fonctionnelle de son interaction avec β-caténine oncogénique a été réalisée et de nouveaux partenaires ont été identifiés dans les cellules intestinales. Afin de comprendre le rôle de Mucdhl dans la physiologie intestinale, encore inconnu à ce jour, un modèle murin déficient pour Mucdhl a été étudié. L'analyse des conséquences de la perte d'expression de Mucdhl indique qu'il est impliqué dans la structure et le fonctionnement de l'intestin chez la souris, mais également au niveau de processus métaboliques. De plus, cette perte d'expression de Mucdhl augmente la sensibilité des souris au développement de certaines tumeurs intestinales. Ces travaux ont donc permis de générer des informations inédites sur les fonctions physiopathologiques de Mucdhl, une cadhérine atypique encore mal connue, mais potentiellement impliquée dans les CCR. / Because of its frequency and severity, Colorectal Cancer (CRC) remains an important public health issue. Our objective is to understand mechanisms contributing to intestinal homeostasis through Mucdhl, a poorly characterized atypical cadherin that may play a unusual role in the intestinal , epithelium and be implicated in CRC. lnterestingly, its expression seems to be frequently reduced in CRC, while its retention in colon cancer cells decreases their tumorigenic potential.To better apprehend the mode of action of Mucdhl, a functional characterization of its interaction with oncogen,iç β-catenin was performed and new partners have been identified in intestinal cells.To understand the role of Mucdhl in intestinal physiology, mice genetically-invalidated at the Mucdhl locus were studied. Analysis of the consequences of Mucdhl loss of expression indicates that it is involved in the morphology and function of the mouse intestine, but also in metabolic processes. Moreover, Mucdhl loss of expression increases the sensibility of mice to the development of certain intestinal tumors. Thus, we generated new information on the physiopathological functions of Mucdhl, an intriguing atypical cadherin potentially involved in CRC.

Nous avons étudié la croissance de contacts cellulaires asymétriques: les jonctions adhérentes et les contacts focaux. Nous avons montré par des expériences d'imageries, de micromanipulation, et d'altération des assemblages cellulaires, que la brisure de symétrie des jonctions adhérentes entre des cellules apparemment identiques s'explique par des rôles différents du cytosquelette d'actine des deux cellules formant le contact. Une cellule «donneuse» polymérise de l'actine, ce qui amène les membranes cellulaires en contact. La cellule «receveuse» assemble des faisceaux contractiles d'acto-myosine qui exercent localement des forces sur les jonctions et régulent leur longueur. Des courbes de croissance de ces jonctions adhérentes ont par ailleurs été mesurées pour des cellules soumises à des augmentations contrôlées de force contractile par incubation dans le nocodazole. L'ajustement des courbes de croissance expérimentales par des lois théoriques a permis de déterminer les forces contractiles mises en jeu par la cellule «receveuse». Le tracé du diagramme force-extension des jonctions adhérentes a pu donc être réalisé pour la première fois et par une méthode non-invasive. Les approches biologiques pour l'identification des assemblages en jeu et physiques pour l'ajustement des lois de croissance ont l'une et l'autre montré que les contacts entre cellules se renforcent localement à la manière des contacts focaux. Nous avons enfin observé la dynamique interne des contacts focaux en croissance par TIRFM pour différentes protéines participant au contact (fibronectine, intégrine, vinculine, actine) afin de proposer un mécanisme de mécanosension.

Nous avons étudié l'agrégation de protéines adhésives (les cadhérines) lors de la formation de contacts intercellulaires. Les cadhérines sont liées au cytosquelette d'actine par un complexe protéique. Nous avons déterminé des rôles respectifs pour la membrane et pour l'actine dans la formation des jonctions adhérentes: les lois de nucléation et croissance d'agrégats de cadhérines fluorescentes entre cellules ont été acquises et confrontées à des modèles faisant intervenir les propriétés de membrane et la polymérisation d'actine. On a pu ainsi montré le rôle structurant de l'actine qui impose la forme des contacts. Nous avons aussi mis au point un montage dans lequel une cellule adhère sur une surface recouverte de cadhérines. L'apparition de motifs cadhérines allongés a été observée par microscopie à ondes évanescentes. Nous avons montré, comme l'avaient prédit les physiciens, que ces agrégats se forment à la suite d'une augmentation de la tension membranaire.

L'endothélium vasculaire est la première couche de cellules en contact avec le flux sanguin. Au cours de processus pathologiques, les cellules endothéliales subissent des remaniements notoires dus à la présence de nombreux facteurs. Dans ce cas, l'intégrité de l'endothélium, assurée principalement par les jonctions adhérentes endothéliales dont la V(ascular)E(ndothelial)-cadhérine est la protéine clé, est perturbée. La phospho-VE-cadhérine est une caractéristique des cellules endothéliales activées in vitro. Notre laboratoire a montré l'existence d'une forme phosphorylée de VE-cadhérine in vivo au cours de l'angiogenèse physiologique. Des tyrosines importantes ont été identifiées : la tyrosine 685, qui est la cible directe de la tyrosine kinase Src en réponse au VEGF ainsi que les tyrosines 658 et 731. De plus, la VE-cadhérine peut être sensible à la protéolyse. Dans ce travail, la phosphorylation de la VE-cadhérine a été étudiée dans un contexte pathologique d'inflammation et de cancer à l'aide de deux modèles murins de tumeurs hépatiques ou cérébrales. J'ai démontré l'existence in vivo d'une forme phosphorylée de VE-cadhérine sur le site Y658. L'analyse d'une tyrosine kinase particulière, Syk, par si RNA ainsi que par des expériences de phosphorylation in vitro suggèrent fortement l'implication de SYK dans cette phosphorylation. En parallèle, dans le cadre d'une étude sur plusieurs pathologies, nous avons mis en évidence la présence d'une forme circulante de VE-cadhérine. La VE-cadhérine, tant par sa phosphorylation que par sa présence dans les fluides biologiques, pourrait être une signature de l'endothélium activé (phosphorylation) et/ou agressé (protéolyse).

Les transitions de cadhérines sont souvent impliquées dans des phénomènes de ségrégation cellulaire mettant en jeu un phénomène de Transition Epithélium-Mésenchyme (TEM). Cependant, lors de la formation du système nerveux central, la transition E-/N-cadhérine n'entraîne pas de TEM et, contrairement au modèle en vigueur, nos résultats montrent que celle-ci n'est absolument pas un prérequis nécessaire aux mouvements morphogénétiques de la neurulation. Le point important lors de la formation du système nerveux central semble surtout être le contrôle de la cinétique de cette transition E-/N-Cadhérine. Le système nerveux central d'oiseau se forme au cours du développement selon des modes bien distincts : dans la région antérieure de l'embryon, la neurulation primaire ; dans la région postérieure, la neurulation dite secondaire conduit à un tube nerveux généré par accrétion cellulaire dont la lumière centrale est créée par cavitation. Dans la région thoracique, le tube neural se forme selon un mode totalement original ayant certaines caractéristiques des deux modes classiques, c'est la neurulation intermédiaire. Les précurseurs neuraux du tube neural intermédiaire et secondaire effectuent une TEM puis migrent postérieurement de manière coordonnée et dirigée grâce au dépôt polarisé de fibronectine induit par la protéine de la polarité planaire, Prickle, puis se ré-épithélialisent. Les Cellules de la Crête Neurale (CCN) constituent un tissu à part du tube neural. Nous montrons que ces cellules se distinguent du reste du neuroépithélium par un répertoire d'expression de cadhérines spécifiques

Les cadhérines sont des récepteurs d'adhésion intercellulaires permettant d'établir un lien entre la cellule adjacente et le cytosquelette. Pendant la formation des contacts, l'association des cadhérines avec l'actine via le recrutement des caténines alpha et bêta a été largement étudié. Pourtant la contribution des microtubules (MT) commence seulement à être abordée. Mon travail de thèse s'est focalisé sur l'étude de la relation entre la N-cadhérine (Ncad) et les MT dans deux contextes particuliers : l'adhésion et la migration cellulaires. En utilisant des substrats de Ncad recombinante, j'ai pour la première fois montré que dans un contexte d'adhésion cellulaire (lignée myogénique, souris), que (i) l'engagement de la Ncad inhibe le recrutement et la dynamique des MT à travers la régulation de l'actine et (ii) que la stabilisation des MT mène à une accumulation de la Ncad aux contacts. Dans ce contexte la Ncad et les MT établiraient donc une boucle de rétrocontrôle négatif. Ensuite j'ai démontré que pendant la migration cellulaire (modèle de neurones d'hippocampe de rat), la Ncad stimule la dynamique des MT. En conclusion, ces résultats révèlent un lien fonctionnel Ncad/MT dépendant de l'actine, dont la nature est différente selon le contexte cellulaire. Mon travail met à jour un nouveau mécanisme moléculaire impliqué dans la formation des contacts et la migration cellulaires. J'ai également participé à l'étude du rôle de la Ncad au cours de la survie, travail publié dans PlOS ONE. Nous avons montré que la Ncad promeut la survie neuronale par stimulation de la voie de signalisation activant les kinases Mek1/2, menant à la dégradation de la protéine pro-apoptotique Bim

La fonction de barrière de l'endothélium vasculaire est affectée par des modifications de la cadhérine des cellules endothéliales (VE-cadhérine) telles que la phosphorylation sur tyrosine dans son domaine cytoplasmique et le clivage de son domaine extracellulaire (sVE). Ce travail s'est articulé en deux parties : 1- Etude de ces modifications dans le contexte de la polyarthrite rhumatoïde (PR), et les mécanismes sous-tendus. Ce travail a permis de montrer que la VE-cadhérine est une cible du TNFα, une cytokine essentielle dans la PR, qui induit de la libération de sVE de façon dépendante de l'activité kinase de Src, suggérant l'implication d'un mécanisme de phosphorylation sur tyrosine dans ce processus. De plus, la VE-cadhérine est aussi la cible des protéases de la matrice extracellulaire telles que MMP-2. L'application de ces données fondamentales à la clinique a permis de montrer que sVE était retrouvée dans le sang de patients PR (n=63) et que son taux était corrélé à l'activité de la maladie. Ainsi, le dosage de sVE est d'intérêt dans la prise en charge des patients. 2-Etude de la phosphorylation de la VE-cadhérine dans un contexte d'angiogenèse hormono-régulée au cours du cycle ovarien chez la souris. Les résultats ont montré que le site Y685 de la VE-cadhérine est phosphorylé dans l'ovaire et l'utérus de souris de façon régulée pendant le cycle, ce qui permet de proposer ce modèle physiologique pour étudier la phosphorylation de la VE-cadhérine in vivo. L'analyse de souris knock-in Y685F de la VE-cadhérine (VE-Y685F) a montré que l'absence du site confère une perméabilité accrue dans l'ovaire et l'utérus mais aussi dans les petits capillaires de la peau. De plus, dans deux modèles d'induction d'arthrite, les souris VE-Y685F ont présenté un taux de sVE plus élevé que les contrôles. Au total, sVE et la phosphorylation de la VE-cadhérine ont un vaste champ d'application dans le traitement de la PR ainsi que pour le développement de nouvelles thérapies pouvant s'étendre à d'autres pathologies vasculaires.

Les cellules tumorales, comme les leucocytes, franchissent l'endothélium vasculaire au niveau des jonctions intercellulaires à l'endroit même où s'exprime la VE-cadhérine, la protéine majeure des jonctions adhérentes. Cette transmigration déstabilise transitoirement les jonctions, ce qui affecte l'intégrité de ce tissu.<br />Afin de comprendre les mécanismes sous-jacents à l'ouverture des jonctions, nous avons établi la composition protéique du complexe à base de VE-cadhérine des jonctions adhérentes matures de cellules endothéliales primaires confluentes de type HUVEC. Pour cela, nous avons couplé immunoprécipitation et analyse protéomique par spectrométrie de masse (LC-nanoESI-MS/MS). Nous avons ainsi identifié de nouveaux partenaires du complexe à base de VE-cadhérine jamais identifiés auparavant au niveau de la jonction adhérente endothéliale. Parmi ceux-ci se trouvent des protéines liant l'actine telles l'annexine 2 et la moésine.<br />Nos résultats indiquent que l'annexine 2, qui s'accumule à la membrane plasmique au niveau des radeaux de cholestérol, entre en interaction directe avec le complexe à base de VE-cadhérine. Ainsi, l'annexine 2 connecte le complexe jonctionnel à base de VE-cadhérine au cytosquelette d'actine dans les HUVEC confluentes. L'utilisation de siRNA nous a permis d'établir que l'expression de l'annexine 2 est absolument nécessaire au maintien de la VE-cadhérine à la membrane plasmique. Nos résultats suggèrent que l'annexine 2, connectée à l'actine, arrime le complexe à base de VE-cadhérine au niveau des radeaux de cholestérol. En limitant la diffusion membranaire du complexe jonctionnel, ces interactions aboutissent à une consolidation des jonctions adhérentes ce qui contribue à maintenir l'intégrité de l'endothélium vasculaire. Lorsque les HUVEC sont soumises à des molecules destabilisant les jonctions adhérentes, une délocalisation de l'annexine 2 de la membrane vers le cytosol et une perturbation de la localisation de la VE-cadhérine sont observés. Ceci suggère que le prérequis à l'ouverture des jonctions adhérentes nécessite une rupture de l'interaction existant entre le complexe à base de VE-cadhérine et l'annexine 2.<br />La moésine, quant à elle, semble interagir avec le complexe à base de VE-cadhérine dans les jonctions immatures formées entre cellules sub-confluentes. La moésine serait donc impliquée dans l'établissement des contacts intercellulaires précoces plutôt que dans la maturation des jonctions endothéliales.

La migration cellulaire collective (MCC) est un processus fondamental qui intervient au cours du développement, de la réparation tissulaire, de l'invasion tumorale et de la formation de métastases. Les cellules qui migrent collectivement possèdent deux types d'interaction avec leur environnement : i) l'un avec leur substrat et ii) l'autre avec les cellules voisines en migration. Deux grandes familles de protéines permettent ces interactions ainsi que la génération de forces mécaniques: i) la famille des intégrines (les récepteurs de la matrice extracellulaire) et ii) la famille des cadhérines (formant les jonctions intercellulaires). Les cadhérines classiques sont impliquées dans la formation des jonctions intercellulaires et sont les principaux acteurs de la MCC au cours du développement normal et tumoral. La transmission de force entre les cellules en migration est nécessaire à leur cohésion et à la communication des cellules entre elles. Des études récentes montrent que les cadhérines sont nécessaires à la transmission des forces au substrat. Néanmoins, les processus par lesquels les cadhérines agissent sur ses forces dans le contexte d'une MCC restent inexplorés. Nous avons identifié l'expression de la P-cadhérine comme étant associée à l'agressivité du rhabdomyosarcome de type alvéolaire (ARMS), sous type ayant le plus mauvais pronostic car très invasif. Nos données, ainsi que de récentes études qui démontrent que la P-cadhérine est impliquée dans l'agressivité des tumeurs du sein, nous ont conduits à étudier le rôle de cette cadhérine dans la migration cellulaire, processus majeur dans le développement tumoral. Nous nous sommes intéressés à l'impact de l'expression de la P-cadhérine sur la migration des myoblastes murins normaux C2C12. Pour ce faire nous utilisons un test de migration in vitro en 2D proche du test de blessure qui consiste à retirer une barrière physique induisant la migration des cellules vers l'espace libre ainsi créé. Nous avons pu monter que l'expression de la P-cadhérine dans les myoblastes C2C12 augmente les paramètres caractéristiques d'une MCC in vitro : la vitesse, la polarité, la persistance et la directionalité de la migration des cellules du front et au sein du feuillet. De plus, à l'aide de techniques microscopiques de mesure des forces nous avons montré une augmentation des forces intercellulaires allant du front vers le feuillet cellulaire au cours de la migration des cellules exprimant la P-cadhérine. Cela suggère une augmentation de la cohésion cellulaire. L'ensemble de ces résultats démontrent clairement que l'expression de la P-cadhérine induit une MCC. Nous avons aussi mesuré et cartographié les forces de traction au substrat connues pour être le moteur de la migration cellulaire. Nos données indiquent que l'expression de la P-cadhérine augmente l'anisotropie de ces forces de traction ainsi que leur intensité, et ce, uniquement au front de migration. L'expression de la P-cadhérine remodèle et stimule la dynamique des plaques focales d'adhérence à cet endroit.Afin de mieux comprendre comment la P-cadhérine modifie la dynamique des adhésions focales et augmente les forces de traction, nous avons étudié l'activité spatiotemporelle des petites protéines G de la famille Rho. Nous montrons que l'expression de la P-cadhérine active Rac1 et Cdc42 au front de migration, entrainant ainsi le remodelage et l'organisation des plaques focales d'adhérence à cet endroit. L'inhibition de Rac1 et Cdc42 bloque la MCC induite par la P-cadhérine. Pour conclure, en combinant la mesure des paramètres de migration cellulaire avec la mesure des forces mécaniques intercellulaires et au substrat, nous avons démontré que la P-cadhérine induit un comportement collectif des cellules et ce dépendamment de l'activité de Rac1 et de Cdc42. De plus nous mettons en avant l'existence de propriétés mécano-transductrices de cette cadhérine au cours de la MCC. / Collective cell migration (CCM), the coordinated movement of multiple cells that are connected by cell-cell adhesion, is a fundamental process in development, tissue repair and tumor invasion and metastasis. Cells part of a moving collective have two different types of interactions, i) one with the substratum, and ii) one with surrounding moving cells. Two protein families allow these interactions and also the generation of mechanical forces: i) typically integrins on the underlying extracellular matrix (ECM) and ii) cadherins at intercellular adhesion sites. Classical cadherins are involved in cell-cell adhesion and are major drivers of collective cell migration in embryonic development and tumorigenesis.Mechanical coupling between migratory cells may result in the production of force-dependent signals by which the cells influence each other. Moreover, whereas recent data showed that cadherin-dependent cell-cell adhesions are important for the force transmission to the ECM, how intercellular adhesion impacts on cell-ECM forces in the context of collective cell migration is totally unexplored. We identified P-cadherin expression to be associated with alveolar rhabdomyosarcoma (ARMS) aggressiveness, tumors with a bad prognosis due to the propensity for early and wide dissemination. Our data and recent findings showing that P-cadherin is associated with breast tumor invasiveness and aggressiveness, led us to investigate the role of P-cadherin in cell migration. We analyzed cell migration of normal mouse C2C12 myoblasts that express P-cadherin using a “wound-healing like assay” in which migration is analyzed after removal of a physical barrier. We observed that P-cadherin expression in C2C12 myoblasts increased the speed, polarity, persistence and directionality of migration toward the free space of both cells at the border and cells into the sheet. Using monolayer stress microscopy we showed that P-cadherin increases inter-cellular stresses and force transmission across the cell sheet. According to those observations we concluded that P-cadherin induces CCM.Traction forces exerted by the cells on the substrate are important for cell migration. Using traction force microscopy, we demonstrated that P-cadherin expression increases the traction forces anisotropy specifically at the multicellular leading row. To better understand how these mechanical signals induce CCM, we studied both the organization of the focal adhesions and the spatio-temporal activity of Rho GTPase. We showed that P-cadherin expression activates Rac1 and Cdc42 which induces extensive focal adhesions remodeling at the leading edge of cells at the leading row. Rac1 and Cdc42 inhibition impaired P-cadherin-induced CCM, focal adhesion remodeling and forces generation. In conclusion, combining a detailed measurement of the parameters of cell migration with physical measure of the intercellular stresses and traction forces, we have shown that P-cadherin promotes collective behavior of cells during migration through Rac1 and Cd42 activity. Also, those results provide evidence for mechano-transmission properties of P-cadherin during collective cell migration.