Les carcinomes évoluent dans un microenvironnement inflammatoire composé de cellules stromales (fibroblastes, cellules endothéliales et immunitaires) immergées dans une matrice extracellulaire (MEC). Les fibroblastes associés aux carcinomes (FACs) déposent et remodèlent la MEC dans le but de la rendre permissive à la croissance et l’invasion tumorale. Parmi les facteurs pro-inflammatoires responsables de l’activation des fibroblastes résidents, la cytokine Leukemia Inhibitory Factor (LIF) détient un rôle capital. En régulant l’activité de la chaîne légère de la myosine II (MLC-II), LIF induit la contractilité du cytosquelette d’actomyosine, générant des forces de tension et le remodelage de la MEC par les FACs. En revanche, les gènes régulés par LIF impliqués dans le phénotype pro-invasif des FACs ne sont pas connus. A l’aide d’un criblage phénotypique en trois dimensions, nous avons identifiés ICAM-1 comme régulateur majeur du remodelage de la MEC par les FACs. Nous démontrons qu’ICAM-1 est nécessaire et suffisant pour induire la réorganisation de la MEC indispensable à l’invasion collective des cellules de carcinome squameux. En effet, ICAM-1 est un régulateur de la contractilité cellulaire dépendante de la voie de signalisation RhoA-ROCK et de la kinase Src. De plus, la contractilité cellulaire régule l’expression d’ICAM-1, menant ainsi à une boucle de régulation positive. Nous proposons alors qu’ICAM-1 représente une cible thérapeutique afin de lutter contre l’invasion tumorale et la dissémination métastatique. / Acto-myosin contractility in carcinoma-associated fibroblasts leads to the assembly of the tumor extracellular matrix. The pro-inflammatory cytokine LIF governs fibroblast activation in cancer by regulating the myosin light chain 2 activity. So far, however, how LIF mediates cytoskeleton contractility remains unknown. Using phenotypic screening assays based on knock down of LIF-dependent genes in fibroblasts, we identified ICAM1 as a crucial regulator of stroma fibroblast proinvasive matrix remodeling. We demonstrate that ICAM1 is necessary and sufficient to promote inflammation-dependent extracellular matrix organization, which leads to cancer cell invasion. Indeed, ICAM1 mediates generation of acto-myosin contractility downstream of the Src kinases in stromal fibroblasts. Moreover, acto-myosin contractility regulates ICAM1 expression, establishing a positive feedback signaling. Thus, targeting stromal ICAM1 might constitute a possible therapeutic mean to counteract tumor cell invasion and dissemination.

La membrane basale (BM) constitue une barrière physiologique entre les tissus et leur microenvironnement. Dans le cas des cancers épithéliaux, au stade de carcinome invasif, la membrane basale est compromise et les cellules cancéreuses envahissent le stroma. Dans cette thèse de doctorat, j’ai proposé d’étudier l’invasion de la membrane basale par les cellules cancéreuses et comment une population de cellules stromales, les fibroblastes, affectent cette invasion. Dans le cadre de cette étude, nous avons utilisé le modèle du cancer colorectal. En collaboration avec l’hôpital Curie, nous avons isolé des fibroblastes à partir de tumeurs de patients opérés. On a nommé les fibroblastes isolés de la partie tumorale « CAF » et ceux venant de la partie du tissu normal, à proximité de la tumeur, « NAF ». Comme modèle de BM nous avons utilisé le mésentère de souris. Afin étudier l’invasion des cellules cancéreuses à travers le mésentère et l’effet des fibroblastes, nous avons mis en place une construction en 3D in vitro. Nous avons montré que les CAFs, et rarement les NAFs, induisent l’invasion des cellules cancéreuse et que cet effet est prononcé quand les CAFs sont physiquement présents sur la membrane. En faisant une étude protéomique comparative entre CAFs et NAFs, on a montré que les CAF expriment plus de protéines composantes de la membrane basale, des protéines impliqués dans le remodelage de la matrice extracellulaire, et des protéines impliquées dans la contraction des cellules. Nous avons ensuite voulu comprendre par quel mécanisme les CAFs induisent l’invasion. Nous avons montré qu’en présence des CAFs, l’invasion ce fait de façon indépendante des métaloprotéinases mais que l’effet contractif des CAFs est nécessaire. En conclusion, l’ensemble de ces résultats mets en évidence l’effet promoteur des CAFs sur l’invasion des cellules cancéreuses et souligne l’importance de leur contractilité dans ce mécanisme. / Basement membrane represents a physiological barrier between epithelial tissues and their microenvironment. In invasive carcinomas, the membrane is breached and cancer cells disseminate in the stroma. In this PhD thesis, I investigated how cancer cells breach the BM and whether a stromal cell population, fibroblasts, assist them in that process. I used colorectal cancer as a model. In collaboration with the Institut Curie Hospital, we isolated human primary fibroblasts from human colorectal cancers, called CAFs and the adjacent normal tissue, NAFs. To study BM invasion, I developed a 3D in vitro assay based on the mouse mesentery. We showed that CAFs, and rarely NAFs, induce cancer cell invasion. This pro-invasive effect is mainly mediated when CAFs are physically present on the membrane, rather than through paracrine ways. To understand how CAFs facilitate invasion, we performed a proteomic comparison between cancer cell-stimulated CAFs and NAFs. Results showed that CAFs produced more proteins-components of the ECM, matrix remodelers and they were more contractile compared to NAFs. Further, we wished to understand the mechanism by which CAFs mediate their effect. We showed that CAFs can induce invasion in a MMP independent way. However, Inhibition of contractility abolished CAFs capacity to induce invasion. Dynamic analysis of cancer cells-fibroblasts co-cultures showed that CAFs could pull on the BM fibers. To directly test this possibility, we created holes in the BM using laser ablations. While in the presence of cancer cells alone, holes remained the same size, in the presence of CAFs, holes widen over time. We further showed that this mechanism is MMP independent but depends on contractility. Altogether, these results demonstrate that CAFs stimulate cancer cell invasion through BM by acting directly on the BM, possibly by depositing ECM components and proteins that remodel ECM and by exerting physical forces on the membrane by contraction.

Le stroma inflammatoire joue un rôle primordial lors de la carcinogénèse. Dans ce contexte, nous montrons que la cytokine LIF est à l'origine d'une population de fibroblastes capable de remodeler la matrice extracellulaire de manière à la rendre permissive à l'invasion collective des cellules tumorales. En effet, nous montrons que la production de LIF par les cellules tumorales et fibroblastiques, après une stimulation au TGFβ, va réguler les capacités contractiles et pro-invasives de ces dernières via la régulation du cytosquelette d'acto-myosine et de manière indépendante de l'expression de α-SMA. En effet, l'inhibition pharmacologique des kinases JAKs permet de bloquer l'environnement fibrotique des tumeurs et d'ainsi bloquer l'invasion des cellules tumorales in vitro et in vivo. Nous montrons ensuite que LIF est à l'origine d'un switch épigénétique responsable de l'activation constitutive de la voie de signalisation JAK1/STAT3. Ce processus, régulé par la forme acétylée de STAT3, et son interaction avec l'ADN methyltransférase DNMT3b permet l'hypermethylation du promoter de la phosphatase SHP1 et donc la phosphorylation constitutive de JAK1. Une fois mis en place, ce nouveau profil de méthylation est maintenu par DNMT1. La surexpression de LIF dans les carcinomes humains corréle avec un environnement fibrotique, la présence de nodules invasifs et un mauvais pronostic clinique. De même, il existe une forte corrélation négative entre l'acétylation de STAT3 et l'expression de SHP1 dans le stroma tumoral. Nos résultats montrent qu'inhiber l'activité des DNMT et des kinases JAK permet de reprogrammer les capacités pro-invasive des fibroblastes associés aux carcinomes. / Signaling crosstalk between tumor cells and fibroblasts confers proinvasive properties to the tumor microenvironment. We identify LIF as a tumor promoter that mediates proinvasive activation of stromal fibroblasts independent of alpha-smooth muscle actin expression. We demonstrate that a pulse of transforming growth factor β (TGF-β) establishes stable proinvasive fibroblast activation by inducing LIF production in both fibroblasts and tumor cells. In fibroblasts, LIF mediates TGF-β-dependent actomyosin contractility and extracellular matrix remodeling, which results in collective carcinoma cell invasion. Indeed, pharmacological inhibition of JAK activity by counteracts fibroblast-dependent carcinoma cell invasion in vitro and in vivo. We next unveil that LIF initiates an epigenetic switch leading to the constitutive activation of JAK1/STAT3 signaling, which results in sustained pro-invasive activity of fibroblasts. The process is mediated by p300-histone acetyltransferase acetylation of STAT3, and DNA methyltransferase DNMT3b, which induce the hypermethylation of SHP1 phosphatase promoter and results in constitutive phosphorylation of JAK1. Sustained JAK1/STAT3 signaling is maintained by DNMT1. Accordingly, carcinomas display strong LIF upregulation, which correlates with dense collagen fiber organization, cancer cell collective invasion, and poor clinical outcome. Moreover, we show that STAT3 acetylation and phosphorylation are inversely correlated with SHP1 expression in tumors stroma. Combined inhibition of DNMT activities and JAK signaling results in long-term reversion of CAF-associated pro-invasive activity and restoration of the wild-type fibroblast phenotype.