Le terme invadosome regroupe à la fois les podosomes, dans les cellules normales, et les invadopodes, dans les cellules transformées par l’oncogène Src et les cellules cancéreuses. Ces structures sont capables d’interagir avec et de dégrader la matrice extracellulaire (MEC). Ils sont aussi considérés comme des méchanosenseurs car ils sont capables de sentir la rigidité et la nature de la MEC. Mon travail de thèse s’est focalisé sur l’impact du microenvironnement matriciel sur la formation et l’activité des invadosomes. Au cours d’une première étude, nous avons démontré que les cellules endothéliales microvasculaires forment de façon constitutive des podosomes. L’utilisation de matrices de rigidités contrôlées, a permis la mise en évidence d’une corrélation entre l’augmentation de la rigidité augmentait et le nombre de cellules formant des podosomes ainsi que la taille de ces structures. En plus de la rigidité, d’autres propriétés de la MEC, telles que sa composition moléculaire et son organisation pourraient influencer la formation des invadosomes. Dans une seconde et troisième étude, nous avons pu montrer que seul le collagène fibrillaire de type I était capable d’induire la formation de microdomaines d’actine linéaires qui présentent comme les invadosomes, la capacité de dégrader la MEC. Au vu de leur morphologie originale, nous avons nommés ces structures des invadosomes linéaires (LIs). De façon intéressante, nous avons pu établir que la formation et l’activité de dégradation des LIs étaient indépendantes des intégrines β1 et β3. Au contraire, nous avons démontré que les récepteurs à domaine discoïdine (DDRs) contrôlent la formation et l’activité des LIs. De plus, les voies de signalisation classiques associées aux invadosomes classiques ne sont pas impliquées dans la formation des LIs. Une analyse par spectrométrie de masse des interactants de DDR1 dans un contexte collagène de type I fibrilllaire a permis de mettre en évidence des régulateurs clés et de révéler une voie de signalisation potentiellement impliquée dans la formation des LIs.Ainsi, ce travail de thèse a permis d’identifier la rigidité de la matrice comme un inducteur majeur des podosomes mais aussi la capacité intrinsèque des cellules microvasculaires à former ces structures. De plus, nous avons identifié un nouveau type d’invadosome, les LIs, qui sont associés à un nouveau type de récepteur concernant les invadosomes, les DDRs. / Invadosome is a global term including podosome, found in normal cells, and invadopodia observed in Src-transformed and cancer cells. These structures are specialized cell-matrix contacts able to interact with and degrade the extracellular matrix (ECM). They are considered as mechanosensors as they are able to sense the strength, the nature of the extracellular matrix. My PhD work essentially focuses on the understanding of how matrix microenvironment impacts on invadosome formation and activity. In a first study, we demonstrated that microvascular cell types constitutively form podosomes. Thus, using matrices of controlled rigidity, we found that an increase of stiffness was associated with an enhancement in the number of cells forming podosomes and podosome size. In addition to the matrix rigidity, other microenvironment properties, such as the molecular composition and the organization of the matrix are expected to influence the formation of invadosome.In a second and a third part of this wok, we show that fibrillar type I collagen induce the formation of linear actin microdomains which exhibit invadosome characteristics. In view of their original architecture, we named these new structures, linear invadosomes (LIs).Interestingly, we show that the formation and degradation activity of LIs are independent of β1 and β3-integrins but required discoidin domain receptors (DDRs). Moreover, all the signalling pathways known to induce classical invadosome are not required for the LIs induction. A mass spectrometry analysis of DDR1 partners emphasized key regulators and these results highlight a new potential signalling pathway involved in LIs formation. This work allowed us identifying matrix stiffness as a major inducer of podosomes but also the intrinsic capacity of microvascular cells to form these structures. Moreover, we identify a new type of invadosome, the Linear Invadosome associated with DDRs receptors.

La polyarthrite rhumatoïde (PR) est une maladie inflammatoire auto-immune qui affecte environ 1% de la population. Il s’agit d’une maladie douloureuse et débilitante, caractérisée par la déformation des articulations touchées, un processus secondaires à la destruction du cartilage et de l’os. À ce jour, il n’existe aucun traitement ciblant le processus de dégradation du cartilage articulaire. Notre laboratoire a observé précédemment que les synoviocytes de type fibroblastique (FLS), provenant de patients atteints de PR (RA-FLS) ou isolés de rats souffrants d’arthrite induite au collagène (CIA) (A-FLS), présentent une augmentation de l’activation de Src se traduisant par une augmentation de la formation d’invadosomes et de la dégradation d’une matrice de gélatine in vitro. De plus, l’inhibition de Src chez des rats atteints de CIA permet de diminuer la dégradation du cartilage articulaire comparativement aux rats contrôles. Chez les cellules cancéreuses, des études indiquent que les protéines adaptatrices Tyrosine Kinase Substrate 4 et 5 (Tks4,Tks5) sont essentielles à la formation de l’invadosome ainsi qu’à sa maturation menant à la dégradation de la matrice extracellulaire. L’objectif de cette étude est de déterminer si l’activation de Src chez les A-FLS et les RA-FLS médie la formation d’invadosomes et la dégradation du cartilage en faisant intervenir les protéines Tks4 et Tks5. Nous avons déterminé que l’expression de Tks4 et Tks5 est augmentée chez les A-FLS et les RA-FLS comparativement aux FLS sains. De plus, l’inhibition de Tks4 ou Tks5 résulte en une diminution significative du pourcentage de cellules formant des invadosomes chez les A-FLS et les RA-FLS, ainsi que de leur capacité à dégrader une matrice de gélatine. Nous avons aussi déterminé que les protéines Tks4 et Tks5 sont phosphorylées par la protéine kinase Src, et qu’il y a formation d’un complexe entre la MT1-MMP et Tks4 et/ou Tks5. Finalement, nous avons démontré que l’inhibition de la Tks4 chez des rats CIA permettait de diminuer significativement le nombre et l’ampleur des zones de dégradations du cartilage par les cellules composant la membrane synoviale ainsi que la dégradation du collagène de type II, une composante majeure du cartilage articulaire. Tks4 et Tks5 sont donc des cibles thérapeutiques prometteuses afin d’empêcher la dégradation du cartilage dans la polyarthrite rhumatoïde et ainsi diminuer sa progression.

L’actine est impliquée dans de nombreuses fonctions cellulaires physiologiques et pathologiques. Au cours de ma thèse j'ai analysé le rôle de l'actine i) lors de l’invasion tumorale et ii) dans la formation des fenêtres des cellules endothéliales sinusoïdales hépatiques. i) Les cellules tumorales forment des structures d’actine permettant la dégradation de la matrice extracellulaire (MEC) nommés invadosomes. Mes travaux ont permis de démontrer que la RhoGTPase Cdc42 régule la formation de la structure d’actine qu’est l’invadosome, tandis que la protéine d’échafaudage Tks5 est requise pour l’activité de dégradation aboutissant à un invadosome fonctionnel. Ces deux molécules constituent la signature moléculaire minimale des invadosomes. Nous avons établi que le collagène de type I qui est surexprimé dans le microenvironnement tumoral induit la formation d’invadosomes linéaires (Lis). Nous avons identifié le récepteur à domaine discoïdine 1 (DDR1) comme spécifiquement responsable de la formation des Lis. Son interaction avec le collagène fibrillaire permet le recrutement du facteur d’échange des RhoGTPases, Tuba et l’activation de la Cdc42 conduisant à la formation d’un Li. DDR1 est impliqué dans l’invasion tumorale et sa surexpression est de mauvais pronostic dans plusieurs cancers comme le poumon ou encore le sein. Le récepteur DDR1 est également impliqué dans la cohésion cellulaire au cours de la migration collective des cellules tumorales. Nous avons démontré que dans un contexte riche en collagène de type I, DDR1 a une double localisation et donc différents rôles associés dans la migration collective. D’une part un rôle de cohésion cellulaire et d’autre part un rôle dans la dégradation de la MEC. Nous tentons de démontrer que ces différentes fonctions impliquent différentes isoformes de DDR1. Nous souhaitons par la suite déterminer les mécanismes moléculaires qui régulent l’expression, la localisation et la signalisation associées aux différentes isoformes de DDR1. ii) Dans un contexte physiologique, les capillaires sanguins du foie présentent des pores transcellulaires ou fenêtres, qui permettent les échanges bidirectionnels entre le sang et les hépatocytes pour assurer la fonction de filtration de cet organe. Au cours du processus de fibrose ces fenêtres sont perdues, réduisant les échanges. Nous avons démontré le caractère réversible de la perte des fenêtres mais aussi que l’actine n’était pas impliquée dans la formation de ces structures. Nous avons développé une méthode de visualisation en microscopie haute résolution STED de ces structures, permettant pour la première fois une analyse sur cellule vivante. Par une approche de spectrométrie de masse couplée à notre nouvelle méthode d’observation en STED, nous voulons valider la co-localisation des fenêtres avec des marqueurs potentiels identifiés. / Actin is involved in many physiological and pathological cellular functions. In my thesis I analyzed the role of actin i) during tumor invasion and ii) in the formation of fenestrae in liver sinusoidal endothelial cells. i) Tumor cells form actin-based structures, invadosomes, involved in extracellular matrix (ECM) degradation. My work has demonstrated that the RhoGTPase Cdc42 regulates the formation of invadosomes, while the Tks5 scaffold protein is required for the matrix degradation activity. These two molecules form a minimum molecular signature for invadosomes. We found that type I collagen, which is overexpressed in the tumor microenvironment, induces the formation of linear invadosomes (Lis). We have identified the discoidin receptor 1 (DDR1) to be specifically responsible for Lis formation. Its interaction with the fibrillar collagen allows the recruitment of GEF Tuba and the activation of Cdc42 RhoGTPase leading to Li formation. DDR1 is implicated in tumor invasion and its overexpression is a poor prognosis in many cancers like lung or breast. The DDR1 receptor is also involved in cell cohesion in the collective migration of tumor cells. We have demonstrated that in a context rich in type I collagen, DDR1 has a dual location and therefore possesses different roles in the collective migration of tumor cells: a role in cell cohesion and a role in ECM degradation. We are analyzing the role of the different DDR1 isoforms in this process. We wish subsequently to determine the molecular mechanisms that regulate the expression, localization and signaling associated with these different isoforms. ii) In a physiological context, the liver capillaries have transcellular pores that allow bidirectional exchanges between the blood and the hepatocytes to ensure the proper filtering function of that organ. During the fibrosis process, these pores are lost thus decreasing the exchanges. We have demonstrated that the loss of these “fenestrae” is reversible and also that actin does not play a role in their formation. We have developed a novel method to analyze these structures in living cells using high resolution STED microscopy. Now, by using mass spectrometry approach coupled to our new observation methods in STED, we want to validate the fenestrae co-localisation with potential markers identified.

La polyarthrite rhumatoïde (PR) est une maladie auto-immune qui mène à une inflammation chronique et à une destruction progressive des articulations. Les effecteurs principaux de cette pathologie sont les synoviocytes de type fibroblastique (FLS). Ces derniers utilisent les invadosomes, des structures riches en actine et en métalloprotéases, afin de dégrader la matrice extracellulaire (ECM). Ce phénotype pro-destructif résulte d’une activation des FLS par différents facteurs de croissance, dont le PDGF et le TGF-β. Les récepteurs à activité tyrosine kinase, dont le PDGFR, sont impliqués dans la pathogenèse de plusieurs maladies, incluant le cancer et la PR. Une activation de ces récepteurs peut mener, entre autres, à la survie, à la différenciation et à la prolifération des cellules. L’étude présentée dans ce mémoire montre que parmi les RTK les plus communs, le PDGFR est spécifiquement phosphorylé chez les cellules synoviales de patients atteints de PR, contrairement aux cellules de patients non arthritiques ou atteints d’arthrose. De plus, l’activation du PDGFR résulte en une augmentation de la formation d’invadosomes par les FLS. Nous avons aussi démontré que la formation d’invadosomes par le PDGFR nécessite l’activation de la voie de signalisation PI3K/Akt faisant intervenir les isoformes α et δ de la PI3K. De plus, l'inhibition de l’activation du PDGFR ou la neutralisation du PDGF endogène inhibe la formation des invadosomes et la dégradation de l'ECM par les synoviocytes, ce qui suggère la présence d'une boucle d'activation autocrine impliquant le PDGF. Parmi les isoformes du PDGF, nous avons démontré que le PDGF-B est exprimé de façon significativement plus élevée dans les synoviocytes provenant de patients atteints de PR. Nos données indiquent également une association entre le PDGF et le TGF-β dans la formation des invadosomes. Cette dernière implique la production autocrine de ligands du PDGFR induite par le TGFβ via la signalisation TβR1/Smad et PI3K/Akt. L’inhibition des isoformes de PI3K de classe I indique que le PI3Kα est impliquée de façon sélective dans l'expression de PDGF-B. Ces résultats démontrent que le PDGFR est un RTK nécessaire au phénotype destructeur des cellules synoviales d’arthrite. Ils fournissent aussi des preuves d'une association entre le TGF-β et le PDGFR dans la formation d’invadosomes chez les synoviocytes de patients atteints de la PR. / Abstract : Rheumatoid arthritis (RA) is an autoimmune disease that leads to chronic inflammation and progressive joint destruction. The main effectors of this pathology are fibroblast-like synoviocytes (FLS). They use invadosomes, actin-rich structures that concentrate metalloproteinases to degrade the extracellular matrix (ECM). This pro-destructive phenotype is due to the activation of FLS by various growth factors, including PDGF and TGF-β. Receptor tyrosine kinases, including PDGFR, are involved in the pathogenesis of several diseases, including cancer and RA. Activation of these receptors may lead to cell survival, differentiation and proliferation. The study presented in this thesis shows that among the most common RTKs, PDGFR is specifically phosphorylated in synovial cells of RA patients, unlike cells of non-arthritic or osteoarthritic patients. In addition, activation of PDGFR results in an increase in invadosome formation by FLS. We also shown that formation of invadosome by PDGFR requires the activation of the signaling pathway PI3K/Akt, that specifically involves the α and δ isoforms of PI3K. In addition, inhibition of PDGFR activation or neutralization of endogenous PDGF inhibits the formation of invadosomes and the degradation of the ECM by synoviocytes, suggesting the presence of an autocrine activation loop involving PDGF. Among the PDGF isoforms, we demonstrate that PDGF-B expression is significantly higher in synoviocyte cell lines from RA patients. Our data also indicates an association between PDGF and TGF-β for invadosome formation that involves autocrine production of PDGF-B induced by TGF-β through the Smad/T β R1 and PI3K/Akt pathways. Inhibition of class I PI3K isoforms indicates that PI3K α is selectively involved in the expression of PDGF-B. These results demonstrate that PDGFR is an RTK necessary for the pro-destructive phenotype of RAFLS. They also provide evidence of an association between TGF-β and PDGFR in invadosome formation by synovial cells from RA patients.