Le TGF[bêta] est une cytokine anti-inflammatoire impliquée dans plusieurs types de cancer. Il joue le rôle à la fois de suppresseur de tumeurs et d'oncogène. En effet, selon le stade de progression de la tumeur, il peut avoir un effet protecteur ou promoteur de la tumorigénèse. Les mécanismes par lesquels le TGF[bêta] exerce ses fonctions dans la carcinogénèse ne sont pas bien compris. Il est important d'élucider ces mécanismes afin de pouvoir développer de nouveaux traitements permettant de contrer les effets tumorigénique de ce facteur de croissance. Le TGF[bêta] interagit avec une panoplie de facteurs au cours de son processus de maturation et d'activation. On compte parmi eux la furine, la plasmine, la thrombospondine, les intégrines et les métalloprotéases. Toutes ces molécules peuvent être impliquées dans les processus néoplasiques. L'étude du rôle de leurs interactions dans la tumorigénèse permettrait de mieux comprendre les effets du TGF[bêta]. Une des cibles importantes de l'étude des interactions entre le TGF[bêta] et les acteurs de son processus de maturation et d'activation est la convertase de proprotéine furine. Cet enzyme est responsable de la maturation de plusieurs substrats impliqués dans le cancer tels que le TGF[bêta], le VEGF, le PDGF, la MT1-MMP et l'IGF-1. La maturation de tous ces composés favorise le développement des tumeurs et des métastases en augmentant la prolifération des cellules tumorales, leur capacité d'invasion et l'angiogénèse au coeur des tumeurs solides et des métastases.Le TGF[bêta] étant un susbtrat important de la furine, le but de ce projet est de caractériser le rôle de la maturation du TGF[bêta] par la furine dans la tumorigénèse. Pour ce faire, nous avons utilisé un modèle in vitro de cellules cancéreuses humaines, les HT1080, et un modèle in vivo de progression tumorale chez les souris nu/nu. Nous avons déterminé par différentes techniques telles que la zymographie, les essais d'adhésion, les essais d'invasion sur matrice de collagène de type IV, les essais de motilité, l'incorporation de thymidine tritiée et le PCR quantitatif en temps réel, que la maturation du TGF[bêta] par la furine a un effet protecteur dans les phases précoces du développement tumoral et promoteur sur le développement plus tardif du cancer. En fait, la maturation du TGF[bêta] par la furine permet de maintenir des concentrations plus élevées de TGF[bêta] bioactif dans l'environnement tumoral. Ceci permet l'inhibition de la prolifération cellulaire. Toutefois, cette forte présence de TGF[bêta] au niveau de la tumeur induit, par l'augmentation de l'adhésion et de la motilité cellulaire, la migration de type amoeboïde observée dans plusieurs stades de la tumorigénèse dont la dissémination lymphatique et l'extravasation. De plus, par la production de MMP-2 active et la formation d'invadopodes, le TGF[bêta] induit la migration de type mésenchymal surtout observée au début de l'invasion tumorale et au cours du processus d'intravasation. Par ailleurs, il nous a été impossible de déterminer le rôle exact de la maturation du TGF[bêta] par la farine sur l'angiogénèse, un facteur important dans le maintien des tumeurs solides volumineuses et des métastases. En fait, globalement, elle semble favoriser l'angiogénèse par l'expression de la furine et du VEGF, l'activation de la MT1-MMP et la maturation de la MMP-2, tous des facteurs pro-angiogéniques. Elle permet aussi l'induction de l'expression de PAI-1 qui est plutôt un facteur anti-angiogénique. À l'aide d'un système de reconstitution de l'activité du TGF[bêta] chez les cellules dont la furine est inhibée, nous avons déterminé que le TGF[bêta] est fortement responable des effets de la furine sur la tumorigénèse et ce, à plusieurs niveaux. Il est responsable de l'effet de la furine sur la prolifération, la production de MMP-2, l'invasion, le phénotype cellulaire et la transition d'une migration de type mésenchymal à une migration de type amoeboïde. Il est également partiellement impliqué dans le rôle de la furine sur la formation des invadopodes et la motilité cellulaire. Par contre, pour ces deux derniers processus et au niveau de l'adhésion cellulaire, d'autres substrats de la furine semblent nécessaire pour qu'elle accomplisse ses fonctions.

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.

Le cycle cellulaire est un processus finement régulé à différents niveaux. p27 est un inhibiteur des complexes cyclines/CDK et cette fonction lui confère un rôle antiprolifératif lorsqu'il est localisé dans le noyau. De nombreuses études ont montré que p27 se comporte comme un suppresseur de tumeur lorsqu'il est localisé dans le noyau des cellules via l'inhibition des cyclines/CDK. De manière surprenante, p27 a également des fonctions oncogéniques dans certaines situations, notamment lorsqu'il est présent dans le cytoplasme. Il s'avère qu'en plus de ses fonctions de régulateur du cycle cellulaire, p27 est également impliqué dans la régulation d'autres processus cellulaires, comme la migration, la cytocinèse, la transcription ou encore l'autophagie et la différenciation. Durant ma thèse, j'ai caractérisé deux de ces nouvelles fonctions en mettant en lumière un rôle de p27 dans la régula.on des invadopodes ainsi que dans l'oncogenèse pancréatique.Mon premier objectif a été de comprendre la fonction de l'interaction de p27 avec la protéine Cortactine, un nouveau partenaire de p27.Cette protéine joue un rôle important dans la régulation de l'invasion cellulaire. J'ai confirmé cette interaction dans différents types cellulaires et observé une colocalisation au niveau des invadopodes. J'ai également cartographié leurs domaines d'interaction respectifs et montré que l'interaction de p27 avec Cortactine était induite par une stimulation avec du sérum. L'interaction p27/Cortactine permet le recrutement de PAK1, une sérine/thréonine kinase impliqué dans l'invasion cellulaire et favorisant notamment le renouvellement des invadopodes, sur Cortactine. J'ai également observé que les cellules invalidées pour p27 présentent de nombreux invadopodes et dégradent la matrice extracellulaire de manière très importante par rapport aux cellules exprimant p27. Par des approches d'inhibiteurs et de siARN j'ai mis en évidence que ce phénotype implique la voie Rac1/PAK1/phospho-Ser113-Cortactine qui est sous-activée en l'absence de p27 à cause du défaut de recrutement de PAK1 sur Cortactine, stabilisant ainsi les invadopodes. Mon second objectif a été d'étudier les mécanismes par lesquels p27 régule l'oncogenèse pancréatique. En effet, différentes études cliniques ou chez la souris ont montré que la localisation nucléaire de p27 était requise pour son rôle de suppresseur de tumeur dans le pancréas. Or nous avons constaté dans un modèle murin génétique d'oncogenèse pancréatique induite par l'activation de K-Ras que p27 était exclu du noyau avant l'apparition des premières lésions, suggérant un rôle précoce dans l'oncogenèse de ce tissu. De manière surprenante, l'étude comparative par immunomarquage de pancréas de souris p27+/+, p27-/- et p27CK-/CK-, un modèle de souris knock-in où p27 n'est plus capable d'inhiber les cyclines/CDK, n'a pas montré d'effet de p27 sur la prolifération dans le pancréas exocrine. Par contre, ces études ont montré une localisation anormale de plusieurs marqueurs de polarité acinaire ainsi qu'une réexpression des facteurs de transcription Sox9 et Pdx1, impliqués dans le processus de transdifférenciation cellulaire à l'origine de l'oncogenèse pancréatique appelée métaplasie acino-canalaire. Nous avons montré que p27 régulait de manière directe la transcription de Sox9 en interagissant avec son promoteur, suggérant que p27 participe normalement à la répression transcriptionnelle de Sox9 dans le noyau, réprimant ainsi la métaplasie acino-canalaire.Ainsi, mes travaux de thèse ont permis l'identification de deux nouvelles fonctions de p27. Une fonction oncogénique, indépendante de son activité d'inhibiteur des CDK/cyclines, par laquelle p27 régule la protéine Cortactine, et par ce biais les invadopodes et l'invasion ainsi qu'une fonction de suppresseur de tumeur dépendante des cyclines/CDK via la répression de la transcription de Sox9 dans les cellules acinaires du pancréas. / Cell cycle is a tightly regulated process. One level of regulation is provided by p27, a cyclin/ CDK inhibitor and as such, p27 has an antiproliferative function. Several studies have shown that p27 is a tumor suppressor when it is located in the nucleus via the inhibition of cyclins/ CDKs. Surprisingly, p27 may also play oncogenic roles depending on the cellular context, especially when it is excluded from the nucleus. In fact, several lines of evidence indicate that p27 functions extend beyond cell cycle regulation and that p27 also regulates cell migration, cytokinesis, transcription, autophagy and stemness/differenciation. During my PhD, I have characterized two novel p27 functions, one in the regulation of invadopodia, and the second in pancreatic oncogenesis.My first aim was to investigate the function of the interaction between p27 and Cortactin, a new p27-interacting protein which is an important regulator of cell invasion. I confirmed this interaction in different cell lines and found that p27 and Cortactin colocalized in invadopodia. I have mapped the domains mediating the interaction in both proteins and found that this interaction is induced after serum stimulation. p27 allows the recruitment of PAK1, a serine/ threonine kinase involved in cell invasion which promotes invadopodia turnover, on Cortactin. I also found that p27 knock-out cells have an increased number of invadopodia and degrade extracellular matrix more efficiently than wild-type cells. Using inhibitors and siRNAs I have shown that this phenotype involves the Rac1/PAK1/phospho-Ser113-Cortac.n pathway, which is underactivated in absence of p27 due to the PAK1/Cortactin interaction defect, causing a stabilization of invadopodia.My second aim was to study the mechanism by which p27 regulates pancreatic oncogenesis. Severals studies in the clinic or in animal models have shown that nuclear localization of p27 is required for its tumor suppressor function in the pancreas. In a genetic mouse model of K- Ras driven pancreatic oncogenesis, I found that p27 was excluded from the nucleus before the apparition of lesions, suggesting an early function in oncogenesis in this tissue. Surprisingly, comparative studies of pancreas from p27+/+, p27-/- and p27CK-/CK- (a knock- in mouse model where p27 no longer binds cyclins/CDKs) mice by immunostaining did not show any difference in proliferation in the exocrine pancreas. However, these studies have shown the mislocalization of different acinar polarity markers and the re-expression of two transcription factors, Sox9 and Pdx1, which are involved in acinar-to-ductal metaplasia, a cell transdifferenciation process thought to be the underlying cause of pancreatic oncogenesis. I have found that p27 regulates Sox9 transcription and directly interacts with its promoter, suggesting that p27 participates in the transcriptionnal repression of Sox9 in normal conditions to prevent acinar-to-ductal metaplasia. Overall, my PhD work has allowed the identification of two novel roles of p27. An oncogenic function, independent of its cyclin/CDK inhibitory activity, by which p27 regulates Cortac.n, invadopodia and cell invasion and a tumor suppressor function dependent of cyclin/CDK via the repression of Sox9 transcription in pancreas acinar cells.

Mon travail de thèse consistait à étudier la signalisation oncogénique de la tyrosine kinase (TyrK) cytoplasmique Src dans les cellules de cancer colorectal (CCR) à un stade avancé par une approche globale de phosphoprotéomique quantitative de type SILAC puis d'évaluer l'efficacité du Nilotinib, un inhibiteur de la Tyrk oncogénique BCR-Abl, sur les propriétés invasives des cellules de CCR. Dans un premier temps, nos résultats ont confirmé le rôle clé joué par Src dans l'acquisition des propriétés invasives de la tumeur. Puis, l'approche phosphoprotéomique de type SILAC a permis de mettre en évidence 136 protéines substrats de Src parmi lesquelles nous retrouvons des protéines de signalisation, des protéines associées au cytosquelette ou des protéines du trafic vésiculaire. De manière intéressante, j'ai révélé l'implication d'un réseau de TyrK dans les propriétés invasives Src-dépendantes. Nos résultats suggèrent qu'une thérapie multi-TyrK pourrait s'avérer intéressante pour traiter les CCR à un stade avancé. En complément de l'analyse SILAC, j'ai initié une approche pharmacologique pour caractériser les TyrK impliquées dans l'invasion des cellules de CCR. De manière surprenante, j'ai observé que le Nilotinib inhibe l'activité invasive des cellules de CCR avec une efficacité comparable à celle observée sur la croissance des cellules de LMC (IC50=20nM). Des approches d'invalidation génétique et de mutagénèse couplées à des tests d'invasion in vitro et in vivo ont permis de démontrer que le Nilotinib exerce son activité anti-invasive en ciblant le récepteur au collagène DDR1. Mes résultats laissent présager un intérêt thérapeutique potentiel du Nilotinib dans le traitement du cancer colorectal métastasant. / My thesis work was devoted to decipher the oncogenic signaling of the cytoplasmic tyrosine kinase (TyrK) Src in advanced colorectal cancer (CRC) cells using SILAC quantitative phosphoproteomics and to evaluate the efficiency of the oncogenic BCR-Abl inhibitor, Nilotinib, on the CRC cell invasive activity. Firstable, our results confirmed the key role of Src in the induction of cell invasion. Then, the SILAC phosphoproteomic approach revealed 136 Src substrates among which signaling proteins, cytoskeleton associated proteins or vesicular trafficking associated proteins. Interestingly, I have identified a TyrK network involved in Src-dependent invasive properties. Taken together, our results suggest that a multi-TyrK therapy may be interesting in clinic for the treatment of advanced CRC. In addition to the SILAC analysis, a pharmacological approach was set up to characterize TyrK involved in CRC cell invasion. Surprisingly, I found that Nilotinib inhibits CRC cell invasive activity with a similar efficiency to the one observed on the growth of CML (IC50 = 20nM). Knock down and mutagenesis experiments together with in vitro and in vivo invasion assay revealed the collagen receptor DDR1 as the main Nilotinib target in its anti-invasive activity. Our results suggest that Nilotinib could be of therapeutic value in metastatic CRC.

Nous étudions la migration et la protéolyse de la matrice extracellulaire dans le cancer du sein. Pour cela, nous avons mis en place deux systèmes modèles. Le premier, se base sur une lame basale reconstituée et permet d'évaluer le potentiel invasif de lignées cellulaires tumorales. Nous montrons que les cellules cancéreuses migrent différemment à travers un gel pour former des amas de taille variable directement corrélé à leur pouvoir invasif. Dans notre système, seule la migration de type mésenchymateuse est utilisée par les cellules. Ce type de mouvement est directement dépendant de protéases sécrétées par les cellules. Nous avons, donc mesurée la synthèse au niveau transcriptionnel de la classe d'enzyme majoritairement impliquée dans la dissémination tumorale, les matrice métalloprotéases (MMPs). Nous avons ainsi pu montrer que l'expression de 3 MMPs est corrélée aux capacités migratoires des cellules donc à leur potentiel invasif. Le processus physique par lequel les enzymes dégradent les matrices est très peu étudié au niveau expérimental. Le second système que nous utilisons se base sur un modèle de matrice conjonctive majoritairement composer de collagène de type I. Nous utilisons la gélatine, pour étudier la protéolyse de gels protéiques par différentes classes de protéases. A partirdes études sur la solubilisation enzymatique des gels par l'-chymotrypsine, la protéinase K et la papaïne, nous montrons qu'il existe des mécanismes de dégradation distincts. Le premier est un mécanisme anormal dont la cinétique est limitée par la diffusion de l'enzyme, le second est brownien et la cinétique est limitée par la réaction. Ce second mécanisme dépend directement d'interactions eléctrostatiques entre l'enzyme et le gel. Nous observons pour deux des enzymes que l'évolution des temps de dégradation mais également la cinétique dépendent de la concentration en protéine dans les gels. / We study the migration and proteolysis of the extracellular matrix in breast cancer. For this, we set up two model systems. The first is based on a reconstituted basement membrane and allows the evaluation of invasive potential tumor cell lines. We show that cancer cells migrate differently across the gel to form clusters of variable size directly correlates with their invasiveness. In our system, only the migration of mesenchymal type is used by the cells. This type of movement is directly dependent proteases secreted by the cells. We therefore measured the synthesis at the transcriptional level of the enzyme class mainly involved in tumor dissemination, the matrix metalloproteases (MMPs). We were able to show that the expression of 3 MMPs is correlated with migratory capacity of cells, therefore their invasive potential. The physical process by which enzymes degrade the matrix is very little studied at the experimental level. The second system we use is based on a model of connective matrix mainly composed of collagen type I. We use gelatin for the study of protein gels proteolysis by different classes of proteases. Based on the study of gels enzymatic solubilization by a- chymotrypsin, proteinase K and papain, we show that there are distinct mechanisms of degradation. The first mechanism is abnormal whose kinetic is limited by enzyme diffusion, and the second is Brownian and the kinetic is reaction limited. The second mechanism depends directly on electrostatic interactions between enzyme and gel. We observe for two enzymes that the evolution of degradation time but also the degradation kinetics depend on the concentration of protein in gels.

L'invasion cellulaire est un processus basé sur la dynamique des invadosomes, qui sont desstructures acto-adhesives capables de dégrader localement la matrice extracellulaire. Lesinvadosomes sont composés d'un coeur riche en actine-F entouré par un assemblage desprotéines d'adhésion conduisant à la dégradation de la matrice extracellulaire par lerecrutement et la sécrétion des protéases. Les cellules MEF exprimantes la formeconstitutivement active de la kinase Src (SrcY527F) forment des invadosomes quis'organisent sous forme d'anneaux ou rosettes. Paxilline et hic-5 (une protéine homologue àla paxilline) ont des rôles spécifiques dans la morphologie cellulaire et la plasticité pendantl'invasion cellulaire. La structure de ces deux protéines se caractérise par la présence dedomaines LIM dans la partie C-terminale et de motifs LD dans la partie N-terminale. Cettesimilarité suggère que ces protéines peuvent avoir des fonctions redondantes. L'importance dela famille des protéines paxillines dans la formation des invadosomes a été examiné en tentantd'induire des invadosomes via l'expression de la forme constitutivement active de la kinaseSrc (SrcY527F) dans des cellules déplétées en paxilline et hic-5 (cellules pax-/- et déplétées enhic-5 par shRNA). La formation des invadosomes a été totalement bloquéequand l'expression de ces deux protéines a été diminuée de manière significativesimultanément indiquant leur redondance fonctionnelle. La ré-expression de nombreuxmutants de la paxilline dans ce contexte cellulaire a permis de montrer que les domaines LIMde paxilline n'étaient pas nécessaires pour la formation de l'anneau des invadosomes. Aucontraire, ces études de structure-fonctions ont permis de mettre en évidence le rôle essentieldes motifs LD3 et LD5 considérablement dans l'assemblage des rosettes. En outre, l'ordreprécis de chaque LD dans la molécule de paxilline est essentiel pour leur travail coopératifdans la régulation des invadosomes. Après avoir montré la redondance fonctionnelle entrepaxillin et hic-5, nous avons voulu déterminer leurs fonctions spécifiques. Pour cela,différents traitements siRNAs nous ont permis de diminuer spécifiquement l'expression depaxillin et/ou hic-5 dans des cellules formant des invadosomes. La déplétion rapide de lapaxilline a réduit la formation des rosettes alors que celle de hic-5 a affecté de manièreimportante la dégradation de la matrice extracellulaire. En effet, l'identification despartenaires spécifiques de paxilline et hic-5 à révélé que cette dernière interagissaitspécifiquement avec IQGAP1. Cette protéine est un facteur essentiel pour le recrutement del'exocyst, un complexe régulant la sécrétion locale de métalloprotéases dans lesinvadosomes. En conclusion, il apparaît que l'action complémentaire de la paxilline et hic-5 aun rôle essentiel dans la régulation des fonctions cellulaires assurées par les invadosomes. / Cellular invasion is based on invadosome dynamics where acto-adhesive machinery iscoupled with extracellular matrix proteolysis. Each invadosome unit is composed by a denseF-actin core surrounded by a ring of adhesion molecules that localizes intense ECMdegradation activity via the recruitment and secretion of lytic enzymes. Invadosomes in MEFstransformed with an activated form of the Src kinase (SrcY527F) auto-assemble into circularmeta-structures called rings or rosettes. Paxillin and the closely related family member hic-5(hydrogen peroxide inducible clone 5) have been recently identified as critical determinants ofcell morphology and plasticity during cell invasion with distinct signaling functions.However, the two proteins have a similar overall domain structure, including amino-terminalLD motifs and carboxyl-terminal LIM domains suggesting overlapping or redundantfunctions. We examined the importance of this class of proteins in invadosome formation, byexpressing SrcY527F in pax-/- cells depleted or not of hic-5. Only when the expression of bothproteins was significantly decreased, invadosome formation was blocked indicating theirfunctional redundancy. Importantly, LIM domain of paxillin was dispensable for ringformation whereas individual depletion of LD3 and LD5 motifs dramatically reducedinvadosome rosette assembly. Furthermore, the precise order of each LD in the paxillin'smolecule was necessary to allow their cooperativity during invadosome formation. Beyondtheir redundancy, their distinct roles in invadosomes were assessed via siRNA strategy aimingat the acute depletion of each molecule. Rapid depletion of paxillin reduced invadosome ringformation whereas hic-5 silencing dramatically affected extracellular matrix degradation. Hic-5 role in ECM degradation was enhanced by the fact that it was found to specifically interactwith IQGAP1, a CDC42- effector that is essential to recruit the exocyst complex ininvadosomes. In summary, the functional redundancy of paxillin and hic-5 suggests anextensive cross-talk between these two closely related proteins in the regulation ofinvadosome-based cellular functions.

La migration des cellules tumorales à travers la matrice extracellulaire dépend de l'activité d'une métalloprotéase matricielle, MT1-MMP, ancrée à la membrane plasmique. MT1-MMP accumule aux invadopodes, des protrusions membranaires à base d'actine responsables de la dégradation de la matrice. La petite protéine G ARF6 est impliquée dans la régulation du trafic membranaire et dans le remodelage du cytosquelette d'actine. Dans mon travail de thèse, j'ai montré qu'ARF6 et deux de ses protéines effectrices JIP3 et JIP4, sont nécessaires à l'exocytose de MT1-MMP au niveau des invadopodes et, par conséquent, à la capacité des cellules tumorales à remodeler la matrice extracellulaire et migrer à travers un environnement matriciel tridimensionnel. ARF6, à travers son interaction avec JIP3/4, contrôle négativement l'activité du complexe dynactine/dynéine, un moteur moléculaire qui se déplace en direction du bout (-) des microtubules, et donc la clairance des endosomes MT1-MMP à partir de la périphérie cellulaire. En plus dans des échantillons humaines ARF6 est accumulée au niveau de la membrane plasmique, avec MT1-MMP, dans un sous-groupe de carcinomes mammaires agressifs, en confirmant donc l'implication d'un axe ARF6-JIP3/JIP4-MT1-MMP dans le processus invasif du cancer du sein. Dans une deuxième étude, j'ai montré que l'hyperactivation d'ARF6 induit un réarrangement important du cytosquelette d'actine à la surface ventrale des cellules tumorales mammaires et contribue à l'activation et au ciblage de Rac1 au front cellulaire. Mon travail a permis d'identifier de nouveaux mécanismes moléculaires par lesquels ARF6 contribue au programme invasif des cellules tumorales mammaires. / The ability of cancer cells to traffic through the extracellular matrix relies on the action of the membrane-anchored matrix metalloprotease MT1-MMP. MT1-MMP is exocytosed to invadopodia, the actin-based membrane protrusions responsible for matrix degradation. The small GTP-binding protein ARF6 is known to coordinate post-endocytic recycling and actin cytoskeletal organization at the plasma membrane and was shown to be up-regulated in breast cancer cells. In my PhD work I showed that ARF6 and two of its effectors JIP3 and JIP4 are required for MT1-MMP endosomes intracellular positioning and exocytosis at invadopodia and consequently for tumor cells ability to remodel the matrix and invade through a three-dimensional matrix environment. ARF6, through the interaction with JIP3/4, negatively controls the activity of the minus-end-directed microtubule motor dynactin/dynein, thus negatively regulating the clearance and inward movement of MT1-MMP endosomes from the cell periphery. In human samples ARF6 is accumulated at the plasma membrane, together with MT1-MMP, in a subset of highly aggressive breast carcinomas, thus corroborating the ARF6-JIP3/JIP4-MT1-MMP axis in breast cancer invasion. In a second study I addressed the contribution of ARF6 activation on actin cytoskeleton remodeling in breast cancer cells. ARF6 links epidermal growth factor receptor signaling to Rac1 activation and targeting to the leading edge where it activates the SCAR/WAVE complex and regulates ventral actin polymerization during lamellipodia extension. Collectively my work identifies novel molecular mechanisms through which ARF6 contributes to the invasive program of breast tumor cells

L'agressivité des cancers est souvent liée au pouvoir métastatique des cellules tumorales et la dissémination de ces dernières peut survenir suite à un phénomène appelé la transition épithéliomésenchymateuse. Une analyse de l'expression de la Cycline A2 conduite sur des échantillons humains de tumeurs primaires colorectales et de leurs métastases correspondantes révèle que cette protéine est moins abondante dans ces dernières. Le travail décrit dans cette thèse a permis de relier la Cycline A2 au remodelage du cytosquelette d'Actine dans les fibroblastes. Cette régulation requiert la localisation cytoplasmique de la molécule ainsi que son domaine N-terminal qui ne lie pas les CDKs. Nos expériences suggèrent que cette nouvelle activité est la conséquence d'une liaison directe entre la GTPase RhoA et la Cycline A2. La présence de cette dernière augmente l'activation de RhoA par sa GEF in vitro. L'utilisation de cellules épithéliales mammaires normales a permis l'identification d'un autre partenaire, RhoC. Dans ce contexte cellulaire, l'invalidation de la Cycline A2 diminue l'activation de RhoA et, renforce celle de RhoC ce qui conduit à une augmentation de l'invasion cellulaire en matrice de collagène. Ces cellules acquièrent aussi des propriétés mésenchymateuses caractéristiques de l'EMT, et ce phénotype est exacerbé par la présence de RasV12. Ce travail établit donc l'existence de nouvelles fonctions pour la Cycline A2 qui viennent compléter le tableau de régulation de la motilité par les protéines du cycle cellulaire et contribuent à une meilleure compréhension de son rôle dans le cancer. / Cancer aggressiveness is often associated with metastases occurrence and their dissemination can arise following an epithelial to mesenchymal transition (EMT). Cyclin A2 expression is lower in metastases relative to primary colon adenocarcinoma of matched human tumors. This manuscript describes new links between Cyclin A2 and Actin cytoskeleton remodeling in fibroblasts. This regulation requires a cytoplasmic localization of the protein and its N-terminal domain, which is unable to bind CDKs. This new Cyclin A2 activity appears to be mediated by its binding to RhoA. Accordingly, the activity of its GEF is potentiated when Cyclin A2 is present, in vitro. Furthermore, we used a normal mammary epithelial cell line and identified another Cyclin A2 partner, RhoC. Cyclin A2 depletion in this context leads to a reciprocal RhoGTPase activation where RhoA activation is impaired and that of RhoC is increased. Moreover, cell invasiveness is increased in a collagen matrix following Cyclin A2 knockdown in these cells. In addition, the epithelial cells acquire mesenchymal properties, which are exarcerbated by the expression of RasV12 and are characteristic of an EMT. Our work completes the network involving cell cycle proteins in motility. These novel functions of Cyclin A2 will hopefully help to understand the impact of its deregulation in cancer.

Fra-1 appartient à la famille des facteurs de transcription AP-1. Son expression est particulièrement élevée dans les cellules de cancer du sein qui n'expriment pas le récepteur aux œstrogènes (RE-), c'est-à-dire les cellules les plus agressives. L'inhibition de Fra-1 dans ces cellules entraîne une diminution de la motilité, de l'invasion et de la prolifération, mais elle entraîne aussi de profonds changements de morphologie. Les cellules RE-, qui présentent un phénotype mésenchymateux s'arrondissent et établissent un plus grand nombre de contacts cellule-cellule après l'inhibition de Fra-1. Dans les cellules RE-, la β-caténine est localisée au noyau ou dans le cytoplasme, ce qui est un marqueur de mauvais pronostic. Au cours de cette thèse, j'ai montré que Fra-1 régule la localisation nucléaire de la β-caténine et ainsi régule son activité transcriptionelle en agissant très tardivement sur la voie Wnt. J'ai également mis en évidence une interaction physique directe entre Fra-1 et la β-caténine qui pourrait être responsable de cet effet. De plus, l'analyse de microarrays par RT-QPCR a révélé la régulation d'autres gènes comme la mœsine, la fibronectine et l'extracellular matrix protein 1, qui pourraient également jouer un rôle dans la régulation de l'agressivité tumorale par Fra-1. Par ailleurs, Fra-1 est une protéine instable et nous avons montré qu'elle est phosphorylée et stabilisée par PKCθ. Fra-1 est d'ailleurs nécessaire à l'effet de la kinase sur la motilité cellulaire. / Fra-1 is a member of the AP-1 transcription factor family. It is aberrantly expressed in breast cancer cells lacking Estrogen Receptor (ER-) expression, which are the most aggressive ones. Fra-1 inhibition in these cells leads to a decreased in motility, invasion and proliferation, but also to deep morphologic changes. ER- cells, which present a mesenchymal phenotype, become rounder and establish a greater number of cell-cell contacts after Fra-1 inhibition. In ER- cells, β-catenin is nuclear or cytoplasmic, which is considering as a poor prognosis marker. During this PhD, I demonstrate that Fra-1, which acts very downstream in the Wnt/β-catenin signaling pathway, regulates the nuclear localization of β-catenin leading to up-regulation transcriptional activity of β-catenin. I also found that Fra-1 directly interacts with β-catenin. In addition, RT-QPCR microarrays analysis has revealed the regulation of other genes such as mœsin, fibronectin and extracellular matrix protein 1, which might also take part in the tumoral aggressiveness regulated by Fra-1. Moreover, we show that Fra-1, which is an unstable protein, is phosphorylated and stabilized by PKCθ. Furthermore, Fra-1 is necessary to mediate the kinase effect on cell motility.

La membrane basale (MB) est une feuille dense de matrice extracellulaire spécialisée qui sépare l'épithélium du tissu sous-adjacent. La pénétration des cellules à travers les barrières des MB, c’est appelée «invasion», est un processus important pour le développement normal des tissus et dans la métastase du cancer. Beaucoup a été compris sur la génétique et la signalisation sur comment les trous sont formés dans le MB pendant de l'invasion ont été compris. Cependant, les forces physiques impliquées sont moins comprises: comment la contractilité de la myosine participe à l'élimination de la MB et comment les différents facteurs de polymérisation de l’actine et les protéines de réticulation contribuent au processus invasif. Pour répondre à ces questions, nous avons étudié un événement d'invasion dans un processus de développement, l’invasion de la cellule anchre (AC) chez Caenorhabditis elegans. La rupture de la MB par l’AC est connue pour dépendre d'une protrusion riche en actine et de l'activité des métalloprotéases (MMP), similaire à l'invasion de cellules cancéreuses. Inactivation génique par RNAi de différents activateurs et nucléateurs de la polymérisation d'actine, et l'expression spécifiquement dans l'AC d'une forme négative dominante d'un activateur du complexe Arp2/3 a montré que l'invasion de l’AC dépendes fortement des filaments ramifiés formés via l'activation WASP / WSP-1 du complexe Arp2/3. La microscopie à haute résolution a indiqué que la protrusion invasive de l’AC était densément assemblée, en accord avec l'idée que la protrusion invasive était fortement ramifiée. Nous avons également montré qu'un autre activateur du complexe Arp2/3, WAVE / WVE-1, pouvait permettre une invasion lorsque WASP / WSP-1 était absent. Les formines semblaient ne pas de jouer un rôle majeur et les protéines de réticulation d'actine étaient également dispensables pour l’invasion de l’AC. Dans les vers de type normaux, nous avons observé que l'activité de la myosine n'était pas nécessaire pour l'invasion. Cependant, il a été rapporté que les cellules cancéreuses augmentent la contractilité de la myosine pour envahir en l'absence de protéases, nous avons donc utilisé un ver sans les cinq principales MMPs du génome du ver pour tester le rôle de la myosine dans ce contexte. L'invasion de l’AC a eu lieu dans en l’absence des MMPs, mais avec un retard. L’inactivation génique par RNAi de différents composants lies à l’activité de la myosine n'a pas amélioré le défaut d'invasion. En plus, la visualisation du cytosquelette d'actine dans les vers sans MMPs a révélé que l'actine était concentrée dans la protrusion de l’AC et à peine détectable dans le cortex, ce qui rendait improbable que la contraction de la myosine du cortex aiderait la compression cellulaire à travers de la MB comme il a été reporté dans les cellules cancéreuses en l'absence de protéases. Tous ces résultats ensemble, ont montré que la cellule invasive a adapté sa polymérisation de filaments d'actine ramifiée pour maintenir l'invasion dans différents contextes biochimiques et environnementaux. Cette plasticité est un point crucial qui doit être mieux compris pour développer de futurs traitements visant l'invasion de cellules cancéreuses. / Basement membrane (BM) is a dense sheet of specialized extracellular matrix that separates epithelia from underlying tissue. The penetration of cells through BM barriers, called “invasion”, is an important process during normal tissue development and in cancer metastasis. Much has been understood concerning the genetics and signaling of how holes are formed in the BM during invasion. However less is clear about the physical forces involved: how myosin contractility participates in BM removal and how different actin polymerization factors and crosslinkers contribute to the invasive process. To address these questions, we studied an invasion event in a developmental process, anchor cell (AC) invasion in Caenorhabditis elegans. AC breaching of the BM is known to depend on an actin-rich protrusion and the activity of matrix metalloproteases (MMPs), similar to cancer cell invasion. RNAi knockdown of different actin polymerization activators and nucleators, and expression of a dominant negative form of an Arp2/3 complex activator specifically in the AC showed that AC invasion depended strongly on branched filaments formed via WASP/WSP-1 activation of the Arp2/3 complex. Super-resolution microscopy indicated that the AC invasive protrusion was densely packed with filaments, in keeping with the idea that the invasive protrusion was highly branched. We further showed that another Arp2/3 complex activator, WAVE/WVE-1, could enable invasion when WASP/WSP-1 was absent. Formins appeared not to play a major role and actin cross-linking proteins were likewise dispensable for AC invasion. In wild type worms, we observed that myosin activity was not needed for invasion. However it has been reported that cancer cells upregulate myosin contractility to invade in the absence of proteases, so we used a worm deleted for the five main MMPs of the worm genome to test the role of myosin in this context. AC invasion took place in MMP- worms, but with a time delay. RNAi knockdown of different components of the myosin machinery gave no enhancement of the invasion defect. In addition visualization of the actin cytoskeleton in MMP- worms revealed that actin was concentrated in the AC protrusion and barely detectable in the cortex, making it unlikely that myosin contraction of the cortex was helping the cell squeeze through the BM as reported in cancer cells in the absence of proteases. All together these results showed that the invasive cell adapted its branched actin filament polymerization to maintain invasion in different biochemical and environmental contexts. This plasticity is a crucial point that needs to be better understood in order to develop future treatments targeting cancer cell invasion.