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.

La ligne latérale postérieure embryonnaire du poisson-zèbre est composée d'un ensemble d'organes sensoriels, appelés neuromastes, qui permet au poisson de détecter les mouvements de l'eau. Le primordium qui génère la ligne latérale postérieure embryonnaire migre de la tête vers l'extrémité de la queue le long d'une piste de cellules sécrétrices de SDF-1, et dépose des groupes de cellules précurseurs des neuromastes. Cette migration dépend de la présence de CXCR4, le récepteur de SDF-1, dans la région en tête du primordium et de la présence du second récepteur de SDF-1, CXCR7, dans la région en queue du primordium. L'objectif de ma thèse est d'identifier des régulateurs de l'expression de cxcr4b au sein du primordium. Nous avons montré que l'inactivation du récepteur des strogènes ESR1 induit l'expression ectopique de cxcr4b dans les cellules de queue du primordium alors que sa surexpression induit une réduction du domaine d'expression de cxcr4b, suggérant que ESR1 agit comme un répresseur de cxcr4b. Cette découverte expliquerait pourquoi les strogènes diminuent la capacité métastatique des cellules du cancer du sein strogéno-dépendants. L'inactivation de ESR1 conduit aussi à l'extinction de l'expression de cxcr7b dans les cellules de queue du primordium, cet effet étant toutefois indirect et induit par la signalisation ectopique SDF-1/CXCR4 dans ces cellules. L'inactivation et la surexpression de ESR1 provoquent toutes deux une migration défectueuse du primordium, confirmant l'importance de ce récepteur dans le contrôle de la migration dépendante de SDF-1. Nous avons aussi montré qu'un effecteur majeur de la signalisation Wnt canonique, LEF-1, contribue au contrôle de l'expression de cxcr4b et de cxcr7b dans les cellules en tête du primordium. Nous montrons que la prolifération cellulaire, qui assure une taille constante du primordium en dépit des dépositions successives de cellules, est réduite en absence de LEF-1, et que cela conduit à une ligne latérale postérieure incomplète. / The zebrafish embryonic posterior lateral line is componed by a set sense organs, called neuromasts, allowing the fish to detect the water movements. The primordium that generates the embryonic posterior lateral line of zebrafish migrates from the head to the tip of the tail along a trail of SDF-1-producing cells, and deposits cell groups that will become the neuromasts. This migration critically depends on the presence of the SDF-1 receptor CXCR4 in the leading region of the primordium and on the presence of a second SDF1 receptor, CXCR7, in the trailing region of the primordium. The aim of my thesis is to identify regulators of the cxcr4b expression within the primordium. Here we show that inactivation of the estrogen receptor ESR1 results in ectopic expression of cxcr4b throughout the primordium, whereas ESR1 overexpression results in a reciprocal reduction in the domain of cxcr4b expression, suggesting that ESR1 acts as a repressor of cxcr4b. This finding could explain why estrogens significantly decrease the metastatic ability of ESR-positive breast cancer cells. ESR1 inactivation alsoleads to extinction of cxcr7b expression in the trailing cells of the migrating primordium; this effect is indirect, however, and due to the down-regulation of cxcr7b by ectopic SDF-1/CXCR4 signaling in the trailing region. Both ESR1 inactivation and overexpression result in aborted migration, confirming the importance of this receptor in the control of SDF-1-dependent migration. We also showed that a major effector of the canonical Wnt signaling, LEF-1, contributes to the control of both cxcr4b and cxcr7b expression in the leading cells of the primordium. We show that cell proliferation, which ensures constant primordium size in spite of sucessive rounds of cell deposition, is reduced upon lef1 inactivation, leading in a truncated posterior lateral line.

La migration cellulaire concerne des cellules individuelles ou bien des groupes de cellules migrant de manière collective et coordonnée. De nombreux processus physiologiques, notamment au cours du développement embryonnaire, ainsi que pathologiques, notamment lors de maladies inflammatoires ou de la formation de métastases nécessitent des mouvements cellulaire collectifs. Au cours de l'ovogénèse chez la Drosophile, un groupe de cellules, appelés cellules de bordure, migrent entre les cellules nourricières, collectivement, au sein du follicule ovarien. Ces cellules de bordure constituent un modèle de choix pour étudier les mécanismes régulant la migration collective in vivo. La migration de ce groupe de cellules est divisée en deux phases. Lors de la première moitié de migration, du début de la migration à la moitié du parcours, les cellules de bordure adoptent un mouvement linéaire, au cours duquel chaque cellule maintient sa position au sein de l'entité, et une seule et même cellule conduit le groupe vers l'avant. Ensuite, à mi-chemin, ces groupes commencent à effectuer des mouvements de rotation sur eux-mêmes pour aller atteindre l'ovocyte, permettant à n'importe quelle cellule de pouvoir mener la migration. L'objectif de ma thèse a été d'élucider les mécanismes régulant le choix entre ces deux modes de migration (linéaire et rotationnel). Le cytosquelette d'acto-myosine est un des acteurs principaux régulant la contraction cellulaire nécessaire à la motilité des cellules. Au cours de ma thèse, nous avons mis en évidence le rôle de la myosine non musculaire de type II dans le contrôle du passage d'un mouvement linéaire à rotationnel. Nos travaux démontrent que l'apparition des mouvements de rotation effectués par les cohortes de cellules de bordure est corrélée à une augmentation de l'activité de la myosine non musculaire de type II. De plus, nous avons montré que l'activité de la myosine non musculaire de type II pouvait être régulée de manière antagoniste par les récepteurs de guidance. En conclusion, mes travaux de thèse nous ont permis de démontré le rôle clé de la myosine non musculaire de type II dans l'adaptation du mode de migration au cours de mouvements collectifs des cellules de bordure. De plus nous avons identifié les facteurs régulant l'activité de la myosine non musculaire de type II. En effet, cette dernière est régulée positivement par EGFR. / In many biological processes, cells can move individually or in a coordinated and collective manner. Collective migrations are necessary during several embryo developmental processes, and pathologies such as inflammatory diseases or metastasis formation. During Drosophila oogenesis, border cells, a group of 6-10 cells, migrate in between nurse cell until the oocyte, within the egg chamber and provide a good model to study collective cell migration in vivo. Border cell migration is divided in to two phases. From the anterior pole of the egg chamber to the half of migrated distance, border cell adopt a linear movement, in which each cell maintain its position within the cluster and one leader cell drive the migration. Midway of the migration path, border cell clusters rotate to reach the oocyte. During this second phase, any cell can take the lead of the migration. The aim of my PhD research works was to identify mechanisms regulating the choice between linear and rotational movements. Acto-myosin cytoskeleton is one of the main regulators of cell contraction necessary for cell motility. Through our research, we demonstrated that non-muscle myosin II (NMII) regulate the switch between linear and rotational behaviour. These results led us to identify mechanisms regulating NMII activity during border cell migration. Border cells express two guidance receptors: PVR (Platelet-derived growth factor receptor (PDGFR) and Vascular endothelial growth factor receptor (VEGFR) receptor Related) and EGFR (Epidermal Growth Factor Receptor). Recent studies shown that PVR play a crucial role in the first phase and EGFR predominantly regulate the second phase of migration. Our data shows that NMII is antagonistically regulated by PVR and EGFR. Indeed, the inhibition of NMII in border cell over expressing EGFR completely blocks the rotational movement To conclude, my PhD works allow us to demonstrate the key role of NMII for the regulation of border cell migration. Moreover, we found that EGFR positively regulates NMII activity.

Le trafic vésiculaire joue un rôle crucial dans la sécrétion et l'internalisation des composantes extracellulaires ou membranaires. De plus, il contrôle la distribution spatio-temporelle de nombreuses protéines. En outre, ce processus peut contrôler la livraison de protéines à divers domaines des membranes plasmiques. Mes travaux de recherche se sont centrés sur l'étude des protéines Rab11-Family of Interacting Proteins de classe I (Rab11FIPs), plus précisément de Rab11FIP1 et de sa fonction dans différents processus cellulaires nécessitant le trafic vésiculaire, tels que la mitose, la cytokinèse, l'établissement de la polarité cellulaire et de la migration cellulaire, individuelle ou collective. En effet, ces processus nécessitent un contrôle vésiculaire finement régulé, par exemple, la mitose/cytokinèse nécessite le recrutement de différents complexes protéiques contenant des cargaisons liées aux vésicules. L'établissement de la polarité cellulaire nécessite le tri et la livraison de complexes protéiques à des membranes spécifiques et la migration cellulaire nécessite une polarisation complète de la cellule pour permettre un mouvement directionnel. Mes travaux ont élucidé une voie impliquant Rab11FIP1 et Rab35 dans le contrôle à la fois de la cytokinèse et de l'établissement de la polarité. En effet, alors que d'autres groupes ont publié que Rab35 est essentiel pour l'élimination de l'actine située au pont intercellulaire via le recrutement de MICAL1 et OCRL, j'ai montré que Rab11FIP1 est critique pour maintenir Rab35 dans cette région. De plus, j'ai montré que l'absence de Rab11FIP1 et la mauvaise localisation subséquente de Rab35 peuvent conduire à des phénotypes similaires à ceux observés lors de la dérégulation de l'abscission, tels que la binucléation et le retard de la cytokinèse, qui sont des défauts qui contribuent au développement de cancers. Ces défauts peuvent cependant être rétablies en utilisant de faibles doses de Latrunculin A pour dépolymériser de l'actine. De plus, j'ai montré que Rab11FIP1 et Rab35 semblent avoir des fonctions dans la polarité apico-basale des cellules Caco-2 et MCF-10a. Enfin, j'ai aussi montré que Rab35 est impliquée dans la régulation de la migration collective. En conclusion, mes données établissent Rab11FIP1 et Rab35 comme des régulateurs importants de divers processus cellulaires. Ces résultats constituent un point de départ important pour une étude plus approfondie de l'abscission, de l'établissement de la polarité cellulaire, de la formation du Apical Membrane Initiation Site (AMIS) et de la migration cellulaire collective. Cela aura des implications de grande envergure, car ces cascades de signalisation peuvent avoir un impact sur pratiquement tous les processus cellulaires. / Vesicular trafficking plays a crucial role in the secretion and internalization of extracellular or plasma membrane components. Moreover, it controls the spatiotemporal distribution of many proteins during different processes. Also, it can control the delivery of proteins to various domains of the plasma membranes. With this in mind, my research focused on the Rab11 Family of Interacting Proteins of Class I (Rab11FIPs), more specifically of Rab11FIP1 and its function in different cellular processes that require vesicular trafficking, those being mitosis, cytokinesis, establishment of cell polarity and cellular migration, both single and collective. Indeed, these processes require exquisite vesicular control, for example, mitosis/cytokinesis require the recruitment of different protein complexes containing vesicle-bound cargoes. Cell polarity establishment requires the sorting and delivery of protein complexes and cell migration requires fine-tuned polarization of the entire cell to allow for directional movement. My work has elucidated one such pathway involving Rab11FIP1 and Rab35 in the control of both cytokinesis and the establishment of polarity. Indeed, while others have shown that Rab35 is critical for the removal of actin in the intercellular bridge via recruitment of its cargoes MICAL1 and OCRL, I showed that Rab11FIP1 is vital for maintaining Rab35 in the midbody. In fact, I showed that lack of Rab11FIP1 and subsequent mislocalization of Rab35 can lead to similar phenotypes observed during dysregulated abscission, such as binucleation and cytokinesis delay, which are hallmarks of cancer. These phenotypes however, can be rescued using low doses of an actin depolymerizing drug called Latrunculin A. Furthermore, I showed that both Rab11FIP1 and Rab35 seem to have functions in the establishment of apico-basal polarity of both Caco-2 and MCF-10a. Finally, I showed that Rab35 seems to regulate the collectiveness of migrating cells. Altogether, these data establish Rab11FIP1 and Rab35 as important regulators of various cellular processes. These results will be an important stepping stone for further studies into abscission, establishment of cellular polarity, Apical Membrane Initiation Site (AMIS) formation, and collective cell migration. This will have far reaching implications, as these signaling cascades can impact virtually all cellular processes.

La migration cellulaire collective est essentielle aux processus physiologiques, tels que le dé-veloppement et la réparation des tissus, et aux conditions pathogènes, telles que les métas-tases cancéreuses. Les lésions métastatiques sont à l'origine de la majorité de la mortalité liée au cancer, ce qui incite à comprendre les mécanismes moléculaires régissant la migration collective du cancer et à explorer leur potentiel thérapeutique. Dans ce contexte, la kinase MAP4K4 est apparue comme une kinase pro-métastatique, associée à un mauvais pronostic pour les patients et reconnue pour réguler la migration des cellules cancéreuses. Cependant, son rôle dans la migration collective reste flou. Au cours des dernières années, le groupe de recherche du Dr Emery a dévoilé que Misshapen, l'orthologue drosophile de MAP4K4, est un régulateur central de la migration collective des cellules de bordure, soulevant la question de savoir si MAP4K4 coordonnerait la migration collective des cellules cancéreuses. Le but de cette thèse était d’évaluer la fonction de MAP4K4 dans la migration collective des cellules cancéreuses, incluant deux modes de migration différents : en grappe et en feuillets. En utilisant la lignée cellulaire A431, nous démontrons le rôle de MAP4K4 dans la régulation de la dynamique de protrusion, de rétraction et d’adhésion focale, favorisant la migration des grappes grâce à la régulation des forces de traction cellule-substrat. De plus, nous dévoi-lons un nouveau rôle de MAP4K4 dans l’adhésion cellule-cellule, en contrôlant la charge de tension et la stabilité, et en ajustant les contraintes intercellulaires. Notamment, lors de la migration des feuillets, les cellules A431 forment des structures en forme de doigts, avec une hiérarchie leader-suiveur. En caractérisant ces structures migratrices, nous avons identifié des structures d'actomyosine supracellulaires, ouvrant ainsi de nouvelles questions et voies d'investigation pour explorer les mécanismes de communication cellule-cellule. De plus, nous avons montré que MAP4K4 régule la formation des doigts et la densité des câbles supracellu-laires, nuisant à l'émergence de cellules leader et coordonnant la communication cellule-cellule. Dans l’ensemble, ces travaux soulignent le rôle central de MAP4K4 dans la régulation de la migration collective des cellules cancéreuses par l’adhésion focale et la modulation de la jonction cellule-cellule, ayant finalement un impact sur la génération et la transmission de la force cellulaire, coordonnant ainsi le mouvement collectif. En outre, nous discutons du po-tentiel de l’inhibition de MAP4K4 en tant que stratégie de traitement des métastases. / Collective cell migration is essential for both physiological processes, such as development and tissue repair, and pathogenic conditions, such as cancer metastasis. Metastatic lesions drive the majority of cancer-related mortality, urging the understanding of molecular me-chanisms governing collective cancer migration, and exploring their therapeutic potential. In this context, the kinase MAP4K4 has emerged as a pro-metastatic kinase, associated with poor patient prognosis and recognized for regulating cancer cell migration. However, its role in collective migration remains unclear. In the past years, Dr. Emery's research group unveiled that Misshapen, the MAP4K4 Drosophila orthologue, is a central regulator of border cell col-lective migration, raising the question whether MAP4K4 would coordinate the collective mi-gration of cancer cells. The purpose of this thesis was to assess the function of MAP4K4 in carcinoma cell’s collective migration, including two different migration modes : clusters and sheets. Using A431 cell line, we demonstrate MAP4K4’s role in regulating protrusion, retraction and focal adhesion dy-namics, promoting cluster migration through regulating cell-substrate traction forces. Furthermore, we unveil a new role of MAP4K4 at cell-cell adhesions, controlling tension loa-ding and stability, and tunning the intercellular stresses. Notably, during sheet migration, A431 cells form finger-like structures, with a leader-follower hierarchy. Performing the charac-terization of these migrating structures, we identified supracellular actomyosin structures, opening new questions and investigative pathways to explore cell-cell communication me-chanisms. Moreover, we showed that MAP4K4 regulates finger formation and the density of the supracellular cables, impairing the emergence of leader cells and coordinating cell-cell communication. Overall, this work underscores the central role of MAP4K4 in regulating collective cancer cell migration through focal adhesion and cell-cell junction modulation, ultimately impacting cell force generation and transmission, coordinating collective movement. Furthermore, we dis-cuss the potential of MAP4K4 inhibition as a strategy for metastasis therapy.