Étude de l'influence du PAI-1 matriciel sur la régulation de la transition Mésenchymo-Amiboïde des cellules cancéreuses

La transition cellulaire Mésenchymo-Amiboïde (MAT) a récemment été décrite comme caractéristique de l’échappement métastasique car elle confère aux cellules cancéreuses un mode de migration très invasif de type amiboïde. Il a été montré qu’une telle transition est favorisée en présence d’inhibiteurs de protéases, lorsque la voie de signalisation Rho / ROCK est spécifiquement activée ou la GTPase Rac inhibée, cependant elle n’a encore jamais été associée à une situation physiopathologique précise, /in vivo/. Nous nous sommes intéressés à PAI-1, l’inhibiteur de l’activateur du plasminogène de type-1, et en particulier à sa forme matricielle parce qu’il a été décrit comme facteur de mauvais pronostic et qu’il est localisé en forte concentration autour des tumeurs les plus invasives ; mais aussi parce qu’il participe à un mode de migration indépendant de la protéolyse péricellulaire et des intégrines, des caractéristiques qui ont également été associées à la migration amiboïde. Nous avons mis en évidence qu’un microenvironnement enrichi en PAI-1 matriciel est capable d’entretenir, au cours du temps et de façon dose dépendante, la morphologie amiboïde des cellules cancéreuses colorectales SW620 et mammaires MDA-MB-231 et que celle-ci est associée à une adhérence faible intégrines-indépendante, une migration de type amiboïde et à l’activation de la voie RhoA / ROCK-1 / MLC-P. La compatibilité de ces effets vis-à-vis des principales voies de signalisation impliquées dans la régulation de la transition MAT, et de sa transition inverse Amibo-Mésenchymateuse (AMT), a été établie /in silico/ grâce à une méthode fondée sur la modélisation de la dynamique des réseaux d’interactions. Nous avons partiellement mis en évidence le mécanisme moléculaire mis en jeu par le PAI-1 matriciel : nous avons montré expérimentalement que son immobilisation dans la matrice extracellulaire et sa liaison à l’uPA sont indispensables, et nous suggérons la possibilité que le récepteur membranaire uPAR participe à la transmission de signaux intracellulaires maintenant la voie RhoA / ROCK-1 / MLC-P active. Une caractérisation plus précise des acteurs impliqués permettrait d’orienter de nouvelles recherches visant à définir une stratégie anti-tumorale en inhibant simultanément la migration amiboïde et la migration mésenchymateuse et en ciblant le PAI-1 matriciel localisé à proximité des tumeurs les plus invasives. Nous suggérons par exemple, grâce à une modélisation /in silico,/ qu’une modification des propriétés du PAI-1 matriciel pourrait permettre de dévier les voies de signalisation impliquées dans le maintien des états mésenchymateux et amiboïde vers l’anoïkis, une mort cellulaire spécifiquement induite suite à une perte d’adhésion. L’ensemble de ces résultats permettent pour la première fois de caractériser une situation physiopathologique microenvironnementale favorable à la transition MAT ; et bien que la forme matricielle de PAI-1 n’ait pas encore livré tous ses secrets, elle semble être une cible thérapeutique intéressante et pourrait un jour participer au développement d’une stratégie anti-cancéreuse capable de limiter l’échappement métastasique.

The Mesenchymal-Amoeboid cellular transition (MAT) has been recently described as characteristic of the metastatic escape because it confers to cancer cells a very invasive amoeboid migration mode. It has been showed that this transition is favored by protease inhibitors, when the Rho/ROCK pathway is specifically activated or when the Rac GTPase is specifically inhibited, however it has not been associated with a precise /in vivo/ physiopathological requirement yet. We took interest in PAI-1, the type-1 plasminogen activator inhibitor, and specially in its matrix conformation because it is considered as marker of bad prognosis and found in high amount in the most aggressive tumors; but also because it is implicated in a mode of migration independent of the pericellular proteolysis and of integrins, characteristics which are also associated with the amoeboid migration. We showed that, in its activated matrix conformation, PAI-1 is able to maintain, in time and with concentration-dependence, the amoeboid morphology of colorectal (SW620) and mammary (MDA-MB-231) cancer cells, and that this morphology is associated with a weak integrin-independent adhesion, an amoeboid migration and the activation of RhoA/ROCK-1/MLC-P pathway. The compatibility of these effects towards the main signaling pathways involved in MAT regulation, and in the reverse transition, the Amoeboid-Mesenchymal transition (AMT), was established /in silico/ with a method based on the modeling of interaction network dynamics. The involved molecular mechanism has been partially underlined: we experimentally showed that the immobilization of PAI-1 and its link with uPA are essential, and we assume that the membrane receptor uPAR participates in the transmission of intracellular signals maintaining activated the RhoA/ROCK-1/MLC-P pathway. A more precise characterization of the involved actors could orient new researches in order to define an anti-tumor strategy inhibiting simultaneously the amoeboid and mesenchymal migrations and targeting the matrix PAI-1 around the most invasive tumors. We propose for example, with an /in silico/ modeling, that a modification of the PAI-1’s properties could enable to deflect the pathways involved in the maintaining of the mesenchymal and amoeboid states toward the anoikis, a cellular death specifically induced after a loss of adhesion. All this results enable for the first time to characterize a matrix physiopathological situation supporting MAT; and although the matrix conformation of PAI-1 has not been revealed all its secrets yet, it seems to be an interesting therapeutic target and could participate one day in the development of anti-tumor strategy able to limit the metastatic escape.