Exploration des points de contrôle du cycle cellulaire dans un modèle 3D, le sphéroïde

par Jennifer Laurent

Thèse de doctorat en Cancérologie

Sous la direction de Bernard Ducommun et de Valérie Dastugue-Lobjois.

Soutenue en 2012

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    Le décryptage des mécanismes de contrôle du cycle cellulaire est essentiel pour comprendre les mécanismes régulateurs de la prolifération ainsi que leurs dérégulations au cours du développement tumoral. Cependant, les données actuelles ont pour la plupart été acquises sur des modèles de culture cellulaire en monocouche ne permettant pas de prendre en compte les interactions cellulaires, l'hétérogénéité tumorale et le microenvironnement, paramètres déterminants pour la croissance tumorale et dans la sensibilité aux agents anti-cancéreux. Les sphéroïdes sont des modèles de culture 3D multicellulaires caractérisés par la mise en place au cours de leur croissance de gradients de nutriments, d'hypoxie et de prolifération mimant l'organisation cellulaire de micro-régions tumorales. Ainsi, le modèle sphéroïde permet de considérer les interactions et l'hétérogénéité cellulaire ainsi que le microenvironnement. Dans ce contexte, l'objectif de ce projet est d'étudier la dynamique spatiale et temporelle de régulation du cycle cellulaire et d'activation des points de contrôle en 3D dans des modèles de sphéroïdes. Cette étude a été réalisée sur des sphéroïdes de cellules d'adénocarcinome du pancréas de la lignée Capan-2. Nous avons tout d'abord caractérisé la mise en place du gradient de prolifération au cours de la croissance grâce à des incorporations d'EdU, ou des marquages dirigés contre l'antigène Ki-67. Grâce à des modèles originaux de sphéroïdes exprimant des marqueurs fluorescents indicatifs de la position dans le cycle cellulaire, les Fucci, nous avons caractérisé la distribution des cellules dans le cycle cellulaire ainsi que la régionalisation de cette distribution au cours de la croissance des sphéroïdes. La deuxième partie des travaux réalisés a été consacrée à l'évaluation de l'utilisation des modèles de sphéroïdes Capan-2/Fucci pour l'exploration de la dynamique spatiale et temporelle de l'activation des points de contrôle du cycle cellulaire en réponse à une exposition à divers types de stress comme une privation en facteur de croissance, des traitements pharmacologiques ou des dommages à l'ADN induits par des radiations ionisantes. Les résultats obtenus montrent l'intérêt de l'utilisation de sphéroïdes génétiquement modifiés pour étudier l'activation des points de contrôle au sein d'une population cellulaire tumorale hétérogène et régionalisée, prenant en compte les interactions cellulaires et l'importance du microenvironnement. Cette étude ouvre la possibilité d'explorer les mécanismes moléculaires de l'activation des points de contrôle du cycle cellulaire en 3D, ainsi que l'étude dynamique de la réponse à de nouveaux agents anti-prolifératifs dans la perspective d'identifier de nouvelles cibles thérapeutiques.

  • Titre traduit

    Cell cycle checkpoints exploration in a 3D model, the spheroids


  • Résumé

    Deciphering cell cycle control mechanism is essential to understand the involvement of its deregulation in tumor development and to identify new therapeutic targets. However, many studies have been performed on monolayer-cell based models that do not allow considering cell interaction, heterogeneity and tumor microenvironment that are essential parameters of tumor growth and resistance to treatments. Multi Cellular Tumor Spheroid (MCTS) 3D model mimics the organization of a non-vascularized tumor micro-region and is considered as an invaluable model to study cancer cell biology and to evaluate new antiproliferative drugs. In that context, the objective of this project is to study the spatio-temporal dynamics of cell cycle regulation and checkpoints activation in 3D by using original spheroids models. We used a model of tumor pancreatic Capan-2 cells spheroid. In a first part, we characterized the proliferation gradient during the growth of spheroids by using EdU incorporation and KI-67. By using an original genetically modified spheroid model expressing the fluorescent Fucci cell cycle reporters, we quantitatively correlate the rate of proliferation and the distribution of cells in the cell cycle phases depending on their position inside spheroids. In a second part, we evaluated the use of these models to explore the response to the activation cell cycle checkpoints following exposure to various types of stress like growth factor deprivation, pharmacological treatments or exposition to DNA damage induced by ionizing radiation. Our data demonstrate the interest of using such genetically modified spheroids to study at the cellular level the response to checkpoint activation in a regionalized heterogeneous tumor cell population taking into account cell-microenvironment interactions. This study paves the way for the investigation of the molecular aspects of checkpoint response in 3D models and the dynamic studies of the 3D response to novel antiproliferative agents.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (139 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 125-137

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  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2012 TOU3 0263
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