Lighting up Invasion with Optogenetics : RalB Mobilizes the WRC Complex Downstream Ras

par Giulia Zago

Thèse de doctorat en Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie

Sous la direction de Maria Carla Parrini.

Soutenue le 24-09-2018

à Paris Saclay , dans le cadre de Cancérologie : biologie - médecine - santé , en partenariat avec Unité de génétique et biologie des cancers (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement opérateur d'inscription) .

  • Titre traduit

    Allumer une invasion par optogénétique : RalB mobilise les complexes WRC en aval du Ras


  • Résumé

    La formation des métastases est un processus multi étapes à travers lequel les cellules cancéreuses se détachent de la tumeur primaire pour envahir à distance dans un site secondaire. L’acquisition de capacités migratoires et invasives des cellules tumorales est cruciale dans la cascade métastatique. L'activation mutationnelle des protéines Ras favorise l'oncogenèse en perturbant une multitude de molécules et de voies qui sont impliquées dans la régulation de plusieurs processus, y compris l'invasion cellulaire et la motilité. Les petites Rho GTPases (Rac1, Cdc42 et RhoA)jouent un rôle central en contrôlant la migration cellulaire via l'assemblage des fibres d'actine, la contractilité de l'actomyosine et des microtubules.Rac1 stimule la motilité de type mésenchymateuse en favorisant la formation de lamellipodes via la formation du complexe régulateur Wave(WRC), un promoteur clé de la polymérisation de l'actine. Les protéines Ral,une autre famille de petites GTPases agissant en aval de Ras, a récemment été impliquée dans la régulation de la migration cellulaire. En particulier,RalB joue un rôle essentiel dans la motilité cellulaire en mobilisant le complexe Exocyst, son principal effecteur. Durant mon projet de thèse,nous avons investigué les mécanismes moléculaires qui contrôlent la motilité cellulaire et l'invasion en aval de la voie oncogénique Ras via le complexe RalB / Exocyst.Dans la première partie de ce manuscrit, nous avons identifié et caractérisé que le complexe WRC est à la fois un nouveau partenaire et mais aussi acteur du complexe Exocyst. En outre, nous démontrons que le complexe Exocyst dirige le complexe WRC à l’extrémité des cellules4mobiles. Cette hypothèse a été caractérisée dans la deuxième partie du manuscrit. En effet, en utilisant la technique d’optogénétique nous avonsmis en évidence le mécanisme moléculaire impliqué dans l'invasion.L’activation de RalB par Ras via les facteurs d'échange Rgl1 et Rgl2,mobilise le complexe Exocyst qui recrute ainsi le complexe WRC à l’extrémité des cellules. Cette cascade d’activation favorise la formation de protrusions, la migration et l'invasion. De manière surprenante, nous montrons que la GTPase Rac1, considérée comme la GTPase clée dans la formation de protrusions cellulaires, n'est pas impliquée dans ce processus.Enfin, nous avons analysé le niveau des protéines Ral dans une cohorte de patientes atteintes de cancer du sein. Nos résultats montrent pour la première fois une accumulation de la protéine RalB dans les compartemets invasif et métastatique suggérant un rôle potentiel de RalB dans l'invasion et la propagation métastatique des cancers du sein humain. Pour conclure,notre travail met en évidence un rôle crucial de la voie Ral, souvent sousestimée,dans le contexte de l'invasion cancéreuse.


  • Résumé

    Metastasis is a multistep process by which cancer cells migrate awayfrom the primary neoplastic mass to give rise to secondary tumors at distantsites. Thus, the acquisition of motility and invasive traits by tumor cells is acrucial step for metastasis to occur. Mutational activation of Ras proteinspromotes oncogenesis by disturbing a multitude of molecules andpathways that participate to the regulation of several processes includingalso cell invasion and motility. Among them a central role is played by Rhosmall GTPases (Rac1, Cdc42 and RhoA) which control cell migrationthrough their actions on actin assembly, actomyosin contractility andmicrotubules. Rac1 drives mesenchymal-type motility by promotinglamellipodia formation via the Wave Regulator Complex (WRC), a keypromoter of actin polymerization. Another family of small GTPases that actdownstream Ras, the Ral proteins, has been recently involved in theregulation of cell migration. RalB, through the mobilization of its maineffector the Exocyst complex, was shown to play an essential role in cellmotility. In this work of thesis, we investigated the molecular mechanismsthrough which RalB/Exocyst pathway controls cell motility and invasiondownstream oncogenic Ras.In the first part of this manuscript we describe the identification andcharacterization of the WRC complex as a novel interactor of the Exocyst.Furthermore, we provide evidences for Exocyst to be involved in drivingthe WRC to the leading edge of motile cells. This hypothesis, was finallydemonstrated in the second part of the manuscript. We were able to definethe mechanisms underlying the function of RalB in invasion by exploitingan optogenetic approach. We found that RalB, activated by Ras via the2Rgl1 and Rgl2 exchange factors, mobilizes the Exocyst complex whichrecruits the Wave Regulatory Complex (WRC) at cell edge, promotingprotrusions, migration and invasion. Even more, we show that the Rac1GTPase, usually considered the master of cell protrusions, is not involvedin this process. Finally, we analyzed Ral proteins expression in a cohort ofbreast cancer samples, pointing out for the first time an accumulation ofRalB in the invasive and metastasis compartments, suggesting a role ofRalB in invasiveness and metastatic spread of human breast cancers. Takentogether our work contribute to light up the role of the underestimated Ralpathway in the context of cancer invasion.


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