Rôle de EFA6B, facteur d'échange d'Arf6, dans la morphogenèse épithéliale et l'invasion collective de cellules mammaires humaines

par Racha Fayad

Thèse de doctorat en Interactions moléculaires et cellulaires

Sous la direction de Frédéric Luton.

Soutenue le 07-03-2019

à Côte d'Azur , dans le cadre de École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes) , en partenariat avec Université de Nice (1965-2019) (établissement de préparation) , Institut de pharmacologie moléculaire et cellulaire (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes) (laboratoire) et de Institut de pharmacologie moléculaire et cellulaire (laboratoire) .


  • Résumé

    L'homéostasie des tissus épithéliaux est fondamentale à la survie et au maintien d'un organisme sain. Au cours de la morphogenèse des glandes mammaires, les cellules épithéliales communiquent avec leur stroma environnant afin d'orchestrer la formation d'un organe fonctionnel en passant par de multiples cycles régulés de prolifération, de transitions épithéliomésenchymateuse (TME) et mésenchymateuse-épithéliale, de migration et d'invasion. Dans les cellules cancéreuses, ces processus sont dérégulés. Il est donc important d'étudier comment les cellules mammaires normales conservent leur homéostasie au cours du développement pour appréhender les événements moléculaires induisant le cancer du sein. L'homéostasie de l'épithélium repose sur le contrôle de propriétés spécifiques : polarité apico-basale, cohésion cellulaire et formation de lumen. Notre protéine d'intérêt EFA6B, facteur d'échange d'Arf6, se trouve au cœur de ces caractéristiques structurelles, d'où mon intérêt à étudier son rôle dans les cellules épithéliales mammaires. Au cours de mes travaux de thèse, j'ai étudié l'impact de la perte d'EFA6B sur l'intégrité épithéliale. En utilisant des cellules épithéliales normales mammaires invalidées pour EFA6B par la technique de CRISPR/Cas9, j'ai démontré que la perte d'EFA6B dérégule fortement l'homéostasie épithéliale à différents niveaux. Premièrement, sa déplétion entraîne la formation d'invadopodes riches en intégrine ITGBI et en métalloprotéase MMP 14. Mes résultats indiquent que l'invasion des cellules EFA6B knock-out dépend de l'activation de Cdc42. Elle est soutenue par une contractilité accrue des cellules et la formation de structures branchées protrusives contrôlées par les voies de signalisation Cdc42/MRCK/P-MLC et Cdc42/NWASP/Arp2/3. Deuxièmement, nous avons montré que la perte d'EFA6B est associée à l'engagement des cellules EFA6B knock-out dans une TME, révélée par un échange de cadhérine et une augmentation de l'expression de facteurs de transcription mésenchymateux. Troisièmement, conformément au rôle d'EFA6B dans l'assemblage des jonctions serrées, sa déplétion empêche les cellules de se polariser et de former des acini avec un lumen central. Collectivement, nos données sont en accord avec des résultats précédemment publiés montrant une corrélation entre la perte d'EFA6B et le sous-type de cancer du sein invasif Claudin-low défini par une signature TME et une perte d'expression des protéines des jonctions serrées. J'ai aussi contribué à la caractérisation du rôle de l'a-actinine 1 comme effecteur d'EFA6A dans des cellules épithéliales normales (MDCK) et d'EFA6B dans une lignée cellulaire mammaire tumorigène (MCF 7). Je montre qu'EFA6B et l'a-actinine 1, en régulant la contractilité cellulaire apicale, coordonnent l'établissement de la polarité apico-basale, la formation des jonctions serrées et du lumen. L'ensemble de ces résultats démontre que la perte d'EFA6B stimule les propriétés invasives de cellules épithéliales normales et impacte leur microenvironnement (contractilité, dégradation de la matrice, altération du matrisome). Nous proposons que le gène PSD4 codant pour EFA6B est un gène suppresseur d'invasion qui contribue à préserver l'intégrité des tissus épithéliaux.

  • Titre traduit

    Role of EFA6B, Exchange Factor of Arf6, in epithelial morphogenesis and collective invasion of human mammary cells


  • Résumé

    Epithelial tissue homeostasis is fundamental for the survival and maintenance of a healthy organism. During mammary gland morphogenesis, epithelial cells communicate with their surrounding stroma in order to orchestrate the formation of a functional organ by undergoing multiple cycles of controlled proliferation, epithelial-mesenchymal transition (EMT) and mesenchymal-epithelial transition, migration and invasion. In cancer cells, these processes are dysregulated. Thus, understanding how normal mammary cells preserve their homeostasis during development is crucial to identify the molecular events inducing breast cancer. Homeostasis of epithelia relies on key specific features: apico-basal polarity, cell cohesion and lumen formation. Here stands our protein of interest, EFA6B, exchange factor for Arf6, hence my interest in studying its role in mammary epithelial cells. During my PhD work, I investigated the role of EFA6B on epithelial integrity.Using CRISPR/Cas9 EFA6B knock-out cells, I showed that the loss of EFA6B deregulates the homeostasis of normal mammary epithelial cells at different levels. First, deleting EFA6B allows the formation of invadopodia rich in integrin ITGBI and metalloprotease MMPI 4. My results indicate that EFA6B KO cells invasion is Cdc42-dependent, supported by increased cell contractility and the formation of protrusive branched structures through the Cdc42/MRCK/pMLC and Cdc42/N-WASP/Arp2/3 signaling pathways. Second, we showed that the loss of EFA6B is associated with the engagement of cells into EMT, revealed by a cadherin switch and an upregulation of EMT transcription factors. Third, coherently with EFA6B roles on junction assembly, its depletion prevented cells from polarizing and forming normal acini with central lumens. Collectively, our data are in agreement with previous results showing a correlation between the loss of EFA6B and the breast cancer claudin-low subtype defined by EMT properties, invasion capacities and a decrease in TJ proteins expression. I also contributed to the characterization of the role of a-actininl as an effector of EFA6A in normal epithelial cells (MDCK), and of EFA6B in a tumorigenic mammary cell line (MCF7). I show that EFA6B and a-actininl by regulating together the apical cellular contractility coordinate the establishment of apico-basal polarity and luminogenesis, two essential processes for functional epithelia. Altogether, these results demonstrate that the loss of EFA6B triggers invasive potentials in normal epithelial cells, and modifies their microenvironment (contractility, degradative invadopodia, alteration of the matrisome). We propose the gene PSD4 encoding for EFA6B as an invasion-suppressor gene that will preserve cells from losing their epithelial features in order to maintain tissue integrity.


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