Etude du rôle de la P-cadhérine dans la migration cellulaire collective

The rôle of P-cadherin in collective cell migration

• Auteur / Autrice : Cédric Plutoni
• Direction : Cécile Gauthier-Rouvière
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Soutenance le 21/10/2014
• Etablissement(s) : Montpellier 2
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé (Montpellier ; Ecole Doctorale ; ....-2014)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Recherche de Biochimie Macromoléculaire (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Anne Blangy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cécile Gauthier-Rouvière, Anne Blangy, Sandrine Étienne-Manneville, Martial Balland, Corinne Albiges-Rizo, Sylvie Dufour
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sandrine Étienne-Manneville, Martial Balland

Mots clés

Mots clés contrôlés

GTPases Rho

Cadhérines

Mots clés libres

P-Cadhérine

Migration cellulaire collective

GTPases-Rho

P-Cadherin

Collective cell migration

Rho-GTPases

Résumé

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.