Cours Transition épithélio-mésenchymateuse - Christophe Marcelle PDF

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Cours Transition épithélio-mésenchymateuse - Christophe Marcelle
Polarité cellulaire, développement et cancer...

Description

Pendant le développement embryonnaire, les cellules passent de nombreuses fois d’un état épithélial à un mésenchyme et vice-versa. Ce processus de passage d’un état épithélial à un état mésenchymateux porte le nom de transition épithélio-mésenchymateuse ou EMT et son contraire s’appelle la MET. La découverte et la caractérisation de l’EMT a été faite par la biologiste Elisabeth Hay. Première chose, qu’est-ce qu’une cellule épithéliale, ou une cellule mésenchymateuse + marqueurs Voir la description de E. Hay. Originellement, E. Hay a donné le nom de transformation à l’EMT, le nom de transition a été adopté plus tard par la communauté pour indiquer que le passage d’un stade E à M est à deux sens. E. Hay a fait ces premières découvertes en examinant la gastrulation chez le poulet. La première EMT se passe au cours de la gastrulation et la formation du mésoderme qui est un mésenchyme (voir dia). Prenons l’exemple du mésoderme pour illustrer ces passages successifs d’épithelia à mésenchyme et vice versa. Le mésoderme s’organise en mésoderme paraxial ou plaque segmentaire ou mésoderme pré-somitique et en lame latérale. Le mésoderme pré-somitique va faire une MET juste avant la formation des somites, la lame latérale va également faire une MET pour former une somatopleure et une splanchnopleure. La somatopleure va subir une EMT au moment de la formation du bourgeon de membre. La partie ventrale du somite va faire une EMT pour générer le sclérotome, etc. Un autre exemple serait les crêtes neurales qui migrent du tube neural après sa fermeture. Il y a plusieurs commentaires importants à faire à propos de l’EMT. Les cellules dans un épithélium sont relativement immobiles, même s’il y a des réarrangements possibles entre cellules, ces réarrangements sont relativement contraints dans le plan et évidemment impossibles dans l’espace 3D. L’EMT permet aux cellules de changer de position de manière parfois dramatique, comme l’EMT pendant la gastrulation qui permet la formation du mésoderme et de l’endoderme. Ou l’EMT du tube neural qui permet aux NC de se mobiliser pour migrer au travers de l’embryon… Changements cellulaires et moléculaires associés à l’EMT Prenons la gastrulation Initiation de l’EMT au niveau de la ligne primitive : Changements moléculaires: en premier, disparition de la membrane basale (ex marqueurs : laminin et perlecan/HSPG2, ce dernier présent à l’ECM, mais associé à la membrane basale). Pendant ce temps, les jonctions serrées sont toujours présentes (ZO1), sans doute aussi les jonctions adhérentes (ex : F-actin, beta catenin, E-cadh) . Là où les cellules ingressent, des molécules de l’ECM semblent fortement augmenter, comme la fibrilline et la tenascine. Augmentation de marqueurs cytoplasmiques typiques de mésenchyme (vimentine : type III intermediate filament protein).

Changement de forme cellulaire : Constriction apicale. Du côté basal, les contacts avec l’ECM semblent changer, puisque la membrane basale disparait. C’est donc un état intermédiaire de l’EMT (MB partie, jonctions apicales toujours présentes) qui ressemble à l’état intermédiaire décrit dans les étapes de la métastase (on verra ça plus loin). L’EMT est associée avec des changements de destin cellulaire. Par exemple, le passage dans la ligne primitive est associé à l’initiation de l’expression de Brachyury/TBXT ou Eomes. C’est une constante de l’EMT, qu’elle est associée non seulement à des changements d’adhésion cellulaire, ECM, etc., mais également à des changements de destin. J’ai pas mal réfléchi à cette observation, que l’on peut faire dans le cas de la gastrulation, où de la formation des crêtes neurales, ou encore la formation des myocytes, comme on le verra plus tard. Il semblerait que l’état épithelial empêche ce changement et d’ailleurs le simple fait d’empêcher l’EMT, par exemple en sur-exprimant la ECadh, empêche ce changement de destin. A la dynamique du mouvement, changements de formes, répond une dynamique moléculaire tout aussi intense. ****** Formation des crêtes neurales, description des dérivés Découverte de Snail chez la droso TF, transcription repressor Equivalent vertébré isolé par Angela Nieto Exprimé lors de la gastrulation et lors de la formation des NC Knock down de Snail2 EP d’oligos antisens dans le NT, pas de NC Knock out de Snail2, lethal au moment de la gastrulation. La gastrulation (mouvement d’enroulement dans le HN) se passe correctement, mais les cellules une fois passé le HN, ne font pas d’EMT et la E-cadh reste élevée. A.Nieto continue son analyse de Snail2 et elle montre in vitro que l’expression de Snail2 diminue l’expression de la E-cadh (qRT-PCR). Represseur transcriptionnel Là où A. Nieto touche le jackpot, c’est en faisant la connexion avec le cancer. Cancer = métastase. Souvent les cancers se produisent dans les épithélia : carcinoma (peau, intestin, poumon, sein, etc.). La tumeur en soit n’est pas vraiment dangereuse, mais ce sont les métastases qui le sont = EMT Elle regarde des tumeurs induites dans le nu/nu mice par injection de cellules tumorales épithéliales, soit invasives, soit non. Tumeurs non invasives, high Ecadh, low snail. Tumeurs invasives, l’inverse. Donc dans les carcinomes, comme au cours du développement l’augmentation de snail est liée à la mobilisation des cellules (EMT ou métastases). Description du phénomène de métastase : disparition de la membrane basale, passage des cellules dans les mesenchymes environnants, dissémination des cellules par le système sanguin : phénomène d’intravasation, qui implique que les cellules cancéreuses dégradent les barrières naturelles des vaisseaux (ECM), perte locale des jonctions entre cellules endothéliales, et une perméabilité accrue des vaisseaux au passage de cellules. En temps

normal, les vaisseaux peuvent laisser le passage à certaines cellules, comme les monocytes résidents précurseurs des macrophages et cellules dendritiques qui patrouillent les tissus à la recherche d’intrus. Donc les cellules métastasiques doivent emprunter les mêmes voies que ces cellules pour passer au travers des vaisseaux. L’extravasation est le processus inverse, qui lui aussi est naturel pour les cellules sanguines mais anormal pour les cellules cancéreuses. L’implantation à distance de la cellules cancéreuses dans les tissus colonisés présuppose une MET. Voir schéma suivant. Snail est une cible directe de GSK3 beta (Glycogen synthase kinase 3 beta) qui la phosphoryle et ceci entraîne sa dégradation. Snail est un gène maître de l’EMT, mais il n’est pas seul ; Twist et Zeb sont eux aussi impliqués dans l’EMT, y compris celle associée aux cancers. Snail est aussi une plaque centrale de l’intégration de nombreuses voies de signalisation. Vu la large utilisation de Snail (Twist, Zeb) dans de nombreux processus, il est sans doute relativement utopique de penser que ces molécules peuvent servir de cibles thérapeutiques contre le cancer (GSK3 beta, qui régule Snail est encore plus largement répandu, donc même remarque). Mise en évidence des CSC (cancer stem cells) slow growing, metastatic générée par EMT (les deux papiers montrés). Les deux papiers montrent que l’EMT génère des cellules aux propriétés de CSCs (marqueurs spécifiques, + propriétés spécifiques en culture soft agar). D’autres papiers avaient montré que les CSCs sont justement les cellules qui sont les plus susceptibles de faire des métastases. Ceci entraîne un lien direct entre l’EMT et la progression métastatique (l’aggressivité) des tumeurs solides. Le fait que les CSCs se divisent lentement est une des raisons pour lesquelles la chimiothérapie, qui cible principalement la division cellulaire, a de bonne chance de justement manquer les cellules les plus dangereuses… Donc en conclusion de cette partie, on voit que l’EMT et son contraire la MET est un processus largement utilisé au cours du développement, et détourné au cours de processus pathologiques extrêmement sérieux. On a décrit le rôle central du facteur de transcription Snail (Twist, Zeb2) qui joue un rôle de gène maître de l’EMT en agissant comme répresseur transcriptionnel sur certaines cibles importantes dans l’EMT, comme par exemple les cellules d’adhésion cadhérines. On a vu dans les derniers schémas que les signaux qui induisent une EMT et qui ont été découverts au cours des décennies précédentes, sont multiples et variés. Nous avons également évoqué le fait que l’EMT est très généralement (toujours) associée à un changement de destin cellulaire, comme si la séparation physique d’une cellule de ses voisines la « libérait » de contraintes. Ce que je vous propose dans la deuxième partie est de vous parler de découvertes que nous avons faites et qui mettent en évidence l’association mécanistique entre l’EMT et le changement de destin cellulaire dans notre modèle favori, qui est la formation du muscle chez l’embryon....