Biomechanical Characterization of Melanoma Plasticity: MECHAMELAPLAST

Contexte

Malgré le décryptage de nombreuses voies moléculaires impliquées dans le mélanome cutané, le mélanome malin reste le cancer de la peau le plus meurtrier en raison de sa forte capacité à métastaser et sa résistance aux traitements du fait de sa plasticité et des adaptations phénotypiques des cellules de mélanome à leur microenvironnement. L’équipe a récemment découvert des fonctions inattendues de facteurs de transcription régulant la transition épithélio-mésenchymateuse (EMT) dans le mélanome, y compris les membres de ZEB, SNAIL et les familles TWIST (Caramel et al., Cancer Cell 2013 ; Richard et al., EMBO Mol Med 2017). Il a été démontré qu'un passage du modèle d'expression SNAIL2/ZEB2 au modèle d'expression ZEB1/TWIST1 était déterminant pour la transformation cancéreuse des mélanocytes induite par BRAFV600E et représentait ainsi un nouveau facteur de mauvais pronostic chez les patients atteints de mélanome malin. Des données récentes suggèrent qu'une cible transcriptionnelle cruciale de la transformation EMT est la tétraspanine 8 (Tspan8), une protéine transmembranaire qui joue un rôle majeur dans la transition des cellules de mélanome vers un phénotype invasif (Berthier-Vergnes et al., British J, Cancer 2011 ; Agaësse et al., Oncogène 2017, Oncogenèse 2017 ; El Kharbili et al., Oncotarget 2017 ; El Kharbili et al., Oncogène, 2019 ; El Kharbili et al., Cancers 2020).

Objectifs

Il s’agit de déterminer comment l'évolution physique des paramètres des cellules tumorales et de leur microenvironnement peut participer à l’acquisition de propriétés malignes.

Méthodologie

Étant donné que la plasticité des cellules cancéreuses est étroitement régulée par une série de signaux extrinsèques, notamment par les contraintes biochimiques et mécaniques imposées par le microenvironnement, une étude par microscopie à force atomique (AFM) des forces biomécaniques qui s'exercent entre les cellules de mélanome et les kératinocytes environnants de l'épiderme le long de la transition de l'état prolifératif à l'état invasif a été effectuée.

Résultats

Nous avons démontré dans deux lignées transgéniques que la rigidité diminue de façon drastique dans le mélanome par rapport à la peau saine distinguant précisément dans le mélanome des zones plus molles et des zones saines plus rigides dans les coupes de mélanome. La diminution de la rigidité est directement corrélée au stade du mélanome confirmant que la raideur est progressivement réduite avec le mélanome évoluant vers un état invasif. Dans les reconstructions de peau humaine 3D, il est observé que les peaux reconstruites avec des cellules de mélanome étaient non invasives, incapables de dégrader la jonction dermo-épidermique. Il a également été étudié le rôle potentiel de Tspan8 et de ses régulateurs de la transformation EMT au niveau des propriétés biomécaniques des cellules de mélanome. Il a d'abord été montré dans des cellules individuelles in vitro que des cellules de mélanome étaient relativement plus rigides (environ 3Kpa) et l’expression ectopique de Tspan8 augmente le caractère invasif, diminuait considérablement leur rigidité. De même, il a été montré que la surexpression de Zeb1 entraînait une augmentation de l'ARNm et de la protéine Tspan8 expression et, concomitamment à une diminution de la rigidité des cellules de mélanome. Enfin, les mutants Medaka n'ont pas été générés pour le moment mais nous avons prévu d’effectuer des mesures de raideur en collaboration avec Biomeca dans une cohorte de patients hébergeant des mélanomes primitifs dans le service d'onco-dermatologie de l'hôpital Lyon Sud. Des analyses de l'expression de ZEB1 et Tspan8 de ces patients mélanomes, couplées à la raideur permettront de déterminer si la rigidité est directement corrélée avec ZEB1 et Tspan8 exprimée comme marqueurs pronostiques (Caramel et al., Cancer Cell 2013; Berthier-Vergnes et al., Molecular Cancer 2021), et peut également être un biomarqueur efficace du mélanome cutané.

Valorisation

Les résultats ont montré que la rigidité cellulaire était corrélée à la progression du mélanome vers un état invasif et réglementé par Tspan8 et ses régulateurs EMT-TF. Ces données seront publiées après validation chez des patients atteints de mélanome dans les prochains mois.

Figure. In two Medaka transgenic lines (1A), stiffness drastically decreased in melanoma compared to healthy skin (1B), precisely distinguishing melanoma softer zones (in blue) from healthy stiffer zones (in red) in Medaka melanoma sections (1C).