Systems biology approach for modeling the heterogeneity of cell death – SysMoDeath

Contexte

La résistance aux médicaments est l'un des principaux obstacles à un traitement efficace du cancer. La résistance du cancer aux médicaments induisant l'apoptose peut être primaire (elle existe avant le traitement) ou acquise (elle survient après le traitement initial et peut souvent être une conséquence du traitement lui-même). 70 % des patients atteints d'adénocarcinome rechutent dans l'année en raison de la chimiorésistance. La résistance aux médicaments peut être causée par la dérégulation de l'apoptose avec expression accrue de protéines anti-apoptotiques. Cette variabilité de la réponse aux stimuli de mort cellulaire est actuellement connue sous le nom d'hétérogénéité intra-tumorale et peut être causée par des facteurs génétiques et non génétiques encore mal décrits.

Objectifs

Le projet SYS.MO.DEATH (issu de la modélisation de la biologie des systèmes de la mort cellulaire) a pour but de développer des moyens pour analyser et quantifier cette variabilité au niveau de la population cellulaire. L'étude et la modélisation par analyse informatique de la réponse à un stimulus létal donné permettent de mieux comprendre les voies létales et aident à démêler les mécanismes uniques de résistance à la mort cellulaire qui pourraient éventuellement être ciblés par de nouveaux médicaments.

Méthodologie

Modélisation de l'hétérogénéité de la réponse à un stimulus de mort cellulaire au niveau de la population cellulaire avec développement de plusieurs modèles cellulaires, de protocoles d'acquisition d'images et d’algorithmes d'analyse. La mise en place des modèles cellulaires in vitro et de l'acquisition des données expérimentales ont été effectués par le partenaire 1 du projet soit i) des cellules de mélanome WM115 exprimant de manière stable H2B-mCherry dans le noyau permettant un suivi et une mesure de la distance cellule à cellule pour apprécier l'effet de la densité cellulaire sur la mort cellulaire, ii) des cellules de mélanome WM115 exprimant de manière stable le transgène H2B-mCherry et le transgène BAX inductible par la doxycycline (Dox) permettant une activation spécifique et rapide de l'apoptose intrinsèque (mitochondriale) iii) des cellules de mélanome WM115 exprimant de manière stable H2B-mCherry, le transgène BAX inductible par la doxycycline (Dox) et APAF1 KO (généré par l'édition de gènes médiée par CRISPR/Cas9) qui permet l'induction spécifique d'un mode alternatif de mort cellulaire appelé mort cellulaire indépendante de la caspase ou CICD. La mort cellulaire est mesurée en temps réel par exclusion du Sytox Green à l'aide d'un imageur Incucyte. Le partenaire 2 a travaillé sur la modélisation de l'effet de la densité cellulaire et l’effet "voisinage" en termes de signal apoptotique se propageant d'une cellule à l'autre, avec corrélation entre le temps de mort, la distance avec les noyaux voisins, la présence de cellules voisines. Résultats. Cette étude a fourni un nouveau modèle cellulaire et une modélisation mathématique afin d’évaluer spécifiquement la plasticité du cancer dans un cadre d'induction thérapeutique de la mort cellulaire. Une fois les déterminants de la résistance à l'apoptose définis, (tels que la confluence cellulaire ou la dynamique mitochondriale), il sera question de disséquer les voies moléculaires sous-jacentes à cette variabilité dans l'espoir d'identifier des cibles spécifiques pour des interventions thérapeutiques.

Valorisation

Cet effort de collaboration est actuellement en préparation pour être soumis pour publication.

Cancer cells are grown at high or low confluence then cell death (apoptosis or CICD) is triggered by dox-mediated BAX expression that rapidly permeabilisesmitochondria. The confluency ratio is measured by evaluating the distance between the H2B-mCherrynuclei.