Cancer, Plasticité cellulaire, Cellule souche cancéreuse, Emt, Fer, Ferritine, Trafic, Épigénétique

Les tumeurs solides sont composées d'une population hétérogène de cellules. Parmi elles, certaines sont appelées cellules souches cancéreuses (CSCs) à cause de leur capacité à former des tumeurs secondaires à des endroits éloignés de la tumeur primaire. Les CSCs démontrent une tolérance aux traitements conventionnels, en raison de leur prolifération plus lente et de leur capacité à surexprimer des protéines anti-apoptotiques. Les thérapies conventionnelles sont généralement efficaces contre la masse tumorale mais peuvent conduire à une sélection clonale des CSCs, favorisant ainsi la formation de métastases et une rechute du cancer. Ces cellules sont plastiques, c'est-à-dire qu'elles peuvent changer rapidement et réversiblement leur phénotype en réponse à des stimuli physiques, chimiques ou biologiques externes, sans qu'il y ait d'altération génomique. Par exemple, les cellules cancéreuses de certains tissus spécifiques peuvent switcher d'un état épithélial, où les cellules sont attachées les unes aux autres, à un état mésenchymateux, où elles perdent leurs propriétés adhésives pour gagner un phénotype migratoire et invasif. Cette transition est appelée transition épithélio-mésenchymateuse (EMT) et peut contribuer à la dissémination métastatique. Nous avons précédemment observé des niveaux élevés de fer et de ferritine dans le noyau des CSCs suite à l'induction de l'EMT, et il a été montré que le fer joue un rôle dans la reprogrammation épigénétique de l'EMT. La ferritine est une protéine formant une cage sphérique de 24 sous-unités pouvant stocker du fer à l'intérieur. Elle est sur-régulée dans le sérum et les tissus de nombreux patients atteints du cancer, et est souvent corrélée à de mauvais résultats cliniques. Le but de cette thèse est de mieux comprendre le rôle du fer et de la ferritine dans l'homéostasie des CSCs dans le contexte de l'EMT en répondant aux questions suivantes. Est-ce que la ferritine est nécessaire à la plasticité des cellules cancéreuses? Quelle est la structure de la ferritine (monomérique ou multimérique) dans les différents compartiments cellulaires? Est-ce que la ferritine joue un rôle dans le stockage, le transport ou la distribution du fer dans le noyau au cours de l'EMT? Est-ce qu'il est possible d'interférer avec la biologie de la ferritine pour développer un avantage thérapeutique? En inhibant l'expression de la ferritine (knock-down), j'ai montré qu'elle était nécessaire à l'EMT. Afin de mieux comprendre son rôle dans le noyau, j'ai analysé la structure de la ferritine, ainsi que sa capacité à interagir avec le fer et l'ADN. J'ai également exploré le mécanisme du trafic de la ferritine pendant l'EMT, du cytoplasme où elle est biosynthétisée, vers le noyau. Pour ce faire, j'ai identifié plusieurs protéines se liant à la ferritine qui peuvent affecter sa localisation intracellulaire, et j'ai inhibé leur expression (knock-down) pour évaluer leur effet potentiel sur le trafic de la ferritine pendant l'EMT et leur impact sur l'induction de l'EMT. Enfin, j'ai montré que l'accumulation de la ferritine dans le noyau au cours de l'EMT peut être exploitée à des fins thérapeutiques. Dans la lignée humaine du cancer du sein MCF-7, j'ai marqué la ferritine avec un tag fluorescent, dont le signal peut être facilement mesuré par cytométrie en flux et par microscopie de fluorescence. Ce système peut être utilisé comme un read-out pour cribler des petites molécules affectant potentiellement l'EMT, afin d'interférer spécifiquement avec la plasticité des cellules dans le processus de métastase. Ensemble, ces études mettent en lumière les mécanismes médiés par le fer et la ferritine pour réguler l'EMT dans le contexte de la plasticité des cellules cancéreuses, et décrivent un système de criblage pour les petites molécules bloquant potentiellement l'EMT et pouvant empêcher la formation de métastases qui en résulte.