Molécules d adhésion et Cancer

Transcription

1 Molécules d adhésion et Cancer M2 Génomique fonctionnelle 15 Novembre 2011 Anne-Catherine Lhoumeau Département de Biopathologie. Institut Paoli-Calmettes

2 Molécules d adhésion et Cancer Généralités / rappels sur le mécanisme de transformation maligne Rôle des molécules d adhésion dans l organisation de l épithélium Transition épithélio-mésenchymateuse Les grands types de molécules d adhésion et leurs rôles respectifs dans: - Processus d invasion tumorale - Angiogenèse

3 Progression d un carcinome

4 Métastase, processus multi-étapes. 1/ Perte de la capacité d adhésion 2/ Détachement de la matrice extracellulaire 3/ Sécrétion d enzymes qui dégradent la matrice 4/ Envahissement des tissus voisins et des vaisseaux 5/ Dissémination et l indépendance vis à vis de la tumeur primaire. dissémination directe, par voie hématogène, par voie lymphatique

5 Rôle des molécules d adhésion Assurent la cohérence de l épithelium

6 Transition épithélio-mésenchymateuse

7 Transition épithélio-mésenchymateuse (2) Perte des contacts jonctionnels + modification polarité

8 Les grandes familles de molécules d adhésion Superfamille des immunoglobulines Intégrines Sélectines Mucines membranaires Cadhérines

9 Les grandes familles de molécules d adhésion Superfamille des immunoglobulines Glycoproteines de surface 7 membres impliqués dans le cancer: NCAM: Neural Cell Adhesion Molecules VCAM: Vascular CAM ICAM: Intercellular CAM PECAM : platelet-endothelial CAM MadCAM : mucosal addressin CAM CEA : carcinoembryonic antigen Autres rôles biologiques: développement du SNC, réponse immunitaire Dans certains cas, leur expression peut être induite par des cytokines (TNFa,IFNg,IL1): lien entre inflammation et tumorigenèse.

10 Mode d interaction Superfamille des immunoglobulines Adhésion homotypique : association de 2 molécules identiques Ex: NCAM-1 (cellules nerveuses, musculaires, lymphocytes : CD56) PECAM-1 (cellules endothéliales, plaquettes, leucocytes circulants) Interaction hétérotypique : interaction entre deux éléments différents de la même superfamille (LFA-3/ CD2) Ou avec un membre d autres familles de proteines: intégrines ICAM-1/CD54 VCAM-1(CD106)/ VLA-4 (α4β1) : interaction cellule endothéliale/leucocyte

11 NCAM: Neural Cell Adhesion Molecules Particulièrement exprimé sur cellules d origine neurale et mésenchymateuses Tumeurs du cerveau, colon, pancréas, thyroïde, poumon à petites cellules, 3 isoformes chez l homme adulte: 120, 140 et 180 kda. Rôle controversé: Cancer du colon: expression de l isoforme 180 corrèle avec la progression tumorale Cancer du pancréas: expression de NCAM corrèle avec la survie.

12 VCAM: Vascular Cell Adhesion Molecules VCAM-1 est impliqué dans l adhésion des leucocytes à l endothélium, via des interactions avec les intégrines, notamment α4β1. Molécule exprimée par les cellules endothéliales activées (un stimulus imflammatoire peut induire l expression de VCAM-1 et ICAM-1) Dans le mélanome, l expression de VCAM-1 est corrélée avec le potentiel métastatique via une interaction avec α4β1, qui faciliterait la migration trans-endothéliale des cellules malignes. Augmentation de la forme soluble de VCAM-1 dans le plasma de patients atteints de différents cancers.

13 ICAM : Intercellular Cell Adhesion Molecules Expression d ICAM-1 associée au potentiel métastatique de cellules de mélanome ACE Glycoproteine de haut poids moleculaire initialement décrite dans le plasma de patients atteints de carcinome colique (Gold and Freedman 1965). Actuellement utilisée dans le suivi post-opératoire des cancers colo-rectaux et du poumon.

14 Les grandes familles de molécules d adhésion Superfamille des immunoglobulines Intégrines Sélectines Mucines membranaires Cadhérines - Glycoproteines de surface - Hétérodimères constituées de 2 sousunités associées de manière non covalente -18 α et 8 β 24 combinaisons -Grande hétérogénéité structurale et fonctionnelle -domaine extracellulaire: récepteur pour les molécules de la matrice extra-cellulaire: Fibronectine, fibrinogène,vitronectine, laminine, collagène. Rôle dans la physiologie vasculaire et dans la coagulation (FW)

15 Les intégrines Mode d interaction Séquences du ligand reconnues variables (ex: αvβ3, αiibβ3: reco sequence RGD; α4β1 reco séquence LDV ) spectre d interaction très complexe Signal bi-directionnel: -inside-outside: modification conformationnelle du récepteur -outside-inside: transmission signaux, cytosquelette d actine, protéines de signalisation (FAK, Src family, MAPK, PI3K ) Association avec ces molécules au niveau des adhésions focales. site de convergence entre composants MECcytosquelette. Régulation de nombreux processus cellulaires : expression génique, cycle cellulaire, survie et prolifération, migration, différenciation.

16 Les intégrines Transformation et croissance tumorale: altérations dans de nombreuses tumeurs: sous-expression ou sur-expression ex: mélanome: αv exprimé dans lésions bénignes et malignes. Β3 est exprimée dans les stades de croissance verticale de la tumeur et les formes métastatiques : - αv s associe avec différentes sous-unités β - β3 est important dans le processus d invasion. l augmentation d expression d α6β4 amplifie le signal Erb2 via l activation des facteurs de transcription c-jun et STAT3 augmentation de la prolifération cellulaire, baisse de la sensibilité à l apoptose. baisse ou perte d expression α3,α5,α6,β1,β4 durant le processus de transformation maligne. baisse des interactions avec composants de la membrane basale. dérégulation: adhésion + altération des réponses aux facteurs de croissance (Héréguline et αvβ3).

17 Invasion et migration Les intégrines -Rupture de la cohésion de l épithélium: Perte de E-cadherine par endocytose provoquée par phosphorylation complexe E-Cadhérine/β caténine : requiert signalisation par intégrines et phosphorylation de FAK. -Signalisation du TGFβ dans l EMT : -augmente l expression de certaines intégrines (αvβ6 dans colon; αvβ3 dans gliome, α5β1 et α3β1 dans carcinome hépatocellulaire). -TGFβ entraine la sous-expression de α6 (rôle important dans la stabilisation des contacts cellule-cellule.) -Remodelage de la matrice extra-cellulaire. L activation de plusieurs intégrines comme αvβ1 ou αvβ3 augmente la maturation des MMPs. Αvβ3 recrute MPP2 à la surface cellulaire et permet la dégradation locale de la MEC durant l invasion. Interactions intégrines-mpp permettent d augmenter la migration cellulaire.

18 Les intégrines Colonisation des organes à distance -expression d αvβ3 : protection contre les forces de cisaillement en permettant interactions avec les plaquettes et leucocytes puis l arrêt en fonction du flux sanguin. -interaction αvβ3 avec ostéopontine, sialoprotéines: protéines de la matrice osseuse: rôle dans les métastases K sein, mélanome, prostate -α6β4: liaison canaux ClCa 2 : facilite fixation cellules K sein sur canaux exprimés sur cellules endothéliales pulmonaires. -contribution à la survie cellulaire et à la prolifération au niveau du site métastatique: interaction β4-mclca1 (chloride channel protein) active FAK favorise la croissance des métastases précoces. dérégulation: adhésion + altération de la signalisation cellulaire

19 Les intégrines Angiogenèse Rôle actif des intégrines dans l angiogenèse αvβ3: 1 ère intégrine décrite dans l angiogenèse. Très fortement exprimée par les cellules endothéliales angiogénique mais absente des cellules quiescentes. -Blocage sélectif de αvβ3 inhibe angiogenèse tumorale sans affecter les vaisseaux préexistants. -Activation de αvβ3, α6β4 ou leur signalisation augmente l expression de VEGF. Inversement VEGF active αvβ3 en augmentant la capacité d adhésion aux cellules endothéliales. Toutes les intégrines vasculaires représentent des cibles potentielles pour les thérapies anti-angiogéniques dérégulation: adhésion + altération de la signalisation cellulaire

20 Les grandes familles de molécules d adhésion superfamille des immunoglobulines intégrines Sélectines Mucines membranaires Cadhérines -Domaine N-term lectine: site de fixation au ligand -domain EGF-like -2-9 séquence répétitives régulatrices -transmembrane et queue cytoplasmique. 3 membres: E- :Endothelial selectin L- : Leukocytes P-: Platelet

21 superfamille des immunoglobulines intégrines Sélectines Mucines membranaires Cadhérines Principal ligand de la P-sélectine: PSGL-1 ( P selectin glycoprotein ligand 1): mucine: axe polypeptidique riche en Ser et Thr liées à des chaines polysaccharidiques. Les sélectines reconnaissent les déterminants sialylés portés par les mucines

22 Les Sélectines -participation au trafic général des leucocytes, inflammation. -participation à la «capture» de la cellule tumorale circulante et à sa dissémination dans un organe cible. -expression de E-sélectine est associée aux K sein et colon invasifs -P-selectin: controversé Expression plus forte ds K sein et gastrique Baisse d expression dans formes progressives de mélanome et colo-rectal Corrélation entre P-sélectine soluble et progression du cancer. Ligand CD24: surexpression ds K sein, colon, prostate, utérus associé à une augmentation des formes métastatiques

23 Les grandes familles de molécules d adhésion superfamille des immunoglobulines intégrines Sélectines Mucines membranaires Cadhérines Chaine transmembranaire glycoprotéique Adhésion cellule-cellule en présence de Ca 2 +: jonctions adhérentes Interaction homotypique -classic cadherins -E (epithelial) -N- (neural) -P-(Placental) -nonclassic cadherins -desmosomal cadherins -proto-cadherins

24 Liaison avec β et γ caténine Complexe α caténine-interaction avec filaments d actine Les Cadhérines Interaction voie de signalisation Wnt: -développement -migration cellulaire -polarité apico-basale et planaire Voie de signalisation dérégulée dans de nombreux cancers. β cat γ cat Complexe E-cadherine/caténine: présent aux jonctions adhérentes et nécessaire à leur fonction.

25 Les Cadhérines Perte d expression et/ou fonction E-cadhérine Perte de la polarité cellulaire Perte de l architecture du tissu Ds la plupart des cancers d origine épithéliale, la perte de la E-cadhérine est concomittente de l acquisition d un phénotype agressif et invasif. Progression vers dysplasie et transformation en adénocarcinome. Etudes in vitro sur cellules K: le réétablissement de la fonction de la E- cadhérine peut réverser le phénotype invasif vers un phénotype bénin.

26 Comment/Pourquoi la cellule perd-elle sa E-Cadhérine? Mécanismes épigénétiques/ génétiques: -hyperméthylation du promoteur gène silencieux -mutations gènes E-cadherines et caténines fonctionnelles (formes familiales de cancer gastrique) protéines non -inactivation transcriptionnelle: certains facteurs Snail, Slug, SIP1, E12- E47 vont réprimer l expression génique de la E-cadhérine. Signalisation cellulaire -phosphorylation de la caténine entraine une rupture du complexe E- cadherine-catenine et sa perte de fonction. (redistribution E-cadh des jonctions vers la surface apicale et perturbation de l adhésion cellule-cellule) Clivage protéolytique par les MMPs. Fragments solubles de cadhérine: inhibition fonction E-cadh via voie paracrine.

27 Inactivation du système d adhésion E-cadherine Invasion et progression tumorale Transition épithélio-mésenchymateuse Perte E-cadherine est accompagnée de l expression de cadhérines mésenchymales (N-cadh): facilite la motilité des cellules de K sein et induit la migration cellulaire, l invasion et les métastases. Switch des cadhérines: passage cadhérine épithéliale à cadhérine mésenchymale qui s accompagne pour la cellule K: 1/facilité à se détacher de l épithélium 2/acquisition d un phénotype motile permettant d envahir le stroma. N-cadherine exprimée sur cellules endothéliales et participe à la maturation des vaisseaux angiogéniques.

28 Récapitulatif Exemples de récepteurs Superfamille des Immunoglobulines N-CAM PECAM-1/CD31 CD2 ICAM-1 VCAM-1 Famille des integrines LFA-1 MAC-1 VLA 4 α2β1 α4β1, α5β1 α6β1 Famille des sélectines P-sélectine E-sélectine L-sélectine Mucines membranaires CD44 Exemples de ligands Superfamille des Immunoglobulines N-CAM PECAM-1/CD31 LFA-3/ CD58 Intégrines LFA-1 (α1β2 = CD11aCD18) MAC-1 (α M β2= CD11bCD18) VLA 4 (α4β1) Superfamille des Immunoglobulines ICAM-1 ICAM-1 VCAM-1 Molécules des matrices extracellulaires Collagène Fibronectine Laminine Mucines membranaires PSGL-1 CD34 Molécules des matrices extracellulaires Acide hyaluronique Cadhérines Cadhérines

29 A ce stade 2/ Dégradation de la matrice extracellulaire 1/ EMT 3/ envahissement tissus voisins et vaisseaux 4/Dissémination 5/Angiogenèse Makrilia et al, 2009

30 Interactions molécules d adhésion- Matrice extracellulaire Matrice extracellulaire constituée de différentes protéines sécrétées qui servent de support aux cellules spécialisées: fibronectine, laminines, collagènes, protéoglycanes, tenascines. Concept de rôle actif de la matrice et du microenvironnement de la tumeur (souris expriment un collagène clivé: inhibiteur de l angiogenèse) Etat physiologique: perte adhésion cellule-matrice mort cellulaire par anoïkis Caractéristique de la cellule K: -résistance à l anoïkis -croissance indépendante de l adhésion

31 Les MMPs et les ADAMs MMP: Matrix-metallo-proteinase. Endopeptidase Zn dépendente Remodelage des tissus par dégradation protéolytique. 20 MMPs humains: -sécrétées -liées à la membrane Sécrétion sous forme de pro-enzymes inactifs: pro-mmp MMP sécrétés plasma: inhibition par α2 macroglobuline MMP tissulaires ou extracellulaires: inhibition par TIMP (Tissue Inhibitor of Metalloproteinases) ADAMs «a disintegrin and metalloprotease» family: zinc proteases Propriétés des MPPs et de liaison des intégrines

32 Relations entre MMPs et molécules d adhésion Protéolyse des molécules d adhésion: -MMP-3 et MMP-7 clivent E-cadhérine: cellules MCF7 (K sein) -ADAMS10 clive E-cadhérine -Formes actives de MMP-2 ou MT1-MMP interagissent avec αvβ3 et affectent leur localisation membranaire (mélanome). Proteolyse de substrats spécifiques entraine la formation de fragments de dégradation qui peuvent avoir un effet spécifique (signalisation): ex:clivage collagen IV et laminine 5 croissance tumorale, migration angiogenèse MPPs ciblent :-les composants de la matrice extracellulaire - les molécules d adhésion - altération des réponses cellulaires vis-à-vis du microenvironnement.

33 Les TIMPs (Tissue Inhibitor of Metalloproteinases) 4 membres: TIMP-1, -2, -3, -4 Effet inhibiteur des MMPs Effet biologique propre: Interaction TIMP-1 et CD63 (tétraspanine)-intégrine β1: inhibition de l apoptose. Effet anti-angiogénique de TIMP-1, TIMP-2 et TIMP-3 par des mécanismes différents.

34 MMPs et molécules d adhésion 1/ MMPs activées clivent ligands de la MEC (colllagène, laminine, fibronectine.) Remodelage de la matrice et détachement tumoral 2/ MMPs ciblent molécules d adhésion (integrines, cadhérines) et favorisent la rupture des interactions cellule-cellule et cellule-matrice Dégradation matrice Rupture adhésion cellulaire 3/ Régulation transcriptionnelle des MMPs (mécanismes spécifiques de la tumeur, EMT ou angiogenèse) Perte polarité, motilité Augmentation de l activation des MMPs et de la dégradation du substrat 4/ Désequilibre Ratio MPP/TIMP Développement de la métastase Intravasation Dissemination

35 2/ Dégradation de la matrice extracellulaire 1/ EMT 3/ envahissement tissus voisins et vaisseaux 4/Dissémination 5/Angiogenèse

36 Angiogenèse et molécules d adhésion VEGF-A Remodelage ECM et dégradation Membrane basale par MMP-9 Implication de αvβ3 co-localisation avec MMP-2 (facilite la dégradation collagène) liaison vitronectine, fibrinogène, ostéopontine signalisation Erk, activation GTPases Rac-1 et CdC42 fonction dans la survie, régulateur de l angiogenèse -αvβ3 lié favorise angiogenèse -αvβ3 non lié, pas de ligand: apoptose, inhibition de l angiogenèse

37 Angiogenèse et molécules d adhésion (2) Formation du vaisseau initial integrines Formation du lumen Jonctions, VE-cadhérines Maturation vaisseau ICAM-1-2 Recrutement péricytes β1 integrine-vcam Stabilisation structure Cadherines JAMs family

38 En résumé 2/ Dégradation de la matrice extracellulaire 1/ EMT 3/ envahissement tissus voisins et vaisseaux 4/Dissémination 5/Angiogenèse

39 Molécules d adhésion.mais pas seulement Rôle de E-cadherine: rôle central, voie de signalisation Wnt Rôle des intégrines: adhésion, interaction avec voies de signalisation intracellulaire: RTK, FAK, MAPK, ERK -interaction avec MMPs -régulation de l apoptose et survie Rôle des sélectines dans dissémination Rôle des Ig-CAM notamment dans l angiogenèse et la stabilisation des néovaisseaux.

40 Bien plus qu une simple adhésion Résistance aux drogues et aux radiations - Participation à la réponse inflammatoire post radiothérapie. K col; résistance aux radiations attribuée à l augmentation d ICAM-3. - Résistance innée aux drogues: CAM-DR (mélanome, K poumon petites cellules) (activation β1-rtk: suppression de l effet pro-apoptotique des drogues) Marqueur diagnostique? -Nouveaux marqueurs: Soluble E-cadhérine se-cad corrélée avec le grade de la tumeur colorectal, ovaires.

41 Bien plus qu une simple adhésion Marqueur pronostique? -soluble ICAM-1 est associé négativement à la survie K rein. -forts taux sériques ICAM-1 liés aux métastases hépatiques GI and pancréatique K -Forts taux VCAM lié à un plus grand risque de dissémination du K prostate -. -études à valider Cibles thérapeutiques -Effets prometteurs phase I et II -Pas de bénéfice en phase III pour l instant -Inhibiteurs intégrines: monoclonal Ab αvβ3: cible antiangiogénique (effet anti-thrombotique) -Cilengitide: peptide anti-αvβ3: pas significatif -N-cadherine antagoniste (Exherin)

42 Molécules d adhésion en hématologie Cellules isolées, non organisées en épithéliums

43 Molécules d adhésion en hématologie Interactions HSC avec niches endostéales et vasculaires N-cadh CXCL12-CXCR4 Rôle majeur de cette interaction dans le maintien de la quiescence des CSHs.

44 Niche et rechute des LA Niche hypoxique, peu vascularisée, protection contre apoptose induite par les chimiothérapies LIC:leukemic initiating cell