Glioma cell dispersion is driven by [alfa]5 integrin-mediated cell-matrix and cell-cell interactions

K

Oncotarget

Distant metastases arise in 20-30% of patients with squamous cell carcinoma of the head and neck (HNSCC) in the 2 years following treatment. Therapeutic options are limited and the outcome of the patients is poor. The identification of predictive biomarkers of patient at risk for distant metastasis and therapies are urgently needed. We previously identified a clinical subgroup, called "R1" characterized by high propensity for rapid distant metastasis. Here, we showed that "R1" patients do not or at very low level express caveolin-1 (Cav1). Low or no expression of Cav1 is of bad prognosis. Disappearance of Cav1 enables cells to undergo epithelial-mesenchymal transition (EMT). EMT is associated with enhanced migration and invasion. Our study uncovered a new target, α5β1 integrin. Targeting α5β1 integrins might not only prevent metastasis of HNSCC but also delay the development of the primary tumor by reducing tumor cell viability. Cav1 detection might be taken into consideration in the future in the clinic not only to identify patients at high risk of metastasis but also to select patient who might benefit from an anti-integrin therapy

Proposition de bases moleculaires pour la reconnaissance interneuronale au moment de la synaptogenese dans le cervelet de Rat

SIGLECNRS T 56451 / INIST-CNRS - Institut de l'Information Scientifique et TechniqueFRFranc

Implication de la cavéoline-1 dans le phénotype des glioblastomes

La cavéoline-1 (cav1) joue un rôle crucial dans le développement et la progression des cancers. Bien que l expression de la cav1 soit augmentée dans les glioblastomes (GBM), des cellules sur- (high) et sous-exprimant (low) la cav1 co-existent. Nous avons montré que les cellules de GBM cav1low montraient un phénotype particulièrement agressif suggérant que la cav1 agirait comme un suppresseur de tumeur. L analyse du transcriptome a révélé que l expression de la cav1 était inversement corrélée à celle de l intégrine a5b1, identifié comme le médiateur des effets de la cav1. L inhibition de l expression de la cav1 induit la sécrétion de TGF-b1, l augmentation de l expression de TGFbRI et l hyper-phosphorylation de Smad2. Au contraire, la sur-expression de la cav1 dans ces cellules induit l inhibition de la voie TGFbR/Smad2 indiquant que l expression de la cav1 est inversement corrélée à la voie TGFbRI/Smad2. L utilisation d inhibiteurs sélectifs a permis d impliquer la voie TGFbR/Smad2 dans la régulation de l expression de l intégrine par la cav1 selon deux voies de signalisation dépendante et indépendante de TGFbRI. La corrélation inverse existant entre l expression de la cav1 et celle de a5b1/TGFbRI et l activation de Smad2 a été vérifiée dans différentes lignées de GBM. De plus, les cellules de GBM cav1low sont les plus sensibles au SB-431542 (inhibiteur de TGFbRI) et au K34c (antagoniste de l intégrine a5b1). L analyse du profil moléculaire des patients atteints de gliome basée sur l utilisation de ces trois gènes a révélé des sous-groupes de patient. Le statut cav1/a5b1/TGFbR/Smad2 serait un marqueur prédictif pour les thérapies anti-TGFbR ou anti-a5b1.Caveolin-1 (cav1) plays a crucial role in cancer development and progression. Although caveolin-1 expression is increased in glioma, cav1 negative (cav1low) and positive (cav1high) cells coexist in glioblastoma (GBM). We reported that cav1low GBM cells display a more aggressive phenotype than cav1high GBM cells, suggesting that cav1 is a tumor suppressor in brain tumors. Transcriptomic analysis showed that cav1 represses a5b1 integrin so that cav1 and a5b1 integrin expressions were inversely correlated. We identified a5b1 integrin as the mediator of cav1 s effect in GBM. Moreover, cav1 affects the TGFbR/Smad2 pathway: silencing cav1 increased the secretion of TGF-b1, the expression of TGFb receptor and the activity of its downstream effector Smad2. Conversely, forced expression of cav1 repressed the TGFbR/Smad2 pathway so that cav1 expression and TGFbR/Smad2 activity are inversely correlated. Using selective inhibitors, we showed that the TGFbR/Smad2 pathway was involved in the regulation of a5b1 integrin expression by cav1. Two Smad2-dependent signaling pathways were involved; one independent and one dependent of the TGFbRI. The reverse correlation between cav1 and a5b1/TGFbR/Smad2 was confirmed in different GBM cell lines. We showed that cav1low/a5b1/TGFbR/Smadhigh cells are highly sensitive to SB431542 (TGFbRI inhibitor) and K34c (selective antagonist of a5b1 integrin). Finally, subpopulations of patients suffering glioma were uncovered by performing the molecular profiling of the three interconnected genes in human biopsies. The status of cav1/a5b1/TGFb/Smad2 might be a useful marker of the tumor behavior and a predictor of anti-TGFbR or anti-a5b1 integrin therapies.STRASBOURG-Sc. et Techniques (674822102) / SudocSudocFranceF

L' intégrine a5b1 dans les gliomes humains (Une cible thérapeutique et un acteur de la résistance à la chimiothérapie)

Les intégrines, protéines transmembranaires de la famille des molécules d adhérence cellulaire, participent à de nombreux processus physiologiques et physiopathologiques. L implication des intégrines à différents stades de la tumorigenèse a été montrée dans de nombreux cancers et les positionne comme des cibles thérapeutiques intéressantes. Les tumeurs cérébrales constituent des tumeurs particulièrement agressives pour lesquelles les thérapies classiques se révèlent souvent inefficaces. Nous proposons une nouvelle cible thérapeutique pour les glioblastomes : l intégrine a5b1. En effet, des données récentes de la littérature indiquent que cette intégrine est surexprimée dans les gliomes en fonction du grade tumoral, qu elle est au centre d un réseau fonctionnel dans les glioblastomes et participe à la formation de nouveaux vaisseaux. Ainsi les objectifs de mon travail de thèse ont consisté en (1) la caractérisation du rôle de l intégrine a5b1 dans les glioblastomes, (2) la démonstration de son intérêt en tant que cible thérapeutique et (3) son implication dans les phénomènes de résistance. Les résultats obtenus montrent que la modulation du taux d expression de l intégrine a5b1 dans des lignées de glioblastomes humains (A172, U87MG et U373) modifie les paramètres cellulaires en relation avec leur agressivité (prolifération, clonogénicité). Le niveau d expression de la sous-unité a5 et la tumorigénicité ne sont pas corrélés de manière identique dans les trois lignées étudiées. La répression de la sous-unité a5 dans les cellules U87MG ou sa sur-expression dans les cellules U373 entraîne une induction de sénescence prématurée. L intégrine a5b1 est fortement impliquée dans l agressivité des glioblastomes. Les antagonistes de l intégrine a5b1 sont définis comme des molécules capables d inhiber l adhérence cellulaire à la fibronectine. Ces molécules sont également capables d inhiber la prolifération et la clonogénicité indépendamment de leur effet sur l adhérence. Les effets de ces antagonistes sur la tumorigénicité augmentent avec le taux d intégrine a5b1. Les antagonistes de l intégrine a5b1 présentent une activité anti-tumorale. La réponse cellulaire aux agents chimiothérapeutiques est modulée par le taux d expression de l intégrine a5b1 ou son état d activation. L'application d un antagoniste de l intégrine a5b1 régule la balance sénescence/apoptose en réponse à l ellipticine. Cette régulation passe par la modulation de l activation de la protéine p53 et de ses gènes cibles. L intégrine a5b1 se positionne comme un acteur de la chimiorésistance dans les glioblastomes humains. Ces travaux nous ont permis de mettre en évidence un rôle primordial de l intégrine a5b1 dans la tumorigénicité des cellules mais également dans la résistance à une chimiothérapie des glioblastomes humains. La relation entre l intégrine a5b1 et la protéine p53 ouvre de nouvelles perspectives thérapeutiques pour le traitement de tumeurs cérébrales selon leur taux d expression d intégrine et le statut de la protéine p53.Integrins are transmembrane proteins, part of cell adhesion molecules involved in various physiologic and pathophysiological processes. Their implications in differents stages contributing to tumorigenesis is described in many types of cancer and make them interesting therapeutic targets. Malignant brain tumors are considered among the most aggressive cancers due to their poor responsiveness to classical therapies. We propose a5b1 integrin as a target in the treatment of cerebral tumors. Recent works described a functional network in glioblastoma in which a5b1 integrin play a central role. This integrin is overexpressed in brain tumors relatively to their grading and in newly formed blood vessels. Therefore aims of my study were (1) to characterize the role of a5b1 integrin in glioblastomas, (2) to demonstrate its use as a therapeutic target and (3) to describe its implication in the mechanism of chemoresistance. Our results showed that modulating a5b1 integrin level in glioblastomas has some consequences in cellular parameters relative to tumoral aggressivity (proliferation, clonogenicity). a5 subunit expression and tumorigenicity are not correlated in the same way in the three cell lines studied. a5 repression in U87MG cells and overexpression in U373 cells lead to the induction of premature senescence. a5b1 integrin is highly involved in glioblastomas aggressiveness. a5b1 integrin antagonists are molecules inhibiting cell adhesion to fibronectin. These molecules are able to inhibit proliferation and clonogenicity independently to their effect on cell adhesion. Effects of these antagonists on tumorigenicity increase with a5b1 integrin level. a5b1 integrin antagonists have some anti-tumoral activities. Cell response to chemotherapeutics agents is modulated by a5b1 integrin level and activation state. Treatment with integrin antagonists regulates the balance between senescence and apoptosis in response to ellipticine. This regulation involves modulation of p53 activation and target genes. a5b1 integrin can be considered as an actor of the chemoresistance of human gliomas. Informations obtained here attribute a crucial role for a5b1 integrin in tumorigenicity and control of chemosensitivity of glioblastomas. The relation between a5b1 integrin level and p53 will help to develop new therapeutic strategies for brain tumors according to their a5b1 integrin level and p53 status.STRASBOURG-Sc. et Techniques (674822102) / SudocSudocFranceF

Combinaison de la chimiothérapie conventionnelle à l'Ellipticine avec la thérapie ciblée sur l'intégrine Alpha5beta1 dans les glioblastomes humaines

Les glioblastomes sont des tumeurs cérébrales agressives pour lesquelles les thérapies classiques se révèlent souvent inefficaces. Les intégrines peuvent aussi réguler l angiogénèse, l embryogenèse, la prolifération, la différentiation, la migration et la survie. Nous avons proposé lintégrine a5b1 comme un cible thérapeutique pour les glioblastomes, comme elle est surexprimée dans les gliomes en fonction du grade tumoral et comme les travaux récents lindiquent ayant un rôle central dans un réseau fonctionnel de la cellule tumoral. Les deux lignées cellulaires de glioblastome testés (U87MG et U373) ont été sensibles à lellipticine. Dans le contexte de la protéine p53 fonctionnelle (U87MG), lellipticine induit la sénescence, alors que dans U373 (p53mt), il induit l'apoptose. Les deux lignées cellulaires expriment des enzymes générant les métabolites de l'ellipticine connus pour se lier de façon covalente à l ADN. Ensuite, nous montrons que en inhibant l'intégrine a5b1 avec ses deux ligands sélectifs (SJ749 et K34c) diminue la sénescence induite par la chimiothérapie et facilite l'apoptose dans un contexte p53 fonctionnelle. Lorsque la p53 est muté et inactif, la chimiothérapie provoque de l'apoptose p53-indépendante au lieu de la sénescence, ce qui n'a pas été améliorée par les antagonistes des intégrines. Les antagonistes de l'intégrine a5b1 modulent la p53 signalisation chimio-induite. Ce travail fournit des nouvelles preuves des avantages de la combinaison de la chimiothérapie conventionnelle avec la thérapie ciblée sur l'intégrine a5b1 sous-tendent l'importance de connaître les caractéristiques de base de la tumeur pour estimer le bénéfit de la thérapie finale.Gliomas are highly aggressive and resistant brain tumors difficult to cure with conventional therapies. Therefore, targeted therapies are needed. Integrins are implicated in angiogenesis, cell proliferation, differentiation, migration and survival. We have identified the a5b1 integrin as a promising therapeutic target as its expression correlates with tumor grade and recent studies predispose it to play a key role in tumor cell functional network. Ellipticine was shown to be brain tumor specific. Its pharmacological efficiency and/or genotoxic side effects are dependent on its enzymatic activation. U87MG and U373 glioblastoma cell lines are sensitive to ellipticine. p53 plays an important role in their response to it. In the context of functional p53 (U87MG), ellipticine induced senescence, whereas in U373 (p53mt) it induced apoptosis. Both cell lines express enzymes generating ellipticine metabolites known to covalently bind to DNA. We next investigated whether blocking a5b1 integrin concomitantly with chemotherapy may impact the response to chemotherapy of human glioblastoma. Inhibiting a5b1 integrin with two selective ligands (SJ749 and K34c) decreases drug-induced senescence and facilitates cell apoptosis in a functional p53 background. When p53 is mutated and/or inactive, chemotherapy provoked cell apoptosis instead of senescence, which was not improved by integrin antagonists. Results were confirmed using multiple models. In summary, this work provides novel evidences of profitability of combining conventional chemotherapy with a5b1 integrin-targeted therapy underlying the importance of knowing basic tumor characteristics to may estimate the final therapy outcome.STRASBOURG-Sc. et Techniques (674822102) / SudocSudocFranceF

Selection of Nucleic Acid Aptamers Targeting Tumor Cell-Surface Protein Biomarkers

Aptamers are nucleic acids referred to as chemical antibodies as they bind to their specific targets with high affinity and selectivity. They are selected via an iterative process known as ‘selective evolution of ligands by exponential enrichment’ (SELEX). Aptamers have been developed against numerous cancer targets and among them, many tumor cell-membrane protein biomarkers. The identification of aptamers targeting cell-surface proteins has mainly been performed by two different strategies: protein- and cell-based SELEX, when the targets used for selection were proteins and cells, respectively. This review aims to update the literature on aptamers targeting tumor cell surface protein biomarkers, highlighting potentials, pitfalls of protein- and cell-based selection processes and applications of such selected molecules. Aptamers as promising agents for diagnosis and therapeutic approaches in oncology are documented, as well as aptamers in clinical development

Role of Integrins in Resistance to Therapies Targeting Growth Factor Receptors in Cancer

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va-TIRFM: exploring integrin-mediated adhesion

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