Increasing 3D Matrix Rigidity Strengthens Proliferation and Spheroid Development of Human Liver Cells in a Constant Growth Factor Environment

International audienceMechanical forces influence the growth and shape of virtually all tissues and organs. Recent studies show that increased cell contractibility, growth and differentiation might be normalized by modulating cell tensions. Particularly, the role of these tensions applied by the extracellular matrix during liver fibrosis could influence the hepatocarcinogenesis process. The objective of this study is to determine if 3D stiffness could influence growth and phenotype of normal and transformed hepatocytes and to integrate extracellular matrix (ECM) stiffness to tensional homeostasis. We have developed an appropriate 3D culture model: hepatic cells within three-dimensional collagen matrices with varying rigidity. Our results demonstrate that the rigidity influenced the cell phenotype and induced spheroid clusters development whereas in soft matrices, Huh7 transformed cells were less proliferative, well-spread and flattened. We confirmed that ERK1 played a predominant role over ERK2 in cisplatin-induced death, whereas ERK2 mainly controlled proliferation. As compared to 2D culture, 3D cultures are associated with epithelial markers expression. Interestingly, proliferation of normal hepatocytes was also induced in rigid gels. Furthermore, biotransformation activities are increased in 3D gels, where CYP1A2 enzyme can be highly induced/activated in primary culture of human hepatocytes embedded in the matrix. In conclusion, we demonstrated that increasing 3D rigidity could promote proliferation and spheroid developments of liver cells demonstrating that 3D collagen gels are an attractive tool for studying rigidity-dependent homeostasis of the liver cells embedded in the matrix and should be privileged for both chronic toxicological and pharmacological drug screening

A robust collagen scoring method for human liver fibrosis by second harmonic microscopy.

International audienceSecond Harmonic Generation (SHG) microscopy offers the opportunity to image collagen of type I without staining. We recently showed that a simple scoring method, based on SHG images of histological human liver biopsies, correlates well with the Metavir assessment of fibrosis level (Gailhouste et al., J. Hepatol., 2010). In this article, we present a detailed study of this new scoring method with two different objective lenses. By using measurements of the objectives point spread functions and of the photomultiplier gain, and a simple model of the SHG intensity, we show that our scoring method, applied to human liver biopsies, is robust to the objective's numerical aperture (NA) for low NA, the choice of the reference sample and laser power, and the spatial sampling rate. The simplicity and robustness of our collagen scoring method may open new opportunities in the quantification of collagen content in different organs, which is of main importance in providing diagnostic information and evaluation of therapeutic efficiency

Spécificités fonctionnelles des MAP kinases ERK1 et ERK2 dans la prolifération / différenciation / motilité / survie des cellules hépatiques normales et transformées

Le foie est un organe essentiel, comme en atteste son exceptionnelle capacité de régénération. A la suite d une perte de masse hépatique, les hépatocytes, cellules hautement différenciées du foie, quittent leur quiescence et prolifèrent de manière à restaurer cette perte. De nombreux facteurs participent à ce processus, en permettant l activation de voies de signalisation diverses. La cascade des MAPKs MEK/ERK constitue l une d entre elles. Notre objectif est de progresser dans la compréhension des mécanismes contrôlés par la voie MEK/ERK au cours du processus de prolifération. Ce travail s est précisément focalisé sur l étude des kinases ERK1 et ERK2, qui pourraient contrôler des fonctions spécifiques dans les hépatocytes sains et les cellules hépatiques cancéreuses, chez lesquelles la cascade est fréquemment dérégulée. L identification des mécanismes régulant la prolifération des cellules cancéreuses représente un enjeu majeur dans le développement de traitements anti-tumoraux.The liver is an essential organ, as certified by its incredible ability of regeneration. Following a loss of hepatic mass, the highly differentiated cells of the liver, the hepatocytes, leave their quiescence and proliferate in order to restore this loss. Many factors participate in this process, by allowing the activation of various signalling pathways. The MAPKs MEK/ERK cascade constitutes one of them. Our objective is to progress in the understanding of mechanisms controlled by the MEK/ERK pathway in the process of regeneration. This work precisely focused on the study of kinases ERK1 and ERK2, which could control specific functions in the healthy hepatocytes and hepatic cancerous cells, in which the pathway is often deregulated. The identification of mechanisms regulating the proliferation of hepatic cancer cells represents a major goal in the development of anti-tumoral treatments.RENNES1-BU Sciences Philo (352382102) / SudocSudocFranceF

Mécanismes impliqués dans la progression des hépatocytes en phase G1 (rôle de la motilité et des cascades MEK/ERK et P13K dans l'intégration des signaux mitogènes)

Notre objectif est de comprendre les mécanismes qui contrôlent l'homéostasie du foie et la régénération hépatique. Parmi les protéines impliquées dans ce processus, les cascades de régulation MEK/ERK et PI3K ont pour rôle de transmettre de nombreux signaux exogènes et sont essentielles dans la régulation de la prolifération, de la survie et de la différenciation. Le but de mes recherches lors de ce travail de thèse a été de définir le rôle de ces différentes cascades de signalisation intracellulaire au cours de la progression des hépatocytes en phase G1. Nous avons démontré le rôle morphogène des facteurs de croissance via la voie des MAPKs MEK2/ERK2 en début de phase G1 ; analysé l'incidence de l'activation des voies MEK1/ERK1-2 et PI3K dans l'équilibre prolifération/survie des hépatocytes au point de restriction ; mis en évidence la motilité induite par l'EGF en fin de phase G1 et déterminé l'importance de ce processus sur l'entrée des hépatocytes en phase S.RENNES1-BU Sciences Philo (352382102) / SudocSudocFranceF

Study of the role of the mecanical stress in lung morphogenesis

Cette thèse combine des études expérimentale, analytique et numérique du rôle des contraintes mécaniques dans la morphogénèse du poumon. Nous montrons qu'une augmentation de la pression interne, par cautérisation de la trachée de poumons embryonnaires de souris en culture, induit deux fois plus d'événements de branchements et une accélération de la vitesse de croissance des branches. Cette hausse de la pression interne affecte l'expression génétique de plusieurs protéines clés de la morphogénèse du poumon. A partir de ces résultats, un modèle, combinant les aspects génétiques et mécaniques, est établi. Des simulations numériques, utilisant la méthode des éléments finis, permettent de reproduire qualitativement les étapes de la croissance des branches pulmonaires et la localisation des protéines du développement en accord avec les expériences.PARIS7-Bibliothèque centrale (751132105) / SudocSudocFranceF

Self-renewal of tumor-initiating cells: what's new about hepatocellular carcinoma?

International audienc

Mécanismes moléculaires de la cascade de signalisation des MAPKinases contrôlant la motilité et la prolifération des cellules hépatiques normales et transformées

Ce travail est centré sur l'étude des mécanismes d'induction et de répression des signaux mitogènes et de motilité des hépatocytes. Le blocage de la prolifération et de la survie des cellules transformées représente un enjeu important dans le développement de traitement anti-cancéreux. Cet objectif, nous a conduit à : 1/ préciser l'implication de la voie MEK/ERK dans l'équilibre prolifération / motilité et démontrer l'incidence de MLCK dans l'intégration des signaux mitogènes dans les hépatocytes normaux ; 2/ analyser les mécanismes MEK/ERK dépendants, régulant la motilité et la prolifération des cellules issues d'hépatocarcinomes ; 3/ appréhender plusieurs techniques d'imagerie afin de visualiser au mieux la tumeur induite suite à l'injection de cellules cancéreuses en ectopique et en orthotopique. Toutes les informations obtenues à l'issue de ces différentes approches devraient nous permettre un meilleur suivi de la croissance tumorale in vivo et de définir de nouvelles cibles thérapeutiques.RENNES1-BU Sciences Philo (352382102) / SudocSudocFranceF