In vitro study of the peritoneal implantation of tumoral ovarian spheroids in a 3D co-culture model in ascites conditions

Les carcinomes ovariens ont un mauvais pronostic principalement en raison de la découverte tardive de la maladie et d’un taux élevé de récidive. Les cellules cancéreuses ovariennes se propagent dans la cavité abdominale, conduisant à des métastases péritonéales. De plus, au moins un tiers des patientes atteintes d’un Cancer épithélial de l’Ovaire (CO) présentent une accumulation de liquide inflammatoire, l’ascite, au moment du diagnostic et presque toutes ont de l’ascite au moment de la récidive. L’influence de l’ascite sur le développement des niches pré-métastatiques, et sur les mécanismes biologiques sous-jacents conduisant à l’implantation des cellules cancéreuses au mésothélium, reste mal comprise.L’objectif global du travail de thèse a été d’une part de déterminer l’influence de l’ascite sur l’intégrité du mésothélium et sur l’implantation des sphéroïdes tumoraux sur celui-ci, et d’autre part le développement d’un modèle de co-culture 3D sphéroïdes cancéreux/cellules mésothéliales en condition ascitique mimant ainsi les étapes précoces de la dissémination.Nous avons ainsi démontré que l’ascite, qui est un microenvironnement tumoral particulier, influence de nombreux comportements cellulaires. L’ascite favorise la formation et le compactage des sphéroïdes CO, permet la densification et la réorganisation des protéines de la matrice extracellulaire du mésothélium et c’est une source de fibrinogène et de fibrine. L’ascite provoque également une déstabilisation de l’intégrité du mésothélium avec une modification de l’organisation des jonctions cellulaires des cellules Met-5A ainsi qu’une désorganisation des contacts focaux. De plus, l’ascite induit une réorganisation du cytosquelette d’actine dépendant de l’activité de Rac1 qui se traduit par l’apparition de « membrane ruffles ». Ces résultats suggèrent que l’ascite induit une rétraction des cellules mésothéliales ce qui pourrait faciliter l’invasion des cellules CO. Pour mimer les premiers stades de l’implantation péritonéale du CO, nous avons développé un modèle tridimensionnel in vitro de co-culture de sphéroïdes CO et de cellules mésothéliales en présence d’ascites. La fibrine présente dans les ascites conduit à l’adhésion des sphéroïdes CO au mésothélium, et les ascites favorisent leur désagrégation et la clairance des cellules mésothéliales. Notre étude a aussi mis en avant l’implication des intégrines αV et α5β1 dans la désagrégation des sphéroïdes sur le fibrinogène, dans l’invasion de la fibrine par des sphéroïdes et sur la clairance du mésothélium.L’étude des relations entre les propriétés moléculaires des composants de l'ascite et l'implantation de cellules CO peut être essentielle pour une meilleure compréhension de la récurrence de cette maladie mortelle permettant la découverte de nouvelles cibles thérapeutiques.Ovarian carcinomas have a poor prognosis predominantly because of late diagnosis and high recurrence rate. Ovarian cancer cells spread widely throughout the abdominal cavity, leading to peritoneal metastasis. Moreover, at least one-third of patients with epithelial ovarian cancer (OC) accumulates an inflammatrory fluids, named ascites, at diagnosis and almost all have ascites at recurrence. The influence of ascites on the development of premetastatic niches, and on the underlying biological mechanisms leading to cancer cell implantation in the mesothelium, remain poorly understood.The overall objective of the thesis work was on the one hand to determine the influence of ascites on mesothelium integrity and on the implantation of tumor spheroids on the mesothelium. On the other hand, the development of a 3D co-culture model of cancerous spheroids and mesothelial cells in ascites, mimicking the early stage of dissemination.We demonstrate that ascites, which is a unique tumor microenvironment, influences many cellular behaviors. Ascites promotes the formation and compaction of OC spheroids, allows densification and reorganization of the proteins of the extracellular matrix of the mesothelium, and is a source of fibrinogen and fibrin. Ascites also causes a destabilization of the integrity of the mesothelium with a modification of the organization of cell junctions in Met-5A cells and a disruption of focal contacts. In addition, ascites induces a cytoskeletal reorganization of actin dependent on the activity of Rac1 which results in the appearance of "ruffles membrane". These results suggest that ascites induces retraction of mesothelial cells which may facilitate the invasion of OC cells.To mimic the early stages of peritoneal OC implantation, we have developed a three-dimensional in vitro model of co-culture of OC spheroids and mesothelial cells in the presence of ascites. Fibrin in ascites leads to the adhesion of OC spheroids to the mesothelium, and ascites promotes their disaggregation and the clearance of mesothelial cells. Our study also highlighted the involvement of αV and α5β1 integrins in spheroids disaggregation on fibrinogen, in spheroids invasion in fibrin and on the mesothelium clearance. Investigating the relationships between the molecular properties of ascites components and OC cell implantation cells may be essential for a better understanding of the recurrence of this fatal disease leading to the discovery of new therapeutic targets

Etude de l’implantation péritonéale de sphéroïdes tumoraux ovariens dans un modèle in vitro de co-culture tridimensionnel en ascites

Ovarian carcinomas have a poor prognosis predominantly because of late diagnosis and high recurrence rate. Ovarian cancer cells spread widely throughout the abdominal cavity, leading to peritoneal metastasis. Moreover, at least one-third of patients with epithelial ovarian cancer (OC) accumulates an inflammatrory fluids, named ascites, at diagnosis and almost all have ascites at recurrence. The influence of ascites on the development of premetastatic niches, and on the underlying biological mechanisms leading to cancer cell implantation in the mesothelium, remain poorly understood.The overall objective of the thesis work was on the one hand to determine the influence of ascites on mesothelium integrity and on the implantation of tumor spheroids on the mesothelium. On the other hand, the development of a 3D co-culture model of cancerous spheroids and mesothelial cells in ascites, mimicking the early stage of dissemination.We demonstrate that ascites, which is a unique tumor microenvironment, influences many cellular behaviors. Ascites promotes the formation and compaction of OC spheroids, allows densification and reorganization of the proteins of the extracellular matrix of the mesothelium, and is a source of fibrinogen and fibrin. Ascites also causes a destabilization of the integrity of the mesothelium with a modification of the organization of cell junctions in Met-5A cells and a disruption of focal contacts. In addition, ascites induces a cytoskeletal reorganization of actin dependent on the activity of Rac1 which results in the appearance of "ruffles membrane". These results suggest that ascites induces retraction of mesothelial cells which may facilitate the invasion of OC cells.To mimic the early stages of peritoneal OC implantation, we have developed a three-dimensional in vitro model of co-culture of OC spheroids and mesothelial cells in the presence of ascites. Fibrin in ascites leads to the adhesion of OC spheroids to the mesothelium, and ascites promotes their disaggregation and the clearance of mesothelial cells. Our study also highlighted the involvement of αV and α5β1 integrins in spheroids disaggregation on fibrinogen, in spheroids invasion in fibrin and on the mesothelium clearance. Investigating the relationships between the molecular properties of ascites components and OC cell implantation cells may be essential for a better understanding of the recurrence of this fatal disease leading to the discovery of new therapeutic targets.Les carcinomes ovariens ont un mauvais pronostic principalement en raison de la découverte tardive de la maladie et d’un taux élevé de récidive. Les cellules cancéreuses ovariennes se propagent dans la cavité abdominale, conduisant à des métastases péritonéales. De plus, au moins un tiers des patientes atteintes d’un Cancer épithélial de l’Ovaire (CO) présentent une accumulation de liquide inflammatoire, l’ascite, au moment du diagnostic et presque toutes ont de l’ascite au moment de la récidive. L’influence de l’ascite sur le développement des niches pré-métastatiques, et sur les mécanismes biologiques sous-jacents conduisant à l’implantation des cellules cancéreuses au mésothélium, reste mal comprise.L’objectif global du travail de thèse a été d’une part de déterminer l’influence de l’ascite sur l’intégrité du mésothélium et sur l’implantation des sphéroïdes tumoraux sur celui-ci, et d’autre part le développement d’un modèle de co-culture 3D sphéroïdes cancéreux/cellules mésothéliales en condition ascitique mimant ainsi les étapes précoces de la dissémination.Nous avons ainsi démontré que l’ascite, qui est un microenvironnement tumoral particulier, influence de nombreux comportements cellulaires. L’ascite favorise la formation et le compactage des sphéroïdes CO, permet la densification et la réorganisation des protéines de la matrice extracellulaire du mésothélium et c’est une source de fibrinogène et de fibrine. L’ascite provoque également une déstabilisation de l’intégrité du mésothélium avec une modification de l’organisation des jonctions cellulaires des cellules Met-5A ainsi qu’une désorganisation des contacts focaux. De plus, l’ascite induit une réorganisation du cytosquelette d’actine dépendant de l’activité de Rac1 qui se traduit par l’apparition de « membrane ruffles ». Ces résultats suggèrent que l’ascite induit une rétraction des cellules mésothéliales ce qui pourrait faciliter l’invasion des cellules CO. Pour mimer les premiers stades de l’implantation péritonéale du CO, nous avons développé un modèle tridimensionnel in vitro de co-culture de sphéroïdes CO et de cellules mésothéliales en présence d’ascites. La fibrine présente dans les ascites conduit à l’adhésion des sphéroïdes CO au mésothélium, et les ascites favorisent leur désagrégation et la clairance des cellules mésothéliales. Notre étude a aussi mis en avant l’implication des intégrines αV et α5β1 dans la désagrégation des sphéroïdes sur le fibrinogène, dans l’invasion de la fibrine par des sphéroïdes et sur la clairance du mésothélium.L’étude des relations entre les propriétés moléculaires des composants de l'ascite et l'implantation de cellules CO peut être essentielle pour une meilleure compréhension de la récurrence de cette maladie mortelle permettant la découverte de nouvelles cibles thérapeutiques

A biomimetic model of 3D fluid extracellular macromolecular crowding microenvironment fine-tunes ovarian cancer cells dissemination phenotype

International audienc

Evaluation of the potential of a new ribavirin analog impairing the dissemination of ovarian cancer cells

International audienceEpithelial ovarian cancers are insidious pathologies that give a poor prognosis due to their late discovery and the increasing emergence of chemoresistance. Development of small pharmacological anticancer molecules remains a major challenge. Ribavirin, usually used in the treatment of hepatitis C virus infections and more recently few cancers, has been a suggestion. However, Ribavirin has many side-effects, suggesting that the synthesis of analogs might be more appropriate. We have investigated the effect of a Ribavirin analog, SRO-91, on cancer cell behavioral characteristics considered as some of the hallmarks of cancer. Two human ovarian adenocarcinoma cell lines (SKOV3 and IGROV1) and normal cells (mesothelial and fibroblasts) have been used to compare the effects of SRO-91 with those of Ribavirin on cell behavior underlying tumor cell dissemination. SRO-91, like Ribavirin, inhibits proliferation, migration, clonogenicity and spheroids formation of cancer cells. Unlike Ribavirin, SRO-91 is preferentially toxic to cancer compared with normal cells. An in vitro physiologically relevant model showed that SRO-91, like Ribavirin or cisplatin, inhibits cancer cell implantation onto peritoneal mesothelium. In conclusion, SRO-91 analog effects on tumor dissemination and its safety regarding non-cancerous (normal) cells are encouraging findings a promising drug for the treatment of ovarian cancer