AMPK is a mechano-metabolic sensor linking cell adhesion and mitochondrial dynamics to Myosin-dependent cell migration

Cell migration is crucial for cancer dissemination. We find that AMP-activated protein kinase (AMPK) controls cell migration by acting as an adhesion sensing molecular hub. In 3-dimensional matrices, fast-migrating amoeboid cancer cells exert low adhesion/low traction linked to low ATP/AMP, leading to AMPK activation. In turn, AMPK plays a dual role controlling mitochondrial dynamics and cytoskeletal remodelling. High AMPK activity in low adhering migratory cells, induces mitochondrial fission, resulting in lower oxidative phosphorylation and lower mitochondrial ATP. Concurrently, AMPK inactivates Myosin Phosphatase, increasing Myosin II-dependent amoeboid migration. Reducing adhesion or mitochondrial fusion or activating AMPK induces efficient rounded-amoeboid migration. AMPK inhibition suppresses metastatic potential of amoeboid cancer cells in vivo, while a mitochondrial/AMPK-driven switch is observed in regions of human tumours where amoeboid cells are disseminating. We unveil how mitochondrial dynamics control cell migration and suggest that AMPK is a mechano-metabolic sensor linking energetics and the cytoskeleton. Cell metabolism must adapt to the energy needs of migrating cells. This study finds that fast amoeboid migrating cells harbor high AMPK activity, which controls both mitochondrial dynamics and cytoskeletal remodeling, enabling reduced energy needs

Spectroscopie RMN 2D rapide pour les mélanges complexes

Metabolomics is a recent area of research, which aims at analyzing the entirety of molecules involved in chemical reactions in anorganism. Nuclear Magnetic Resonance (NMR) is widely used in metabolomics nowadays thanks to a methodology based onone-dimensional (1D) NMR. However, 1D spectra of complex mixtures, like biological extracts or fluids, are characterized byimportant overlap between peaks, which can be detrimental to the identification and quantification of molecules of interest.Two-dimensional (2D) NMR can be used to reduce the risk of overlap. However, the duration of 2D experiments is often prohibitivefor metabolomics studies. Several approaches exist to reduce the duration of 2D experiments, but they have not been evaluated so farfor metabolomics. In this thesis, we have shown the usefulness of fast 2D NMR for metabolomics and optimized its performances.Two fast 2D NMR approaches have been evaluated, ultrafast 2D NMR and non-uniform sampling. In a study with synthetic samples,we first demonstrated the usefulness of 2D NMR compared to 1D NMR, then we showed that the experimental time of 2D spectracould be reduced with fast 2D NMR approaches without loss of information. Then we optimized the use of fast 2D NMR for complexmixture analysis. First, we developed a new pulse sequence with ultrafast 2D NMR of proton, in order to suppress the diagonal peaks,which can overlap with correlation peaks and therefore reduce the information content of 2D spectra. Then non-uniform samplingwas used to increase up to 32 times the resolution in the indirect dimension without increasing the experimental time and without lossof sensitivity or repeatability. Finally, we worked on automating the determination of relaxation constants in complex mixture. Thesetools open promising perspectives for high-throughput metabolomics of complex biological samples.La métabolomique est un domaine récent dont le but est d’analyser l'ensemble des molécules participant aux réactions chimiques d'unorganisme. L'utilisation de la Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) pour la métabolomique est en plein essor grâce à uneméthodologie basée sur des spectres à une dimension (1D) du proton. Cependant, les spectres 1D de mélanges complexes, comme lesextraits ou fluides biologiques, présentent un recouvrement important des signaux RMN, ce qui peut poser problème pourl'identification et la quantification des molécules d’intérêt. L'utilisation d’expériences RMN à deux dimensions (2D) permet enprincipe de limiter les risques de recouvrement. Cependant, la durée des expériences 2D est souvent prohibitive pour lamétabolomique. Plusieurs approches existent afin de réduire la durée des expériences RMN 2D, mais elles n'ont pas à ce jour étéévaluées dans le cadre de la métabolomique. Au cours de cette thèse, nous avons démontré le potentiel de la RMN 2D rapide pour lamétabolomique et optimisé ses performances. Deux approches RMN 2D rapides ont été testées : la RMN ultrarapide etl'échantillonnage non-uniforme. Par une étude avec des échantillons synthétiques, nous avons pu démontrer, dans un premier temps,l'intérêt de la RMN 2D par rapport à la RMN 1D pour la métabolomique, puis l'utilisation des approches 2D rapides pour obtenir lamême information que la RMN 2D conventionnelle avec un temps d'acquisition réduit. Nous avons ensuite cherché à optimiserl'utilisation des approches 2D rapides pour l'analyse des mélanges complexes. Dans un premier temps, une nouvelle séquence a étédéveloppée en RMN 2D ultrarapide du proton, afin de supprimer les pics diagonaux, qui peuvent recouvrir des pics de corrélations etdonc réduire l'information disponible sur les spectres. Ensuite, l'échantillonnage non-uniforme a été utilisé afin d'augmenter jusqu'à32 fois la résolution dans la dimension indirecte sans perte de sensibilité ou de répétabilité ou d'augmentation de la duréed'expérience. Enfin, des essais ont été effectués afin d’automatiser la détermination des constantes de relaxation directement dans lesmélanges complexes. Ces différents outils ouvrent des perspectives d’application prometteuses pour l’analyse métabolomique à hautdébit d’échantillons biologiques

The interrelationship between physical activity and metabolic regulation of breast cancer progression in obesity via cytokine control.

International audienceRegular physical activity is known to protect against the development of breast cancer and mediate direct anti-inflammatory effects on adipose tissue. While direct relationships between muscle activity, adipose tissue and breast tissue have been highlighted in recent years, few studies have focused on the effects of obesity and physical activity during the development of breast cancer, particularly at the level of cell signaling. Skeletal muscle and adipose tissue modulate the cell metabolism by secreting myokines and adipokines. These secreted cytokines belong to a crosstalk network via cell signaling pathway modulation. The understanding of the tissue crosstalk is fundamental to the management of physical activity in the care of obese breast cancer patients. Therefore, this review focuses on the effects of obesity and physical activity during the development of breast cancer, particularly at the level of cell signaling. We focuse on the main mediators, secreted by both adipose and muscle tissue, which are implicated in breast cancer development. We presente the variation of these mediators in the physiopathological context of their secreted tissue. Then, we open the discussion on the crosstalk of these tissues in breast carcinogenesis

Ultrafast double-quantum NMR spectroscopy.

International audienceWe demonstrate the acquisition of double-quantum NMR spectra in less than three seconds and illustrate the synergies between double-quantum and ultrafast NMR spectroscopy for the analysis of complex mixtures

Evaluation of Fast 2D NMR for Metabolomics

Two-dimensional nuclear magnetic resonance (2D NMR) is increasingly explored as a tool for metabolomics because of its superior resolution compared to one-dimensional NMR (1D NMR). However, 2D NMR is characterized by longer acquisition times, which makes it less suitable for high-throughput studies. In this Article, we evaluated two methods for the acceleration of <i>n</i>D NMR, ultrafast (UF) and nonuniform sampling (NUS), in the context of metabolomics. To this end, model samples mimicking the metabolic profile variations in serum from subjects affected by colorectal cancer and controls were analyzed by 1D ¹H NMR along with conventional and accelerated DQF-COSY and HSQC. A statistical analysis (OPLS-DA) yielded similar results for the group separation with all techniques, but biomarker identification from 2D spectra was substantially enhanced, both in terms of number of molecules and easiness of assignment. Most interestingly, fast 2D NMR techniques lead to similar results as conventional 2D NMR, opening the way for high-throughput metabolomics studies using 2D NMR

Obésité et cancer du sein

International audienceLe vieillissement chez la femme induit une immunosénescence et la ménopause. Ces changements favorisent le développement de maladies chroniques telles que l’obésité ou le cancer du sein. Les déterminants majeurs de la qualité du vieillissement sont l’accompagnement nutritionnel et une activité physique (AP) régulière. La littérature suggère que l’AP est bénéfique contre le développement du cancer du sein après la ménopause chez les femmes obèses. Cependant, les mécanismes mis en jeux sont mal compris et peu d’études se sont concentrées sur le système immunitaire au cours de la carcinogenèse mammaire dans un contexte d’obésité associée à l’AP

Long-Term High-Fat Diet Limits the Protective Effect of Spontaneous Physical Activity on Mammary Carcinogenesis

Breast cancer is influenced by factors such as diet, a sedentary lifestyle, obesity, and postmenopausal status, which are all linked to prolonged hormonal and inflammatory exposure. Physical activity offers protection against breast cancer by modulating hormones, immune responses, and oxidative defenses. This study aimed to assess how a prolonged high-fat diet (HFD) affects the effectiveness of physical activity in preventing and managing mammary tumorigenesis. Ovariectomised C57BL/6 mice were provided with an enriched environment to induce spontaneous physical activity while being fed HFD. After 44 days (short-term, ST HFD) or 88 days (long-term, LT HFD), syngenic EO771 cells were implanted into mammary glands, and tumour growth was monitored until sacrifice. Despite similar physical activity and food intake, the LT HFD group exhibited higher visceral adipose tissue mass and reduced skeletal muscle mass. In the tumour microenvironment, the LT HFD group showed decreased NK cells and TCD8+ cells, with a trend toward increased T regulatory cells, leading to a collapse of the T8/Treg ratio. Additionally, the LT HFD group displayed decreased tumour triglyceride content and altered enzyme activities indicative of oxidative stress. Prolonged exposure to HFD was associated with tumour growth despite elevated physical activity, promoting a tolerogenic tumour microenvironment. Future studies should explore inter-organ exchanges between tumour and tissues

Un régime hyperlipidique sur le long terme limite les effets anti-tumoraux de l’activité physique

International audienceIntroduction : L’obésité et l’activité physique constituent respectivement des facteurs de risque et de protection de la cancérogenèse mammaire. La surproduction d’œstrogènes associée à l’excès de masse grasse favorise le développement tumoral en période de postménopause et à l’inverse l’activité physique la limite en réduisant l’inflammation et en stimulant le recrutement des cellules de l’immunité cytotoxiques telles que les cellules NK. L’objectif de cette étude est de mesurer l’impact de la durée d’imprégnation lipidique sur les effets préventifs de l’activité physique lors du développement tumoral mammaire. Matériel et méthodes : Des souris C57BL/6 âgées de 35 semaines ovariectomisées ont étées nourries avec un régime riche en lipides. Après 42 (imprégnation lipidique courte, ILC) ou 88 (IL longue, ILL) jours, des cellules tumorales mammaires syngéniques EO771 ont été implantées dans la 4ème paire de glandes mammaires et la croissance tumorale a été suivie pendant 6 semaines. 4 groupes ont été étudiés. En ILC, un groupe a été placé en environnement standard (ES, n=9, sédentarité), et l'autre en environnement enrichi (EE, n=10), favorisant l’activité physique spontanée (APS). Sous ILL, les 2 groupes (EE n=10, EEI n=11) ont été placés en EE dont un avec un exercice d’intensité modérée (EEI = course sur tapis roulant) afin accroître le niveau d’activité physique total. Au sacrifice, les tissus ont été prélevés afin de caractériser divers paramètres tels que l’infiltrat immunitaire, le métabolisme lipidique et les échanges inter-organes via des approches cellulaires, biochimiques et moléculaires. Résultats : Les données rapportées (moyenne ± écart-type), ont été analysées par un test de Mann Whitney. Quelle que soit la durée du régime lipidique, l’activité physique totale (Km/souris/j) des animaux n’est pas altérée par la croissance tumorale (respectivement à 0,17±0,02 ; 0,80±0,06 ; 0,96±0,54 et 1,56±0,52 pour ILC-ES, ILC-EE, ILL-EE, ILL-EEI). L’ILL favorise la croissance tumorale comparativement à l’ILC, 2300±200 mm3 vs 1500±400 mm3, au jour 26 post implantation (p<0,05). Sous ILC, l’EE ralentit la croissance tumorale par rapport à l’ES, montrant les effets bénéfiques de la rupture de la sédentarité. A l’inverse, l’ILL inhibe les bénéfices apportés par l’APS ainsi que de l’exercice imposé. Après implantation tumorale, l’ingesta reste inchangé chez les souris sous ILL quel que soit le groupe. Il décroît significativement chez les souris en ILC pour le groupe en ES (p<0,05) et non significativement pour les souris en EE (p=0,3). De fait, les souris sous ILC perdent significativement du poids entre les dates d'implantation et de sacrifice (ILC-ES 34,32±3,84g vs 27,79±3,79g ; ILC-EE 31,84±3,93g vs 28,42±2,41g ; p<0,05) contrairement aux groupes sous ILL. Au sacrifice, la masse totale des tissus adipeux est plus élevée chez les souris sous ILL (2351±1245mg) comparées à celles sous ILC (1895±1027mg) et n’est pas affectée par l’activité physique spontanée ou imposée quel que soit la durée du régime. A contrario, celle des muscles des pattes postérieures est inférieure pour les groupes sous ILL, malgré une activité physique spontanée et/ou imposée élevée (ILC 361±44mg ; ILL 328±24mg). Au niveau tumoral, la proportion de cellules immunitaires infiltrées n’est pas impactée par le niveau d’activité physique quelle que soit la durée du régime. Toutefois, sous ILL le taux de lymphocytes Th1 (ILC 0,08±0,07 ; ILL 0,68±1,26%) et de Treg (ILC 0,07±0,14 ; ILL 0,44±0,19%) est majoré alors que ceux des lymphocytes TCD8+ (ILC 6,49±6,08 ; ILL 0,86±0,55%) et des NK (ILC 24,22±12,00 ; ILL 0,64±0,44%) est réduit favorisant un environnement propice au développement cancéreux. Conclusion : Comme attendu, une imprégnation lipidique longue favorise la croissance tumorale. Cependant, dans nos conditions expérimentales, elle semble également s’opposer aux effets bénéfiques de l’activité physique. La rupture de sédentarité par l’environnement enrichi ou son renforcement par un exercice imposé, par la mise en place d’un environnement immunitaire tolérogène, ne s’opposent pas à la progression tumorale. L’exploration future des muscles squelettiques, du tissu adipeux, de leur métabolisme et des échanges inter-organes permettra d’entrevoir les mécanismes impliqués dans l’inhibition des effets bénéfiques de l’activité physique en situation d’obésité

Un régime hyperlipidique sur le long terme limite les effets anti-tumoraux de l’activité physique

International audienceIntroduction : L’obésité et l’activité physique constituent respectivement des facteurs de risque et de protection de la cancérogenèse mammaire. La surproduction d’œstrogènes associée à l’excès de masse grasse favorise le développement tumoral en période de postménopause et à l’inverse l’activité physique la limite en réduisant l’inflammation et en stimulant le recrutement des cellules de l’immunité cytotoxiques telles que les cellules NK. L’objectif de cette étude est de mesurer l’impact de la durée d’imprégnation lipidique sur les effets préventifs de l’activité physique lors du développement tumoral mammaire.Matériel et méthodes : Des souris C57BL/6 âgées de 35 semaines ovariectomisées ont étées nourries avec un régime riche en lipides. Après 42 (imprégnation lipidique courte, ILC) ou 88 (IL longue, ILL) jours, des cellules tumorales mammaires syngéniques EO771 ont été implantées dans la 4ème paire de glandes mammaires et la croissance tumorale a été suivie pendant 6 semaines. 4 groupes ont été étudiés. En ILC, un groupe a été placé en environnement standard (ES, n=9, sédentarité), et l'autre en environnement enrichi (EE, n=10), favorisant l’activité physique spontanée (APS). Sous ILL, les 2 groupes (EE n=10, EEI n=11) ont été placés en EE dont un avec un exercice d’intensité modérée (EEI = course sur tapis roulant) afin accroître le niveau d’activité physique total. Au sacrifice, les tissus ont été prélevés afin de caractériser divers paramètres tels que l’infiltrat immunitaire, le métabolisme lipidique et les échanges inter-organes via des approches cellulaires, biochimiques et moléculaires.Résultats : Les données rapportées (moyenne ± écart-type), ont été analysées par un test de Mann Whitney. Quelle que soit la durée du régime lipidique, l’activité physique totale (Km/souris/j) des animaux n’est pas altérée par la croissance tumorale (respectivement à 0,17±0,02 ; 0,80±0,06 ; 0,96±0,54 et 1,56±0,52 pour ILC-ES, ILC-EE, ILL-EE, ILL-EEI). L’ILL favorise la croissance tumorale comparativement à l’ILC, 2300±200 mm3 vs 1500±400 mm3, au jour 26 post implantation (p<0,05). Sous ILC, l’EE ralentit la croissance tumorale par rapport à l’ES, montrant les effets bénéfiques de la rupture de la sédentarité. A l’inverse, l’ILL inhibe les bénéfices apportés par l’APS ainsi que de l’exercice imposé. Après implantation tumorale, l’ingesta reste inchangé chez les souris sous ILL quel que soit le groupe. Il décroît significativement chez les souris en ILC pour le groupe en ES (p<0,05) et non significativement pour les souris en EE (p=0,3). De fait, les souris sous ILC perdent significativement du poids entre les dates d'implantation et de sacrifice (ILC-ES 34,32±3,84g vs 27,79±3,79g ; ILC-EE 31,84±3,93g vs 28,42±2,41g ; p<0,05) contrairement aux groupes sous ILL. Au sacrifice, la masse totale des tissus adipeux est plus élevée chez les souris sous ILL (2351±1245mg) comparées à celles sous ILC (1895±1027mg) et n’est pas affectée par l’activité physique spontanée ou imposée quel que soit la durée du régime. A contrario, celle des muscles des pattes postérieures est inférieure pour les groupes sous ILL, malgré une activité physique spontanée et/ou imposée élevée (ILC 361±44mg ; ILL 328±24mg). Au niveau tumoral, la proportion de cellules immunitaires infiltrées n’est pas impactée par le niveau d’activité physique quelle que soit la durée du régime. Toutefois, sous ILL le taux de lymphocytes Th1 (ILC 0,08±0,07 ; ILL 0,68±1,26%) et de Treg (ILC 0,07±0,14 ; ILL 0,44±0,19%) est majoré alors que ceux des lymphocytes TCD8+ (ILC 6,49±6,08 ; ILL 0,86±0,55%) et des NK (ILC 24,22±12,00 ; ILL 0,64±0,44%) est réduit favorisant un environnement propice au développement cancéreux.Conclusion : Comme attendu, une imprégnation lipidique longue favorise la croissance tumorale. Cependant, dans nos conditions expérimentales, elle semble également s’opposer aux effets bénéfiques de l’activité physique. La rupture de sédentarité par l’environnement enrichi ou son renforcement par un exercice imposé, par la mise en place d’un environnement immunitaire tolérogène, ne s’opposent pas à la progression tumorale. L’exploration future des muscles squelettiques, du tissu adipeux, de leur métabolisme et des échanges inter-organes permettra d’entrevoir les mécanismes impliqués dans l’inhibition des effets bénéfiques de l’activité physique en situation d’obésité