Local light-activation of the Src oncoprotein in an epithelial monolayer promotes collective extrusion

International audienceTransformed isolated cells are usually extruded from normal epithelia and subsequently eliminated. However, multicellular tumors outcompete healthy cells, highlighting the importance of collective effects. Here, we investigate this situation in vitro by controlling in space and time the activity of the Src oncoprotein within a normal Madin-Darby Canine Kidney (MDCK) epithelial cell monolayer. Using an optogenetics approach with cells expressing a synthetic light-sensitive version of Src (optoSrc), we reversibly trigger the oncogenic activity by exposing monolayers to well-defined light patterns. We show that small populations of activated optoSrc cells embedded in the non-transformed monolayer collectively extrude as a tridimensional aggregate and remain alive, while the surrounding normal cells migrate towards the exposed area. This phenomenon requires an interface between normal and transformed cells and is partially reversible. Traction forces show that Src-activated cells either actively extrude or are pushed out by the surrounding cells in a non-autonomous way

Biomechanical response of epithelial cells to the activation of Src oncoprotein

Au cours de la progression tumorale, les cellules acquièrent de nouvelles caractéristiques biomécaniques qui affectent la façon dont elles interagissent avec leur environnement. Ces changements biomécaniques peuvent d’ailleurs leur conférer un avantage sur les cellules normales pour envahir les tissus environnants.Nous nous sommes intéressés à l'oncoprotéine Src, suractivée dans de nombreux cancers et associée à la survenue de métastases. L’objectif de cette thèse a été de caractériser la réponse biomécanique de cellules uniques à l’activation de Src. Nous avons choisi l'optogénétique pour contrôler dans le temps et de façon réversible, l'activation de Src dans des cellules épithéliales en culture, déposées sur des gels de polyacrylamide. En parallèle, nous avons caractérisé le phénotype biomécanique des cellules transformées en utilisant, d’une part, la Microscopie de Force de Traction (TFM) et en observant, d’autre part, le cytosquelette des cellules.Nous avons d'abord montré que des cellules isolées Src-activées réorganisent leur cytosquelette et changent leur phénotype mécanique : elles s'étalent et accroissent leur contractilité. Notre étude a également permis d’identifier différentes voies de signalisation impliquées dans ce changement de phénotype mécanique. De manière intéressante, l’augmentation de la contractilité des cellules Src-transformées ne repose pas sur l'activation de Rho mais sur l’activation de la kinase MLCK, et sur un flux de calcium provenant en partie du réticulum endoplasmique. Afin de mieux comprendre les interactions de cellules transformées avec leur environnement, nous avons ensuite étudié l’influence de la rigidité du substrat sur la réponse mécanique des cellules à l’activation de Src. Nous avons identifié une rigidité particulière, autour de 10 kPa, pour laquelle le changement de phénotype mécanique est maximal.Notre étude apporte un nouvel éclairage sur les changements biomécaniques des cellules transformées au début de la tumorogenèse et révèle comment la mécanosensibilité cellulaire est altérée.During tumoral progression, cells acquire new biomechanical properties, which affect the way they interact with their environment. These biomechanical changes may give them an advantage over normal cells to invade surrounding tissues.We are interested on the Src oncoprotein, which is overactivated in many cancers and involved in their metastatic spread. The aim of this thesis was to characterize the biomechanical response of single cells to Src activation. We chose optogenetics to control in time and in a reversible way, the activation of Src in cultured epithelial cells, deposited on polyacrylamide gels. In parallel, we characterized the biomechanical phenotype of transformed cells by using Traction Force Microscopy (TFM) and by observing their cytoskeleton.We first showed that isolated Src-activated cells reorganize their cytoskeleton and change their mechanical phenotype: they spread and increase their contractility. Our study also identified different signaling pathways involved in this change of mechanical phenotype. Interestingly, the increase in contractility of Src-transformed cells does not rely on Rho activation but on MLCK activation, and on a calcium influx coming in part from the endoplasmic reticulum. To better understand the interactions of transformed cells with their environment, we then studied the influence of substrate stiffness on the mechanical response of cells to Src activation. We identified a particular rigidity, around 10 kPa, for which the change in mechanical phenotype is maximal.Our study sheds new light on the biomechanical changes of transformed cells in the early stage of cancer and reveals how cell mechanosensitivity is affected