Rôle de la GTPase ARF1 dans la migration et l’invasion des cellules du cancer du sein

Abstract

La capacité des cellules à être invasives et métastasiques est une caractéristique fondamentale de la malignité tumorale. Nous avons récemment montré que le facteur d’ADP-ribosylation 1 (ARF1) est surexprimé dans les lignées cellulaires hautement invasives du cancer du sein et que la stimulation du récepteur au facteur de croissance épidermique (EGFR) peut activer cette isoforme pour contrôler la migration ainsi que la prolifération. Cependant, le rôle de cette GTPase dans la régulation du processus d’invasion cellulaire et les mécanismes moléculaires associés demeure inconnu. Nous avions comme objectifs dans cette thèse, de définir les voies de signalisation sous le contrôle d’ARF1 dans les cellules de cancer du sein et démontrer que l’expression et l’activation de cette GTPase est associée à un phénotype hautement invasif. Nos études démontrent que la modulation de l'expression et l'activité d’ARF1 affecte la capacité des cellules MDA-MB-231 (pour M. D. Anderson-metastatic breast-231), une ligne hautement invasive, à dégrader la matrice extracellulaire via l'activité de la métalloprotéinase MMP-9. ARF1 contrôle les deux principales structures impliquées dans l'invasion, en jouant sur la maturation d’invadopodes ainsi que la relâche de microvésicules membranaires. D’un point de vue mécanistique, l'axe de signalisation ARF1, RhoA-RhoC et la chaine légère de la myosine (MLC) explique ces phénomènes. De plus, nous démontrons que l'un des mécanismes par lequel ARF1 régule la migration est en contrôlant l'assemblage des points adhésions focaux et ce, dans plusieurs types de cellules cancéreuses du sein. ARF1, en étant un membre du complexe d’adhésion, réglemente le recrutement et l’activité de protéines clés à la β1-intégrine tels que la paxilline, la talin et la kinase d’adhésion focale (FAK). Pour finir, nous rapportons que ARF1 et ARF6 ont un rôle majeur dans la transition épithélio-mésenchymateuse. ARF1 est retrouvé fortement exprimé dans les tissus de sous-types les plus agressifs et les plus avancés de cancer du sein. Dans un modèle murin, la modulation à la baisse de l’expression d’ARF1 dans les cellules MDA-MB-231 corrèle avec la diminution de croissance des tumeurs primaires et l’installation des métastases pulmonaires. De plus, nous rapportons que la surexpression des ARF dans des cellules non invasives, les MCF7 (pour Michigan Cancer Foundation-7), permet la nidification de métastases. En effet, dans les MCF7, ARF1 contrôle l’adhésion intercellulaire via la β-caténine et l’E-cadhérine, promeut l’activation de l’oncogène Ras (pour Rat Sarcoma/ Rat Fibrosarcoma virus) et l’expression de plusieurs inducteurs de transition épithélio-mésenchymateuse comme snail et slug. De plus, ARF1 contrôle l’invasion, la prolifération cellulaire et même la résistance à certains agents chimio-thérapeutiques. Globalement, nos études identifient ARF1 comme un interrupteur moléculaire de la progression tumorale et suggèrent que la limitation de son expression/activité pourrait améliorer le devenir des patients atteints du cancer du sein.

Invasive and metastatic chapacities are fundamental features for tumor malignancy. We have recently shown that the ADP-ribosylation factor 1 (ARF1) is over-expressed in highly invasive breast cancer cell lines and stimulation of the epidermal growth factor receptor (EGFR) may activate this isoform to regulate migration and proliferation. However, the role of this GTPase in regulating cell invasion process and related molecular mechanisms remain unknown. In this thesis, we had as objectives, to define the signaling pathways under the control ARF1 in breast cancer cells and show that the expression and activation of the GTPase is associated with highly invasive phenotype. Our studies show that the modulation of the expression and activity of ARF1 affect the ability of MDA-MB-231 cells (M. D. Anderson-metastatic breast-231), a highly invasive line, to degrade the extracellular matrix via the activity of the metalloproteinase MMP-9. ARF1 controls the two main structures involved in the invasion, playing on invadopodia maturation and shedding of membrane microvesicles. The molecular mechanisms involve the regulation of RhoA and RhoC activity by ARF1 and the following downtream events associated with and the myosin light chain (MLC) phosphorylation. Furthermore, we demonstrate that ARF1 also regulates migration by controlling the assembly of focal adhesion complexes in many types of breast cancer cells. ARF1, also prensent in adhesion complexes, regulates the recruitment and activity of key proteins such as paxillin, talin and focal adhesion kinase (FAK) to β1 integrin. Finally, we report that ARF1 and ARF6 play a major role in the epithelial-mesenchymal transition (EMT). ARF1 is found highly expressed in tumor tissue of the most aggressive and advanced subtypes of breast cancer. Lowered expression of ARF1 in vivo in the MDA-MB-231 cells impars tumor growth in primary tumors and inhibits lung metastasis. We report that upregulation of the ARF in non-invasive cells, MCF7 (Michigan Cancer Foundation-7) induce metastasis nidification. Indeed, we show in MCF7 that ARF1 controls intercellular adhesion via the β-catenin and E-cadherin, promotes Ras (Rat Sarcoma/ Rat Fibrosarcoma virus) oncogene activation, and conrols expression of several epithelial-mesenchymal transition markers such as snail and slug. Moreover, we demonstrate that ARF1 controls invasion, proliferation and even resistance to certain chemo-therapeutic agents, in MCF7 cells. Overall, our studies identify ARF1, as a molecular switch of tumor progression and suggest that limiting its expression / activity could improve the outcome of breast cancer patients.