• Langue : Français
• Discipline : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Identifiant : 2024ULILS104
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 03/07/2024

Résumé en langue originale

Les cancers du sein « triple négatif » représentent le sous-type dont le pronostic est le plus défavorable. Cette évolution péjorative, liée à une résistance aux traitements conventionnels, est associée à un enrichissement en Cellules Souches Cancéreuses (CSC). De manière intéressante, le modèle de développement tumoral hiérarchique, plaçant les CSC au sommet de la hiérarchie, a été récemment raffiné en modèle de plasticité phénotypique. Dans ce modèle, certaines cellules cancéreuses non-souches (non-CSC) sont capables de réacquérir un phénotype souche cancéreux sous l'effet de contraintes extérieures telles que l'hypoxie, la chimiothérapie ou la radiothérapie, enrichissant d'autant un pool de CSC hautement tumorigènes et résistantes. Ainsi, comprendre les mécanismes moléculaires sous-jacents de cette plasticité des cellules cancéreuses revêt donc une importance capitale pour le développement de thérapies plus efficaces.Ce travail de thèse visait à développer des outils permettant l'étude de la dynamique de conversion entre les phénotypes différencié souche cancéreux. Nous avons, ainsi, mis au point les conditions expérimentales nécessaires au suivi de plusieurs milliers de cellules en culture de manière individuelle par prise d'images en microscopie à fluorescence à intervalles très réguliers sur une période d'au moins cinq jours (time-lapse). À cet effet, nous avons mis à profit un rapporteur de CSC développé au laboratoire basé sur l'activité du promoteur de l'ALDH1A1 contrôlant l'expression d'une protéine de fluorescence mNeptune-TK. Des algorithmes d'analyse spatiale de type fonction de Ripley ont été développés pour comprendre l'organisation spatiale des phénotypes cellulaires. Nous avons pu montrer que les CSC s'agrègent à proximité les unes des autres, tout en maintenant une distance d'environ 100 à 200 µm avec les cellules différenciées.Nous avons ensuite étudié les dynamiques phénotypiques de milliers de cellules. La clusterisation des cellules, basée sur leur profil de fluorescence au cours de leur cycle cellulaire, a permis de mettre en évidence la diversité des dynamiques. Néanmoins, nous avons observé que les évènements de différenciation se produisent principalement lors de la division cellulaire. Nous avons également observé qu'un très faible nombre de cellules non-CSC se convertissent en CSC en l'absence de stimuli externes. De manière intéressante, ces évènements de dédifférenciation semblent avoir une temporalité plus importante en se produisant tout au long du cycle cellulaire.Par combinaison des analyses spatiales et temporelles, nous avons caractérisé les environnements cellulaires permissifs de la dédifférenciation en CSC. Ainsi, les évènements de dédifférenciation semblent être liés à des changements dans l'environnement cellulaire, plus précisément, avec une augmentation du nombre de cellules souches dans leur voisinage.Ces travaux ont donc mis en évidence une organisation dynamique spécifique des CSC mammaires, au sein d'une culture en 2D et en l'absence de traitement, indiquant une régulation intrinsèque de la population cellulaire.

Résumé traduit

Triple-negative breast cancers represent the subtype with the most unfavorable prognosis. This negative outcome, linked to resistance to conventional treatments, is associated with an enrichment of Cancer Stem Cells (CSCs). Interestingly, the tumor development hierarchical model, placing CSCs at the top of the hierarchy, has recently been refined into a model of phenotypic plasticity. In this model, some non-stem cancer cells (non-CSC) are capable of reacquiring a cancer stem phenotype under the influence of external constraints such as hypoxia, chemotherapy, or radiotherapy, thereby enriching a pool of highly tumorigenic and resistant CSCs. Thus, understanding the underlying molecular mechanisms of this cancer cell plasticity is important for the development of more effective therapies.The aim of this thesis was to develop tools for studying the dynamics of conversion between the differentiated phenotype and the cancer stem cell phenotype. We have thus established the experimental conditions necessary for tracking individually several thousand cells in culture by capturing images in fluorescence microscopy at very regular intervals over a period of at least five days (time-lapse). To do this, we used a CSC reporter developed in the laboratory based on the activity of the ALDH1A1 promoter controlling the expression of a mNeptune-TK fluorescence protein. We then adapted spatial analysis algorithms of the Ripley's K function type to understand the spatial organization of cell phenotypes. We were able to show that CSCs aggregate near each other while maintaining a distance of about 100 to 200 µm from differentiated cells.We then studied the phenotypic dynamics of thousands of cells. Clustering cells by their fluorescent profile during the cell cycle revealed the diversity of those dynamics. However, we observed that differentiation events mainly occur during cell division. We also noted that a very small number of non-CSCs convert to CSCs in the absence of external stimuli. Interestingly, these dedifferentiation events seem to have a longer temporality, occurring all along the cell cycle.By combining spatial and temporal analyses, we characterized the cellular environments leading to dedifferentiation into CSCs. Lineage data suggests that dedifferentiation events are related to changes in the cellular environment, more precisely, with an increase in the number of stem cells in their neighbourhood.This work has thus highlighted a specific dynamic organization of mammary CSCs, within a 2D culture and in the absence of treatment, indicating an intrinsic regulation of the cell population.