Caractérisation physicochimique des membranes cellulaires lors de la cancérogénèse : application à la plasticité cellulaire - Thèses Université Claude Bernard Lyon 1 Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

Biophysicalchemical caracterisation of cell membrane during carcinogenesis : application to cell plasticity

Caractérisation physicochimique des membranes cellulaires lors de la cancérogénèse : application à la plasticité cellulaire

Résumé

The mammary tissue is inherently heterogeneous and its development as well as homeostasis involve genetic and epigenetic mechanism allowing controlled switches of cell identity during woman’s lifetime. During tumoral context, the mechanisms linked to this cell identity modulation can be disturbed. This facilitates a large epigenetic dynamic and the acquisition of phenotypic plasticity essential for tumour development and progression. Phenotypic plasticity describes the ability of a biological system to adapt and express different phenotypes in response to variations of environmental conditions. In this context, the cells lose their cell identity and undergo profound changes in their metabolism. One of the consequences of these metabolic dysregulation is the remodelling of cell lipid composition during the acquisition of a plastic phenotype. We were able to correlate this lipid remodelling with a change in lipid chains arrangement within cell membranes, a phenomenon known to modify the membrane fluidity. The membrane fluidity is measured by a ratiometric fluorescent probe synthesized for the first time in our team. The first part of this thesis concerned the validation in a biological context of this probe, Dioll, to report its capacity of following the membrane fluidity of cell membranes. The analysis of the physicochemical properties of the fluorescent probe during the labeling of cell membranes has highlighted the advantages of this molecule compared to pre-existing probes (better quantum ratio, better distribution within disordered liquid phase and better discrimination of endomembranes). The second part of this thesis, we used the properties of Dioll to highlight the correlation between membrane fluidity and phenotypic variations at the origin of cell plasticity. Analysis of a set of breast cancer cell lines showed that we could discriminate different cell subtypes. Secondly, we used an isogenic model of modulation of cellular plasticity by inducing a process of loss of epithelial characteristics within initially epithelial immortalized human mammary cells (HMEC). From this model, we were able to observe an increase of membrane fluidity during the acquisition of a more undifferentiated phenotype. Finally, by modulating the hormonal-nutritive environment of the cell, it was possible to create a model allowing the acquisition and stabilization of a much undifferentiated phenotype, hybrid in terms of epithelial and mesenchymal component and multipotent. This so-called “metastable” phenotype makes it possible to redirect these cells into the various luminal or myoepithelial mammary differentiation pathways. We were thus able to correlate the phenotypic variations in this model with biophysical variations associated with greater membrane fluidity, the metastable cells having a very significant disorder at the level of their membrane lipid chains in comparison with their progeny having acquired a luminal cell identity or myoepithelial. All of these results are discussed with a view to using these measurements of membrane fluidity to determine an index of phenotypic plasticity or epigenetic dynamics which would then serve as a diagnostic tool and aid in the implementation of therapeutic strategies more efficient and personalized.
Le tissu mammaire est intrinsèquement hétérogène et son développement ainsi que son homéostasie impliquent des mécanismes génétiques et épigénétiques permettant des modifications contrôlées de l’identité cellulaire tout au long de la vie d’une femme. Dans un contexte tumoral, les mécanismes liés à cette modulation de l’identité cellulaire peuvent être en revanche perturbés. Ceci facilite une grande dynamique épigénétique et l’acquisition d’une plasticité phénotypique située au cœur du développement et de la progression tumorale. La plasticité phénotypique décrit la capacité d’un système biologique à s’adapter et exprimer différents phénotypes en réponse à des conditions environnementales changeantes. Les cellules perdent dans ce contexte leur identité cellulaire et subissent des modifications profondes de leur métabolisme. L’une des conséquences de ces dérégulations métaboliques est le remodelage des lipides lors de l’acquisition d’un phénotype plastique. Nous avons pu corréler ce remodelage lipidique à une modification de la fluidité membranaire des membranes cellulaires. Cette mesure de fluidité membranaire s’effectue à l’aide d’une sonde de fluorescence ratiométrique synthétisée pour la première fois dans notre équipe. La première partie de cette thèse a concerné la validation dans un contexte biologique de la capacité de cette sonde fluorescente, le Dioll, à rendre compte de l’alignement des chaînes lipidiques directement au sein des membranes d’une cellule. L’analyse des propriétés physicochimiques de la sonde de fluorescence lors du marquage des membranes cellulaires a mis en avant les avantages de cette molécule par rapport aux sondes préexistantes, notamment un meilleur rapport quantique, une meilleure répartition au sein des phases liquides désordonnées permettant ainsi une meilleure discrimination des endomembranes et un marquage des membranes cellulaires avec une résolution sans précédent. Lors de la deuxième partie de cette thèse, nous avons utilisé les propriétés du Dioll pour mettre en évidence la corrélation existant entre fluidité membranaire et des variations phénotypiques à l’origine de la plasticité cellulaire. L’analyse d’un ensemble de lignées cellulaires cancéreuses mammaires a montré que nous pouvions discriminer les différents sous-types cellulaires à partir de ces mesures corrélées le plus souvent à une plus grande fluidité membranaire. Dans un second temps, nous avons utilisé un modèle isogénique de modulation de la plasticité cellulaire par induction d’un processus de perte des caractéristiques épithéliales au sein de cellules mammaires humaines immortalisées initialement épithéliales (HMEC). À partir de ce modèle, nous avons pu observer une diminution de l’alignement des chaînes lipidiques membranaires lors de l’acquisition d’un phénotype plus indifférencié. Finalement en modulant l’environnement hormono-nutritif de la cellule, il a été possible de créer un modèle permettant l’acquisition et la stabilisation d’un phénotype très indifférencié, hybride en termes de composante épithéliale et mésenchymateuse et multipotent. Ce phénotype dit « métastable » permet de rediriger de façon très efficace ces cellules dans les différentes voies de différenciation mammaire luminale ou myoépithéliale. Nous avons pu ainsi corréler les variations phénotypiques dans ce modèle à des variations biophysiques associées à une plus grande fluidité membranaire, les cellules métastables possédant un désordre très important au niveau de leurs chaînes lipidiques membranaires en comparaison de leur descendance ayant acquis une identité cellulaire luminale ou myoépithéliale. L’ensemble de ces résultats est discuté dans la perspective d’utiliser ces mesures indirectes de fluidité membranaire pour déterminer un indice de plasticité phénotypique ou de dynamique épigénétique qui servirait alors d’outil diagnostic et d’aide à la mise en place de stratégies thérapeutiques plus efficaces et personnalisées.
Fichier principal
Vignette du fichier
TH2021IBANEZSEBASTIEN.pdf (14.82 Mo) Télécharger le fichier
Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04642676 , version 1 (10-07-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04642676 , version 1

Citer

Sébastien Ibanez. Caractérisation physicochimique des membranes cellulaires lors de la cancérogénèse : application à la plasticité cellulaire. Biochimie [q-bio.BM]. Université de Lyon, 2021. Français. ⟨NNT : 2021LYSE1338⟩. ⟨tel-04642676⟩
0 Consultations
0 Téléchargements

Partager

Gmail Mastodon Facebook X LinkedIn More