Ecole Doctorale

Sciences de la Vie et de la Santé

Spécialité

Biologie-Santé - Spécialité Oncologie

Etablissement

Aix-Marseille Université

Mots Clés

cellules souches,épithélium,cancer,différenciation,

Keywords

stem cells,epithelium,cancer,differentiation,

Titre de thèse

Rôle des cellules souches des zones de transition dans le maintien des tissus épithéliaux en condition normale et cancéreuse
Characterizing the role of epithelial cells at transition zones in normal and disease state

Date

Mercredi 13 Octobre 2021 à 10:30

Adresse

Institut Paoli-Calmettes 232 Boulevard de Sainte-Marguerite 13009 Marseille IPC2

Jury

Directeur de these Mme Géraldine GUASCH GRANGEON Centre de Recherche en Cancérologie de Marseille
Rapporteur M. Cédric BLANPAIN Université Libre de Bruxelles
Examinateur M. John DE VOS Unité de Thérapie Cellulaire, Hôpital Saint-Eloi
Examinateur Mme Béatrice ROMAGNOLO Institut Cochin-Université Paris Descartes
Rapporteur Mme Audrey FERRAND Institut de Recherche en Santé Digestive

Résumé de la thèse

Les zones de transition (TZ) représentent la jonction entre deux types d’épithéliums et sont retrouvées à différents endroits dans notre corps. Ces zones sont susceptibles de développer des cancers de très mauvais pronostic, mais les mécanismes cellulaires et moléculaires responsables de cette susceptibilité tumorale sont peu connus. Ces régions contiennent des cellules ayant des caractéristiques communes avec des cellules souches provenant d’autres tissus. Cependant, le rôle de cette population cellulaire unique est peu connu dans un contexte d’homéostasie, de blessure et dans le processus d’initiation tumorale. Notre hypothèse de travail est donc que les cellules présentes dans les zones de transition contribuent au maintien des différents épithéliums et représentent des cellules actrices de l’initiation tumorale. Durant ma thèse, j’ai analysé et suivi le devenir de ces cellules dans un contexte de développement normal et de blessure en me focalisant sur la TZ anorectale. Un modèle génétique unique de traçage cellulaire utilisant le marqueur spécifique de TZ, la Kératine 17, a été utilisé permettant de suivre in vivo le devenir ces cellules en condition physiologique et de blessure. De plus, nous avons établi un modèle de culture cellulaire en 3Dimensions, dit d’organoïdes, à partir de cellules de la TZ anorectale récapitulant la hiérarchie et les marqueurs retrouvés in situ. Ces modèles, combinés à des analyses transcriptomiques, nous ont permis de mettre en lumière l’hétérogénéité cellulaire de la TZ anorectale ainsi que les propriétés des cellules souches qui s’y trouvent. Ces cellules souches montrent des capacités d’unipotence en condition d’homéostasie en maintenant l’épithélium du canal anal mais également de multipotence en condition de stress leur conférant la capacité de participer à la réparation tissulaire du rectum. De récentes observations ont montré que des mutations dans les lymphocytes T menaient spontanément à l’apparition de tumeurs au niveau de la TZ anorectale suggérant une forte interaction entre les cellules immunes et les cellules épithéliales. J’ai mis au point un modèle murin unique de pré-néoplasie utilisant l’oncogène KRas dans sa forme mutée G12D spécifiquement dans les cellules de la TZ. Ce modèle est unique car il permet de suivre de façon séquentielle les différentes étapes de la progression tumorale spécifiquement à la TZ anorectale. Du séquençage sur cellule unique sera réalisé à partir des cellules épithéliales et immunes de ce modèle et permettra d’identifier les gènes impliqués dans la susceptibilité tumorale de ces régions.

Thesis resume

Transition zones (TZ) are special regions in the body at the junction between two different types of epithelium. These zones harbor a unique cell population with stem cell properties and may be the target of early transformation as they are frequently associated with cancer. The mere fact that transition zone cells can merge different architecture with separate functions implies for a unique plasticity that these cells must display in steady state. However, their roles during tissue regeneration in normal and injured states and their role in tumorigenesis remain unknown. Using in vivo lineage tracing, single-cell transcriptomics, computational modeling and a three-dimensional organoid culture system of anorectal transition zone cells, we identified a population of Keratin 17+ (Krt17) basal cells at the squamo-columnar anorectal junction that maintain a squamous epithelium during homeostasis. When challenged, a minority of Krt17+ TZ cells showed unexpected plasticity and participated to the repair of a glandular epithelium by giving rise to a fully differentiated crypt. Single cell RNAsequencing analysis unraveled the heterogeneity of anorectal TZ with differentially expressed genes and properties. Recent observations showed that mutations specifically in T lymphocytes led to spontaneous tumors in anorectal transition zone suggesting an important interplay between immune and epithelial cells. We developed a unique mouse model of neoplasia with the oncogene KRasG12D mutated in Krt17+ transition zones cells that recapitulate anorectal TZ hyperplasia when activated and in situ carcinoma when subjected to chronic mechanical wounds. This mouse model will be further used to investigate early events of oncogenic transformation and unveil key tumor susceptibility regulators with transcriptomic analysis. Regulators candidates will be tested on organoids derived from these mice to modulate tumor phenotype. Ultimately, this study will help identify cell populations responsible of tumor initiation.