Investigation of new functions of p27 in oncogenesis and cell invasion

Le cycle cellulaire est un processus finement régulé à différents niveaux. p27 est un inhibiteur des complexes cyclines/CDK et cette fonction lui confère un rôle antiprolifératif lorsqu'il est localisé dans le noyau. De nombreuses études ont montré que p27 se comporte comme un suppresseur de tumeur lorsqu'il est localisé dans le noyau des cellules via l'inhibition des cyclines/CDK. De manière surprenante, p27 a également des fonctions oncogéniques dans certaines situations, notamment lorsqu'il est présent dans le cytoplasme. Il s'avère qu'en plus de ses fonctions de régulateur du cycle cellulaire, p27 est également impliqué dans la régulation d'autres processus cellulaires, comme la migration, la cytocinèse, la transcription ou encore l'autophagie et la différenciation. Durant ma thèse, j'ai caractérisé deux de ces nouvelles fonctions en mettant en lumière un rôle de p27 dans la régula.on des invadopodes ainsi que dans l'oncogenèse pancréatique.Mon premier objectif a été de comprendre la fonction de l'interaction de p27 avec la protéine Cortactine, un nouveau partenaire de p27.Cette protéine joue un rôle important dans la régulation de l'invasion cellulaire. J'ai confirmé cette interaction dans différents types cellulaires et observé une colocalisation au niveau des invadopodes. J'ai également cartographié leurs domaines d'interaction respectifs et montré que l'interaction de p27 avec Cortactine était induite par une stimulation avec du sérum. L'interaction p27/Cortactine permet le recrutement de PAK1, une sérine/thréonine kinase impliqué dans l'invasion cellulaire et favorisant notamment le renouvellement des invadopodes, sur Cortactine. J'ai également observé que les cellules invalidées pour p27 présentent de nombreux invadopodes et dégradent la matrice extracellulaire de manière très importante par rapport aux cellules exprimant p27. Par des approches d'inhibiteurs et de siARN j'ai mis en évidence que ce phénotype implique la voie Rac1/PAK1/phospho-Ser113-Cortactine qui est sous-activée en l'absence de p27 à cause du défaut de recrutement de PAK1 sur Cortactine, stabilisant ainsi les invadopodes. Mon second objectif a été d'étudier les mécanismes par lesquels p27 régule l'oncogenèse pancréatique. En effet, différentes études cliniques ou chez la souris ont montré que la localisation nucléaire de p27 était requise pour son rôle de suppresseur de tumeur dans le pancréas. Or nous avons constaté dans un modèle murin génétique d'oncogenèse pancréatique induite par l'activation de K-Ras que p27 était exclu du noyau avant l'apparition des premières lésions, suggérant un rôle précoce dans l'oncogenèse de ce tissu. De manière surprenante, l'étude comparative par immunomarquage de pancréas de souris p27+/+, p27-/- et p27CK-/CK-, un modèle de souris knock-in où p27 n'est plus capable d'inhiber les cyclines/CDK, n'a pas montré d'effet de p27 sur la prolifération dans le pancréas exocrine. Par contre, ces études ont montré une localisation anormale de plusieurs marqueurs de polarité acinaire ainsi qu'une réexpression des facteurs de transcription Sox9 et Pdx1, impliqués dans le processus de transdifférenciation cellulaire à l'origine de l'oncogenèse pancréatique appelée métaplasie acino-canalaire. Nous avons montré que p27 régulait de manière directe la transcription de Sox9 en interagissant avec son promoteur, suggérant que p27 participe normalement à la répression transcriptionnelle de Sox9 dans le noyau, réprimant ainsi la métaplasie acino-canalaire.Ainsi, mes travaux de thèse ont permis l'identification de deux nouvelles fonctions de p27. Une fonction oncogénique, indépendante de son activité d'inhibiteur des CDK/cyclines, par laquelle p27 régule la protéine Cortactine, et par ce biais les invadopodes et l'invasion ainsi qu'une fonction de suppresseur de tumeur dépendante des cyclines/CDK via la répression de la transcription de Sox9 dans les cellules acinaires du pancréas.Cell cycle is a tightly regulated process. One level of regulation is provided by p27, a cyclin/ CDK inhibitor and as such, p27 has an antiproliferative function. Several studies have shown that p27 is a tumor suppressor when it is located in the nucleus via the inhibition of cyclins/ CDKs. Surprisingly, p27 may also play oncogenic roles depending on the cellular context, especially when it is excluded from the nucleus. In fact, several lines of evidence indicate that p27 functions extend beyond cell cycle regulation and that p27 also regulates cell migration, cytokinesis, transcription, autophagy and stemness/differenciation. During my PhD, I have characterized two novel p27 functions, one in the regulation of invadopodia, and the second in pancreatic oncogenesis.My first aim was to investigate the function of the interaction between p27 and Cortactin, a new p27-interacting protein which is an important regulator of cell invasion. I confirmed this interaction in different cell lines and found that p27 and Cortactin colocalized in invadopodia. I have mapped the domains mediating the interaction in both proteins and found that this interaction is induced after serum stimulation. p27 allows the recruitment of PAK1, a serine/ threonine kinase involved in cell invasion which promotes invadopodia turnover, on Cortactin. I also found that p27 knock-out cells have an increased number of invadopodia and degrade extracellular matrix more efficiently than wild-type cells. Using inhibitors and siRNAs I have shown that this phenotype involves the Rac1/PAK1/phospho-Ser113-Cortac.n pathway, which is underactivated in absence of p27 due to the PAK1/Cortactin interaction defect, causing a stabilization of invadopodia.My second aim was to study the mechanism by which p27 regulates pancreatic oncogenesis. Severals studies in the clinic or in animal models have shown that nuclear localization of p27 is required for its tumor suppressor function in the pancreas. In a genetic mouse model of K- Ras driven pancreatic oncogenesis, I found that p27 was excluded from the nucleus before the apparition of lesions, suggesting an early function in oncogenesis in this tissue. Surprisingly, comparative studies of pancreas from p27+/+, p27-/- and p27CK-/CK- (a knock- in mouse model where p27 no longer binds cyclins/CDKs) mice by immunostaining did not show any difference in proliferation in the exocrine pancreas. However, these studies have shown the mislocalization of different acinar polarity markers and the re-expression of two transcription factors, Sox9 and Pdx1, which are involved in acinar-to-ductal metaplasia, a cell transdifferenciation process thought to be the underlying cause of pancreatic oncogenesis. I have found that p27 regulates Sox9 transcription and directly interacts with its promoter, suggesting that p27 participates in the transcriptionnal repression of Sox9 in normal conditions to prevent acinar-to-ductal metaplasia. Overall, my PhD work has allowed the identification of two novel roles of p27. An oncogenic function, independent of its cyclin/CDK inhibitory activity, by which p27 regulates Cortac.n, invadopodia and cell invasion and a tumor suppressor function dependent of cyclin/CDK via the repression of Sox9 transcription in pancreas acinar cells