The impact of the extracellular matrix on glioblastoma stem cells migration : a tridimensional culture model and a new therapeutic strategy

Les glioblastomes multiformes (GBM) comptent parmi les tumeurs au pronostic le plus sombre. L’extraordinaire capacité invasive des cellules tumorales rend toutes les interventions thérapeutiques actuelles totalement impuissantes. Une sous-population de Cellules Souches de Glioblastome (CSG) hautement invasive est responsable de la récurrence tumorale. Dans le cerveau, les GBM migrent principalement le long des vaisseaux sanguins au sein de l’espace périvasculaire riche en laminine, fibronectine et collagène ainsi qu’en suivant l’alignement des fibres myélinisées du corps calleux. La Matrice Extracellulaire (MEC) de ces régions joue un rôle important dans l’invasion des GBM, mais les mécanismes mis en jeu n’ont pas été complètement dévoilés. De plus, le développement de nouvelles thérapies anti-migratrices ciblant l’interaction des GBM avec la MEC reste encore limité. Dans le but de mimer la composition biochimique et les propriétés mécaniques de la MEC cérébrale et d’étudier leur rôle(s) dans la migration des CSG, nous avons développé un nouveau support de nanofibres (NF) alignées et fonctionnalisées avec de la laminine. Mes travaux de thèse ont montré que les NF génèrent un microenvironnement tridimensionnel (3D) favorisant l’adhésion et la migration des CSG. Cette adhésion est améliorée en comparaison avec les supports planaires (SP) conventionnels (2D) et récapitule mieux les mécanismes d’interaction des CSG avec la MEC au cours de l’invasion dans le modèle murin de tumeurs xénogreffées. Dans ces conditions physiologiques plus convenables générées par les NF, la variation des composantes biochimiques et mécaniques de la MEC affecte la migration des CSG. La présence ou l’absence de laminine régule le mode migratoire et l’orientation de fibres contrôle la direction de migration des CSG. D’un autre coté, l’altération de la glycosylation des protéines de la surface cellulaire module l’interaction des cellules tumorales du cerveau avec la MEC et augmente leur invasion. La deuxième partie de mes travaux de thèse a permis de démontrer que les glycomimétiques phostines « 3.1a » réorganisent le processus de la N-glycosylation des CSG diminuant leur invasivité in vitro et in vivo en inhibant les voies de signalisation de la kinase FAK et du récepteur de TGF-β impliqués dans l’interconnexion cellule-MEC.Glioblastoma Multiforme (GBM) is a biologically aggressive tumor with an extremely poor prognosis. The highly invasive capacity of a subpopulation of Glioblastoma Initiating Cells (GIC) makes complete surgical resection impossible. GBM dissemination occurs along preexisting brain structures such as the perivascular space rich in laminin, fibronectine and collagen as well as the aligned myelinated fibers of the corpus callosum. The Extracellular Matrix (ECM) of these cerebral regions plays an important role during GBM invasion, but the underlying mechanisms remain largely unknown. Accordingly, the development of new anti-migratory therapies targeting the cell-ECM interactions is lacking. In order to mimic the compositional and physical properties of the cerebral ECM and to investigate their role(s) in GBM invasion, we have set up a new aligned nanofibers (NF)scaffold functionalized with laminin. My work demonstrated that the NFs constitute a tridimensional (3D) microenvironment supporting GIC adhesion and migration. The cell-ECM adhesion is improved on the NF in comparison to the conventional 2D planar surfaces (PS). Furthermore, the mechanisms of GIC interaction with the ECM on the NF are similar to those observed in the human GBM xenograft murine model. In this physiologically more relevant 3D microenvironment reproduced by the NF, the variation of the different biochemical and mechanical components of the ECM affects the migration of GIC. The presence or absence of laminin on the NF regulates the mode of migration and the orientation of the fibers dictates the direction of migration of GIC. On the other hand, the glycosylation that decorates cell surface proteins modulates the interaction of GBM tumor cells with the ECM and its alteration increases their invasion. The second part of my thesis demonstrated that the glycomimetics phostines « 3.1a » remodel the N-glycosylation of GIC and decrease their invasivity in vitro and in vivo via the inhibition of FAK and TGFβ-R signaling pathways known to be implicated in the cell-ECM intercommunication