FAK activity in cancer-associated fibroblasts : key regulator of pancreatic ductal adenocarcinoma progression

L'adénocarcinome pancréatique canalaire (PDAC) est la forme de cancer du pancréas la plus fréquente et la plus meurtrière, représentant près de 90% des tumeurs du pancréas avec un taux de survie globale à cinq ans inférieur à 5%. Une caractéristique majeure du PDAC est de présenter une dense réaction desmoplasique, principalement composée de matrice extracellulaire (MEC) entourant les cellules tumorales. La MEC favorise à elle seule, le développement et la progression de la tumeur. La MEC et les enzymes du remodelage matriciel sont majoritairement secrétées par les cellules les plus abondantes du stroma appelés fibroblastes associés au cancer (CAFs), cellules documentées pour favoriser la tumorigenèse et les métastases. Durant mes travaux de thèse, nous avons démontré que la focale adhésion kinase (FAK), protéine tyrosine kinase impliquée dans de nombreux processus cellulaires, est retrouvée fortement activée dans les CAFs de PDAC par rapport aux fibroblastes d'un pancréas sain. Nous avons identifié l'activité de FAK comme marqueur pronostique indépendant des patients atteints de PDAC, et ce lorsque cette activité de FAK est quantifiée spécifiquement dans les cellules fibroblastiques puisqu'elle n'est pas pronostique dans les cellules tumorales. In vivo, dans un modèle immunocompétent de souris co-greffées orthotopiquement avec des cellules tumorales de PDAC et des fibroblastes exprimant FAK-WT (actif) ou FAK-KD (Kinase inactif), nous avons montré que l'inactivation spécifique de FAK fibroblastique réduit drastiquement les métastases pulmonaires spontanées. In vitro, l'inactivation de FAK fibroblastique induit une diminution de la migration et de l'invasion des fibroblastes, impactant négativement les capacités migratoires des cellules tumorales. De plus, l'inactivation de FAK fibroblastique modifie la sécrétion et le dépôt des protéines de la MEC in vivo (dans la tumeur primaire) et in vitro. Par des approches d'analyse en spectrométrie de masse de la MEC des tumeurs (matrisome), nous avons montré que l'inactivation de FAK fibroblastique modifie le contenu matriciel, augmentant l'expression des protéines matricielles présentes dans les membranes basales endothéliales, ce qui contribue à la maturation et la perméabilité des vaisseaux sanguins. En résumé, l'inhibition de l'activité de FAK dans les fibroblastes régule la dissémination des cellules tumorales à distance via un mécanisme impliquant la normalisation du stroma tumoral (matrice, vaisseaux et composante immunitaire). Dans la seconde partie de mon travail de thèse, nous avons démontré que l'inactivation de FAK fibroblastique altère la réponse immunitaire pro-tumorale in vivo via une réduction du recrutement des macrophages associés aux tumeurs dans la tumeur primaire. En effet, l'inhibition de l'activité de FAK modifie les facteurs solubles secrétés par les CAFs, induisant une réduction de la migration et de la polarisation des macrophages de type M2 de manière indirecte. Nous avons confirmé ces résultats sur des tumeurs de patients atteints de PDAC dans lesquels nous avons observé que le niveau d'activité de FAK fibroblastique corrèle positivement avec le nombre de macrophages pro-tumoraux. En conclusion, mes travaux réalisés à l'aide d'un modèle génétique d'inactivation de FAK dans les CAFs suggèrent que l'utilisation d'un inhibiteur pharmacologique de FAK, en impactant directement les effets pro-métastatiques des CAFs et indirectement les effets pro-tumoraux des composantes endothéliales et immunitaires, apparait être une stratégie prometteuse pour les patients atteints de PDAC.Pancreatic Ductal Adenocarcinoma (PDAC) represents more than 90% of the cases of the pancreatic cancer with an overall five-year survival rate lower than 5% due to a very late diagnosis of the disease. A major histological hallmark of PDAC is the extensive desmoplasic stromal reaction mainly composed of extracellular matrix (ECM) surrounding tumor cells. ECM, by itself, promotes tumor development and progression. ECM and ECM remodeling enzymes are mainly secreted by the most abundant stromal cells called cancer-associated fibroblasts (CAF), known to promote tumorigenesis and metastasis. During my PhD studies, we have demonstrated that the focal adhesion kinase (FAK), protein tyrosine kinase involved in many cellular processes, is found highly activated in PDAC CAFs compared to fibroblasts from healthy pancreas. We have identified FAK activity as an independent prognostic marker for PDAC patients, when FAK activity is quantified specifically in fibroblasts while it is not prognostic in tumor cells. In vivo, in an immunocompetent mouse model consisting in the intra-pancreatic co-injection of PDAC tumor cells with fibroblasts expressing FAK-WT (active) or FAK-KD (Kinase dead, inactive), we showed that the specific fibroblastic FAK inactivation reduces drastically spontaneous lung metastasis. In vitro, fibroblastic FAK inactivation reduces fibroblasts migration and invasion and, negatively impacting tumor cells migratory capacities. In addition, fibroblastic FAK inactivation modifies ECM proteins secretion and deposition in vivo (in the primary tumor) and in vitro. Using mass spectrometry ECM analysis approaches in tumors (matrisome), we have shown that fibroblastic FAK inactivation modifies the matrix content, increasing matrix proteins expression present in the endothelial basement membranes which contributes to blood vessels maturation and permeability. In summary, fibroblastic FAK activity regulates the tumor cells dissemination remotely via a mechanism involving in the normalization of tumor stroma (matrix, vessels and immune component). In the second part of my PhD studies, we have demonstrated that fibroblastic FAK inactivation alters the pro-tumoral immune response in vivo via a reduction of tumor-associated macrophages recruitment in the primary tumor. Indeed, FAK activity inhibition modifies the soluble factors differentially secreted by CAF, leading to a reduction of pro-tumor macrophages migration and polarization indirectly. We confirmed these results on PDAC patients tumors in which we have observed that fibroblastic FAK activity levels correlates positively with pro-tumor macrophages number. In conclusion, my work using a genetic engineered FAK inactivation mouse model in CAFs suggests that the use of a small molecule FAK kinase inhibitor, directly impacting the pro-metastatic effects of CAFs and indirectly the pro-tumor effects of endothelial and immune components, appears to be a promising strategy for PDAC patients