Role of mechanotransduction in melanoma plasticity, progression and therapeutic resistance

Le mélanome est le cancer cutané le plus agressif à cause de son importante hétérogénéité, son fort potentiel métastatique et sa résistance thérapeutique. Malgré les thérapies actuelles (thérapies ciblant la voie BRAF/MEK et immunothérapies), de nombreux patients sont encore en échec thérapeutique à cause de l’émergence rapide de résistances. L’hétérogénéité intra-tumorale et la plasticité des cellules de mélanomes participent à la résistance thérapeutique. La plasticité des cellules de mélanome correspond à leur capacité à osciller entre différents phénotypes cellulaires, du plus différencié, exprimant le marqueur mélanocytaire MITF, au plus dédifférencié, créant l’hétérogénéité tumorale. Cette plasticité phénotypique peut être induite par les thérapies ciblées. Dans ce contexte, l’acquisition d’un phénotype dédifférencié mésenchymateux a également été décrite comme un mécanisme d’échappement thérapeutique. La capacité des cellules cancéreuses à disséminer et à résister aux traitements repose sur leur pouvoir d’adaptation à l’écosystème tumoral. Au sein d’une tumeur, la cellule cancéreuse interagit avec un environnement complexe composé de cellules stromales et de la matrice extracellulaire (MEC). La MEC, principalement produite par les fibroblastes, est un réseau dynamique en constant remodelage ayant des propriétés physico-chimiques qui influencent l’architecture des tumeurs. Les cellules cancéreuses sont capables de percevoir la tension matricielle et d’y répondre par un processus appelé mécanotransduction. Plusieurs études ont montré le rôle de la rigidité de la MEC dans la progression et la réponse thérapeutique de différents cancers. Toutefois, l’impact de la rigidité matricielle et le rôle de la mécanotransduction dans la biologie des mélanomes sont peu connus.Mon projet de thèse a consisté à étudier l'influence des modifications de la rigidité matricielle tumorale dans la progression, la plasticité cellulaire et la résistance des mélanomes aux thérapies ciblées.Dans un premier temps, j’ai montré que les thérapies ciblant la voie BRAF/MEK stimulent in vitro et in vivo la production et l'assemblage, par les cellules de mélanome, d'une MEC riche en collagène qui contribue à une rigidification de la tumeur et à l'échappement thérapeutique. Dans un deuxième temps, j’ai analysé la réponse des cellules de mélanome aux changements de rigidité de la MEC, rencontrés par la cellule tumorale au cours de sa progression métastatique et en réponse aux thérapies ciblées. J’ai pu mettre en évidence que les cellules de mélanome qui présentent un phénotype dédifférencié mésenchymateux développent une mécano-addiction se traduisant par une augmentation de leur prolifération, de leur migration/invasion et de leur résistance thérapeutique sur un support rigide. De façon intéressante, j’ai identifié les récepteurs aux collagènes à domaine discoïdine DDR1 et DDR2 comme responsables de ce mécano-phénotype, via l’activation dépendante du cytosquelette d’actomyosine du mécano-senseur transcriptionnel YAP. Ces travaux de thèse ont permis de montrer le rôle des DDR dans la mécanotransduction et la progression du mélanome et dévoiler une nouvelle vulnérabilité des cellules tumorales dédifférenciées. A terme, ils pourraient conduire au développement de nouvelles stratégies thérapeutiques ciblant le dialogue entre le mélanome et son microenvironnement matriciel.Melanoma is the most aggressive and deadliest form of skin cancer due to its heterogeneity, high metastatic potential, and therapeutic resistance. Despite existing therapies, including targeted therapies against the BRAF/MEK pathway or immunotherapies, patients may still undergo therapeutic failure. This occurs in part due to the onset of resistance to therapies. Melanoma intra-tumoral heterogeneity and melanoma cell plasticity contribute to therapeutic resistance. Melanoma cell plasticity is the ability of cells to switch between different cell phenotypes. For example, melanoma cells can switch from a differentiated state, where they express the melanocytic marker MITF, to a more dedifferentiated state, thereby creating tumor heterogeneity. This cell plasticity can be induced by targeted therapies. In this context, the acquisition of a dedifferentiated mesenchymal phenotype has also been described as an escape mechanism in response to therapies. The ability of cells to disseminate and to resist treatment is based on their ability to adapt to their microenvironment. Within the tumor, tumor cells interact with a complex environment composed of stromal cells and extracellular matrix (ECM). The ECM, mainly produced by fibroblasts, is a dynamic web that is constantly remodeled and its physiochemical properties can influence tumor architecture. Tumor cells can sense the tension from the ECM and respond to it by a process called mechanotransduction. Previous studies have shown the role of ECM stiffening in the progression and therapeutic resistance of several solid cancers. However, the role of ECM stiffening and the role of mechanotransduction in melanoma is not fully understood. My thesis project investigated the influence of ECM stiffening modifications on melanoma progression, plasticity and resistance to targeted therapies. In the first part of my thesis, results showed that targeted therapies against the BRAF/MEK pathway stimulate in vitro and in vivo melanoma cells to produce and assemble a collagen rich ECM that contributes to tumor stiffening and therapeutic escape. In the second part of my thesis, we analyzed melanoma cell response to substrate stiffness modifications, which melanoma cells might encounter during disease progression and in response to targeted therapies. We demonstrated that melanoma cells harboring a differentiated mesenchymal-like phenotype are more sensitive to changes in ECM stiffness, as depicted by an increase in their proliferation, migration/invasion and resistance to therapy on a stiff substrate. Interestingly, we identified that the collagen receptors DDR1 and DDR2 are responsible for this mechanophenotype, through the activation of the mechanosensory protein YAP, which was dependent on the actomyosin cytoskeleton. This work highlights the role of DDR in melanoma mechanotransduction and progression and unveils a novel weakness of dedifferentiated cells. This work could therefore lead to future developments of new therapeutic strategies that target the interaction between melanoma cells and their ECM microenvironment