Characterization of the mechanisms of action of the transcription factor ZEB1 in melanoma

L'hétérogénéité intra-tumorale des mélanomes repose sur des transitions phénotypiques réversibles entre un état prolifératif et un état invasif. Ce changement phénotypique est contrôlé par des mécanismes transcriptionnels et épigénétiques qui demeurent à mieux caractériser. L'activation aberrante du facteur de transcription de la transition épithéliale mésenchymateuse (EMT-TF) ZEB1 était connue pour jouer des rôles pléotropiques dans le développement des carcinomes. Dans le mélanome, d'origine non épithéliale, des travaux antérieurs de notre équipe ont démontré que la réactivation de ZEB1 favorise la transition d'un état prolifératif/différencié vers un état invasif/stem-like, ainsi que la résistance acquise aux thérapies ciblées. Afin de caractériser précisément la fonction de ZEB1, et obtenir une vision globale de ses gènes cibles directs, un ChIP-Seq combiné avec du RNA-seq a été réalisé, au cours des transitions phénotypiques dans des cellules de mélanome. De nombreux gènes contrôlant l’identité des cellules de mélanome ont été identifiés et validés comme étant directement régulés par ZEB1. La répression de gènes associés à la prolifération ou la différenciation et l’activation de gènes impliqués dans l’invasion et la « stemness » ont été confirmées par des approches de gain ou perte de fonction de ZEB1. L'hétérogénéité intra-tumorale de ces marqueurs a également été étudiée dans des échantillons humains par une approche de multi-immunofluorescence. La distribution spatiale de marqueurs du phénotype des cellules de mélanomes a été analysée en lien avec l'expression de ZEB1 et nous avons constaté que ZEB1 est non seulement exprimé dans les états invasifs mais aussi dans les états stem-like. En résumé, nos résultats ont permis de mieux décrypter les mécanismes d'action de ZEB1, gouvernant la plasticité de cellules de mélanome ainsi que l'hétérogénéité intra-tumorale.Melanoma intra-tumor heterogeneity depends on reversible phenotypic transitions between proliferative and invasive states. This phenotype switching relies on transcriptomic and epigenetic mechanisms, which need to be better defined. Aberrant reactivation of the epithelial to mesenchymal transition inducing transcription factor (EMT-TF) ZEB1 was known to play pleotropic roles in carcinoma development. In melanoma, a non-epithelial tumor, previous work from our team demonstrated that ZEB1 reactivation favors phenotype switching from a proliferative/differentiated towards an invasive/stem-like state, along with acquired resistance to target therapies. Herein, in order to precisely characterize ZEB1 function and get a comprehensive view of its direct target genes, we performed a ChIP-Sequencing combined with RNA-seq, upon phenotype switching in melanoma cells. Many melanoma cell identity genes were identified and validated to be directly regulated by ZEB1. Down-regulation of proliferative/differentiated genes and up-regulation of invasive/stem-like genes were confirmed through gain or loss of function of ZEB1. Intra-tumor heterogeneity was also accessed in human samples via multi-immunofluorescence approach. Spatial distribution of melanoma states markers were analyzed relying on ZEB1 expression and we found that ZEB1 was not only expressed in invasive but also in stem-like state. In summary, our results provide a better understanding of ZEB1 mechanisms of action governing melanoma cell plasticity and intra-tumor heterogeneity