REACTION STROMALE ET CANCER« Microenvironnement et angiogenèse »

-Prolifération et transdifférenciation des fibroblastes

-Infiltration et activation des cellules inflammatoires

-Induction de l’Angiogénèse

-Déposition altérée et dégradation de la matrice extracellulaire

Tumorogénèse

Conception Conception« Epithéliocentrique « Microenvironnementale »

Sites et équipes engagées sur le thème au sein du CGE

• Axe 4 : nature andfunction of themolecular actorsinvolved in local tumor invasion (M.C. RIO – (A))

• 23 PartnersA : 14; CA : 6L : 2; FC : 1

A

LCA

BFC Switzerland

Germany

Luxembourg

Belgium

Projets de recherche validés par le CGE sur le thème

• Specification of normal cells and tissues• Molecular signatures of pre-invasive and

invasive status of human tumors• Invasive phenotype acquisition by tumor

cells• Cooperation of the microenvironment to

tumor invasion• Design, development and validation of

new therapeutic molecules targeting local tumor invasion

La Matrice Extracellulaire dans le C.G.E.

COLLAGENE(S)(I, IV, XIX)

ELASTINE PROTEOGLYCANNES LAMININE(S)

F.X. Maquart/J.C. MonboisseCNRS - Reims

L. Debelle/ G. BellonCNRS - Reims

Y. WegrowskiCNRS – ReimsJ. Magdalou

CNRS - Nancy

P. Simon AssmanINSERM - Strasbourg

RECEPTEURS BIOTECHNOLOGIES

Intégrines (α6β4)E.G. Labouesse

IGBMC –Strasbourg

Cadhérinesβ Caténine

P.Birembaut/M. PoletteINSERM -Reims

Reconstitution 3DE.Puchelle

INSERM - REIMS

Spectroscopies (IR, Raman)

M.ManfaitCNRS - Reims

PolyélectrolytesJ.Ogier

Strasbourg

La “Superfamille” des Metzincines(-HEXXHXXGXXH)

CLANSCLANS MembresMembres Publications (2004)Publications (2004)MMPMMP

ADAMADAM

ADAMTSADAMTS

SERRALYSINESERRALYSINE

ASTACINEASTACINE

InhibiteursInhibiteurs

TIMPTIMP

28

34

22

4

20

4

22041 Cancer : 4235« Paro »:185

674

213

132

41

4903

Les protéinases matricielles

MétalloproteinasesMatricielles(2,9,11,14)

INHIBITEURS NATURELS

INHIBITEURS SYNTHETIQUES

MMPs

M.C. RioIGBMC – Strasbourg

H.Emonard CNRS – Reims

P. BirembautINSERM - Reims

TIMPs

W.HornebeckCNRS – Reims

PAI-1

J.Abecassis/B.WasylykStrasbourg

Cible : Gélatinases

J.Sapi/ J.M.NuzillardCNRS – Reims

J.P. Renaud/Alix S.A. Strasbourg

Matrikine(s)

J.C. MonboisseCNRS - Reims

Belgium

University of Liège(J.M. Foidart, C. Gilles, A. Noel)

University of Leuven(Lijnen H.R., Collen D.)

Institute C. de Duve (Bruxelles) (P. Courtoy)

MMPs – TIMPs(C.G.E.)

EnglandKennedy Institute (Londres)(H. Nagase)

University of Cambridge(G. Murphy)

The Matrix Metalloproteinase (MMP)–driven Extracellularsignaling pathway

(H E B X H X B G B X H Z)

Matrix Substrates« Non traditional » Substratesand consequences :

•Elastin

•Fibronectin

•Collagens I/IV/V/VII/X/XI

•Laminin

•Aggrecan

•Vitronectin

•Decorin : Bioavailable TGFβ

•ProTGFβ2 : TGFβ2

•ProIl1β : Active IL1β

•MCP-3 : Inactive chemoattractant

•IGFBP3/5 : bioavailable IGF

•ProTNFα : TNFα

•Pro-MMP13 : Initiation of proteolytic cascade

CYTOKINES - GROWTH FACTORS MATRIKINES

“MATRIKINE" : MATRIX FRAGMENT WITH CYTOKINE-LIKE PROPERTIES

Key modifyers of cell functions (proliferation, differentiation, migration)

-Properties distinct from their original unproteolyzed counterpart (cryptic

sites)

-Regulators of matrix metalloproteinase expression

-Proteolysis of any given matrix macromolecule leads to matrikine

generation ; a matrix constituent may contain several potential matrikines

with distinct functions

-Low affinity (< nM) to receptor/cytokine

-Multivalent presentation (tenascin-C ; decorin ; elastin)

-Mode of presentation to cells and conformational dependence

Anti angiogenicPro Angiogenic

ELASTASE(MMP -2, 9)

Plasminogen → Angiostatin

Elastokine(s) Elastin

Type IV Collagen → Tumstatin

Type XVIII Collagen → Endostatin

« MATRIKINES »« MATRIKINES »ETET

PROGRESSION TUMORALEPROGRESSION TUMORALE

William HORNEBECKUMR 6198 CNRS

IFR 53 BiomoléculesReimsFrance

“MATRIKINES“ et PROGRESSION TUMORALE

"Yang" - Fragments d'élastine et angiogénèse

AXE 4 ; GROUPE 4

"Yin" - Fragments de la chaîne α3 du collagène de

type IV et angiogénèse

AXE 4 ; GROUPE 5

ELASTIN

Main amorphous component of elastic fibers :Main arteries, lung, skin, gingiva…

The « longest-lived » protein in Humans : Half-life ~ 70 years

PP

Nase

EBP

EDPs Galactosugars

The 67 kDa Elastin Binding Protein (EBP) : S-GAL

1 2 3 4 5 6 7-16mRNA encoding precursor of β-Gal enzyme

YLAAVDKWLGVLLPKMKPLLYQNGGPVITVQV

1 2 5 7-16

LPGSCGQVVGSPSAQDEASPLSEWRASYNSAG

mRNA encoding spliced variant S-gal)

(VGVAPG)n

SIGNALING

Hornebeck W et al., PNAS, 1986; Jacob MP et al., PNAS, 1987Privitera S. et al., J Biol Chem, 1998

Fragmentation of dermal elastic fibers in melanomaCONFOCAL MICROSCOPY OF PHLOXIN-STAINED ELASTIC FIBERS REVEALED BY FLUORESCENCE

Normal elastic fibres in the reticulardermis at distance of melanoma tumor S-Gal is expressed by melanoma cells

Scanty and scattered elastic fibres atthe front of an invasive melanoma

tumor.

Effets proangiogènes des fragments d’élastineJ8J7 contrôle kE 100 ng/mL

Contrôle

kE50ng

VGVAPG2µg

contrôle kEVEGF

Contrôle

kE 10 ng/mL

kE 100 ng/mL

kE

Blac

k pixe

ls x

103

/field

0

10

20

30

40

0 10 100

****** ***

VEGF20

(ng/mL)

ERK 1/2

MEK 1/2

craf-1 PI3K

MT1-MMP expression

AktNO

synthase

NONONONO

sGCsGC

sGMPsGMP

PKG1PKG1--aa

ANGIOGENESIS lectin siteNO NO donordonor

8br8br--cGMPcGMP

Activation of tubulogenesis

andcell migration

MT1MT1--MMPMMPsiRNAsiRNA

?FF--33253325

U0126U0126

LY294002LY294002

lactoselactoseV14

ODQODQ

V14

MT1-MMP

ElastinVGVAPG

PP Nase

EBP

EDPs

PROJET ELASTINE(L.Debelle G.Bellon, CNRS, Reims)

1. Préciser le potentiel des « élastokines » in vivo dans l’invasion

tumorale et la formation de métastases.

2. Identifier les fragments dans les tumeurs (sein, poumon, peau).

3. Antagonistes du récepteur S-Gal : peptides, siRNA…

Objectifs

Personnel

2 chercheurs CNRS, 1 PUPH, 1 MCUPH, 2 MCU, 4 CDD

Subventions

Programme Européen « ELASTAGE », Ligue contre le Cancer

J.Biol.Chem (2), J.Cell.Sci (1), Mol.Pharmocol (1)

Publications

Organisation des collagènes de membranes basales Notion de matrikines

Arrestène (α1)

Canstatine (α2)

Tumstatine (α3)

NC1 (α6)

Restine

Endostatine

Immunolocalisation du domaine NC1[a3(IV)] (Tumstatine) dans les carcinomes bronchopulmonaires

Well differentiated squamouscell carcinomas

Poorly differentiatedsquamous cell carcinomas

T : tumor clustersCaudroy S. et al., Human Pathol., 2004

Tumor Vascularization

Tumstatin labeling Mild Moderate High

Well-differentiated carcinomasAbsent 0 0 0

Discontinuous 1 1 0

Continuous thin 6 8 0

Continuous strong 2 3 0

Poorly-differentiated carcinomasAbsent 2 1 2

Discontinuous 0 5 3

Continuous thin 0 0 0

Continuous strong 0 0 0

Tumor Case Distribution According to Tumor Differentiation, Vascularization, and Labeling of Tumstatin

Effet inhibiteur du peptide NC1[α3(IV)185-203] sur la production et l’activation de ProMMPs

integrin αvβ3

-

ProMM

P2

MT1-M

MP

Pro-MM

P2 TIMP-2M

T1-M

MPmembrane

NC1[α3(IV)185-203]

--

Pro-MMP2

Pasco S. et al., Cancer Detection and Prevention, 2005

L’effet inhibiteur du peptide NC1[α3(IV)185-203] dépend de sa conformation

NC1[α3(IV)185-203] :CNYYSNSYSFWLASLNPER

CNYYSNS DNYYSNS

** : p<0.01 NS : non significatif

scrambledNC1α3(IV)

185-203

** NS ** 5NS Coude β SNS

4

Volume

tumor

al (cm

3 )

3Brin β

Hélice α

2

1

0Contrôle

Simulation Monte-Carlo

Floquet N. et al., J. Biol. Chem., 2004

PROJET “TUMSTATINE”(J.C.Monboisse, CNRS, Reims)

1. Voies de transduction du signal (αVβ3) : cellules tumorales,

cellules endothéliales.

2. Synthèse d’analogues et dérivés lipopeptidiques (nanoparticules).

Validation in vitro et in vivo.

3. Identifier ces fragments dans les tumeurs

Objectifs

Personnel1 chercheur CNRS, 1 PUPH, 1 MCUPH, 3 ITA, 2 CDD

Subventions

Publications

ARC, Ligue contre le Cancer

Cancer Res (2), J.Biol.Chem (2)

PROJET “MMP-11 – Adipocytes”(M.C. RIO, IGBMC, Strasbourg)

1. Taux de nécrose important des cellules cancéreuses du à une surcharge en graisse, chez les souris déficientes en MMP-11.

2. Les adipocytes participent à la progression tumorale, cette fonction étant médiée, du moins partiellement par la MMP-11.

3. La MMP-11 est un puissant dérégulateur de l’adipogénèse (Andarawewa KL et al., Cancer Res.2005,65(23): 10862).

Objectifs1. Etudier les interactions adipocytes - cellules cancéreuses, notamment préciser

les mécanismes impliqués dans la régulation des expressions des MMPs (PPARγ).

2. Préciser le rôle de la matrice extracellulaire dans la dédifférenciation des

adipocytes et expression des MMPs (F.X.Maquart, Reims)

3. Conceptualiser des inhibiteurs de la MMP-11.

Personnel2 chercheurs INSERM, 1 technicien INSERM, 1 ingénieur ULP, 2 post-Doc, 5 doctorants

SubventionsLigue Nationale contre le Cancer, Contrat Européen

Facteur de Transcription Net et Invasion Tumorale(B.Wasylyk, IGBMC, Strasbourg)

1. Net est régulé par l’oncogène Ras, impliqué dans la formation des tumeurs, la vascularisation et la cicatrisation.

2. Ses fonctions peuvent être médiées par les interactions cellules-matrice, les réarrangements du cytosquelette, les contacts cellulaires et l’hypoxie.

3. Net modifie l’expression de PAI1 (Buchwalter G et al., Mol CellBiol.2005.25(24):10853).

Objectifs

Personnel1 chercheur CNRS, 2 ITA CNRS, 7 CDD (post doc, doc)

1. Signaux en amont qui régulent son activité : E cadhérines, molécules des

jonctions serrées: ZO1,2, desmosomes (P.Birembaut, Reims)

2. Interactions cellules- matrice : laminine (P.Simon Assman, Strasbourg), autres

composants matriciels (F.X.Maquart, Reims)

3. Relations cdx2-Net (JN Freund, Strasbourg)

Aspects cliniques Transition état préinvasif invasif et activité Net1. Cancers du colon (M.P.Gaub, Strasbourg)2. Poumon (N.Martinet, Nancy)3. Tête et cou (J.Abecassis, Strasbourg)

SubventionsLigue Nationale contre le Cancer, ARC, Programme Bioavenir

PROJET TIMPs (en cours d’élaboration)

Courtoy P. (I.C.P., Bruxelles), Petitfrère E. (CNRS, Reims),

Nagase H. (Imperial College, Londres), Murphy G. (Université de Cambridge)

Multifonctionnalité des inhibiteurs naturels des MMPs

(Inhibiteurs, activateurs, facteurs de croissancede différenciation)

, 1. Mécanismes d’action

2. Préciser les domaines impliqués dans ces différentes fonctions

3. Conception d’outils pharmacologiques

ANALYSE DU MICROENVIRONNEMENT TUMORAL

PLATE-FORMES

-Tumorothèques (C.G.E)

-Microdissection Laser (A, L)

-Transcriptome (A)

-Analyse Protéomique (Epissage alternatif, modifications post-traductionnelles, Matrikines) (B, C.G.E.)

-Analyse Biophysique (Spectroscopies I.R, Raman (C.A.)

-Modèles animaux (A)

-Synthèse; bioinformatique (A, C.A, L)

VALEUR DIAGNOSTIQUE

MétalloProtéinases Matricielles – Tissu : expression, activation, activité ?Matrikines (endostatine) – Tissu ?

VALEUR THERAPEUTIQUE (insatisfaisant)

Inhibiteurs de MétalloProtéinases matricielles- Temps, mode d'administration- Toxicité (hydroxamate)- Quelle enzyme ("degradomique") ; à quel stade de la progression

tumorale ?- Spécificité

Matrikines- Administration, sélection des patients- Mécanisme d'action antiangionénique à préciser (αvβ3 antagonistes,

inhibiteurs MMP…)- Immunogénicité, protéolyse- Système déjà en surcharge

Ruegg et al, Biochim. Biophys. Acta (2005) Oct. 7Clamp AR and Jayson GC. Br. J. Canc. (2005) 93, 967-972.