Rôle des protéines autophagiques ATG8 dans la modulation du microenvironnement tumoral et leur impact sur les mécanismes de croissance tumorale et de résistance aux trait

Ce projet s’inscrit dans une démarche visant à étudier le rôle de l’autophagie dans la progression tumorale en lien avec le microenvironnement tumoral (MET), en mettant l’accent sur les protéines autophagiques de la famille ATG8, notamment LC3 et GABARAP. L’autophagie est un processus catabolique conservé permettant la dégradation et le recyclage des constituants intracellulaires via la formation d’autophagosomes et leur fusion avec les lysosomes. Ce mécanisme joue un rôle fondamental dans le maintien de l’homéostasie cellulaire, la gestion du stress oxydatif, le métabolisme énergétique et la réponse immunitaire. Les protéines ATG8 sont principalement impliquées dans la sélection des cargos autophagiques, le trafic vésiculaire et la sécrétion non conventionnelle.

En cancérologie, l’autophagie présente un rôle ambivalent. Dans les phases précoces de la transformation cellulaire, elle agit comme un mécanisme suppresseur de tumeur en limitant l’accumulation de dommages cellulaires, d’organites défectueux et d’espèces réactives de l’oxygène, contribuant ainsi à la stabilité génomique. Toutefois, dans les tumeurs établies, elle peut favoriser la survie des cellules cancéreuses en leur permettant de s’adapter à des conditions de stress métabolique, d’hypoxie ou de privation nutritionnelle. De nombreuses études ont montré que l’autophagie contribue également à la résistance aux chimiothérapies et aux thérapies ciblées, soulignant son importance comme mécanisme d’adaptation tumorale. Les protéines ATG8 jouent également un rôle complexe et ambivalent dans le cancer. Les sous-familles, notamment GABARAP (souvent suppresseur tumoral) et LC3, possèdent des fonctions spécifiques influençant la progression tumorale et l’immunité antitumorale. (Jacquet M et al. Autophagy 2021)²

Au sein du microenvironnement tumoral, les cellules cancéreuses interagissent de manière dynamique avec les fibroblastes associés au cancer (CAF), les cellules immunitaires, les cellules endothéliales et les composants de la matrice extracellulaire. Ces interactions bidirectionnelles participent à la structuration d’une niche permissive favorisant la croissance tumorale, l’angiogenèse, l’invasion locale et la dissémination métastatique. Le MET constitue également un déterminant majeur de la résistance thérapeutique. L’autophagie apparaît aujourd’hui comme un régulateur clé de cette communication intercellulaire : elle influence la sécrétion de cytokines, la présentation antigénique, le remodelage de la matrice extracellulaire et le métabolisme stromal. Cependant, la majorité des études manque d’analyses incluant l’investigation de multiples composants stromaux (par exemple : cellules immunitaires, CAF, cellules cancéreuses, etc.) et s’est concentrée sur des types cellulaires et/ou des molécules uniques. (Front Cell Dev Biol . 2024 Jan 3;11:1274682).

Les arguments en faveur d’un rôle des protéines ATG8 dans la communication tumeur–microenvironnement reposent principalement sur leurs rôles dans : la sécrétion de signaux tumoraux, les vésicules extracellulaires, la réponse immunitaire, les échanges métaboliques et les cellules stromales du microenvironnement tumoral.

L’objectif principal de ce projet est d’élucider le rôle spécifique des protéines ATG8 dans les mécanismes de communication entre la tumeur et son microenvironnement et de déterminer de nouvelles cibles thérapeutiques. Nous nous focaliserons dans un premier temps sur les rôles des protéines ATG8 dans les processus liés aux CAF, notamment la transdifférenciation et l’activation des CAF (expertises présentes dans notre unité groupe C. Borg). Dans un second temps, des modèles d’organoïdes tumoraux seront utilisés afin de reproduire fidèlement l’architecture tridimensionnelle et les interactions cellulaires du MET. Ces systèmes 3D permettent de mieux mimer l’hétérogénéité tumorale, les gradients métaboliques et les interactions cellule-cellule comparativement aux cultures bidimensionnelles classiques. Une collaboration avec la plateforme ORGALille 3D organoid platform (Audrey Vincent-Soetens) est envisagée pour la mise en œuvre et l’optimisation de ces modèles.

L’édition génomique par CRISPR-Cas9 permettra de moduler spécifiquement l’expression de chaque protéines ATG8 soit dans les cellules cancéreuses soit dans les cellules du MET (CAF) afin d’évaluer leurs fonctions biologiques dans ce contexte. Des lignées cellulaires knock-out seront générées pour étudier l’impact de la perte des protéines ATG8 sur la communication intercellulaire, la plasticité tumorale et la réponse aux traitements. L’analyse fonctionnelle inclura des analyses transcriptomiques et protéomiques, ainsi que l’étude des profils sécrétoires.

Parallèlement, une cartographie des réseaux d’interactions moléculaires des protéines ATG8 sera réalisée afin d’identifier leurs partenaires protéiques et les voies biologiques associées. Deux approches complémentaires seront mises en œuvre. Premièrement, des expériences de BioID (proximity-dependent biotinylation identification), technique maîtrisée au laboratoire, permettront d’identifier les partenaires proximaux des protéines ATG8 dans leur environnement cellulaire natif (cellules cancéreuses ou cellules du MET) (collaboration avec Etienne Coyaud, Université de Lille). Deuxièmement, des modélisations structurales et des analyses de docking moléculaire (compétences de Cécilia Hognon) permettront de prédire les interfaces d’interaction protéique et les déterminants structuraux impliqués dans la reconnaissance des partenaires.

L’intégration de ces données moléculaires avec les observations biologiques issues des modèles d’organoïdes permettra de mieux comprendre comment les protéines ATG8 orchestrent la communication entre cellules tumorales et stromales. Cette approche intégrative contribuera à définir les mécanismes par lesquels l’autophagie participe à l’établissement d’un microenvironnement tumoral favorable à la progression tumorale, à l’évasion immunitaire et à la résistance thérapeutique.

Enfin, à plus long terme, ce projet vise à identifier des candidats médicaments capables de cibler les protéines ATG8 et d’inhiber leurs interactions protéiques. Un criblage in silico combinant intelligence artificielle et docking moléculaire (compétences de Cécilia Hognon) sera mis en œuvre pour sélectionner des composés susceptibles de perturber ces interactions critiques. Les molécules les plus prometteuses seront ensuite évaluées dans les modèles d’organoïdes tumoraux afin d’analyser leur impact sur la communication tumorale, la viabilité cellulaire et la sensibilité aux traitements anticancéreux.

Compétences de Cécilia : Modélisation moléculaire des protéines, des acides nucléiques et des membranes (études structurales, interactions, stabilités, etc.). Étude de la réactivité chimique entre molécules et protéines ou acides nucléiques (faisabilité des réactions, mécanismes réactionnels, étapes intermédiaires). Docking moléculaire et IA pour la prédiction de l’interaction potentielle entre un médicament et sa cible.

Compétences de Gilles : Étude du lien entre l’autophagie et les mécanismes moléculaires du cancer. Spécialisé dans l’étude des protéines ATG8, protéines clés de l’autophagie sélective, et dans l’analyse de leurs rôles dans la réponse aux stress cellulaire, le cancer, l’agressivité tumorale et la TEM. Articles en lien avec le sujet :

Jacquet M et al. GABARAPL1 inhibits EMT through SMAD-targeted autophagy degradation. Biology 2021, Sep 24;10(10):956. doi: 10.3390 /biology10100956. (IF: 5.

Jacquet M et al. The functions of ATG8 proteins in autophagy and cancer: linked or unrelated? Autophagy 2021, Mar;17(3):599-611. doi: 10.1080/15548627.2020.1749367. (IF: 16.01)

Université Marie et Louis Pasteur

Laboratoire d'accueil : RIGHT

- Connaissances et compétences requises

Bases en biologie moléculaire et cellulaire et signalisation. Techniques utilisées en routine : qRT-PCR, Western blot, IP, IF et ELISA.