Vivre avec la mort cellulaire: les effets non conventionnels de la mort cellulaire sur le devenir des cellules survivantes – DEATH-FATE

The DEATH-FATE project proposes 3 objectives:
Objective 1: Characterize the impact of different types of cell death on proliferation of neighbouring cells.
Objective 2: Define the consequence of non-lethal caspase activation in a cell autonomous manner.
Objective 3: Decipher the crosstalk between the cell death machinery and stemness.

Regarding Aim 1, while waiting for the ANR final decision for the funding, we published in 2018 in BMC Cell Biology a research article describing the mitogenic effect of apoptotic cells on neighboring melanoma cells, a process that is highly unwanted when dealing with anti-cancer chemotherapy. This proliferative effect is most probably due to the release of PGE2, a derivate of the arachidonic acid, which was recently identified as a pro-tumorigenic factor in several cancers, mainly due to its pro-proliferative function.

For Aim 2, a second article was published in June 2020 in Cell Reports. It actually validates our initial hypothesis that under certain circumstances (inefficient pro-apoptotic proteins activation or low doses of chemotherapy) cancer cells can engage into in apoptotic process, abort it and undergo what we defined as “failed apoptosis”. We set up a cellular model to isolate these failed apoptotic cancer cells and identified an RNA sequencing signature associated with cellular motility. Various in vitro migration and invasion assay further conformed that failed apoptotic cancer cells are indeed more aggressive. In addition, we defined a failed apoptosis gene signature that managed to discriminate between primary and metastatic tumors. This work demonstrates that the resilience of cancer cells to undergo complete apoptosis leads to a more aggressive cancer phenotype.

For Aim 3, we have determined whether glioblastostoma stem cells, grown as neurospheres, have a dependency on anti-apoptotic proteins. In certain cells (immortalized or primary) we did observed a massive up-regulation of the anti-apoptotic protein BCL-xL in neurospheres compared to differentiated cells. Modulating BCL-xL expression (by increasing or decreasing its expressing), impact on the size of neurospheres. The article originating from this work is available as pre-print on BiorXiv, pending submission.

Cell death (mainly apoptosis) is similar to a gas pedal. When pushed down to the floor and fully activated, it has a wide range of effects: it drives morphogenesis and therefore it causes developmental defects when misregulated (such as chronic heart failure) while it is also exacerbated in neurogenenerative diseases (Alzheimer’s, Parkinson’s, Huntington’s disease and ALS). However, when slightly triggered (meaning caspases are activated at non-lethal levels) the same killing machinery has vital roles in immunity, spermatogenesis, neuronal or muscle function. Therefore, the impact of this project is two-fold: 1) by offering a better understanding of the mechanisms allowing either full blown apoptosis or non-lethal activation, we might open avenues for the development of new therapetic strategies for neurological, developmental or immune diseased and therefore indirectly relieve the presure these maladies put on our society; 2) from the point of view of fundamental research, the DEATH-FATE project will provide basic mechanistic knowledge into how dead or dying cells change their microenvironement.

Revues à comité de lecture
1. Cell Reports www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211124720307117
2. iScience www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589004220303266
3. Cancer Research cancerres.aacrjournals.org/content/80/10/1970.long
4. BMC Cell Biology bmccellbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12860-018-0164-1


Ouvrages ou chapitres d’ouvrage
1. Sometimes even apoptosis fails : implications for cancer (accepted Molecular and Cellular Oncology)

Communications (conférence)
1. 4th CRCL International Cancer Symposium (2019)
2. CSHL Cell Death meeting (2019)

La mort cellulaire est un processus se produisant continuellement afin de maintenir l’ordre structurel et fonctionnel chez tous les organismes vivants. Des millions de cellules sont ainsi éliminées chaque seconde. La mort cellulaire possède un grand nombre de modes d’exécution (tels que l’apoptose, la nécroptose, la mort cellulaire indépendante des caspases, ou encore la pyroptose, entre autres), et est régulée de façon complexe par différents acteurs moléculaires. Un dysfonctionnement dans ce réseau de régulation est cependant à l’origine de nombreuses maladies: ainsi, un excès dans la mort cellulaire neuronale peut être impliqué dans plusieurs maladies neurodégénératives, alors que le blocage de la mort cellulaire peut, quant à lui, être un évènement clef dans le développement tumoral.
La forme de mort cellulaire la plus étudiée est actuellement l’apoptose. Elle repose principalement sur deux effecteurs: la mitochondrie, une capsule de suicide agissant comme un déclencheur suite à sa perméabilisation, et une famille de protéases à cystéine nommées caspases qui accélèrent l’apoptose en clivant des centaines de substrats vitaux.
La mort cellulaire a été étudiée pendant de nombreuses années comme un évènement silencieux, qui serait seulement la conséquence de stimuli létaux intrinsèques ou extrinsèques, tels que les dommages à l’ADN, les ligands de mort ou la privation de nutriments. Jusqu’à maintenant, trop peu d’attention a été portée sur l’influence de la mort cellulaire sur son microenvironnement. De plus, la mort cellulaire est encore largement considérée comme un évènement « noir ou blanc » : une cellule peut être soit morte soit vivante, alors que des preuves de l’activation non létale des caspases commencent à émerger.

En contraste avec l’actuel dogme, mon équipe a pour objectif d’étudier la mort cellulaire d’un point de vue global : Au lieu d’être vue comme une simple fin, nous étudions la mort cellulaire comme une puissante pression de sélection, conduisant activement à l’émergence de nouveaux traits phénotypiques dans son microenvironnement.

Pour tester cette hypothèse, pour laquelle nous avons déjà des résultats préliminaires prometteurs, nous proposons plusieurs approches interconnectées qui se focalisent sur l’intégration de la mort cellulaire dans son environnement. Le premier objectif est ainsi d’étudier si, de façon similaire à l’apoptose, les autres types de mort cellulaire, tel que la mort cellulaire indépendante des caspases, peuvent promouvoir la prolifération des cellules voisines de façon paracrine. Pour cela, nous caractérisons en détail les signalisations paracrine et juxtacrine entre les cellules mortes et vivantes voisines, en utilisant des approches in vitro innovantes. Pour le second objectif, nous mettons au point un modèle cellulaire permettant le déclenchement de l’activation non létale des caspases et évaluons, au niveau de la cellule, l’émergence de nouveaux traits phénotypiques chez les cellules survivantes, avec un accent sur la mobilité cellulaire. Notre dernier objectif se focalise sur l’étude de l’impact potentiel que pourrait jouer la machinerie impliquée dans la mort cellulaire sur les fonctions des cellules souches, une autre composante critique du microenvironnement de la mort cellulaire.
L’importance et l’originalité de ce projet repose sur l’exploration de la mort cellulaire comme un régulateur direct de différentes fonctions vitales, telles que la prolifération, la mobilité et la pluripotence. Je suis certain que cette étude conduira à des avancées majeures dans notre compréhension des mécanismes moléculaires permettant le dialogue entre les vivants et les morts, tout en mettant également en évidence des cibles thérapeutiques prometteuses pour les maladies neurologiques, développementales et immunitaires.