INTERACTION DES CELLULES CANCÉREUSES AVEC L

JULIE LAFERRIÈRE
INTERACTION DES CELLULES CANCÉREUSES AVEC
L’ENDOTHÉLIUM VASCULAIRE DANS LE PROCESSUS
MÉTASTATIQUE
Thèse
présentée
à la Faculté des études supérieures
de l’Université Laval
pour l’obtention
du grade de Philosophiae Doctor (Ph.D.)
Biologie cellulaire et moléculaire
FACULTÉ DE MÉDECINE
UNIVERSITÉ LAVAL
JUILLET 2003
© Julie Laferrière, 2003

i
Résumé
Les métastases sont une complication souvent irréversibles et fatales du cancer. L'adhérence et
la migration des cellules cancéreuses sur et à travers l'endothélium vasculaire sont des étapes
critiques du processus métastatique. Nous avons étudié le rôle des molécules d'adhérence,
E-sélectine et intégrines, ainsi que celui de la kinase SAPK2/p38 dans la régulation de
l'adhérence et la migration transendothéliale des cellules HT-29 provenant d’un carcinome du
colon. Le TNFα augmente fortement l'expression de la E-sélectine par les cellules
endothéliales humaine HUVEC. Cet effet est indépendant de l'activation de SAPK2/p38 induit
par le TNFα. L'adhérence des cellules HT-29 sur une monocouche de cellules HUVEC
prétraitées au TNFα dépend de l'expression de la E-sélectine mais est indépendante de
l'activité de SAPK2/p38 des cellules HUVEC et des cellules cancéreuses. Le blocage par des
anticorps spécifiques des intégrines des cellules HT-29 révèle aussi la participation de
l'intégrine β4 dans leur adhérence aux cellules HUVEC activées par le TNFα. L'adhérence par
l’intégrine β4 est impliquée plus tardivement que l’adhérence par la E-sélectine. L'adhérence
des cellules HT-29 aux cellules HUVEC activées mène à l'activation de SAPK2/p38 dans les
cellules cancéreuses. De plus, une protéine chimérique de E-sélectine/Fc induit l'activation
spécifique des kinases SAPK2/p38 et ERK des cellules HT-29. Ceci suggère que l'attachement
des cellules HT-29 à la E-sélectine implique un récepteur fonctionnel et signalétique.
Cependant, la liaison de la E-sélectine aux cellules HT-29 n’a pas conduit à la phosphorylation
de l’intégrine β4, suggérant que ces deux événements ne sont pas liés signalétiquement.
L’adhérence des cellules HT-29 aux cellules HUVEC activées implique également un facteur
soluble non identifié. Ceci suggère que l’adhérence des cellules cancéreuses à l’endothélium
est comparable à celle des lymphocytes, c’est-à-dire qu’elle implique l’utilisation séquentielle
de sélectines, chimiokines et intégrines. Le blocage de l'augmentation de l'activité de
SAPK2/p38 induite par l’adhérence des cellules HT-29 empêche leur migration
transendothéliale. Nos résultats suggèrent que la régulation de la migration transendothéliale
des cellules cancéreuses implique deux étapes essentielles: une interaction spécifique avec
l'endothélium par l'utilisation séquentielle de molécules d'adhérence, telles que la E-sélectine
et l’intégrine β4, et une augmentation du potentiel migratoire par l'activation médiée par
l’adhérence de la voie SAPK2/p38.

ii
Abstract
Metastasis is a dreadful complication of cancer. Adhesion and migration of tumor cells on and
through the vascular endothelium are critical steps of the metastatic process. We investigated
the roles of the adhesion molecules E-selectin and integrins, as well as the role of the MAP
kinase SAPK2/p38 (stress-activated protein kinase-2/p38), in modulating endothelial adhesion
and transendothelial migration of HT-29 colon carcinoma cells. TNFα strongly increases the
expression of E-selectin in human endothelial cells HUVEC. This effect is independent of the
activation of SAPK2/p38 induced by TNFα. Adhesion of HT-29 cells on a monolayer of
HUVEC pre-treated with TNFα is dependent on E-selectin expression but is independent of
SAPK2/p38 activity of both HUVEC and tumor cells. Blocking the integrins from HT-29
cells (α2, α3, α6, αvβ5, β1 and β4) with specific antibodies reveals a role for β4 integrin in
their adhesion to TNFα-treated HUVEC. The sequence of events showed that β4 integrin
adhesion is involved later then E-selectin adhesion. The adhesion of HT-29 cells to TNFα-
treated HUVEC leads to the activation of SAPK2/p38 in the tumor cells, as reflected by the
increased phosphorylation of its downstream target, the actin polymerizing factor HSP27.
Moreover, a recombinant E-selectin/Fc chimera induces the specific activation of SAPK2/p38
and ERK (extracellular signal-regulated kinases) in HT-29 cells, suggesting that the binding of
E-selectin to HT-29 cells involves a functional and signaling receptor. However, the binding
of E-selectin to HT-29 cells does not lead to phosphorylation of β4 integrin suggesting that the
two adhesion events are not signalingly linked. The adhesion of HT-29 cells to TNFα-treated
HUVEC also implicates a soluble unidentified factor. This indicates that the adhesion of
cancer cells to the endothelium uses the same sequence as lymphocytes namely, selectins,
chemokines and integrins. Blocking the adhesion-mediated increase of SAPK2/p38 activity of
HT-29 cells inhibits their transendothelial migration. Overall, our results suggest that the
specific regulation of transendothelial migration of tumor cells involves two essential steps: 1)
adhesion to the endothelium by the sequential use of adhesion molecules, such as E-selectin
and β4 integrin, 2) increased motogenic potential through adhesion-mediated activation of the
SAPK2p38 pathway.

iii
Avant-propos
J’ai reporté l’écriture de cette section jusqu’à la toute fin. Elle se veut le point final de cette
aventure qui a été pour moi les études graduées. Je crois qu’il faut une certaine naïveté pour
débuter un doctorat. Cette innocence se perd tranquillement au fil du temps, pour faire place à
la détermination et à l’endurance, les deux composantes nécessaires pour terminer de telles
études. Au cours des années passées à l’Université Laval et au centre de recherche de l’Hôtel-
Dieu de Québec (CRHDQ), j’ai eu l’occasion de côtoyer plusieurs personnes qui ont eu sur
moi une influence importante. Je tiens à les remercier ici.
Je commence par mon directeur de recherche, le Dr Jacques Huot. Cet homme a été pour moi
un mentor. C’est un scientifique passionné, toujours motivé par de nouveaux résultats et qui
sait apporter de l’originalité à un projet. Il m’a permis d’apprendre que pour rester
concurrentiel dans un monde où les moyens sont parfois inégaux entre les différents groupes,
il suffisait d’une approche nouvelle et originale. C’est également un excellent pédagogue et
superviseur. Il m’a offert une grande liberté de pensée tout en étant présent pour me diriger au
quotidien. Il possède surtout de grandes qualités humaines, dont le souci du bien-être de ceux
qui l’entoure. En sa compagnie, j’ai pu cheminer scientifiquement ainsi que personnellement.
Merci Dr Huot!
Dans le laboratoire du Dr Huot, j’ai eu le privilège de développer le projet de recherche qui
fait l’objet de cette thèse. Cette opportunité m’a permis d’apprendre comment débuter un
projet, l’orienter selon les objectifs du laboratoire ainsi que de mettre au point différentes
techniques. Au cours de mon séjour dans cette équipe, j’ai côtoyé plusieurs personnes. Je
tiens ici à remercier particulièrement Simon Rousseau, qui a été pour moi un modèle à suivre;
François Houle, l’assistant de recherche du Dr Huot, qui m’a appris comment travailler dans
un laboratoire ainsi que Laurent Lamalice, un compère de paillasse qui a rendu le quotidien
agréable. Au cours de mes sept années passées au centre de recherche, j’ai également
rencontrer des gens qui ont transcendé le milieu du travail. Leur présence dans mon entourage
est encore bien vivante; je parle de Genevière Gingras-Breton, d’Olivier Larochelle et de Réna
Deschesnes. Leur présence a été très enrichissante. Également, je ne peux passer sous silence

iv
tous les différents chercheurs, personnel et étudiants que j’ai côtoyés au cours du temps qui
ont permis de rendre le séjour intéressant. Je crois sincèrement que le milieu est tout aussi
important que le travail qu’on y fait.
Évidemment, les études graduées sont rendues possible financièrement grâce à l’aide des
organismes subventionnaires. J’ai reçu des bourses du CRHDQ, du Fonds pour la formation
des Chercheurs et l’Aide à la Recherche-Fond de Recherche en Santé du Québec (FCAR-
FRSQ), du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG), et
de la Société de Recherche sur le Cancer Inc (SRC). Je dois également mentionner l’octroi
d’une bourse de congrès de l’Institut National du Cancer du Canada (INCC) et les subventions
des Instituts de Recherches en Santé du Canada (IRSC, anciennement le CRM, le Conseil de
Recherche médical du Canada) ainsi qu’une subvention et son renouvellement de la SRC sur
la base de mes travaux. Ces différentes sources financières m’ont également permis d’aller
présenter mes travaux à différents congrès nationaux et internationaux et ce, à toutes les
années de mes études graduées. Cette expérience m’a permis de mettre en perspectives tous
mes résultats ainsi que de rencontrer des gens fascinants et d’entendre parler de science de
manière inouïe. Je crois que tout étudiant devrait pouvoir aller en congrès au moins une fois
au cours de son doctorat.
La motivation de base pour aller en science était pour moi aussi forte qu’un battement de
coeur. Le soutien constant est venu de mes parents. Ils m’ont appris que les limites que l’on
possède sont celle que l’on s’impose et m’ont offert comme cadeau depuis le berceau la
curiosité, leur support inconditionnel et leur conviction en mon potentiel. Ils m’ont donné des
ailes pour voler. De manière plus large, je suis entouré de gens fiers de moi, qui me donnent
sans cesse l’énergie de continuer. Je pense ici à mon frère André, à mes oncles, tantes,
cousins et cousines qui m’ont tous suivi d’une manière ou d’une autre au cours de cette
aventure. Plus récemment, au cours de mes études graduées s’est également ajoutée une belle-
famille, également une source de support importante. J’ajoute ici aussi mes amies,
particulièrement Mélanie Kavanagh, qui est une complice du baccalauréat et qui termine son
doctorat également cette année, sa présence a été rassurante, agréable et stimulante.
Finalement, l’homme de ma vie, mon conjoint Eric Trottier. C’est le plus beau souvenir du
centre du recherche que je garde avec moi. Eric m’a encouragée, dirigée, stimulée, consolée,