Role of the microtubule-associated protein ATIP3 in cell migration and breast cancer metastasis
Rôle de la protéine associée aux microtubules ATIP3 dans la migration cellulaire et la formation de métastases du cancer du sein
Résumé
Breast cancer is the most common malignancy in women, affecting one out of eight women worldwide. Even if most of the breast tumors are efficiently treated using targeted therapies, there is still a heterogeneous breast cancer subpopulation known as “triple-negative”, which is highly metastatic and, due to the absence of targeted therapies, of poor prognosis. The elucidation of the processes involved in tumor progression and metastasis remains an important challenge in the search for new therapies against this subtype of breast cancer. Previous results from the laboratory have shown that ATIP3, a major product of the candidate tumor suppressor gene MTUS1, is a microtubule associated protein (MAP), whose expression is decreased in 85% of high grade, 83% of triple negative and 62% of metastatic breast carcinomas. Re-expression of ATIP3 in breast cancer cells significantly reduces cell proliferation in vitro, and tumor growth in vivo. Based on these results, my PhD project aimed at evaluating the role of ATIP3 in tumor cell migration and cancer metastasis. In the first part of my thesis, I will present data showing that ATIP3 is a novel prognostic marker for breast cancer patients’ survival and a new anti-metastatic molecule. By means of DNA microarray analysis, we showed that low ATIP3 expression levels correlate with reduced overall survival of metastatic breast cancer patients. Using an in vivo model for cancer metastasis, we then showed that re-expression of ATIP3 reduces metastatic progression and lowers the number and size of metastatic foci. At the functional level, ATIP3 reduces breast cancer cell migration by reducing cell velocity and directionality. At the molecular level we further showed, using nocodazole washout experiments and MT growing ends tracking, that ATIP3 slows MT regrowth and decreases MT dynamics. Altogether, these studies indicate that ATIP3 is a novel MT stabilizing protein that controls the ability of MT tips to reach the cell cortex during migration, a mechanism that may account for reduced cell migration and metastasis. In the second part of my thesis, I will present data investigating the mechanisms by which ATIP3 regulates MT dynamics. To this end, we searched for new ATIP3-interacting partners. Interestingly, EB1, the core component of plus-end tracking proteins, was found to interact with ATIP3 not at the growing end of the MTs (as most EB1-interacting proteins), but mostly in the cytosol and at the MT lattice. The identification of the EB1-interacting domain of ATIP3 (termed CN) and further characterization of deletion mutants revealed that ATIP3-EB1 interaction is involved in impaired accumulation of EB1 at the plus-end. Based on these results and on FRAP analysis of EB1-GFP fluorescence recovery, a model was proposed in which the interaction between ATIP3 and EB1 may slower EB1 turnover at the MT plus-end, possibly by limiting EB1 association with its recognition site. In line with this model, in ATIP3-depleted cells dynamic EB1 molecules are more prone to accumulate at the growing end to increase MT dynamics. Relevance of this model in human pathology was then tested by evaluating ATIP3-EB1 expression levels in breast tumors, indicating that combined relative expression levels of both proteins may be considered as a prognostic marker of patient survival. Finally, in a third part of my thesis, I will present some preliminary data showing that ATIP3 may interact with the depolymerizing kinesin MCAK and the tumor suppressor APC, both of which are also well-known partners of EB1. The characterization and the implication of these interactions on ATIP3 functions (MT dynamics for MCAK interaction and cell polarity for APC interaction) remains to be investigated.
Le cancer du sein touche une femme sur huit dans le monde et représente un problème majeur de santé publique. Alors que la majorité des tumeurs du sein sont aujourd’hui la cible de traitement efficaces, il reste une sous-population de tumeurs (dites triple-négatives) à fort potentiel métastatique qui ne sont pas accessibles aux thérapies ciblées et demeurent de mauvais pronostic. L’élucidation des processus impliqués dans la progression tumorale et la formation de métastases reste un challenge majeur dans la recherche de nouvelles thérapies contre le cancer du sein de mauvais pronostic. ATIP3 (AT2-interacting protein 2), produit du gène candidat suppresseur des tumeurs MTUS1 (Microtubule-Associated Tumor Suppressor), a été identifiée par le laboratoire comme étant un biomarqueur des tumeurs du sein les plus agressives. En effet, les résultats précédents de notre équipe ont montré que l’expression d’ATIP3 est diminuée dans 85% des tumeurs de haut grade, 83% des tumeurs triples négatives et dans 62% des tumeurs métastatiques. Il a également été montré qu’ATIP3 inhibe la prolifération cellulaire in vitro, ainsi que la croissance tumorale in vivo. Au niveau moléculaire, ATIP3 a été identifiée comme étant une nouvelle protéine associée aux microtubules (MAP) localisée au centrosome, le long de microtubules dans les cellules en interphase, au fuseau mitotique pendant la division cellulaire et au pont intercellulaire lors de la cytokinèse. La localisation cellulaire d’ATIP3, étroitement associée aux microtubules, prend toute son importance du fait du rôle de ce cytosquelette dans la division et migration cellulaire, deux étapes essentielles du processus tumoral.Mon projet de thèse a pour objectif principal d'évaluer le rôle potentiel d'ATIP3 dans la migration cellulaire et la formation de métastases tumorales. Dans un premier temps, les niveaux d’expression d’ATIP3 ont été analysés dans des séries de puces à ADN issues de trois cohortes indépendantes de patientes atteintes d’un cancer du sein invasif, et les données ont été comparées avec les caractéristiques cliniques des patientes. Ces analyses transcriptomiques ont permis de montrer que l’expression d’ATIP3 est un marqueur pronostic de la survie des patientes et de façon intéressante, qu’ATIP3 est un nouvel indicateur de la progression métastatique. L’effet d’ATIP3 sur la progression des métastases a alors été évalué dans un modèle de bioluminescence in vivo, ce qui a permis de montrer que cette protéine est une molécule anti-métastatique qui réduit la progression, le nombre et la taille des foyers métastatiques. La colonisation métastatique inclut la migration des cellules cancéreuses à travers la matrice extracellulaire (invasion) et l’endothélium vasculaire (extravasation), puis leur prolifération au site secondaire. L’évaluation détaillée de ces étapes a montré qu’ATIP3 diminue tous ces processus. En ce qui concerne la migration, une réduction de vitesse, de la direction de migration et possiblement de la polarité cellulaire, pourraient expliquer les effets inhibiteurs d’ATIP3 sur la migration des cellules. Comme de nombreuses études ont démontré que la migration et la polarité cellulaires dépendent du cytosquelette de microtubules, je me suis intéressée aux effets d’ATIP3 sur la dynamique microtubulaire. Des expériences de vidéomicroscopie ont permis de montrer que l’extinction d’ATIP3 augmente la dynamique des microtubules en incrémentant les épisodes et la vitesse de croissance et en diminuant le temps passé en pause et la fréquence des catastrophes. Ces résultats, couplés à des expériences de dépolymérisation et de re-croissance ont permis de conclure qu’ATIP3 est une MAP qui stabilise les microtubules et diminue leur dynamique pour contrôler la polarité et la migration cellulaires. L’ensemble de ces travaux font l’objet d’une publication parue en 2013 (Molina et al., Cancer Res 73, 2905). (...)
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Biologie moléculaire
Origine : Version validée par le jury (STAR)