Oksana GORSHKOVA - Doctorante - promotion 2016

Les jonctions cellulaires jouent un rôle clé dans l'intégrité des tissus biologiques, via les molécules d'adhésion cellulaire (CAM). En particulier, dans la moelle osseuse, les interactions entre cellules hématopoïétiques et stromales permettent la transmission mutuelle de signaux impliqués dans le développement et l'homéostasie des deux types cellulaires. Ce dialogue implique également des mécanismes d'adhérence, avec un impact majeur sur la physiologie des cellules hématopoïétiques et stromales (développement, maintien, prolifération). Le partenaire I (A. Sergé et M. Aurrand-Lions, équipe Interactions Leuko/Stromale, CRCM) est spécialisé dans ces interactions, en particulier pour les intégrines et les molécules d'adhésion jonctionnelle (JAM, De Grandis et al., Cell Mol Life Sci 2015). En contexte physiologique, l'équipe a démontré l’existence de contacts entre des cellules souches hématopoïétiques exprimant JAM-C et des cellules stromales exprimant JAM-B (Arcangeli et al., Blood 2011). Ces interactions sont profondément révisées en contexte tumoral. Des données préliminaires montrent que l'adhérence médiée par JAM-C de cellules souches leucémiques (LSC) au stroma est impliquée dans la résistance aux médicaments médiée par l’adhérence cellulaire (CAM-DR), ce qui suggère que JAM-C constitue une cible thérapeutique potentielle dans la leucémie.
Les progrès récents de la nanoscopie optique ont complètement revisité le modèle classique des structures d'adhérence cellulaire statiques (Rossier et al., Nat Cell Biol, 2012, Paszek et al., Nature 2014). Les acteurs majeurs, comme les intégrines et leurs adaptateurs, sont étroitement régulés par des mécanismes d'association/dissociation, modulés selon les conditions physiopathologiques et les signaux reçus par la cellule. De courts épisodes de confinement ou de colocalisation peuvent révéler des événements moléculaires menant à l'activation de voies intracellulaires. Par conséquent, des événements discrets peuvent conduire à des résultats critiques, par une amplification non linéaire, comme cela est souvent rapporté dans la signalisation cellulaire. De plus, l'adhérence au collagène, un composant majeur de la matrice extracellulaire (ECM), est profondément impliquée dans l'évolution tumorale. L'analyse des trajectoires moléculaires avec notre logiciel maison MTT (Serge et al., Nat Met 2008, Rouger et al., JoVE 2012) en combinaison avec une observation simultanée de la distribution fine du collagène dans l'environnement proche de la cellule vivante, identifiera les interactions pendant l‘initiation et la stabilisation des contacts entre cellules leucémiques et stromales. L'imagerie ultra-résolue documentera le rôle des CAM dans l'établissement dynamique de l'adhérence cellule/cellule et cellule/ECM en temps réel. Nous étudierons notamment les cellules exprimant faiblement ou fortement JAM-C, afin d'évaluer l'impact d’anticorps bloquants dans l'interaction LSC/stroma.
La visualisation simultanée de la dynamique des fibres de collagène et des CAM requiert le développement d'un système d'imagerie spécifique multimodal de cellules vivantes. Le partenaire II (S. Monneret, groupe biophotonique, Institut Fresnel) réalisera un développement instrumental grâce à son expertise tant en nanoscopie (Bon et al., Nature Comm. 2015) qu'en imagerie de phase (développement d'un système d'imagerie de phase désormais commercialement disponible en étroite collaboration avec une PME). Le partenaire II a déjà proposé un microscope bimodal fluorescence/phase (Bon et al., JBO 2012) et plus récemment une modalité particulièrement adaptée pour améliorer la visualisation en temps réel des fibres de collagène (Aknoun et al., Opt Exp 2014). Dans ce projet, nous proposons d'améliorer le système de manière à combiner l'imagerie de fluorescence de molécule unique dans la gamme des longueurs d'onde visibles, avec l'imagerie de phase et d'intensité dans la gamme infrarouge (IR). En effet, les cellules cancéreuses présentent des signatures IR remarquables à travers le collagène et les lipides, en particulier dans les longueurs d'onde IR, qui pourraient être exploitées. Le partenaire III, First Light Imaging, est une société qui développe les caméras les plus rapides au monde avec une sensibilité de molécule unique, initialement développées pour l'astronomie. Nous prévoyons d'intégrer cette nouvelle génération de caméras dans le système d'imagerie de phase. Une caméra EMCCD a déjà été intégrée pour l'imagerie de phase non linéaire (Berto et al., PRL 2012). Nous l'utiliserons soit en 2D, en plaçant des cellules sur des lamelles recouvertes de collagène, soit en 3D, en cultivant des cellules dans des sphéroïdes de collagène, pour obtenir des géométries cellulaires plus physiologiques.