Deciphering the role of oncofetal fibronectin isoforms in matrix assembly and cellular function
Etude d’assemblage et des fonctions des isoformes oncofoetales de la fibronectine
Résumé
The Extracellular Matrix (ECM) constitutes a fibrillar platform that integrates the action of chemical and mechanical cues from the environment. Fibronectin (FN), a major component of the ECM, is at the center of this bioregulatory stage, modulating numerous biological procedures such as cell adhesion and motility, cell proliferation and differentiation, as well as ECM deposition and structure. FN is found in two forms: plasma FN (pFN) and cellular FN (cFN). cFN differs from pFN by the presence of alternatively spliced Extra Domains, namely EDB and EDA. Each of these alternatively spliced regions is encoded by a single exon, the regulation of which is strictly regulated and limited to embryonic tissues, as well as pathophysiological conditions such as wound healing, inflammation, and cancer. The term “oncofetal” was coined in order to describe FN isoforms harboring either of the Extra Domains, that are normally absent in adult tissues.How the presence of EDA and EDB regulates FN assembly and how the assembled variants regulate cell behavior is largely unknown. Single Extra Domain-targeted deletion studies in the mouse have revealed roles for EDA in the morphogenesis of lymphatic valves, atherosclerosis, and wound healing/fibrosis. Mechanistically, the inclusion of EDA expands the repertoire of cellular FN receptors (α4β1, α7β1 integrins and TLR4). To date, no ligand has been reported for EDB. Rather, its presence has been postulated to alter the conformation of the cell-binding domain of FN and to facilitate integrin-driven fibrillar assembly by mechanisms that remain to be established.The aim of this dissertation is to provide more insight regarding the roles of the FN Extra Domains EDA and EDB, and more specifically:1) To investigate how the presence of alternatively spliced EDA and EDB domains affect the fibrillar assembly of FN at the surface of assembly-competent cells, and2) To determining how the presence of EDB and EDA influences the biochemical, physical, and functional properties of the matrix that in turn affect the behavior of cells attached to it.Here we present a biological toolset composed of : i) lentiviral vectors harboring the full-length coding sequence of human cFN containing one, both, or none of the alternatively-spliced Extra Domains, ii) purified recombinant FN variants, iii) FN-null mouse embryo fibroblasts (MEFs) and iv) FN variant-expressing MEFs. These unique tools were used to study variant-specific assembly by fibroblasts and the effects of homogeneous cFN networks on cell behavior.Utilizing an unbiased computational approach, we document that the presence of the Extra Domains results in a distinct pattern of FN deposition and assembly that in turn influences both early and late signaling events that control cell proliferation as well as cell contractility. Finally, we present a series of novel data that point towards a FN-impacted control of cell energetics.We conclude that FN Extra Domains are responsible for the fine-tuning of the extent of several cellular processes that can reflect strict regulation in pathophysiological procedures such as tissue repair, fibrosis, and tumor progression.
La matrice extracellulaire (MEC) constitue une plateforme fibrillaire intégrant l'action des signaux chimiques et mécaniques de l'environnement. La fibronectine (FN), un composant majeur de la MEC, est au centre de cette plateforme de biorégulation et module de nombreuses actions biologiques telles que l’adhésion et la motilité cellulaires, la prolifération et la différenciation, ainsi que la structure et le dépôt de la MEC. La FN se présente sous deux formes : la FN plasmatique (pFN) et la FN cellulaire (cFN), dite « oncofoetale ». Cette dernière est nommée ainsi pour son expression uniquement au cours du développement et dans certaines conditions physiopathologiques (réparation tissulaire, inflammation et cancer). La différence entre les deux est l’existence dans la cFN des domaines supplémentaires EDB et EDA, qui résultent d’un épissage alternatif. Comment la présence de ces « extra-domaines », EDA et EDB , régit l'assemblage des FN et comment les variantes assemblées régulent le comportement des cellules est en grande partie inconnu. Des études de délétion ciblées d’un seul domaine chez la souris ont révélé le rôle de l'EDA dans des phénomènes très variés dont la morphogenèse des valves lymphatiques, l'athérosclérose et la cicatrisation / fibrose. Au niveau moléculaire, l'inclusion de l'EDA élargit le répertoire des récepteurs cellulaires de la FN (intégrines α4β1, α7β1 et TLR4). A ce jour, aucun récepteur n'a été rapporté pour l’EDB. De ce fait il a été proposé que sa présence modifierait la conformation du site de liaison de FN aux cellules et faciliterait ainsi l’assemblage fibrillaire induit par les intégrines via des mécanismes qui restent à établir.Le but des travaux de cette thèse était de décoder les rôles de l'EDA et de l'EDB de la FN, et plus précisément de :1) étudier l'impact de la présence des domaines EDA et EDB sur l'assemblage fibrillaire de la FN à la surface de cellules compétentes pour l'assemblage, et2) déterminer comment la présence de l’EDB et de l’EDA influence les propriétés biochimiques, physiques et fonctionnelles de la matrice, qui à leur tour affectent le comportement des cellules qui y sont attachées.Dans un premier temps l’équipe a développé un ensemble d'outils biologiques composé de : i) vecteurs lentiviraux hébergeant la séquence codante complète du gène de la cFN humaine contenant l’un, les deux ou aucun des « extra-domaines » alternativement épissés, ii) des variants de FN recombinants purifiés, iii) des fibroblastes embryonnaires de souris FN -/- (Fn1 -/- MEF), et iv) des MEF exprimant des variantes de FN. Cette batterie outils uniques a été utilisée pour étudier l'assemblage spécifique de variantes par les fibroblastes et les effets de réseaux de cFN homogène sur le comportement cellulaire.Nos résultats ont montré que les « extra-domaines « de la FN sont responsables au niveau des fibroblastes du réglage fin de l’amplitude de plusieurs réponses dont l’assemblage de la matrice, la croissance et le métabolisme énergétique. En utilisant une approche informatique « non-biaisée », nous avons démontré que la présence des « extra-domaines » modifie la structure de la matrice de la FN déposée par les fibroblastes. Ceci témoigne d’événements de signalisation cellulaire différents, qui sont susceptibles de modifier aussi bien les réponses précoces que tardives induites par la FN. Les matrices variant-spécifiques que nous avons développées représentent des outils très puissants pour décrypter les fonctions des « extra-domaines » de la FN dans les multiples types de cellules impliquées non seulement dans des réponses physiologiques mais également dans des situations pathologiques.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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