Cooperation of Bone Morphogenetic Protein and estrogen signaling pathways in the dynamics of transformation of mammary stem cells at the origin of breast cancer
Coopération des voies de signalisation des protéines morphogénétiques osseuses (BMP) et des oestrogènes dans la dynamique de transformation des cellules souches mammaires à l'origine des cancers du sein
Résumé
The discovery of cancer stem cells and their similarities to normal stem cells underlines the importance of studying them in the mechanisms of tumour initiation. This is particularly true of breast cancer, where the early stages of transformation are still poorly understood. We know that the environment can play a major role in the transformation process. However, this last point is still the source of much debate about which compounds have been identified as carcinogenic. Bisphenol A (BPA) was widely used in the manufacture of many plastic objects, before being identified in 2017 as an endocrine disruptor. It is capable of acting as an oestrogen mimic by binding to estrogen receptors and disrupting their signal. Given that 70% of breast cancers are hormone-dependent, numerous articles have shown that exposure to BPA can promote the development of breast cancer. All this has led to the gradual replacement of BPA by alternative bisphenols such as bisphenol S (BPS). Based on affinity tests for the canonical estrogen receptor ERα66, BPS is thought to be less harmful because its affinity is 10 times lower than that of BPA. However, if we look at mammary stem cells, we see that they do not express ERα66 but another estrogen receptor called GPER. The difference in affinity for this type of receptor is much less marked and recent studies suggest that BPS could also be harmful to health. For example, we have already demonstrated in the laboratory that exposure to BPA or BPS leads to alterations in the cells of the mammary microenvironment and in stem cell function. Exposure to these two pollutants leads to over-secretion of BMP2 by stromal cells, which can induce luminal transformation of stem cells in an inflammatory context. Collectively, these data have led to the hypothesis of my project, which is that BPS could have carcinogenic effects on a particular population of cells, mammary stem cells, by inducing signalling via the GPER receptor and in interaction with the BMP pathway. For this, I am using a non-transformed mammary stem cell model (MCF10A). I demonstrated that there are interactions between the BMP pathway and estrogens. I showed by Western blot that the ligand BMP2 increases GPER protein expression. Proximity Ligation Assay and co-immunoprecipitation results suggest the presence of a complex between BMPR1b and GPER receptors in MCF10A cells. I also demonstrated that BPS was able to have specific effects on the behaviour of mammary stem cells compared with BPA, when combined with BMP2. Co-exposure to BMP2 and BPS synergistically increased the stem capacity of MCF10A cells by forming more mammospheres in a GPER activation-dependent manner. In addition, this association appeared to lead to over-activation of certain kinases, all belonging to the NF-Kb signalling pathway. This pathway has already been described as possibly being involved in mammary tumorigenesis and resistance to hormonal therapies via constitutive activation of the pathway. These results highlight the importance of assessing the dangerousness of bisphenols in more complex models interacting with other signalling pathways, although it is not yet possible to formally associate this with transformation. Over and above this fundamental knowledge, the aim of this project is to contribute to the scientific basis underlying future regulatory and preventive actions linked to bisphenols to reduce the incidence of breast cancer and could identify new therapeutic targets.
La découverte de cellules souches cancéreuses et leurs similitudes avec les cellules souches normales souligne l’importance de leur étude dans les mécanismes d’initiation tumorale. C’est notamment le cas pour les cancers du sein dont les premières étapes de transformation sont encore mal comprises. Nous savons que l’environnement peut jouer une grande part dans les processus de transformation. Cependant, ce dernier point est encore source de nombreux débats quant aux composés identifiés comme cancérogènes. Le bisphénol A (BPA) a été largement utilisé pour la fabrication de nombreux objets en plastique, avant d’être identifié en 2017 comme un perturbateur endocrinien. Il est capable d’agir comme un œstrogéno-mimétique en se fixant sur les récepteurs aux œstrogènes et en perturbant leur signal. Sachant que 70% des cancers du sein sont des cancers hormonaux-dépendants, de nombreux articles ont démontré que l’exposition au BPA pouvait favoriser le développement des cancers du sein. Tout cela a conduit au remplacement progressif du BPA par des bisphénols alternatifs comme le bisphénol S (BPS). Sur la base de tests d’affinité pour le récepteur canonique des œstrogènes ERα66, le BPS serait moins nocif car il a une affinité 10 fois plus faible que le BPA. Cependant, si on s’intéresse au cellules souches mammaires, on constate qu’elles n’expriment pas ERα66 mais un autre récepteur aux œstrogènes appelé GPER. La différence d’affinité pour ce type de récepteur est beaucoup moins marquée et des études récentes suggèrent que le BPS pourrait également être dangereux pour la santé. Par exemple, nous avons déjà démontré au laboratoire que l’exposition au BPA ou au BPS conduisait à des altérations des cellules du microenvironnement mammaire et du fonctionnement des cellules souches. L’exposition à ces deux polluants entraine une sursécrétion de BMP2 par les cellules stromales, pouvant induire une transformation luminale des cellules souches dans un contexte inflammatoire. Collectivement, ces données ont conduit à établir l’hypothèse de mon projet qui est que le BPS pourrait avoir des effets cancérogènes sur une population particulière de cellules, les cellules souches mammaires, en induisant une signalisation via le récepteur GPER et en interaction avec la voie des BMP. Pour cela, j’utilise un modèle de cellules souches mammaires non transformées (MCF10A). J’ai démontré qu’il existerait des interactions entre la voie des BMP et des œstrogènes. J’ai montré par Western Blot que le ligand BMP2 augmente l’expression protéique de GPER. De plus, les résultats de « Proximity Ligation Assay » et de co-immunoprécipitation suggèrent la présence d’un complexe entre les récepteurs BMPR1b et GPER au sein des cellules MCF10A. J’ai également démontré que le BPS était capable d’avoir des effets spécifiques par rapport au BPA, lorsqu’il était associé au BMP2, sur le comportement des cellules souches mammaires. En effet, la coexposition au BMP2 et au BPS augmentait de façon synergique la capacité souche des cellules MCF10A en formant d’avantage de mammosphères de manière dépendante de l’activation de GPER. De plus, cette association semblait entrainer une suractivation de certaines kinases appartenant toutes à la voie de signalisation NF-Kb. Cette voie a déjà été décrite comme pouvant être impliqué dans la tumorigenèse mammaire et la résistance aux thérapies hormonales via une activation constitutive de la voie. Ces résultats mettent en évidence l’importance d’évaluer la dangerosité des bisphénols dans des modèles plus complexes en interaction avec d’autres voies de signalisation, bien qu’on ne puisse pas encore formellement associer cela a une transformation. Au-delà de ces connaissances fondamentales, ce projet a pour objectif de contribuer aux bases scientifiques sous-jacentes aux futures actions de régulation et de prévention liées aux bisphénols pour réduire l’incidence des cancers du sein et pourrait dégager de nouvelles cibles thérapeutiques.
Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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