Analyse de la signalisation TGF-β
L'étape clé de la signalisation TGF-β est la phosphorylation des deux résidus de sérine terminale les plus carboxy dans le motif SSXS (Figure 2) par TβRI kinase38,39. Pour étudier les réponses de signalisation β TGF-β, nous avons exécuté le ballonnement occidental du SMAD2 phosphorylated. Dans les cellules mcf10A-Ras du sein humain prémalignant, la phosphorylation de SMAD2 a augmenté de manière significative en réponse à la stimulation de TGF-β pendant 1 heure, alors que l'expression du SMAD2/3 total n'a pas été affectée par le traitement de TGF-β (figure 4A). En utilisant l'analyse de journaliste transcriptionnelle CAGA-luc induite par TGF-β,4, nous avons constaté que TGF-β induit de façon marquée le journaliste luciferase dans la lignée des cellules MCF10A-Ras par rapport aux cellules non traitées (figure 4B). En outre, nous avons observé que les cibles de gène transcriptionnel direct bien caractérisées de TGF-β y compris SMAD7 et SERPINE1 (codant la protéine PAI-1), ont été fortement exprimées dans les cellules MCF10A-Ras traitées par TGF-β (figure 4C).
Analyse de l'EMT β induite par le TGF
Nous avons évalué l'EMT induite par le TGF-β avec diverses méthodes, telles que des changements morphologiques, l'expression des marqueurs d'EMT aux niveaux d'ARNm et de protéine et la coloration d'immunofluorescence des marqueurs d'EMT36. Les cellules épithéliales de NMuMG traitées avec TGF-β pendant 1 et 2 jours ont changé d'une morphologie épithéliale classique à une morphologie mésenchymale spindle-formée, comme montré par microscopie de contraste de phase (figure 5A). Conformément aux changements morphologiques, nous avons observé que le traitement par TGF-β a entraîné une augmentation de l'expression protéique des marqueurs mésenchymaux, y compris la N-cadhérine, l'escargot et lalimace 37 (figure 5B). En revanche, e-cadhérine, un marqueur épithélial, a été downregulated dans les cellules de NMuMG après 2 jours de traitement de TGF-β (figure 5B). En outre, nous avons effectué la réaction en chaîne quantitative en temps réel-polymésase (qRT-PCR) pour étudier l'expression de gène des marqueurs d'EMT. Le CDH1 (codant pour la protéine E-cadhérine) a été considérablement diminué, tandis que les marqueurs mésenchymaux tels que l'escargot et le doigt de zinc E-box-binding homeobox 2 (ZEB2) ont été nettement augmentés après la stimulation de TGF-β dans les cellules de NMuMG comparées aux cellules non traitées ( figure5C). L'EMT β-induite par TGF dans les cellules de NMuMG a été encore confirmée par la coloration d'immunofluorescence d'E-cadherin. Lors de la stimulation du TGF-β pendant 2 jours, les cellules NMuMG ont exprimé moins d'E-cadhérine que les cellules du groupe témoin non induit, tel qu'analysé par microscopie confocale(figure 5D). En outre, les cellules NMuMG en présence de TGF-β formé plus de fibres de stress actine, comme le montre la microscopie confocales (Figure 5E).
SB431542 et GW788388 inhibent la signalisation TGF-β et l'EMT induit par β TGF
SB431542 est un inhibiteur compétitif de l'ATP du domaine kinase de TβRI, également appelé kinase activin receptor-like 5 (ALK5), tandis que GW788388 inhibe l'activité de kinase TβRI et TβRII. Les deux inhibiteurs peuvent inhiber le récepteur β TGF-βsignalant 40. Ainsi, nous avons traité les cellules NMuMG avec différentes concentrations de GW788388 en présence de TGF-β pendant 1 heure. Comme prévu, GW788388 inhibait la phosphorylation SMAD2 induite par le TGF-β d'une manière dépendante de la dose (figure 6A). De plus, la phosphorylation à β tégéré par TGF de SMAD2 a été bloquée par le traitement SB431542 (figure 6A). Phosphorylated SMAD2/3 forme un complexe hétéromérique avec SMAD4 et se translocalise dans le noyau pour moduler la transcription des gènes cibles. Par conséquent, nous avons étudié la translocation de SMAD2/3 dans les cellules de NMuMG par coloration d'immunofluorescence de SMAD2/3. Les données ont démontré que SB431542 et GW788388 ont inhibé de façon significative la translocation nucléaire induite par le TGF-β et l'accumulation de SMAD2/3 dans les cellules NMuMG (figure 6B). En outre, les effets inhibiteurs de SB431542 et GW788388 ont également été observés dans les niveaux d'expression de l'ARNm d'importants gènes cibles TGF-β impliqués dans l'EMT, y compris PAI-1, SNAIL, E-cadherin et Fibronectin (Figure 6C). Ces données suggèrent que SB431542 et GW788388 ont bloqué la signalisation TGF-β et l'EMT induit par β TGF.
Analyse de la transdifferentiation des cellules cancéreuses mésenchymales du sein en adipocytes
L'EMT joue un rôle vital dans l'amélioration de la plasticité cellulaire dans les cancers et entraîne le développement d'une résistance thérapeutique. La plasticité des cellules cancéreuses peut être directement ciblée et inhibée par une approche de trans-différenciation, telle que l'adipogenèseforcée 30. Nous avons employé les cellules de cancer du sein murine de Py2T, qui ont été dérivées de la glande mammaire d'une souris mammary tumeur virus-polyoma moyenne tumeur-antigène (MMTV-PyMT) souris transgénique, comme modèle cellulaire de plasticité induite par EMT cellule cancéreuse. Basé sur un protocole établi41, nous avons traité les cellules cancéreuses du sein py2T murine dérivées de l'EMT avec le médicament antidiabétique rosiglitazone pendant 10 jours pour induire l'adipogenèse. L'adipogenèse a été évaluée en visualisant des gouttelettes de lipide utilisant la coloration rouge d'O d'huile. Les cellules adipeuses ont été facilement détectées dans les cellules cancéreuses du sein py2T murine traitées par rosiglitazone (figure 7), qui ont démontré que le traitement par rosiglitazone seul est suffisant pour favoriser la transdifferentiation des cellules cancéreuses du sein dérivées de l'EMT en adipocytes.

Figure 1 : Signalisation TGF-β/SMAD. La signalisation TGF-β s'initie à la liaison du TGF-β au récepteur de type II TGF-β (TβRII), une kinase constitutivement active, qui phosphorylate le récepteur TGF-β de type I (TβRI). Puis, activé TβRI kinase phosphorylates SMAD2/3. Un peptide contenant le motif SSXS de SMAD2 avec deux résidus de sérine phosphorylatée terminale carboxy a été utilisé pour obtenir l'antisera polyclonal reconnaissant le phosphore-SMAD2 (p-SMAD2). Par conséquent, l'analyse de l'expression p-SMAD2 par ballonnement occidental peut être utilisée pour déterminer l'activation de la voie de signalisation TGF-β'Œil. Phosphorylated SMAD2/3 peut former des complexes hétéromériques avec SMAD4, qui se translocaliser ensuite dans le noyau pour moduler les réponses transcriptionnelles. L'analyse du journaliste CAGA12-luciferase et le PCR quantitatif en temps réel (qRT-PCR) pour l'expression de l'ARNm des gènes cibles TGF-β tels que SMAD7 et SERPINE1 (codant pour la protéine PAI-1) peuvent être utilisés pour analyser les réponses transcriptionnelles dépendantes du TGF-β induites par le SMAD3. S'il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 2 : Structure schématique des R-SMAD (SMAD2 et SMAD3). Les domaines MH1 (bleu) et MH2 (jaune) sont conservés parmi les R-SMAD, mais la région linker (gris) n'est pas conservée. Le domaine MH1 de SMAD3 abrite un motif liant l'ADN, tandis que SMAD2 ne peut pas lier directement l'ADN, en raison d'une insertion (exon 3) dans son domaine MH1. Le domaine MH2 médie l'oligomérisation SMAD, l'interaction avec les récepteurs TGF-β, et la liaison protéique et est impliqué dans la régulation transcriptionnelle. SMAD2 et SMAD3 peuvent être activés par la phosphorylation du motif SSXS (en rouge) dans leur termini C. S'il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 3 : TGF-β induite par le TGF. Pendant la transition épithéliale-mésenchymale (EMT) induite par TGF-β), les cellules subissent la perte des caractéristiques épithéliales et d'acquisition des caractéristiques mésenchymales avec la motilité cellulaire accrue et la capacité d'invasion. L'induction de l'EMT conduit à l'expression de marqueurs mésenchymaux tels que N-cadherin, Zeb2 et Snail1/2, ainsi qu'à la downregulation des marqueurs épithéliales, y compris e-cadhérine, β-caténine et claudin-1. La perte ou le gain accumulé de caractéristiques épithéliales/mésenchymales (E/M) fait entrer une cellule dans les états intermédiaires d'une manière réversible. S'il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 4 : Réactions de signalisation β TGF-β dans les cellules MCF10A-Ras. (A) Les cellules MCF10A-Ras ont été traitées avec ou sans TGF-β (2,5 ng/mL) pendant 1 heure, et les lysates cellulaires ont été immunoblotted pour SMAD2 phosphorylated (p-SMAD2), SMAD2/3 total et GAPDH (comme contrôle de chargement). Le marqueur de taille est affiché sur la droite. Con: Groupe témoin sans traitement β TGF. (B) Analyse de l'activité TGF-β (5 ng/mL) à l'aide du journaliste transcriptionnel CAGA12-luciferase (LUC) dépendant du SMAD3-SMAD4 dans les cellules MCF10A-Ras. Les valeurs sont normalisées pour β-galactosidase (βGal). Les données sont exprimées comme la ± s.d, n = 3. Test t de l'étudiant, ***P ≤ 0,001 (C) analyse qRT-PCR des gènes cibles TGF-β SMAD7 et SERPINE1 (codage de la protéine PAI-1) dans les cellules MCF10A-Ras traitées avec TGF-β (2,5 ng/mL) pendant 6 heures. Gapdh a été utilisé comme un contrôle interne. Les données sont exprimées comme la ± s.d, n = 3. Student's t test, ***P ≤ 0.001. S'il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 5 : TGF-β induite par le TGF dans les cellules NMuMG. (A) Morphologie des cellules NMuMG traitées avec TGF-β (2,5 ng/mL) pendant 1 ou 2 jours. En présence de TGF-β, les cellules de NMuMG se sont transdifférenciées en phénotype mésenchymal. Barre d'échelle = 150 μm (B) Les cellules NMuMG ont été traitées avec ou sans TGF-β (5 ng/mL) pendant 2 jours, et les marqueurs EMT ont été analysés par ballonnement occidental. Le marqueur de taille est indiqué sur la droite. Con: Groupe témoin sans traitement β TGF. (C) Analyse de l'expression génétique des marqueurs EMT (CDH1 (codage de la protéine E-cadhérine), ESCARGOT et ZEB2) dans les cellules NMuMG traitées pendant 2 jours avec TGF-β (5 ng/mL). Gapdh a été utilisé comme un contrôle interne. Les résultats sont exprimés comme la moyenne ± s.d., n = 3. T-test de l'étudiant, *P ≤ 0,05, **P ≤ 0,01, ***P ≤ 0,001. (D) Les cellules NMuMG ont été tachées par immunofluorescence pour détecter l'expression du marqueur épithélial E-cadhérine (rouge) après traitement TGF-β (2,5 ng/mL) pendant 2 jours. Les noyaux ont été contre-tachés avec DAPI (bleu). Des images ont été capturées avec la microscopie confoccale. Barre d'échelle = 50 μm (E) Les cellules NMuMG ont été tachées de fluorescéine-phalloidine (verte) pour visualiser la F-actine. Les noyaux ont été contre-tachés avec DAPI (bleu). Barre d'échelle = 50 μm. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 6 : L'EMT induit par le TGF-βsignaling et le TGF-β ont été inhibés par SB431542 et GW7883888. (A) Les cellules NMuMG ont été traitées avec 10 μM de SB431542 (SB) ou les concentrations indiquées de GW788388 (GW) en présence ou en absence de TGF-β (5 ng/mL) pendant 1 heure. Les lysates cellulaires ont été immunoblotted pour p-SMAD2, SMAD2/3 et GAPDH. (B) Les cellules NMuMG ont été traitées avec 5 μM de SB431542 (SB) ou 10 μM de GW788388 (GW) en présence ou en absence de 5 ng/mL de TGF-β pendant 1 heure et tachées par immunofluorescence pour détecter la translocation nucléaire de SMAD2/3 (vert). Des images ont été capturées avec la microscopie confoccale. (C) L'expression des gènes cibles TGF-β, y compris pai-1 et les gènes codant marqueurs EMT, y compris SNAIL, E-Cadherin et Fibronectin, ont été analysés par réaction en chaîne de polymése de transcriptase inverse (RT-PCR) dans les cellules NMuMG après le traitement SB ou GW et la stimulation TGF-β pendant 48 heures. GAPDH a servi de contrôle de chargement. Le contrôle désigne les cellules non traitées. Ce chiffre a été modifié de Petersen M. et coll. 34 avec la permission de l'éditeur. S'il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 7 : Les cellules cancéreuses du sein py2T murine dérivées de l'EMT peuvent être amenées à se différencier en adipocytes. Les cellules cancéreuses du sein de murine de Py2T ont été stimulées avec 2 ng/mL TGF-β pendant 20 jours pour induire l'EMT complet. Ensuite, les cellules ont été traitées soit avec DMSO comme un contrôle du véhicule ou rosiglitazone (2 μM) pendant 10 jours pour permettre la différenciation des cellules cancéreuses mésenchymales et induire l'adipogenèse. Le médium a été changé tous les 2 jours. Après 10 jours de traitement, les cellules ont été tachées d'huile rouge O. Barre d'échelle = 50 μm. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
| espèce | Nom du gène | Attaquant (5' à 3') | Revers (5' à 3') |
| humain | GAPDH (GAPDH) | TGCACCACCAACTGCTTAGC | GGCATGGACTGTGGTCATGAG |
| SMAD7 (en) | TCCCAGATGCTGTGCCTTCC | GTCCGAATTGAGCTGTCCG |
| SERPINE1 (SERPINE1) | CACAAATCAGACGGCAGCACT | CATCGGGCGTGGTGAACTC CATCGGGCGTGGTGAACTC CATCGGGCGTGGTGAACTC |
| souris | GAPDH (GAPDH) | TGGCAAAGTGGAGATTGTTGCC | AAGATGGTGATGGGCTTCCCG |
| CDH1 (en) | ACCAAAGTGACGCTGAAGTC | GAGGATGTACTTGGCAATGG |
| escargot | CAGCTGGCCAGGCTCTCGGT (en) | GCGAGGGCCTCCGGAGCA |
| ZEB2 (en) | TTCTGCAAGCCTCTGTAGCC | TTCTGGCCCCATTGCAT |
Tableau 1 : Amorce utilisée pour qRT-PCR.