Corrélation entre les propriétés biologiques et mécaniques de la matrice extracellulaire issue des métastases péritonéales colorectales dans les tissus humains

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 12175 (2023) Citer cet article

Les métastases péritonéales (MP) sont des voies de diffusion courantes du cancer colorectal (CCR) et restent une maladie mortelle avec un mauvais pronostic. Les propriétés de la matrice extracellulaire (MEC) sont importantes dans le développement du cancer ; étudier leurs changements est crucial pour comprendre le développement du CRC-PM. Nous avons étudié les propriétés élastiques des MEC dérivées d'échantillons humains de particules normales et néoplasiques par microscopie à force atomique (AFM) ; les résultats ont été corrélés aux données cliniques des patients et à l'expression des composants de la MEC liés à la propagation métastatique. Nous montrons que la progression des particules s'accompagne d'un raidissement de la MEC, d'une activité accrue des fibroblastes associés au cancer (CAF) et d'une augmentation des dépôts et de la réticulation dans les matrices néoplasiques ; d'autre part, des régions plus molles se trouvent également dans les MEC néoplasiques aux mêmes échelles. Nos résultats soutiennent l'hypothèse selon laquelle des changements locaux dans la MEC normale peuvent créer un terrain propice à la croissance et à la propagation de cellules métastatiques envahissantes à partir de la tumeur. Nous avons trouvé des corrélations entre les propriétés mécaniques (raidissement relatif entre la MEC normale et néoplasique) de la MEC et les données cliniques des patients, comme l'âge, le sexe, la présence de mutations activatrices de protéines dans les gènes BRAF et KRAS et le grade de la tumeur. Nos résultats suggèrent que le phénotypage mécanique du PM-ECM a le potentiel de prédire le développement d'une tumeur.

Les métastases péritonéales (MP) touchent environ un patient sur quatre atteint d'un cancer colorectal (CCR)1. Le développement des particules est caractérisé par plusieurs étapes au cours desquelles les cellules cancéreuses se disséminent de la tumeur primaire vers la cavité péritonéale2, via un processus également connu sous le nom de cascade métastatique péritonéale2,3. Pour coloniser le péritoine, les cellules néoplasiques doivent pouvoir infiltrer la matrice extracellulaire (MEC), dès le détachement de la tumeur primitive, s'attacher au tissu conjonctif sous-mésothélial et recevoir une réponse favorable de l'hôte2.

La MEC est un élément acellulaire essentiel du microenvironnement tissulaire, qui joue un rôle crucial dans plusieurs processus de l’homéostasie tissulaire4. L'ECM détermine la structure tridimensionnelle (3D) du tissu et fournit un support mécanique et biochimique, jouant un rôle majeur dans la communication cellule-cellule et cellule-matrice et dans la migration cellulaire 4,5. De plus, au cours des dernières décennies, le rôle crucial de l’ECM dans la progression du cancer a été clairement démontré6,7,8,9,10,11.

Le microenvironnement extracellulaire est composé d'eau, de diverses protéines fibreuses (c'est-à-dire collagènes, élastines, laminines, fibronectines), de protéoglycanes, de glycoprotéines et de polysaccharides ; la MEC d'un tissu spécifique a une composition et une topologie uniques, ce qui entraîne le développement des propriétés biochimiques et mécaniques de chaque organe et tissu1,4,5.

La MEC peut être considérée comme un élément dynamique du tissu, car elle subit plusieurs changements dans sa composition et des réarrangements de ses propres composants, à travers des modifications covalentes et non covalentes, qui sont associées à l'activité cellulaire dans le développement des tissus, ainsi qu'à des maladies et des maladies graves. progression du cancer5,12.

Les changements mécaniques et biochimiques dans la MEC sont régulés par des facteurs de croissance, des hormones, des cytokines et des métalloprotéinases (MMP)6. Les propriétés élastiques de l'ECM, ainsi que l'activité de facteurs biochimiques spécifiques, jouent un rôle clé dans l'homéostasie des tissus, le devenir cellulaire, l'adhésion cellulaire, la migration, la progression du cycle cellulaire, la différenciation ainsi que la réorganisation et la contractilité du cytosquelette liées à l'actine6,12,13,14. La matrice est une entité biomécanique multi-échelle qui présente des caractéristiques mécaniques complexes telles que la viscoélasticité, la plasticité mécanique et l'élasticité non linéaire8,15. Les propriétés viscoélastiques et biochimiques de l'ECM sont principalement déterminées par les collagènes et leur degré de réticulation8,15. Les études AFM des ECM ont confirmé les propriétés viscoélastiques de ce composé tissulaire16,17. Il existe de plus en plus de preuves que les cellules peuvent détecter et réagir aux propriétés viscoélastiques, plutôt qu'aux propriétés mécaniques statiques des MEC15.