par Song, Yura 
Président du jury Deplus, Rachel
Promoteur Blanpain, Cédric
Publication Non publié, 2026-04-15
Président du jury Deplus, Rachel
Promoteur Blanpain, Cédric
Publication Non publié, 2026-04-15
Thèse de doctorat
| Résumé : | Glandular epithelia such as the mammary gland (MG) and prostate are organised as bilayered structures composed of basal cells (BCs) and luminal cells (LCs). Lineage-tracing studies have shown that during embryogenesis the epithelium develops from multipotent progenitors, whereas after birth distinct pools of lineage-restricted BCs, LC ER+ and LC ER- maintain tissue homeostasis. However, these unipotent stem cell (SC) populations can reactivate multipotency under specific physiological, mechanical or oncogenic challenges. During my thesis, I have investigated the molecular mechanisms that regulate epithelial plasticity in the MG and prostate, and how these processes contribute to development, regeneration and tumour initiation.To characterise lineage identity across physiological stages, a comprehensive atlas of the transcriptional and chromatin landscapes of BCs, LC ER+ and LC ER- was generated across puberty, adulthood and pregnancy. High-purity isolation of epithelial lineages followed by bulkRNA-seq and ATAC-seq enabled the definition of conserved lineage programs, including LC ER+-specific genes such as Esr1, Pgr, Prlr, Foxa1, Tbx3 and Areg, as well as stable paracrine modules involving Wnt4, Insl6 and Tgfb1. This dataset fills a major gap left by previous studies that did not resolve the two luminal populations in bulk analyses, providing a reference framework for understanding lineage-specific regulation.To explore how extracellular cues regulate SC fate, the role of the extracellular matrix (ECM), particularly collagen I and matrix stiffness, was examined. Collagen I is a major stromal component whose abundance and mechanical properties increase during branching morphogenesis and tumour progression. Organoid assays combined with scRNA-seq, pseudotime analysis and linear modelling revealed that high collagen I concentration and increased stiffness induce hybrid basal–luminal states and promote BC multipotency. This response is mediated by activation of AP-1 transcription factors (Jun, Fos, Fosb, Atf3) downstream of β1-integrin and FAK signalling. SCENIC regulon analysis confirmed strong AP-1 activation in hybrid and multipotent states, while pharmacological or genetic inhibition of β1-integrin, FAK or AP-1 suppressed the emergence of multipotent populations. These findings establish a mechanistic β1-integrin/FAK/AP-1 axis through which epithelial cells sense the ECM environment and modulate multipotency.To understand how distinct luminal populations respond to oncogenic activation, the effects of Pik3caH1047R, the most frequent driver mutation in human breast cancer, were investigated in LC ER+ and LC ER-. Lineage tracing demonstrated that LC ER- expand yet remain lineage-restricted upon oncogenic PI3K activation, whereas LC ER+ rapidly generate LC ER- and BCs and undergo robust clonal expansion. This identifies LC ER+ as the luminal subset with high competence for oncogene-induced multipotency and tumour initiation. Single-cell transcriptomic and chromatin profiling revealed key role of Klf5 in regulating the gene regulatory networks (GRNs) that enable LC ER+ to cross lineage boundaries and produceheterogeneous tumour states with basal phenotypes.Finally, the mechanisms regulating prostate epithelial plasticity was examined through Pten deletion in different prostate lobes. BCs from anterior and dorsolateral lobes transitioned through hillock and hybrid states towards proximal-like luminal fates, whereas Nkx3.1- expressing BCs followed a more direct luminal conversion route. These regional differences correlated with ECM remodelling, stromal desmoplasia and immune-cell recruitment and tumour progression. Pten loss activated innate-immunity pathways including NF-κB, JAK–STAT and IL-1 signalling in BC, which were shown to be essential for basal-to-luminal reprogramming, as their inhibition reduced conversion and suppressed tumour initiation. Cross-species analyses revealed that reprogramming signatures identified in the mouse, including markers such as AQP3, PIGR and STAT1, are conserved in aggressive human prostate cancers.In summary, these findings reveal how lineage identity, ECM mechanics and inflammation-linked oncogenic signalling converge to regulate epithelial SC multipotency. The work provides a unified framework explaining how physiological signals and oncogenic perturbations reshape epithelial fate and drive tumour initiation in the MG and prostate. |
| Les épithéliums glandulaires, tels que la glande mammaire et la prostate, sont composées de cellules basales (BCs) et de cellules luminales (LCs). Des études de lignage ont montré que, durant l’embryogenèse, l’épithélium dérive de progéniteurs multipotents, tandis qu’après la naissance, des populations distincts de BCs, de LCs ER+ et de LCs ER- assurent l’homéostasie tissulaire de leur lignée. Cependant, ces populations de cellules souches (CS) unipotentes peuvent réactiver leur multipotence en réponse à des contraintes physiologiques, mécaniques ou oncogéniques. Au cours de ma thèse, j’ai étudié les mécanismes moléculaires qui régulent la plasticité épithéliale dans la glande mammaire et la prostate, ainsi que la manière dont ces processus contribuent au développement, à la régénération et à l’initiation tumorale.Pour caractériser l’identité des lignages à travers différents stades physiologiques, un atlas complet des paysages transcriptionnels et chromatiniens des BCs, des LCs ER+ et des LCs ER- a été établi à la puberté, à l’âge adulte et pendant la gestation. L’isolement hautement purifié des cellules épithéliales BCs, LC ER+ et LC ER- suivi de l’analyse bulkRNA-seq et ATAC-seq a permis de définir des programmes de ces différences populations, incluant des gènes spécifiques des LCs ER+ tels que Esr1, Pgr, Prlr, Foxa1, Tbx3 et Areg, ainsi que des modules paracrines impliquant Wnt4, Insl6 et Tgfb1. Ces données comble une lacune laissée par les études précédentes, qui ne distinguaient pas les deux populations luminales dans les analyses bulk, fournissant ainsi un cadre de référence pour comprendre la régulation propre à chaque lignée.Afin d’explorer comment les signaux extracellulaires régulent le destin des CS, le rôle de la matrice extracellulaire (ECM), en particulier le collagène I et la rigidité de la matrice extracellulaire, a été examiné. Le collagène I est un composant stromal majeur dont l’abondance et les propriétés mécaniques augmentent lors de la morphogenèse et de la progression tumorale. Des analyses bio-informatique de scRNA-seq d’organoïds, à cultivés en présence de différentes matrices révélées que des concentrations élevées de collagène I et une rigidité accrue induisent des états hybrides basal–luminal et favorisent la multipotence des BCs. Cette réponse est médiée par l’activation des facteurs de transcription AP-1 (Jun, Fos, Fosb, Atf3) en aval du signal β1-intégrine et FAK. L’analyse SCENIC[42] a confirmé une forte activation d’AP-1 dans les états hybrides et multipotents, tandis que l’inhibition pharmacologique ou génétique de β1-intégrine, FAK ou AP-1 supprimait l’émergence de populations multipotentes. Ces résultats établissent un axe mécanistique β1-intégrine/FAK/AP-1 par lequel les cellules épithéliales perçoivent l’environnement matriciel et modulent leur identité de lignée.Pour comprendre comment les populations luminales distinctes réagissent à une activation oncogénique, les effets de Pik3caH1047R, la mutation conductrice la plus fréquente dans les cancers du sein humains, ont été étudiés dans les LCs ER+ et les LCs ER–. Le traçage génétique a montré que les LCs ER- s’expandent mais demeurent restreintes à leur lignée lors de l’activation oncogénique de PI3K, tandis que les LCs ER+ génèrent rapidement des LCs ER- et des BCs et subissent une expansion clonale robuste. Cela identifie les LCs ER+ comme la sous-population luminale la plus plastique, réactivant rapidement une multipotence induite par oncogène et menant à l’initiation tumorale. Des profils unicellulaires transcriptomiques et chromatiniens ont révélé les trajectoires et les réseaux de régulation génique permettant aux LCs ER+ de réactiver la multipotence, et ont identifié KLF5 comme régulateur de ce mécanisme clé et de la production des états tumoraux hétérogènes de type basal.Enfin, le rôle régulateur de l’inflammation dans la plasticité épithéliale prostatique en réponse à la délétion de Pten dans différents lobes prostatiques a été étudié. Les BCs des lobes antérieur et dorsolatéral ont transité par des états hillock puis hybrides vers des identités luminales proximales, tandis que les BCs exprimant Nkx3.1 suivaient une conversion luminale plus directe. Ces différences régionales corrélaient avec un remodelage de l’ECM, une desmoplasie stromale et un recrutement de cellules immunitaires et une progression tumorale plus rapide. La perte de Pten activait des voies d’immunité innée dans les cellules basales, incluant NF-κB, JAK–STAT et le signal IL-1, qui se sont révélées essentielles à la reprogrammation basale-vers-luminale, leur inhibition réduisant la conversion et supprimant l’initiation tumorale. Les signatures de reprogrammation identifiées chez la souris, incluant des marqueurs tels que AQP3, PIGR et STAT1, sont conservées dans les cancers prostatiques humains agressifs.En résumé, ces travaux montrent comment l’identité de lignée, la mécanique de la matrice extracellulaire et les signalisations oncogéniques associées à l’inflammation convergent pour réguler la multipotence des cellules souches épithéliales. L’ensemble de ces résultats propose un cadre unifié expliquant comment les signaux physiologiques et les perturbations oncogéniques remodèlent le destin épithélial et conduisent à l’initiation tumorale dans la glande mammaire et la prostate. |
