Mélanome : Comment l'environnement de la peau influence son évolution ?

Le mélanome est un cancer de la peau qui se développe à partir des mélanocytes, les cellules qui produisent la mélanine. Bien qu’il ne s'agisse pas du cancer cutané le plus fréquent, il représente la principale cause de mortalité liée aux cancers de la peau en raison de son fort potentiel métastatique. Son incidence ne cesse d’augmenter, en lien avec l’exposition aux rayons UV et le vieillissement de la population. Malgré les progrès majeurs réalisés en médecine ces dernières décennies, le mélanome demeure difficile à contrôler, notamment en raison du développement de résistances aux traitements.

Ces dernières ne s'expliquent pas uniquement par l'apparition de nouvelles mutations, mais reposent aussi sur une importante plasticité cellulaire, permettant aux cellules tumorales de changer de phénotype en fonction de leur environnement.

Les cellules tumorales sont en effet en interaction constante avec leur environnement, constitué de cellules stromales, de cellules immunitaires et de la matrice extracellulaire, composée de collagène, de fibronectine et d’autres protéines structurales. Cette dernière ne joue pas qu’un rôle de soutien passif, mais influence activement le comportement cellulaire, la prolifération, la migration et la survie des cellules. Dans le mélanome, la matrice extracellulaire subit des remaniements profonds au cours de la progression tumorale et sous l’effet des traitements. Une augmentation de la quantité de collagène et un réarrangement de ses fibres conduisent à un phénomène bien documenté de rigidification du tissu tumoral.

Cette rigidité accrue est aujourd’hui reconnue comme une caractéristique biophysique majeure des tumeurs agressives.

C’est dans ce cadre que s’inscrivent les travaux récents de DECKERT et son équipe consacrés au mélanome. Ils reposent sur une hypothèse simple, mais longtemps négligée : la rigidité du tissu tumoral pourrait ne pas affecter toutes les cellules de mélanome de la même manière. Plus précisément, la capacité d’une cellule cancéreuse à interpréter les contraintes mécaniques de son environnement pourrait dépendre de son état phénotypique. Pour tester cette idée, les chercheurs ont choisi de recréer expérimentalement des environnements de rigidité contrôlée, en cultivant différentes populations de cellules de mélanome sur des matrices de collagène plus ou moins souples. Cette approche a permis de mettre en évidence une première découverte : face à la rigidité de la matrice extracellulaire, toutes les cellules de mélanome ne réagissent pas de façon équivalente.

Pour tester l’hypothèse selon laquelle la rigidité de la matrice extracellulaire n’affecte pas toutes les cellules de mélanome de la même manière, DECKERT et son équipe ont étudié des lignées humaines de mélanome présentant soit un phénotype mélanocytaire, soit un phénotype dédifférencié. Afin d’isoler l’effet de la rigidité de la matrice extracellulaire, les cellules ont été cultivées sur des matrices de collagène très souples (moins de 1 kPa), comparables à des tissus mous, ou au contraire très rigides (plus de 16 kPa), mimant un tissu tumoral fibrosé.

Les premières observations morphologiques ont révélé une différence frappante entre les deux états cellulaires. Lorsqu’elles sont cultivées sur une matrice rigide, les cellules dédifférenciées présentent un étalement cellulaire marqué et une augmentation de leur surface d’adhérence, signes d’une interaction active avec leur environnement. À l’inverse, les cellules mélanocytaires conservent une morphologie relativement similaire, qu’elles soient cultivées sur une matrice souple ou rigide.

Cette différence de comportement s’est confirmée lors de l’analyse fonctionnelle de la prolifération cellulaire. En utilisant un suivi en temps réel, les chercheurs ont montré que la rigidité de la matrice stimule fortement la prolifération des cellules dédifférenciées. À l’inverse, une matrice souple induit chez ces cellules un arrêt du cycle cellulaire, associé à une diminution de l’expression de protéines clés de la progression du cycle, comme la protéine phosphorylée du rétinoblastome (P-Rb) ou le facteur de transcription E2F1. Cet effet est beaucoup plus modeste, voire absent, dans les cellules mélanocytaires différenciées.

Pour évaluer leur potentiel invasif, les cellules ont été cultivées pendant plusieurs jours sur des matrices souples ou rigides, puis testées dans des systèmes d’invasion en chambre de Boyden recouverte d'une matrice extracellulaire "standard" (Matrigel). Les résultats montrent que l’exposition préalable à une matrice rigide augmente fortement la capacité des cellules dédifférenciées à envahir le Matrigel, tandis que cela n’a que peu d’effet sur les cellules mélanocytaires. Ces données suggèrent que la rigidité de la matrice n’agit pas seulement de manière transitoire, mais qu’elle induit un véritable programme fonctionnel pro-invasif dans les cellules dédifférenciées.

Autre point important : ces différences de réponse sont observées indépendamment du statut mutationnel des cellules.

Qu’elles portent des mutations du gène BRAF ou du gène MEK, fréquentes dans les cellules de mélanome, les cellules dédifférenciées restent systématiquement plus sensibles aux signaux mécaniques que les cellules mélanocytaires, ce qui montre que la réponse à la rigidité de la matrice extracellulaire n’est pas dictée par les altérations génétiques, mais par l’état phénotypique des cellules.

Enfin, les chercheurs ont exploré les conséquences de cette mécanosensibilité sur la réponse aux thérapies ciblées. En cultivant les cellules sur des matrices souples ou rigides et en les exposant à une combinaison d’inhibiteurs de BRAF et de MEK (Dabrafenib et Trametinib), ils ont montré que la rigidité confère une protection marquée aux cellules dédifférenciées, qui deviennent moins sensibles à l’induction de l’apoptose. À l’inverse, une matrice souple resensibilise ces cellules aux traitements, avec une augmentation significative de l’activation de la caspase 3 et de la mort cellulaire. Là encore, cet effet est spécifique aux cellules dédifférenciées et n’est pas observé dans les cellules mélanocytaires.

Les chercheurs ont conclu que la capacité des cellules de mélanome à exploiter la rigidité de leur environnement dépend étroitement de leur état phénotypique.

La dédifférenciation ne confère pas seulement des propriétés invasives et une résistance aux traitements, elle s’accompagne d’une dépendance aux signaux mécaniques de la matrice extracellulaire. On peut alors se poser la question suivante : par quels mécanismes moléculaires ces cellules perçoivent-elles la rigidité du collagène et transforment-elles cette information physique en signaux biologiques favorisant leur agressivité ? C’est justement ce point que les scientifiques ont cherché à élucider dans la suite de leurs travaux.

Les cellules détectent les propriétés mécaniques de leur environnement grâce à des récepteurs transmembranaires qui interagissent avec les composants de la matrice extracellulaire. Si les intégrines sont les récepteurs de la matrice les plus étudiés dans ce contexte, l’attention s’est ici portée sur une autre famille de récepteurs du collagène : les récepteurs à domaine discoïdine DDR1 et DDR2. Ces derniers présentent la particularité d’être activés par le collagène fibrillaire et d’être impliqués dans la transmission de signaux mécaniques à l’intérieur des cellules.

Les chercheurs ont d’abord analysé l’expression et l’activation de ces récepteurs dans les différents états cellulaires du mélanome. Ils ont observé que, bien que plusieurs récepteurs du collagène soient exprimés dans les cellules dédifférenciées, seuls DDR1 et DDR2 voient leur activation augmenter de manière significative lorsque les cellules sont cultivées sur une matrice rigide. Cette activation est beaucoup plus faible, voire absente, dans les cellules mélanocytaires différenciées, ce qui suggère que DDR1 et DDR2 pourraient jouer un rôle dans la mécanosensibilité des cellules dédifférenciées.

Pour répondre à cette question, les chercheurs ont bloqué DDR1 et DDR2 de deux façons différentes : en réduisant leur expression ou en inhibant leur activité. Dans les deux cas, ils ont observé que les cellules perdent leur capacité à réagir à la rigidité. Elles génèrent moins de forces internes, leur cytosquelette se désorganise et les structures d’ancrage à la matrice sont moins développées. Ces résultats montrent que DDR1 et DDR2 sont essentiels pour activer la machinerie contractile de la cellule, de laquelle dépend l’activation de voies de signalisation mécanosensibles, en particulier celles impliquant le coactivateur transcriptionnel YAP. Lorsque les cellules sont soumises à des contraintes mécaniques élevées, YAP s’accumule dans le noyau et active l’expression de gènes impliqués dans la prolifération, la migration et la survie cellulaire.

Les chercheurs ont donc examiné l’activité transcriptionnelle de YAP dans les cellules de mélanome cultivées sur des matrices de rigidité différente. Les résultats montrent que, dans les cellules dédifférenciées, une matrice rigide induit une translocation nucléaire marquée de YAP, accompagnée d’une augmentation de l’expression de ses gènes. À l’inverse, sur une matrice souple, YAP reste majoritairement cytoplasmique et son activité transcriptionnelle est fortement réduite. Cette réponse est beaucoup moins prononcée dans les cellules mélanocytaires, confirmant que l’activation de YAP par la rigidité est étroitement liée à l’état phénotypique des cellules. Par ailleurs, lorsque DDR1 et DDR2 sont inhibés, cette activation de YAP disparaît presque totalement, même en présence d’une matrice rigide.

Ces travaux permettent ainsi de reconstituer la chaîne de transmission suivante : la rigidité du collagène est perçue par DDR1 et DDR2, relayée par la contractilité cellulaire, puis traduite par l’activation de YAP.

Toutefois, une question restait ouverte : dans les cellules de mélanome, comment YAP reste-t-il actif, alors qu’il est normalement rapidement dégradé ? Cette interrogation a conduit les chercheurs à explorer un autre niveau de régulation : celui de la stabilité des protéines et des mécanismes d’ubiquitination.

Dans des conditions normales, l’activation de YAP est transitoire : après avoir exercé son rôle de régulateur de l’expression génique, cette protéine est rapidement ciblée pour être dégradée par le système ubiquitine–protéasome. Ce mécanisme permet de limiter dans le temps l’intensité des signaux mécanosensibles. Or, dans le contexte d’une matrice extracellulaire rigide, comme celle observée dans le mélanome, YAP reste durablement actif. Pour comprendre cette persistance anormale, les chercheurs ont choisi de dépasser l’analyse des voies de signalisation classiques et de s’intéresser aux mécanismes qui contrôlent la stabilité des protéines. Ils ont ainsi exploré le rôle des déubiquitinases (DUB), des enzymes capables de retirer les chaînes d’ubiquitine apposées sur les protéines et de les soustraire à la dégradation protéasomale.

Concrètement, des cellules de mélanome dédifférenciées ont été cultivées sur des matrices de collagène souples ou rigides, puis lysées afin d’analyser leur activité enzymatique. Les extraits cellulaires ont été incubés avec une sonde d’ubiquitine modifiée, conçue pour se fixer spécifiquement au site actif des déubiquitinases fonctionnelles. Les enzymes ainsi marquées ont ensuite été isolées et identifiées. Cette approche a révélé que l’activité de plusieurs DUB dépend de la rigidité de la matrice extracellulaire. Parmi elles, l’enzyme USP9X se distingue nettement : son activité augmente significativement lorsque les cellules sont exposées à une matrice rigide, alors qu’elle diminue dans un environnement plus souple.

Les chercheurs ont ensuite cherché à comprendre ce qui déclenche l’activation de l’enzyme USP9X dans un environnement rigide. Pour cela, ils ont bloqué la contractilité du cytosquelette, c’est-à-dire la capacité de la cellule à générer des forces internes grâce au couple actine–myosine. Lorsqu’ils inhibent la myosine II, USP9X n’est plus activée. Cela montre que l’activation de USP9X dépend directement de la tension mécanique générée à l’intérieur de la cellule. De la même façon, lorsque les récepteurs DDR1 et DDR2 sont bloqués, USP9X ne s’active plus, même sur une matrice rigide.

D'autres tests menés par les scientifiques ont montré que USP9X agit directement sur YAP. Lorsque l’activité de USP9X est bloquée, YAP est rapidement marqué par des ubiquitines et détruit par le protéasome, même en présence d’une matrice rigide. À l’inverse, lorsque USP9X est active, elle retire ces marques de dégradation, ce qui permet à YAP de s’accumuler dans la cellule.

La rigidité du tissu ne se contente donc pas d’activer YAP : elle empêche sa destruction. USP9X stabilise YAP et prolonge la réponse mécanique des cellules dédifférenciées. Cette stabilisation explique pourquoi ces cellules restent migrantes, invasives et résistantes aux traitements tant que leur environnement est rigide.

Pour vérifier que ce mécanisme ne se limite pas à des observations in vitro, les chercheurs ont ensuite évalué le rôle de USP9X dans un modèle animal de mélanome. Ils ont utilisé des cellules de mélanome rendues bioluminescentes, afin de pouvoir suivre leur comportement dans l’organisme en temps réel. Ces cellules, soit contrôles, soit privées de USP9X par inhibition génétique, ont été injectées par voie intraveineuse chez des souris immunodéprimées. Ce modèle permet d’étudier les toutes premières étapes de la dissémination métastatique, en particulier la capacité des cellules tumorales à quitter la circulation sanguine et à coloniser les poumons.

Quelques heures seulement après l’injection, l’imagerie par bioluminescence a révélé une différence nette entre les deux groupes. Les cellules dépourvues de USP9X présentent une capacité fortement réduite à s’extraire des vaisseaux sanguins et à s’implanter dans le tissu pulmonaire. Le suivi longitudinal des animaux, réalisé pendant près de deux mois, confirme cette observation initiale : alors que les souris injectées avec des cellules contrôles développent progressivement des métastases pulmonaires, aucune métastase détectable n’est observée chez les animaux recevant des cellules privées de USP9X.

Ces résultats montrent que USP9X est indispensable aux étapes précoces de migration et d’invasion nécessaires à la formation de métastases, en cohérence avec son rôle dans la stabilisation de YAP.

L'équipe de scientifiques a ensuite cherché à déterminer si cibler USP9X pouvait également interférer avec la reprogrammation mécanique induite par les thérapies ciblées. On sait en effet que l’inhibition de la voie BRAF–MEK, bien qu’efficace initialement, favorise un remodelage de la matrice extracellulaire, une augmentation de la rigidité tumorale et une activation durable de YAP, contribuant à la rechute. Pour cela, des cellules de mélanome murin porteuses d’une mutation de BRAF ont été injectées à des souris immunocompétentes, qui ont ensuite été traitées soit par une thérapie ciblée seule, soit par un inhibiteur de USP9X seul (appelé G9 dans l'étude), soit par la combinaison des deux.

Comme attendu, l’inhibiteur de USP9X administré seul ralentit légèrement la croissance tumorale, sans provoquer de régression marquée. En revanche, lorsque l’inhibition de USP9X est associée à la thérapie ciblée, la rechute tumorale est significativement retardée et la survie des animaux améliorée.

L’analyse des tumeurs révèle que cette combinaison empêche le remodelage fibrotique habituellement induit par les inhibiteurs de BRAF et de MEK. Les réseaux de collagène sont moins denses, l’activité des déubiquitinases est réduite, et l’activation de YAP ainsi que de ses gènes cibles, impliqués dans la migration, l’invasion et la résistance des cellules tumorales, est fortement diminuée. Ces résultats montrent que bloquer USP9X permet de rompre la boucle mécanique auto-entretenue mise en place par les traitements, en empêchant la stabilisation de YAP et l’adaptation mécanique des cellules tumorales.

Ces travaux apportent avant tout un changement de perspective dans la compréhension du mélanome.

Ils montrent que l’adaptation des cellules tumorales ne repose pas uniquement sur des mécanismes génétiques ou transcriptionnels, mais aussi sur leur capacité à lire leur environnement et à stabiliser dans le temps certaines protéines comme YAP. En identifiant USP9X comme un intermédiaire entre la rigidité de la matrice extracellulaire, la mécanosignalisation et la résistance thérapeutique, ces travaux ouvrent la voie à de nouvelles stratégies visant les mécanismes qui permettent aux cellules de mélanome de s’adapter et de persister dans l'organisme.

Ces résultats suggèrent également que cibler la réponse mécanique du mélanome pourrait compléter les approches thérapeutiques existantes. L’inhibition de USP9X, en particulier, apparaît comme un moyen indirect de limiter l’activation durable de YAP et de freiner la reprogrammation mécanique induite par les thérapies ciblées. Plus largement, cette approche pourrait concerner d’autres cancers évoluant dans des tissus rigidifiés, dans lesquels YAP joue un rôle central, comme le cancer du poumon.

Cela étant, ces travaux présentent certaines limites soulignées par les chercheurs eux-mêmes. Les expériences reposent principalement sur des matrices de collagène simplifiées, qui ne reproduisent pas toute la complexité des matrices extracellulaires produites in vivo par les cellules tumorales et stromales. De plus, les mécanismes précis reliant la rigidité du tissu, l’activation des récepteurs du collagène et l’augmentation de l’activité de USP9X restent encore partiellement élucidés. Ces travaux constituent ainsi une première étape, qui appelle de futures études pour explorer ces mécanismes dans des environnements plus physiologiques et déterminer dans quelle mesure ils peuvent être exploités en clinique.

• LAVERSANNE M. & al. Global burden of cutaneous melanoma in 2020 and projections to 2040. JAMA Dermatology (2022).

• OLIVIA A. G. & al. Skin-on-a-chip technology: Microengineering physiologically relevant in vitro skin models. Pharmaceutics (2022).

• DECKERT M. & al. USP9X is a mechanosensitive deubiquitinase that controls tumor cell invasiveness and drug response through YAP stabilization. Cell Reports (2025).

• DECKERT M. & al. Extracellular matrix stiffness determines the phenotypic behavior of dedifferentiated melanoma cells through a DDR1/2-dependent YAP mechanotransduction pathway. Research Square (2025).