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Thesis (Ph.D.)--Indiana University, 2009. / Title from screen (viewed on August 28, 2009). Department of Biochemistry and Molecular Biology, Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI). Advisor(s): William Bosron. Includes vita. Includes bibliographical references (leaves 102-111).

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / IntroduÃÃo: A mucosite intestinal (MI) à um efeito colateral comum e limitante da quimioterapia com irinotecano. Estudos sugerem a participaÃÃo de citocinas, como TNF-&#945;, IL-1&#946; e IL-18 na fisiopatologia da MI, alÃm de demonstrar que inibidores nÃo seletivos de citocinas, como pentoxifilina, atenuam a MI por irinotecano. O papel das citocinas està bem estabelecido no Ãmbito das doenÃas inflamatÃrias intestinais, inclusive com utilizaÃÃo de tratamentos visando inibir seletivamente componentes da casacata inflamatÃria, como, por exemplo, o anticorpo monoclonal anti-TNF&#945;, infliximabe, que tem um efeito benÃfico comprovado no tratamento da doenÃa de Crohn, artrite reumatÃide e espondilite anquilosante. Hà escassos estudos na literatura de terapia alvo anti-citocinas inflamatÃrias no contexto da mucosite intestinal induzida por quimioterÃpico. Objetivo: Avaliar o papel do Infliximabe sobre as alteraÃÃes inflamatÃrias e disfunÃÃo intestinal associados à MI induzida por Irinotecano. MÃtodos: Camundongos C57BL&#61487;6 foram divididos em grupos (n=5-9) e tratados por 4 dias com salina (5 ml&#61487;kg, i.p) ou irinotecano (75 mg&#61487;kg, i.p) ou prÃ-tratados com infliximabe (5 mg&#61487;kg, e.v, dose Ãnica) 1 hora antes da primeira injeÃÃo de irinotecano. O peso e mortalidade foram avaliados diariamente. No 5o dia avaliou-se a diarrÃia por escores, o leucograma e, apÃs sacrifÃcio, coletou-se o duodeno para dosagem da atividade de mieloperoxidase (MPO) e de IL-1&#946;, expressÃo de Ãxido nÃtrico sintase induzida (iNOS), anÃlise de escores histopatolÃgicos, morfometria e contratilidade in vitro ao carbacol. Resultados: Os animais tratados com irinotecano apresentaram mucosite intestinal, evidenciada por aumento significativo (p<0,05) nos escores de diarrÃia, diminuiÃÃo do comprimento e Ãrea do vilo, aumento da atividade de MPO, aumento no nÃvel tecidual de IL-1&#946; e de expressÃo de iNOS e hipercontratilidade da musculatura lisa duodenal, alÃm de terem apresentado leucopenia, quando comparado com o grupo tratado com salina. O grupo de animais que recebeu infliximabe previamente ao tratamento com irinotecano apresentou melhora significativa (p<0,05) nos parÃmetros inflamatÃrios avaliados (atividade de MPO, nÃvel tecidual de IL-1&#946;, expressÃo de iNOS), comparado com o grupo tratado apenas com irinotecano. Contudo, a perda ponderal, a mortalidade e a disfunÃÃo intestinal (diarrÃia e contratilidade intestinal in vitro) nÃo foram afetadas pelo tratamento com infliximabe (p>0,05). ConclusÃes: Os resultados mostram o proeminente efeito antiinflamatÃrio da terapia anti TNF-&#945; com infliximabe na MI induzida por irinotecano. Tal droga, no entanto, nÃo foi capaz de alterar a sobrevida e de proteger contra a disfunÃÃo na MI experimental por irinotecano. Adicionalmente, acentuou a leucopenia induzida pelo irinotecano, o que pode aumentar o risco de complicaÃÃes infecciosas. / IntroduÃÃo: A mucosite intestinal (MI) à um efeito colateral comum e limitante da quimioterapia com irinotecano. Estudos sugerem a participaÃÃo de citocinas, como TNF-&#945;, IL-1&#946; e IL-18 na fisiopatologia da MI, alÃm de demonstrar que inibidores nÃo seletivos de citocinas, como pentoxifilina, atenuam a MI por irinotecano. O papel das citocinas està bem estabelecido no Ãmbito das doenÃas inflamatÃrias intestinais, inclusive com utilizaÃÃo de tratamentos visando inibir seletivamente componentes da casacata inflamatÃria, como, por exemplo, o anticorpo monoclonal anti-TNF&#945;, infliximabe, que tem um efeito benÃfico comprovado no tratamento da doenÃa de Crohn, artrite reumatÃide e espondilite anquilosante. Hà escassos estudos na literatura de terapia alvo anti-citocinas inflamatÃrias no contexto da mucosite intestinal induzida por quimioterÃpico. Objetivo: Avaliar o papel do Infliximabe sobre as alteraÃÃes inflamatÃrias e disfunÃÃo intestinal associados à MI induzida por Irinotecano. MÃtodos: Camundongos C57BL&#61487;6 foram divididos em grupos (n=5-9) e tratados por 4 dias com salina (5 ml&#61487;kg, i.p) ou irinotecano (75 mg&#61487;kg, i.p) ou prÃ-tratados com infliximabe (5 mg&#61487;kg, e.v, dose Ãnica) 1 hora antes da primeira injeÃÃo de irinotecano. O peso e mortalidade foram avaliados diariamente. No 5o dia avaliou-se a diarrÃia por escores, o leucograma e, apÃs sacrifÃcio, coletou-se o duodeno para dosagem da atividade de mieloperoxidase (MPO) e de IL-1&#946;, expressÃo de Ãxido nÃtrico sintase induzida (iNOS), anÃlise de escores histopatolÃgicos, morfometria e contratilidade in vitro ao carbacol. Resultados: Os animais tratados com irinotecano apresentaram mucosite intestinal, evidenciada por aumento significativo (p<0,05) nos escores de diarrÃia, diminuiÃÃo do comprimento e Ãrea do vilo, aumento da atividade de MPO, aumento no nÃvel tecidual de IL-1&#946; e de expressÃo de iNOS e hipercontratilidade da musculatura lisa duodenal, alÃm de terem apresentado leucopenia, quando comparado com o grupo tratado com salina. O grupo de animais que recebeu infliximabe previamente ao tratamento com irinotecano apresentou melhora significativa (p<0,05) nos parÃmetros inflamatÃrios avaliados (atividade de MPO, nÃvel tecidual de IL-1&#946;, expressÃo de iNOS), comparado com o grupo tratado apenas com irinotecano. Contudo, a perda ponderal, a mortalidade e a disfunÃÃo intestinal (diarrÃia e contratilidade intestinal in vitro) nÃo foram afetadas pelo tratamento com infliximabe (p>0,05). ConclusÃes: Os resultados mostram o proeminente efeito antiinflamatÃrio da terapia anti TNF-&#945; com infliximabe na MI induzida por irinotecano. Tal droga, no entanto, nÃo foi capaz de alterar a sobrevida e de proteger contra a disfunÃÃo na MI experimental por irinotecano. Adicionalmente, acentuou a leucopenia induzida pelo irinotecano, o que pode aumentar o risco de complicaÃÃes infecciosas. / Introduction: Intestinal mucositis (IM) is a common limiting side effect of anticancer therapy with irinotecan. Previous studies have reported the involvement of cytokines, such as TNF-&#945;, IL-1&#946; e IL-18 in the pathogenesis of irinotecan-induced IM, besides demonstrating that nonselective inhibitors of cytokines such as pentoxifylline, attenuate chemotherapy-induced IM. The role of cytokines is well established in the context of inflammatory bowel disease. It is used in clinical practice treatments that target inflammatory cascade components, for example, the anti-TNF monoclonal antibody, infliximab, which has a beneficial effect in the treatment of Crohnâs disease, rheumatoid arthritis and ankylosing spondylitis. There is a lack of information regarding the effect of selective cytokine target therapy on anticancer drug toxicity. Aims: To investigate the protective role of a selective TNF-&#945; inhibitor, infliximab, on irinotecan-induced IM. Methods: C57BL&#61487;6 mice were divided into groups (n=5-9) and treated for 4 days with saline (5 mL/kg, i.p.) or irinotecan (75 mg/kg/4 days, i.p) or were given infliximabe (5 mg/kg, e.v, single dose) 1 hour before the first irinotecan injection. Body weight and mortality were assessed daily. On the 5th day the diarrhea was evaluated using scores and the blood was collected for white blood cell count (WBC). After euthanasia, samples of duodenum was collected for myeloperoxydase assay, tissue IL-1&#946; dosage, western blot (WB) of the inducible nitric oxide synthase, morphometric analysis and in vitro evaluation of duodenal contractility. Results: Irinotecan induced IM demonstrated by the significant (p<0,05) increase in diarrhea, decrease in length and area of the villi increased MPO activity, increased IL-1&#946; dosage and expression of iNOS and intestinal smooth muscle over-contractility when compared with saline treated group. The group treated with irinotecan also presented leucopenia, when compared with control group. The group treated with infliximab previously to irinotecan showed a significant improvement of inflammatory parameters (MPO activity, IL-1&#946;, expression of iNOS), when compared withn irinotecan-treated group. However, animal weight loss, mortality and gut disfunction (diarrhea and intestinal contractility) were not affected by infliximab treatment (p>0,05). Conclusion: The results suggest for the first time the proeminent anti-inflammatory effect of the target therapy anti-TNF-&#945; with infliximab on irinotecan-induced IM. However, such treatment did not alter the survival and did not protect against intestinal dysfunction in irinotecan-induced IM. Additionally accentuated leukopenia induced by irinotecan, which can increase the risk of infections. / Introduction: Intestinal mucositis (IM) is a common limiting side effect of anticancer therapy with irinotecan. Previous studies have reported the involvement of cytokines, such as TNF-&#945;, IL-1&#946; e IL-18 in the pathogenesis of irinotecan-induced IM, besides demonstrating that nonselective inhibitors of cytokines such as pentoxifylline, attenuate chemotherapy-induced IM. The role of cytokines is well established in the context of inflammatory bowel disease. It is used in clinical practice treatments that target inflammatory cascade components, for example, the anti-TNF monoclonal antibody, infliximab, which has a beneficial effect in the treatment of Crohnâs disease, rheumatoid arthritis and ankylosing spondylitis. There is a lack of information regarding the effect of selective cytokine target therapy on anticancer drug toxicity. Aims: To investigate the protective role of a selective TNF-&#945; inhibitor, infliximab, on irinotecan-induced IM. Methods: C57BL&#61487;6 mice were divided into groups (n=5-9) and treated for 4 days with saline (5 mL/kg, i.p.) or irinotecan (75 mg/kg/4 days, i.p) or were given infliximabe (5 mg/kg, e.v, single dose) 1 hour before the first irinotecan injection. Body weight and mortality were assessed daily. On the 5th day the diarrhea was evaluated using scores and the blood was collected for white blood cell count (WBC). After euthanasia, samples of duodenum was collected for myeloperoxydase assay, tissue IL-1&#946; dosage, western blot (WB) of the inducible nitric oxide synthase, morphometric analysis and in vitro evaluation of duodenal contractility. Results: Irinotecan induced IM demonstrated by the significant (p<0,05) increase in diarrhea, decrease in length and area of the villi increased MPO activity, increased IL-1&#946; dosage and expression of iNOS and intestinal smooth muscle over-contractility when compared with saline treated group. The group treated with irinotecan also presented leucopenia, when compared with control group. The group treated with infliximab previously to irinotecan showed a significant improvement of inflammatory parameters (MPO activity, IL-1&#946;, expression of iNOS), when compared withn irinotecan-treated group. However, animal weight loss, mortality and gut disfunction (diarrhea and intestinal contractility) were not affected by infliximab treatment (p>0,05). Conclusion: The results suggest for the first time the proeminent anti-inflammatory effect of the target therapy anti-TNF-&#945; with infliximab on irinotecan-induced IM. However, such treatment did not alter the survival and did not protect against intestinal dysfunction in irinotecan-induced IM. Additionally accentuated leukopenia induced by irinotecan, which can increase the risk of infections.

Malgré les récentes avancées réalisées dans le traitement du cancer du côlon, la résistance des tumeurs est une cause fréquente de l'échec des chimiothérapies. Cette thèse a pour objectif d'identifier les mécanismes moléculaires impliqués dans la résistance à l'Irinotécan, un agent couramment utilisé dans le traitement des cancers colorectaux. Nous avons montré l'implication de la MAPK p38 dans la résistance à l'Irinotécan et en particulier avons démontré que les isoformes α et β étaient impliquées dans cette résistance. De plus, nous avons corrélé la faible phosphorylation de p38 dans des tumeurs coliques primaires de patient sensibles au traitement à l'Irinotécan par rapport aux patients non répondeurs. Dans la suite du projet nous avons étudié le rôle de p38 dans les processus autophagiques et leur impact dans la réponse à l'Irinotécan. Nous avons démontré que p38 induisait une autophagie qui mène à la survie des cellules cancéreuses déficientes pour p53, et que l'inhibition de l'autophagie sensibilisait ces cellules au traitement au SN38, métabolite actif de l'Irinotécan. Enfin de manière préliminaire, nous avons étudié le rôle de p38 dans l'augmentation du métabolisme lipidique dans des cellules déficiente pour p53. Ces travaux ouvrent de nouvelles voies de recherche pour l'identification des mécanismes impliqués dans la résistance aux traitements anticancéreux et pour le développement d'approches pharmacologiques pour contourner la résistance. / Despite the recent advances achieved in the treatment of colon cancer, tumor resistance is a frequent cause of chemotherapy failure. This work was aimed to determine the molecular mechanisms involved in the resistance to Irinotecan, an anticancer agent widely used in colorectal cancer treatment. We have demonstrated that the α and β forms of p38 MAPK were involved in this resistance. Moreover, we have correlated less phospho-p38 in colon cancer primary tumor of patients sensitive to Irinotecan-based treatment, compared to non responder patients. During the project, we aimed to determine the role of p38 MAPK in the processes of autophagy in colorectal cancer cells, and their impact in Irinotecan cytotoxicity. We have shown that p38 induced survival autophagy in p53 deficient cells. Then, we have shown that autophagy inhibition increased the SN38 cytotoxicity (active metabolite of Irinotecan) in p53 deficient cell lines. Finally, we have studied the role of p38 MAPK in lipid metabolism in p53 deficient cells. All these findings highlight new ways of research to identify the molecular mechanisms involved in chemoresistance as well as new pharmacological approaches to overcome the resistance.

Les dommages de l’ADN, induits par les traitements de chimiothérapie, sont responsables de l’induction de la sénescence, un arrêt définitif du cycle cellulaire dépendant des voies p53-p21 et p16-Rb. L'efficacité de cette suppression n’est pas optimale en raison d’une hétérogénéité de réponse à la chimiothérapie. Dans cette étude, nous avons analysé l’échappement à la sénescence en réponse à l’irinotécan, un traitement des cancers colorectaux. Dans les cellules LS174T, le processus de sénescence est induit mais des cellules conservent leurs capacités prolifératives et l’exercent après l’élimination du traitement. Les cellules proliférantes (PLD) et sénescentes (PLS) forment un mélange hétérogène appelé cellules persistantes (PLCs). Alors qu’elles sont constituées d’une part importante de cellules sénescentes, les PLCs sont capables de former des tumeurs in vivo, de manière comparable aux cellules parentales. De façon intéressante, le traitement est également associé à l’augmentation de l’agressivité caractérisée par la croissance en faible adhérence. L’émergence des PLD et la résistance à l’anoikis sont dépendantes de l’expression des protéines Mcl-1, Bcl-xL et p21. L’enrichissement des PLD et PLS, réalisé par cytométrie en flux, a permis d’identifier les PLS comme nécessaires à la résistance à l’anoikis. Les PLS pourraient donc créer un environnement favorable à la transformation de cellules non touchées par le traitement. Alors que le rôle de Mcl-1 et Bcl-xL dans chaque population reste à déterminer, l’utilisation d’inhibiteurs de ces protéines combinés à l’irinotécan pourrait limiter l’hétérogénéité de réponse à la chimiothérapie et l’agressivité tumorale. / Activated by chemotherapy, senescence is a suppressive response which prevents cell cycle progress through activation of the p53-p21 and p16-Rb signaling pathways. However, despite the efficiency of this suppression, cancer cells can emerge to induce clinical relapse. In this study, we analyzed senescence escape in response to irinotecan, one of the first line treatment used in colorectal cancer. After treatment, senescence is induced in LS174T cell but a subpopulation of cells finally resume proliferation. Persistent cells (PLCs) are composed of an heterogenous mixture of senescent (PLS) and dividing cells (PLD). In spite of PLS, PLCs are able to grow in vivo as efficiently as parental LS174T cells. Importantly, persistence induced the emergence of more transformed cells characterized by the ability to grow in low adhesion conditions. PLD emergence and anoikis resistance depend on Mcl-1, Bcl-xL and p21. PLD and PLS enrichment, by flow cytometry, allowed us to identify PLS as essential for anoikis resistance. Our results suggest that PLS establish a favorable environment for the transformation of unaffected cells. Mcl-1 and Bcl-xL role in each population remains to be determined, but inhibitors of these protein used in combination with irinotecan should restrict the heterogeneity of the response and tumoral aggressiveness.

Despite therapeutic advances, colorectal cancer still has a 45% mortality rate, and one of the most crucial problems is the development of acquired resistance to treatment with anticancer drugs. Thus the aims of this project are to develop drug-resistant colon cancer cell lines in order to identify mechanisms of resistance for the most commonly drugs used in colorectal cancer: 5-fluorouracil, oxaliplatin, and irinotecan. Following evaluation of drug sensitivity to these agents in an initial panel of eight colorectal cancer cell lines, 3 lines (DLD-1, KM-12 and HT-29) were selected for the development of 5-FU (3 lines), oxaliplatin (2) and irinotecan (1) resistant sublines by continuous drug exposure, with resistance confirmed using the MTT assay. Consistently resistant sublines were subject to a „stable isotope labelling with amino acids in cell culture‟ (SILAC) approach and a MudPIT proteomics strategy, employing 2D LC and Orbitrap Fusion mass spectrometric analysis, to identify novel predictive biomarkers for resistance. An average of 3622 proteins was quantified for each resistant and parent cell line pair, with on average 60-70 proteins up-regulated and 60-70 down-regulated in the drug resistant sublines. The validity of this approach was further confirmed using immunodetection techniques. These studies have provided candidate proteins which can be assessed for their value as predictive biomarkers, or as therapeutic targets for the modulation of acquired drug resistance in colorectal cancer.

Les glioblastomes sont les tumeurs cérébrales les plus fréquentes avec une incidence en France de l'ordre de 4 nouveaux cas par an et pour 100 000 habitants (2400/ an). Le traitement standard pharmacologique des glioblastomes nouvellement diagnostiqués consiste en première ligne en une administration de témozolomide (75 mg/m2/j) pendant la radiothérapie, suivie d’une consolidation de 6 cycles. Cependant, malgré ce traitement, la médiane de survie n’est que de 15 mois et de 3 à 9 mois pour les rechutes. De nouvelles approches thérapeutiques sont donc indispensables. Parmi elles, ont été évalués le recours à d’autres chimiothérapies (irinotecan) et à l’inhibition de l’angiogénèse. L'angiogenèse est en effet un processus critique dans la progression GBM. L'inhibition de l'angiogenèse, induisant une réduction des vaisseaux sanguins, permet une diminution de l’apport des nutriments et d'oxygène à la tumeur. De manière générale, l’efficacité des traitements du glioblastome est soumise, dans un premier temps, à leur passage intra-cérébral au travers de la barrière hémato-encéphalique (BHE). L’objectif de notre travail était d’une part d’étudier l’impact de l’expression du transporteur d’efflux ABCB1 sur la distribution cérébrale du témozolomide (TMZ) et de l’irinotecan (CPT-11), et d’autre part, d’évaluer le rôle du bevacizumab (BVZ)(inhibiteur de l’angiogénèse) dans la modulation du passage intra-cérébral et intra-tumoral du TMZ et du CPT-11. A l'aide d'une étude pharmacocinétique comparative chez les souris CF1 mdr1a (+/+) et les souris CF1 mdr1a (-/-), nous avons mis en évidence un efflux actif du TMZ, du CPT-11 et de son métabolite actif le SN-38 du cerveau vers le plasma, impliquant ABCB1 au niveau de la BHE. Nous avons également démontré in vivo que le TMZ s'accumule dans la tumeur cérébrale et que le prétraitement par BVZ augmente la distribution tumorale de TMZ. En revanche, le BVZ n’a montré aucun effet sur la distribution cérébrale ou tumorale du CPT-11. Le BVZ apparaitrait donc comme un moyen intéressant d’augmenter la distribution intratumorale du TMZ. Dans ce même objectif, une collaboration initiée dans le cadre de cette thèse a permis de mettre en évidence l’intérêt de l’utilisation d’ultrasons dans l’ouverture de la BHE et l’amélioration de la distribution cérébrale des médicaments. / Glioblastomas are the most common brain tumors occurring in France with an incidence of 4 new cases per year per 100 000 population (2400/year). The gold standard pharmacological treatment of newly diagnosed glioblastoma relies on temozolomide administration (75 mg/m2/d) concomitant to radiotherapy, followed by six cycles consolidation. However, despite this treatment, the median survival is only 15 months and relapse occurs within 3 to 9 months. New therapeutic approaches are needed. Among them, other chemotherapies (irinotecan) and inhibition of angiogenesis were explored. Angiogenesis is a critical process in GBM progression. Inhibition of angiogenesis, inducing a reduction of the blood vessels, reduces supply of nutrients and oxygen to the tumor. The effectiveness of GBM treatment is subjected to intra-brain diffusion through the blood-brain barrier. The objective of this study was firstly to study the impact of efflux transporter ABCB1 brain expression on temozolomide (TMZ) and irinotecan (CPT-11) brain distribution, and secondly, to assess the role of bevacizumab (BVZ)(angiogenesis inhibitor) in the modulation of TMZ and CPT-11 brain and tumor distribution. Using a comparative pharmacokinetic study in CF1 mdr1a (+/+) and CF1 mdr1a (-/-) mice, we demonstrated an active efflux of TMZ, CPT-11 and its active metabolite SN-38 from the brain to the plasma involving ABCB1. We also demonstrated in vivo that TMZ accumulates in brain tumor and BVZ pretreatment increased TMZ tumor distribution. However no effect of BVZ on CPT-11 brain or tumor distribution was evidenced. Therefore BVZ would appear to be an interesting way to increase TMZ tumor distribution. The same objective was pursued through a different approach using ultrasound unfocused to open the BBB (Carthera collaboration).

La sénescence induite par chimiothérapie permet l’arrêt pérenne de la division des cellules tumorales. Néanmoins, ce mécanisme de suppression tumorale peut être neutralisé par certaines cellules traitées, ce qui se traduit généralement par une rechute des patients. Récemment, nous avons décrit dans des cellules colorectales un mécanisme d’échappement à la sénescence induite par le SN-38 dépendant de la protéine de survie MCL1. Cette étude montre que les cellules sénescentes (PLS) favorisent la prolifération des cellules non-sénescentes (PLD) par l’intermédiaire de signaux mitogéniques activant la kinase Cdk4 et par conséquent la reprise de la division. Nous démontrons que Cdk4 inhibe Rb par phosphorylation de la sérine 780, permettant l’activation des fonctions transcriptionnelles des facteurs E2F sur les gènes du cycle cellulaire. La perte d’activité de Cdk4 par ARN interférence ou par le Palbociclib réduit l’émergence de clones proliférants. La méthyltransférase EZH2 est une cible de E2F exclusivement exprimée par les PLD et son expression dépend de l’activité de Cdk4. Par ailleurs, l’utilisation d’ARN interférence dirigé contre EZH2 ou des inhibiteurs chimiques DNZepA et GSK343 réduit également l’émergence de clones proliférants. Enfin, son inhibition potentialise à la fois l’arrêt de la division et la sénescence en réponse au Palbociclib dans les cellules ayant échappé au SN-38. Ainsi, ces travaux ont permis de mettre en évidence un rôle important de EZH2 en tant qu’effecteur de Cdk4 dans le mécanisme d’échappement au SN-38, une voie susceptible d’apporter des nouvelles cibles thérapeutiques dans le traitement du cancer. / Chemotherapy-induced senescence enables to trigger a durable division arrest of tumor cells. However, this tumor suppressor mechanism is neutralized in some treated cells leading mostly to cancer relapse in patients. Recently, we have described a MCL1-dependent mechanism of escape in SN-38-induced senescence from colorectal cell lines. In this study, we showed that senescent cells (PLS cells) promoted the non senescent cells (PLD cells) proliferation through mitogenic signals stimulating Cdk4 kinase activity and subsequently the cell cycle. We demonstrated that Cdk4 phosphorylated Rb on the serine 780 to inhibit its activity, allowing E2F- family transcriptional functions activation on cell cycle targets. Loss of Cdk4 expression or activity induced by RNA interference or Palbociclib reduced the emergence of proliferating clones. TheEZH2-methyltransferase, a E2F transcriptional target, is only expressed by PLD cells and this expression depends on Cdk4 activity. Moreover, loss of EZH2 expression or activity, by RNA interference or by DZNepA and GSK343 inhibitors, reduced the emergence of proliferating cells. Finally, EZH2 inhibition promotes both cell division arrest and senescence in response to Palbociclibin the SN-38-escaped cells. To conclude, this study enabled to highlight a major role of EZH2 as effector of Cdk4 in the escape mechanism induced by SN-38 a signaling pathway offering newtargeted cancer therapies.

La P-glycoprotéine (P-gp) est une protéine transmembranaire de la famille des ATP binding cassette transporteurs. Elle est impliquée dans l’efflux du milieu intracellulaire vers le milieu extracellulaire d’une grande variété de médicaments anticancéreux. Elle peut être responsable de la diminution de la biodisponibilité orale et de la concentration intra-tumorale des médicaments qui en sont substrats. Elle peut notamment être surexprimée par les cellules cancéreuses des adénocarcinomes du colon naïfs de tout traitement, suggérant une résistance naturelle de cette tumeur et également après une chimiothérapie. Notre premier travail in vivo a documenté le caractère substrat de la P-gp de l’evérolimus, inhibiteur de mTOR indiqué dans divers cancers (rein, tumeurs neuroendocrines d’oringine pancréatique et sein), jusqu’à maintenant uniquement étudié dans des modèles in vitro. Une augmentation significative de l’AUC de l’evérolimus administré par voie orale est observée chez des souris mdr1a-/b- comparées à des souris mdr1a+/1b+. Une amélioration significative de la biodisponibilité orale de l’evérolimus est aussi notée chez des souris prétraitées par le lapatinib (Tyverb®), inhibiteur des tyrosines kinases (EGFR et HER2) indiqué dans le cancer du sein, par rapport aux souris ayant reçu l’evérolimus seul. Ce résultat est accompagné d’une inhibition de l’expression de la P-gp intestinale par le lapatinib mesurée par la technique de Western Blot. Enfin, une étude préclinique menée chez des souris porteuses d’une xénogreffe colorectale mutée KRAS montre une activité anti-tumorale certaine des deux médicaments utilisés seuls et en schéma séquentiel. Notre seconde étude a montré pour la première fois que le cétuximab (Erbitux®), anticorps anti-EGFR, inhibe la fonctionnalité de la P-gp dans deux lignées cellulaires surexprimant la P-gp (les cellules IGROV-1 et les HEK P-gp) indépendamment de leur statut EGFR et entraîne chez des souris porteuses d’une xénogreffe colorectale une augmentation significative de la biodisponibilité orale et de la concentration intra-tumorale du SN-38, métabolite actif de l’irinotécan (Campto®) administré par voie orale. Le cétuximab étant prescrit en association avec l’irinotécan chez des patients atteints d’un cancer colorectal métastasé, initialement réfractaire à l’irinotécan, ces résultats pourraient en partie expliquer la réversion de la résistance à l’irinotécan par le cétuximab par une inhibition de l’efflux de la P-gp. Grâce à l’étude de deux associations de médicaments «lapatinib-evérolimus» et «cétuximab-irinotécan», nous avons démontré l’intérêt de l’étude de l’inhibition de la P-gp avec les traitements les plus récents, notamment son rôle dans l’amélioration de la biodisponibilité orale de chimiothérapies utilisées par voie orale. / P-glycoprotein (P-gp) is a membrane transporter and belongs to the ATP-binding cassette (ABC) transporter super family. P-gp decreases oral bioavailability of substrate drugs and can cause multidrug resistance in tumor cells by decreasing intracellular drug levels. P-gp is overexpressed in colorectal carcinoma naturally resistant to chemotherapy. The aim of our first study was to document the in vivo transport of everolimus (Afinitor®), a mTOR inhibitor, by P-gp. A significant increase of everolimus oral bioavaibility was observed in mdr1a-/1b- mice compared to the wild type. In addition, a significant increase of everolimus oral bioavaibility was showed in mice that received a lapatinib pre-treatment (a dual EGFR/HER2 tyrosine kinase inhibitor) compared to mice that received everolimus alone. These results were accompanied by a significant decrease of P-gp expression in duodenum segment in lapatinib pre-treated group as compared to control group. Finally, each drug given alone or in association showed a major antitumor activity in a xenograft model of human colorectal carcinoma with KRAS mutation. Our second study showed for the first time that cetuximab (Erbitux®), a monoclonal antibody directed towards EGFR, inhibits P-gp functionality in two cell lines overexpressing P-gp (IGROV-1 and HEK P-gp cells) independently of EGFR status and leads to significant increases of oral bioavailability and intratumoral concentration of SN-38, the active metabolite of irinotecan (Campto®) in mice bearing colorectal carcinoma xenograft. Cetuximab is used in combination with irinotecan in patients with metastatic colorectal cancer, initially refractory to irinotecan, our results may partly explain the reversion of resistance to irinotecan by inhibiting P-gp efflux by cetuximab. In conclusion, our results showed the interest to study the effect of recent anticancerous drugs on P-gp, including their ability to improve oral bioavailability of oral chemotherapy used.

Dans la pratique courante, la posologie des anticancéreux est le plus souvent normalisée parrapport à la surface corporelle du patient (parfois son poids). Cependant, cette adaptation de dose neprend pas en compte la variabilité interindividuelle pharmacologique du médicament. Les facteursmodulant cette dernière sont nombreux, dont notamment les capacités individuelles de métabolisme etd’élimination. A dose égale, l’exposition systémique du patient peut donc varier, et entraîner un risquede surdosage pour certains patients, avec la survenue de toxicités, ou de sous-dosage pour d’autres,associée à une limitation de l’efficacité thérapeutique. Des alternatives à l’utilisation de la surfacecorporelle ont donc été proposées afin de prendre en compte de façon plus importante la variabilitéinterindividuelle des patients, tel que le suivi thérapeutique pharmacologique ou lapharmacogénétique. Les polymorphismes des gènes codants pour des enzymes impliquées dans lemétabolisme ou le transport des cytotoxiques peuvent modifier leur activité et donc influer sur lapharmacocinétique d’un médicament donné. Le développement des connaissances dans ces domainespourrait permettre la mise en place, de façon progressive, de nouvelles méthodes d’ajustement de laposologie.Ce projet de thèse porte sur l’individualisation de la posologie des anticancéreux ens’intéressant aussi bien aux chimiothérapies cytotoxiques, avec pour modèle l’irinotecan, qu’auxthérapies ciblées, en distinguant dans cette même classe les inhibiteurs de tyrosine kinase et lesanticorps monoclonaux (modèle du bévacizumab). Afin d’optimiser l’index thérapeutique de cestraitements, l’adaptation de la posologie a été abordée selon le profil pharmacogénétique maiségalement selon le profil pharmacocinétique.Une étude clinique a été mise en place afin d’évaluer, en terme de toxicité et d’efficacité,l’intérêt d’une adaptation de posologie de l’irinotécan dans le cadre d’une polychimiothérapie dans letraitement du cancer colorectal (FOLFIRI +/- bévacizumab ou cétuximab), en se basant sur unpolymorphisme génétique de l’UGT1A1, enzyme impliquée dans son métabolisme. Les résultats del’étude intermédiaire de cet essai de phase II, mené chez 16 patients, sont en faveur de la poursuite del’étude avec 12,5% de toxicités hématologiques de grade 4 et un taux de réponse objective de 58,3 %.L’objectif secondaire a été l’étude de la pharmacocinétique de l’irinotécan et de ses métabolites lorsd’une des cures de chimiothérapie. Ces dosages ont été réalisés par chromatographie liquide couplée àla spectrométrie de masse. Cette technique, largement utilisée pour la quantification plasmatique desmédicaments, a été développée et validée selon les normes en vigueur. Le dosage du bévacizumab, unanticorps monoclonal associé au FOLFIRI dans le traitement du cancer colorectal, a lui aussi étédéveloppé par cette technique et a fait l’objet d’un travail de mise au point avec l’identification despeptides spécifiques, ainsi que l’optimisation des étapes de prétraitement de l’échantillon et de latechnique analytique.En parallèle, la mise en place du dosage des inhibiteurs de tyrosine kinase par spectrométrie demasse, ainsi que sa validation, ont fait partie de ce travail de thèse, et autorisent son utilisation enroutine hospitalière dans le cadre du suivi thérapeutique pharmacologique.Mots-clés : suivi thérapeutique pharmacologique, pharmacogénétique, irinotécan, chromatographie / Usually, the dosage of anticancer is normalized with used to the patient's body surface area(sometimes its weight). However, this adaptation does not take into account the interindividualpharmacological variability in the pharmacokinetics of the drug. Factors modulating thispharmacokinetics are numerous, including interindividual capacities of metabolism and elimination.At the same dosage, the systemic exposure of the patient can thus be changed, and cause a risk ofoverdosing for some patients, with the development of toxicities, or under dosing for others, withlimiting the therapeutic efficacy. Alternatives to the use of the body surface area have been proposedin order to more take account of inter-individual variability of patients, such as therapeutic drugmonitoring or pharmacogenetics. Genetic polymorphisms of enzymes involved in the metabolism ortransport of a cytotoxic, can change and modify their activity, and impact on drug’s metabolism. Thedevelopment of knowledge in these areas could allow the establishment of new methods to dosage’sadjustment.This PhD project focuses on individualizing dosage of anticancer focusing in both cytotoxicchemotherapies with the model of irinotecan, as targeted therapies, distinguishing in this same classtyrosine kinase inhibitors and monoclonal antibodies (bevacizumab model). To optimize thetherapeutic index of these therapies, the dose adjustment was according to pharmacogenetics profile,but also according to the pharmacokinetics profile.A clinical study was developed to studying, in terms of toxicity and efficacy, the interest ofadapting dosage of irinotecan in combination of chemotherapy to traitement of metastatic colorectalcancer (FOLFIRI +/- bevacizumab or cetuximab), based on a genetic polymorphism of UGT1A1, anenzyme involved in its metabolism. Results of the interim study of this phase II trial, conducted in 16patients, are in favor of study continuation with 12.5% grade 4 hematological toxicities, and objectiveresponse rate of 58.3%. The secondary objective was to study the pharmacokinetics of irinotecan andits metabolites during one cycle. These assays were performed by liquid chromatography-massspectrometry. This technique, widely used for quantification of drug in plasma was developed andvalidated according to standards. The dosage of bevacizumab, a monoclonal antibody used tocolorectal cancer treatment (associated to FOLFIRI) was also developed by this technique, withspecific peptide identification, and optimization of sample preparation and analytical technique.In parallel, the implementation of the determination of tyrosine kinase inhibitors by massspectrometry and its validation were part of this PhD project, and allow its use in hospital routine intherapeutic drug monitoring.