Au cours des dernières années, une nouvelle classe de composés anticancéreux à base de ruthénium, appelés RDCs (Ruthenium-Derived Compounds), a été développé pour dépasser les limitations des agents chimiothérapiques contenants du platine. Contrairement à ces derniers, l’activité anticancéreuse des RDCs est en partie indépendante de l'interaction avec l'ADN. L’objectif principal de ma thèse a été ainsi de comprendre les mécanismes moléculaires quiinter viennent dans l’action anticancéreuse et antimétastatique des RDCs au-delà du dommage à l’ADN.J’ai démontré que le RDC11, contrairement au cisplatine, affecte les voies de signalisation de HIF-1 et mTOR, deux voies qui jouent un rôle clé dans le métabolisme cellulaire et qui sont souvent altérées dans les cellules cancéreuses.En parallèle, j’ai effectué un analyse structure/activité pour sélectionner des nouveaux RDCs ayant meilleures propriétés chimiques et pharmacologiques que le RDC11. Cette étude a permis d’identifier deux nouveaux RDCs qui réduisent la croissance tumorale in vivo avec un dosage beaucoup plus faible que le RDC11 et qui induisent la mort des cellules cancéreuses par une surproduction d'espèces réactives de l'oxygène et par l'activation de la caspase8. En conclusion, mes travaux ont conduit à l’identification de nouveaux mécanismes à la base de l’activité anticancéreuse du RDC11 qui pourraient expliquer certaines différences entre le mode d’action du RDC11 et du cisplatine. De plus, ils ont permis de sélectionner deux nouveaux RDCs plus efficaces que le RDC11. Ces résultat sont un impact important pour le développement de nouvelles thérapies anticancéreuses ou antimétastatiques. / In recent years, a new class of anticancer ruthenium-based drugs, called RDCs (Ruthenium-Derived Compounds), has been developed to overcome the limitations of classic platinum chemotherapeutics. Unlike the latter, the anticancer activity of RDCs is in part independent of DNA interaction. Therefore, the main objective of my thesis work was to elucidate the molecular mechanisms involved in RDCs anticancer and antimetastatic activity beyond DNA damage. I demonstrated that RDC11, unlike cisplatin, affects the HIF-1 and mTOR signaling pathways, two pathways that play a key role in cellular metabolism and that are frequently altered in cancer cells. In parallel, I performed a structure/activity analysis to select new RDCs endowed with better chemical and pharmacological properties than RDC11. This study allowed to identify two novel RDCs that reduce tumor growth in vivo at much lower doses than RDC11 and that induce cancer cell death by an overproduction of reactive oxygen species and activation of caspase 8. In conclusion, my work led to the identification of new mechanisms underlying the anticancer activity of RDC11 that could explain some of the differences between the mode of action of RDC11 and cisplatin. In addition, it allowed to select two novel RDCs which are more effective than RDC11. These results have a significant impact on the development of new anticancer or antimetastatic therapies.

L’hypertension artérielle pulmonaire (HTAP) est une pathologie affectant les artères pulmonaires de petit calibre entraînant une augmentation des résistances artérielles pulmonaires aboutissant à une défaillance cardiaque droite. La vasoconstriction, le remodelage des artères pulmonaires distales, l’inflammation et le stress oxydant sont de facteurs clés de la pathogénèse de l'HTAP. Nous avons testé les potentiels de la formulation EPA:DHA 6:1 à prévenir l’hypertension pulmonaire et les altérations cardiovasculaires et pulmonaires induites par l’injection de monocrotaline chez le rat. Le traitement des rats monocrotaline avec l’EPA:DHA 6:1 (500 mg/kg/j, p.o) prévient significativement l’élévation de la pression artérielle pulmonaire moyenne, la pression systolique du ventricule droit, diminue le débit cardiaque, l’hypertrophie et la dilatation du ventricule droit. L’EPA:DHA 6:1 réduit également les résistances vasculaires pulmonaires, le remodelage des artérioles pulmonaires et les infiltrations lymphocytaires et macrophagiques. De plus, l’EPA:DHA 6:1 inhibe la production des espèces réactives de l’oxygène, diminue la surexpression des sous-unités p22phox et p47phox de la NADPH oxydase, des cyclooxygénases 1 et 2, des récepteurs ETA et ETB de l’endothéline-1, de la eNOS découplée et améliore la dysfonction endothéliale des artères pulmonaires. L’EPA:DHA 6:1 exercent des effets anti-inflammatoires, antioxydants et vasoprotecteurs et prévient le développement de l’HTAP induite par l’injection de monocrotaline chez le rat. / Pulmonary arterial hypertension (PAH) is characterized by remodeling of the small pulmonary arteries leading to a progressive increase in pulmonary vascular resistance and right ventricular failure. Pulmonary endothelial dysfunction, inflammation and oxidative stress promote the development of pulmonary hypertension. Omega-3 polyunsaturated fatty acids such as eicosapentaenoic acid (EPA) and docosahexaenoic acids (DHA) have been shown to protect the cardiovascular system and reduce inflammation and oxidative stress. The present study evaluate the potential of EPA:DHA 6:1 to prevent monocrotaline-induced PAH in rats. EPA:DHA 6:1 treatment (500 mg/kg/d, p.o) prevented the MCT-induced mean pulmonary arterial pressure, right ventricular systolic pressure and decreased cardiac output. EPA:DHA 6:1 also attenuated right ventricular hypertrophy by reducing Fulton’s index and pulmonary arterial remodeling, decreased lymphocytes T and macrophages infiltration. EPA:DHA 6:1 treatment significantly reduced MCT-induced vascular oxidative stress and improved endothelial function in pulmonary arteries. The protective effect of EPA:DHA 6:1 was associated with the prevention of the MCT-induced upregulation of NADPH oxidase subunits (p22phox and p47phox), COX-1 and COX-2, endothelin A and B receptors and uncoupled eNOS in pulmonary arterioles. Our studies show that the EPA:DHA 6:1 formulation exerts anti-inflammatory, anti-oxidant and has a protective vascular effect in the pulmonary arteries, which may contribute to prevent and potentially cure pulmonary hypertension induced by MCT in rat.

Les glioblastomes (GBM) sont les formes les plus agressives de tumeurs gliales avec une survie médiane des patients traités n’excédant pas 2 ans. Ce mauvais pronostic est dû, entre autres, à l’hétérogénéité de ces tumeurs avec la présence de cellules souches cancéreuses (CSCs) en prolifération ou quiescentes, particulièrement résistantes aux traitements conventionnels. Cibler ces cellules au sein du microenvironment tumoral hypoxique et acides fait donc partie des thérapies d’avenir des GBMs. Le laxatif bisacodyl a été identifié par criblage de la chimiothèque Prestwick comme un composé induisant la mort par nécrose des CSCs de glioblastome (GSCs en prolifération et en quiescence), uniquement dans des conditions de faible acidité retrouvées également au sein des tumeurs. Une activité antitumorale in vivo a également été démontrée pour ce composé. Cette thèse présente l’identification du mode d’action du bisacodyl dans les GSCs. Celui-ci implique la serine/thréonine kinase WNK1 et ses partenaires, les kinases Akt et SGK1 et des co-transporteurs Na+/HCO3- NBC. Nos résultats ont également révélé un rôle de WNK1 dans la physiopathologie des GSCs. / Glioblastoma (GBM), the most aggressive glial tumor, is currently incurable with a very short-term patient survival (< 2 years). The heterogeneity of GBM and the presence of highly resistant proliferating and quiescent cancer stem-like cells (CSCs), is largely responsible for poor prognosis in this disease. Thus, new approaches targeting glioblastoma CSCs (GSCs), within the acidic/hypoxic tumor microenvironment, are promising strategies for treating GBM. The laxative bisacodyl was identified in a high throughput screening of the Prestwick chemical library as a compound inducing necrotic cell death in proliferating and quiescent GSCs only in acidic microenvironments similar to those found in tumors. Bisacodyl was further shown to induce tumor shrinking and to increase survival in in vivo GBM models. In this thesis work, we identify bisacodyl’s mechanism of action in GSCs. This mechanism involves the serine/threonine kinase WNK1 and its signaling partners including protein kinases Akt and SGK1 and NBC Na+/HCO3- cotransporters. Our data also highlight a previously unknown role of WNK1 in GSC physiopathology.

Les patients mucoviscidosiques sont prédisposés à une colonisation chronique de l’arbre bronchique par P. aeruginosa. Ce pathogène opportuniste se caractérise par sa capacité à adhérer à une surface et à y former un biofilm protecteur, hautement tolérant aux agents antimicrobiens. En routine, les antibiogrammes sont effectués sur des cultures bactériennes planctoniques. L’efficacité des antibiothérapies ainsi sélectionnées est donc peu probante pour l’éradication des biofilms bactériens. La réalisation d’Antibiofilmogrammes® sur des isolats cliniques mucoviscidosiques (nouvel outil évaluant la sensibilité des bactéries sessiles aux antibiotiques) a permis de mettre en évidence des phénomènes d’inhibition et d’induction de la formation du biofilm. Plus précisément, les aminosides sont capables de retarder l’adhérence bactérienne. À l’inverse, la famille des β-lactamines présente la capacité de stimuler l’adhésion précoce des micro-organismes. Ces différents effets de l’antibiothérapie générale sur le comportement microbien se vérifient par l’intermédiaire de techniques conventionnelles in vitro (Cristal Violet, traitement enzymatique à la DNase I) et cellulaires (modèle de co-culture statique cellules eucaryotes/bactéries). La pertinence clinique de l’Antibiofilmogramme® se confirme donc par sa capacité à détecter l’initiation précoce de l’adhésion bactérienne, à sélectionner les molécules l’inhibant et à écarter celles pouvant l’induire. Associée aux antibiogrammes traditionnels, son application peu permettre d’affiner les stratégies thérapeutiques pour le traitement des infections pulmonaires chroniques développées au cours de la mucoviscidose. / Cystic fibrosis (CF) patients are predisposed to chronic colonisation of the upper airways by P. aeruginosa. This opportunist pathogen is characterized by its ability to adhere to a surface and to form a protective biofilm, which is highly tolerant to antimicrobials. In routine, antibiograms are realised on planktonic bacterial cultures. The efficacy of the corresponding antimicrobial therapies appears low for the eradication of bacterial biofilms. The realisation of Antibiofilmograms® on CF clinical isolates (a new tool investigating the susceptibility of sessile bacteria to antibiotics) highlighted phenomena of biofilm formation inhibition and induction. More precisely, aminoglycosides are able to delay the bacterial adherence. Conversely, the β-lactam family shows the ability to stimulate the early adhesion of microorganisms. These different effects of antimicrobials on the bacterial behaviour are confirmed with more conventional in vitro methods (Crystal Violet, enzymatic treatment with DNase I) and a cell model (static co-culture of eukaryotic cells and bacteria). The clinical relevance of the Antibiofilmogram® is reinforced by its ability to detect the initiation of the early bacterial adhesion, to select inhibitor molecules and to avoid the inducer ones. Associated to traditional antibiograms, its application should be pertinent to optimise the CF therapies for the treatment of chronic lung infections.

Les thiopurines sont des médicaments cytotoxiques et immunosuppresseurs largement prescrits, notamment dans les maladies inflammatoires chroniques de l’intestin (MICI). Ils représentent l’un des meilleurs exemples d’application clinique de la pharmacogénétique avec le dépistage du déficit en thiopurine S-méthyltransférase (TPMT), enzyme clé du métabolisme des thiopurines. La variabilité interindividuelle de la réponse à ces médicaments rend nécessaire leur optimisation thérapeutique. Ce travail de thèse a d’une part, analysé les relations entre activité TPMT et concentrations des métabolites thiopuriniques, et d’autre part, recherché des facteurs associés à la résistance aux thiopurines. A l’aide d’une base de données pharmacogénétiques hospitalière et d’une étude « PheWAS » à partir d’un entrepôt de données cliniques, nous avons analysé la distribution et la corrélation génotype-phénotype pour la TPMT, en lien avec les concentrations des métabolites thiopuriniques. Nous avons observé qu’une activité TPMT très élevée (phénotype « ultra-rapide ») était associée à des paramètres clinico-biologiques reflétant une maladie évolutive et un traitement inefficace dans les MICI. De plus, une étude clinique rétrospective dans les MICI pédiatriques a permis d’identifier des facteurs associés à la lymphopénie observée sous thiopurines. Enfin, à partir d’un modèle in vitro fondé sur des lignées cellulaires lymphoblastoïdes (LCL) sélectionnées, nous avons établi une signature transcriptomique, incluant 32 gènes, prédictive de la résistance aux thiopurines. Une analyse fonctionnelle bioinformatique a abouti à l’identification de voies métaboliques liées à la protéine p53 et au cycle cellulaire, ainsi que des mécanismes moléculaires associés à la résistance aux thiopurines. En conclusion, ce travail de thèse, qui a exploré la variabilité de réponse aux thiopurines et tout particulièrement la résistance à ces médicaments, propose des hypothèses pour l’individualisation et l’optimisation thérapeutique des thiopurines. / Thiopurines are cytotoxic and immunosuppressive drugs widely prescribed, mainly in inflammatory bowel disease (IBD). They constitute one of the best success story of pharmacogenetic implementation into clinical practice based on the screening of thiopurine S-methyltransferase (TPMT) deficiency, a key enzyme in thiopurine metabolism. Optimization of thiopurine response is challenging because of its large interindividual variability such as inefficacy and toxicities. This thesis has explored, on one hand, the relationships between TPMT activity and metabolite concentrations, and on the other hand, factors associated with thiopurine inefficacy. Using a primary care pharmacogenetic database, we first analyzed TPMT distribution and genotype-phenotype correlation, in relation with thiopurine metabolites in a large population. Using a PheWAS study based on a clinical data warehouse we then reported that a very high TPMT activity (“ultra-rapid” phenotype) was associated with parameters of active IBD and poor response to thiopurines. Furthermore, a retrospective study in pediatric IBD identified factors predicting the occurrence of lymphopenia during thiopurine therapy. Finally, using a lymphoblastoid cell line (LCL) in vitro model, we established a transcriptomic signature, including 32 genes predicting thiopurine cellular resistance. A bioinformatic functional analysis identified metabolic pathways in relation with p53 and cell cycle, as well as molecular mechanisms associated with thiopurine resistance. To conclude, this research work, focusing on the variability of thiopurine response and mainly therapeutic resistance, provides new hypotheses to individualize and optimize therapeutic response to thiopurines.

Dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging (DCE-MRI) techniques offer the opportunity to understand the physiological processes involved in the distribution of the contrast agent in vivo. This work utilises a liver specific contrast agent (gadoxetate) and demonstrates the potential use of these techniques to study transporter-mediated process in vivo. In vitro experiments investigated gadoxetate’s interaction with uptake and efflux transporters at the cellular level, ideally a prerequisite to understand the contribution of transporter proteins in in vivo pharmacokinetics. MRI was used to measure the accumulation of gadoxetate in fresh rat hepatocytes. Furthermore, LC-MS/MS methodology was optimised in conjunction with two in vitro systems to determine the role of transporters in gadoxetate uptake and efflux. HEK-OATP1B1 transfected cells were used to optimise the LC-MS/MS technique and Caco-2 cell monolayers were used to examine whether gadoxetate is a substrate of the efflux transporters, Pgp and BCRP. Subsequent studies demonstrated the use of DCE-MRI techniques to study transporter-mediated processes. Two pharmacokinetic models were proposed to quantify the uptake and efflux of gadoxetate in vivo. The suitability of the models in describing the liver concentration profiles of gadoxetate was assessed in pre-clinical and clinical reproducibility studies. Further pre-clinical experiments demonstrated the ability of the proposed DCE-MRI techniques to monitor changes in the uptake and efflux rate estimates of gadoxetate into hepatocytes, through co-administration of the transporter inhibitor, rifampicin, at two doses. The work presented demonstrates the potential use of DCE-MRI techniques as a diagnostic probe to assess transporter-mediated processes and drug-drug interactions (DDIs) in vivo.

Les médicaments qui provoquent un allongement de la repolarisation cardiaque, mesuré sur l’électrocardiogramme (ECG) par la prolongation de l’intervalle QT, ont été associés à une augmentation du risque pro-arythmique, et plus particulièrement à la survenue de Torsades de pointes, une tachycardie ventriculaire polymorphe potentiellement mortelle. Les méthodes d'analyse du QT conventionnelles se restreignent à l’extraction de quelques complexes ECG. Cette pratique se traduit par de nombreuses limitations. L’inclusion de tous les battements enregistrés sur 24h et mesurés par des méthodes automatiques de mesure ECG a le potentiel de résoudre ces inconvénients. Ce travail de thèse a démontré que les méthodes de mesure ECG automatisées et les analyses continues peuvent supplanter les méthodes conventionnelles pour l'analyse de la prolongation du QT lors des essais cliniques. Des recommandations ont été établis afin de permettre une utilisation optimale des méthodes d'analyse ECG continues. / Drugs which induce a delay in cardiac repolarization measured as QT interval prolongation on the electrocardiogram (ECG) have been associated with a potential to increase the risk of arrhythmias, especially Torsades de pointes (TdP), a potentially lethal polymorphic ventricular tachycardia. The analyses performed using conventional methods are restricted to the extraction of a few ECG complexes. This practice is associated with several limitations. In contrast, the inclusion of all beats measured by computerized methods from continuous 24 h recordings could resolve all of these deficiencies. The current work demonstrated that automated ECG measurement methods employing continuous analysis can supplant conventional methods for the evaluation of QT prolongation in clinical studies. Recommendations have been established to provide an optimal use of continuous ECG analysis.

L’acétylcholine (ACh) endogène de la corne dorsale de la moelle épinière (CDME) exerce une analgésie puissante utilisée en clinique, dont la source et les mécanismes demeurent inconnus. Elle siège probablement au niveau d’un plexus de fibres cholinergiques de la CDME d’origine non-élucidée. Dans ce contexte, nous avons pu établir que ce plexus est principalement issu d’interneurones cholinergiques spinaux caractérisés dans ces travaux, qui seraient donc le substrat probable de l’analgésie décrite. Décrits comme concourant aux effets aigus et analgésiques de la morphine, nous avons, par ailleurs, pu observer que les récepteurs de l’ACh participaient également aux effets chroniques et pro-algésique de la morphine, notamment au niveau de la CDME. Ceci place donc l’ACh comme un effecteur ou intermédiaire de la morphine.Nos travaux suggèrent ainsi que le système cholinergique spinal pourrait constituer une cible thérapeutique alternative pour de nouveaux traitements de la douleur / In the spinal cord dorsal horn (SCDH), endogenous acetylcholine (ACh) acts as a powerful analgesia, of clinical use. Though its source and mechanisms remain unravelled, this analgesia probably lies in a plexus of cholinergic fibers (PCF) located in the SCDH and of undetermined origin. In this context, we established that the PCF mainly originates from a spinal population of cholinergic interneurons, fully characterized in this work. These are, thus, the likely substrate of the spinal cholinergic analgesia.Besides, ACh receptors (AChR) partly mediate the analgesic acute effects of morphine. In this work, we also observed that a chronically-administered AChR agonist reproduces as well the pro-algesic effects of morphine in the same conditions. Thus, ACh appears as a possible intermediary or a final effecter of the morphine pain pathways.Our data suggest that the cholinergic system could become a new putative therapeutic target in pain management and treatment.