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Les protéoglycanes à héparane-sulfates (HSPGs) sont des macromolécules ubiquitaires situées à la surface des cellules et au sein des matrices extracellulaires jouant un rôle clé dans le contrôle des interactions cellules-matrice et du micro-environnement tumoral. Leur biosynthèse est assurée par une machinerie enzymatique complexe impliquant des glycosyltransférases et sulfotransférases, lesquelles ajoutent des motifs sulfatés en différentes positions des résidus de la chaîne glucidique. Ces modifications confèrent aux HSPGs la capacité d’interagir avec de nombreux ligands comme les facteurs de croissance et leurs récepteurs permettant de réguler divers processus physiopathologiques tels que la prolifération et la survie cellulaires, l’angiogenèse et le développement tumoral. J’ai focalisé mon étude sur une famille de sulfotransférases, les 3-O-sulfotransférases (3-OSTs) responsables d’une modification rare et terminale des chaînes de HS et en particulier sur l’isoforme 3A (3-OST3A) dont le rôle dans le développement tumoral a été précédemment mis en évidence par notre équipe. L’objectif de ce travail de thèse est d’explorer le rôle de la 3-OST3A dans la régulation du développement du cancer du sein. Ces travaux mettent en évidence que le gène 3-OST3A est régulé épigénétiquement dans un panel de lignées cellulaires cancéreuses mammaires. Les tests cellulaires de prolifération et d’apoptose montrent que la 3-OST3A exerce une action oncogénique ou suppresseur de tumeur dépendante de la signature moléculaire des cellules cancéreuses mammaires. Au niveau clinique, un fort taux d’expression de la 3-OST3A dans les tumeurs est corrélé négativement avec la survie des patientes atteintes d’un cancer du sein de sous-type HER2+. Ces travaux sont les premiers à mettre en évidence un rôle fonctionnel de la 3-OST3A en tant que régulateur du comportement tumoral des cellules cancéreuses mammaires et permettent de l’envisager comme marqueur pronostique de l’évolution du sous-type de tumeur mammaire HER2. La poursuite de cette étude a pour objectif de comprendre les mécanismes qui expliquent les conséquences délétères de la forte expression de la 3-OST3A sur l’agressivité du cancer du sein HER2+. Mes résultats suggèrent que la 3-OST3A induirait l’activation du récepteur HER2 par une voie dépendante de la formation du complexe ternaire HS 3-O-sulfatés/FGF-7/FGFR2IIIb dans les cellules SKBR3, un modèle de cellules cancéreuses mammaires surexprimant le récepteur HER2 responsable du caractère agressif du cancer du sein HER2+ / Heparan sulfate proteoglycans (HSPG) are ubiquitous macromolecules located at the cell plasma membrane and in extracellular matrices playing a key role in the control of cell-matrix interactions and in the tumor micro-environment. Their biosynthesis is performed by a complex enzymatic machinery involving glycosyltransferases and sulfotransferases, the latter adding a sulfate group at different residue positions of the polysaccharide chain. These modifications provide to the HSPG the ability to interact with many ligands such as growth factors and their receptors, and to regulate multiple pathophysiological processes such as cell proliferation and survival, angiogenesis and tumor development. I focused on a sulfotransferase family, the heparan sulfate 3-O-sulfotransferases (HS3STs) responsible for a rare, terminal modification of HS chains. Specifically, we investigated the HS3ST3A isoform whose role in tumor development has been previously demonstrated by our team. Here I explored the role of HS3ST3A in breast cancer. My studies demonstrate that HS3ST3A gene is epigenetically regulated in a panel of breast cancer cell lines. Cell proliferation and apoptosis assays in cellulo showed that HS3ST3A exerts an oncogenic or tumor suppressor effect in a cell-dependent context. A clinical study performed in a cohort of breast cancer patients showed that a high expression level of HS3ST3A in tumors is associated with reduced relapse-free survival in HER2+ patients. For the first time, we report a functional role of HS3ST3A as a tumor regulator of breast cancer cells behavior and this study allows considering it as a prognostic marker of the HER2 breast cancer evolution. The last part of my work attempted to understand the mechanisms that explain the deleterious consequences of the high expression level of HS3ST3A on the aggressiveness of HER2+ breast cancer. In this regard, my results suggested that the HS3ST3A may induce HER2 receptor activation following the formation of the ternary complex HS 3-O-sulphated/FGF-7/FGFR2IIIb in SKBR3 (HER2+) cells

L’IRM mammaire a une place prépondérante dans l’imagerie mammaire. Son utilisation plus large est limitée notamment par son coût et le nombre limité de machines. Nous avons travaillé sur plusieurs aspects de cette problématique. Dans un premier temps, nous avons modifié le positionnement en passant du procubitus au décubitus. Ceci a permis de montrer que le décubitus permettait une meilleure corrélation topographique des lésions avec l’échographie et était mieux toléré par les patientes. Dans un deuxième temps, nous avons étudié les facteurs de réduction du temps d’acquisition par l’intermédiaire des séquences à haute résolution temporelle et d’un protocole abrégé. Ces changements devraient permettre de faciliter l’accessibilité de l’IRM aux patientes, de réduire son coût tout en conservant les mêmes valeurs de sensibilité et spécificité que le protocole standard / Breast MRI has a prominent place in breast imaging. Its wider use is limited in particular by its cost and the limited number of machines. We have worked on several aspects of this problem. In a first step, we changed the positioning from procubitus to decubitus. This showed that the decubitus allowed a better topographic correlation of the lesions with the ultrasound and was better tolerated by the patients. In a second step, we studied the factors of reduction of the acquisition time via the sequences with high temporal resolution and an abbreviated protocol. These changes should make it easier for patients to access MRI, reduce costs while maintaining the same sensitivity and specificity values as the standard protocol

Les récepteurs nucléaires aux œstrogènes, ERα66 et ERβ1, sont les principaux médiateurs des effets des œstrogènes. Ces hormones régulent le développement physiologique de la glande mammaire mais participent aussi à la progression du cancer sein. L’expression d’ERα66 est d’ailleurs utilisée dans la classification moléculaire des tumeurs mammaires afin d’orienter la stratégie thérapeutique. Depuis son clonage, le variant des récepteurs alpha aux œstrogènes, ERα36, a été principalement décrit dans la littérature pour son rôle dans la progression des tumeurs mammaires et dans l’acquisition de résistances aux anti-œstrogènes comme le Tamoxifène. Si une forte expression d’ERα36 dans les cellules cancéreuses mammaires apparaît nettement comme un facteur de mauvais pronostic, peu de données sont disponibles concernant son rôle dans le développement de la glande mammaire saine. C’est pourquoi le premier objectif de ce travail était de déterminer le rôle d’ERα36 dans le développement physiologique de cette glande. Grâce à une approche pluridisciplinaire, incluant des études in vivo sur un modèle de souris transgéniques MMTV-ERα36 et des études in vitro et in silico sur des cellules épithéliales mammaires immortalisées, nous avons montré que l’expression d’ERα36 perturbe le phénotype des cellules épithéliales mammaires et conduit à l’apparition d’altérations structurales des canaux mammaires à l’âge adulte. De plus, nous avons mis en évidence que les alkylphénols, qui sont des perturbateurs endocriniens œstrogèno-mimétiques, stimulent l’expression endogène de ce variant dans les cellules MCF-10A et augmentent leurs capacités migratoires sans pour autant amplifier les effets d’ERα36 sur l’histologie des canaux mammaires. En parallèle, afin de mieux comprendre l’implication d’ERα36 au moment de l’initiation et de la progression tumorale, nous avons étudié les modalités de régulation de l’expression de ce variant dans les cellules cancéreuses mammaires. Les résultats obtenus indiquent que l’expression d’ERα36 est positivement corrélée au statut de méthylation de sa région promotrice et que l’ARNm codant ce variant est la cible d’hsa-miR136-5p. Enfin, le dernier objectif de ce travail était de développer une approche visant à identifier in silico de nouveaux partenaires d’ERα36. L’ensemble de ce travail s’inscrit dans une démarche de raffinement de la classification moléculaire actuelle des tumeurs mammaires en y ajoutant une composante associée à l’expression d’ERα36. / The estrogen nuclear receptors, represented by the canonical forms ERα66 and ERβ1, are the main mediators of the estrogenic effects in mammals. These hormones, which regulate the physiological development of the mammary gland, participate in the initiation and progression of breast cancer. In fact, ERα66 expression is a key molecular classifier of breast tumors used in order to guide the therapeutic strategies toward hormonotherapy. However, in 30% of cases, therapeutic failures are observed, which highlights the importance of identifying new biomarkers. The estrogen receptor variant, ERα36, has been cloned in 2005 and mainly described in the literature to be involved in the progression of mammary tumors and in the acquired resistance to anti-estrogen drugs, such as Tamoxifen. Even if a high expression of ERα36 in breast cancer cells appears to be associated with a poor prognosis, few data are available concerning its role in the normal development of the mammary gland. Therefore, the aim of this work was to determine the role of ERα36 in the physiological development of the mammary gland. Thanks to a multidisciplinary approach, that combines in vivo studies on MMTV-ERα36 transgenic mice, and in vitro and in silico studies on immortalized normal epithelial mammary cells (MCF-10A), we showed that ERα36 expression is sufficient to disturb the mammary epithelial cells phenotype, leading to the emergence of structural alterations of mammary ducts at adulthood. Moreover, we showed that exposure to the estrogen mimicking compounds alkylphenols stimulates the endogenous expression of this variant in MCF-10A cells, and increases their migratory ability. Then, in order to get a better understanding of ERα36 contribution to tumor initiation and/or progression, we studied classical and epigenetic regulation of this variant expression in breast cancer cells. Our results show that ERα36 expression is positively correlated with the methylation status of its promoter region, and that the ERα36 mRNA is the target of the microRNA, has-miR-136-5p. Finally, the last aim of this work was to develop a bioinformatic approach in order to study the ERα36 partners. To summarize, all of this work falls within a need of the current breast tumor molecular classification refinement by adding a component related with ERα36 expression.

Un défi majeur en cancérologie est le traitement des tumeurs mammaires dites triple-négatives (ER-, PR-, HER2-). Elles sont le plus souvent résistantes aux traitements conventionnels et présentent un haut risque de récidive. De plus, l’absence de cibles thérapeutiques ne permet pas le développement de thérapie spécifique. 78% de ces tumeurs expriment faiblement la claudine 1 et sont de très mauvais pronostic. Cette protéine est impliquée dans l'adhérence des cellules entre elles et pourrait jouer un rôle suppresseur de tumeur dans les cancers mammaires. Dans ce contexte, nous étudions si sa réexpression pourrait être une piste de traitement. Au laboratoire, nous avons développé des dérivés de la famille des thiazolidinediones (TZD) qui stimulent l’expression de la claudine 1 et induisent l’apoptose des cellules cancéreuses mammaires. Les objectifs de ma thèse ont consisté 1) à déterminer l’implication de la claudine 1 dans l’effet pro-apoptotique de ces composés 2) à l’étude de leurs mécanismes d’action 3) évaluer si l’expression de la claudine 1 pourrait sensibiliser les cellules cancéreuses triple-négatives aux agents de chimiothérapie. Au cours de cette thèse, nous avons montré que la surexpression de la claudine 1 et le composé Δ2-TGZ induisent l’apoptose des cellules triple-négatives « claudin 1-low » MDA-MB-231 et Hs578T. De plus, la claudine 1 est impliquée dans l’effet pro-apoptotique de la Δ2-TGZ dans les cellules MDA-MB-231. Par ailleurs, nous avons démontré que les dérivés TGZ, la Δ2-TGZ et l’AB186, agissent de manière précoce en modifiant la morphologie des cellules suivie d’une réexpression de la claudine 1 membranaire et d’une inhibition de la migration cellulaire avant même d’induire la mort cellulaire par apoptose. De plus, la surexpression de la claudine 1 inhibe la migration cellulaire associée à la perte des fibres de stress et la formation des jonctions intercellulaires. Nous avons également montré que la réexpression de la claudine 1 sensibilise les cellules MDA-MB-231 à l’agent de chimiothérapie, le 5-FU. L’ensemble des résultats de thèse a permis de mieux comprendre le mécanisme d’action de la Δ2-TGZ et de l’AB186 sur les cellules cancéreuses mammaires mais aussi d’identifier la claudine 1 comme cible potentielle prometteuse dans les cellules triple-négatives « claudin 1-low » / A major challenge in oncology is the treatment of triple-negative breast cancer (ER-, PR-, HER2-) as no targeted therapy are available. These tumors present often a chemotherapy resistance and a higher relapse incidence. 78% of them do not express claudin 1 and display a poor prognosis. Claudin 1 is involved in cell-cell adhesion and may be a tumor suppressor gene in breast cancer. In this context, we study if claudin 1 re-expression could be a possible approach. In the laboratory, we developed derivatives thaziolidinediones (TZD) compounds, which increase claudin 1 expression and lead to apoptosis of breast cancer cells. The goals of my thesis is 1) to characterize the involvement of claudin 1 in their pro-apoptotic effect 2) to study their mechanism of action 3) to determine if claudin 1 could sensitize the TNBC cells to the chemotherapy agents. During my thesis, we showed that claudin 1 overexpression and the compound Δ2-TGZ induce apoptosis of TNBC « claudin 1-low » MDA-MB-231 and Hs578T cells. Claudin 1 is involved in the pro-apoptotic effect of Δ2-TGZ in MDA-MB-231 cells. Then, we demonstrated that Δ2-TGZ and AB186 lead to early action through a modification of cell morphology followed an expression of claudin 1 at the membrane and an inhibition of cell migration before the apoptosis process. In addition, claudin 1 overexpression decreases the cell migration through the loss of stress fibers and the formation of cell junctions. We showed that claudin 1 overexpression potentialize the pro-apoptotic effect of Δ2-TGZ in MDA-MB-231 cells. Finally, we observed that claudin 1 sensitize the MDA-MB-231 cells to 5-FU. In fine, our data allowed a better understanding of Δ2-TGZ and AB186 mechanism of action and identification of claudin 1 as a promising target in TNBC « claudin 1-low »

La survenue d’un cancer du sein découvert durant la grossesse est un événement dramatique compliquant entre 1/3000 et 1/10000 grossesses, ce qui en fait le cancer le plus fréquemment rencontré chez la femme enceinte. Sur le plan thérapeutique, certaines molécules anticancéreuses peuvent être utilisées, notamment les taxanes (paclitaxel et docétaxel). Si les études cliniques rétrospectives isolées semblent plutôt rassurantes, les données concernant leur passage transplacentaire sont encore fragmentaires. Quant à leurs effets sur le placenta humain et plus particulièrement sur la fonction de transport placentaire, ils sont pour l’heure inconnus. Nos objectifs étaient de 1) dresser une cartographie de l’expression génique physiologique des différents transporteurs placentaires de médicaments en utilisant un modèle de culture primaire trophoblastique, 2) d’apprécier le passage transplacentaire comparatif des taxanes et leur accumulation placentaire en utilisant le modèle du cotylédon perfusé, 3) d’étudier plus particulièrement les effets du paclitaxel sur le placenta humain et notamment sur l’expression des transporteurs de médicaments, en utilisant en plus des modèles mentionnés, les cotylédons de patientes ayant été traitées par paclitaxel durant leur grossesse. Nos études ont tout d’abord permis de dresser une cartographie originale de l’expression physiologique de plus de 80 transporteurs placentaires de médicaments, et ce comparativement entre le début et la fin de la gestation. De plus, nos expériences ont montré que le passage transplacentaire des taxanes était faible et comparable entre les deux molécules, et que celles-ci semblaient s’accumuler dans les cotylédons placentaires. Enfin, nous avons pu mettre en évidence un effet significatif du paclitaxel sur le placenta humain, notamment sur la modulation de certains transporteurs de médicaments. / The occurrence of breast cancer during pregnancy is a dramatic event reaching roughly 1/3000 to 1/10000 pregnancies, this type of cancer being the most frequent in pregnant women. Regarding therapeutic options, some anticancer agents may be used, especially taxanes (paclitaxel and docetaxel). If most of retrospective data appear to be reassuring, little is known regarding their transplacental transfer. Moreover, to our knowledge, potential effects of taxanes on human placenta, especially on placental transport function are unknown. Our aims were to 1) provide a transcriptional expression cartography of various placental drug transporters throughout pregnancy, using primary trophoblast culture model, 2) assess the comparative transplacental transfer of taxanes and their accumulation in cotyledons, using the perfused placental model, 3) assess potential effects of paclitaxel on human placenta, especially on drug transporter expression, not only using above-described models, but also cotyledons from pregnant-cancer patients treated with paclitaxel during pregnancy. Here, we finally provided an original transcriptional cartography of various drugs transporters in human normal placenta all along pregnancy. Moreover, we found a low and comparable transplacental transfer of paclitaxel and docetaxel that led to a moderate accumulation in cotyledons. Finally, we evidenced a significant effect of paclitaxel on human placenta, especially by modulating drug transporter expression.

La biopsie du ganglion sentinelle (GS) est actuellement la technique de référence pour le diagnostic des métastases ganglionnaires du cancer du sein. Cependant, les traceurs utilisés pour la cartographie du GS (colorant bleu et radiocolloïde) ne sont pas idéaux et peuvent occasionner des réactions allergiques et engendrer des coûts importants. Une alternative à l'utilisation de ces traceurs repose sur le repérage du GS par imagerie de fluorescence proche infrarouge à l'aide de nanoparticules. Deux types de nanoparticules ont été étudiés : les Quantum Dots (QDs) à base d'indium et les nanoparticules de silice (NPSi) renfermant de la cyanine 7. Dans un modèle murin de carcinome mammaire, tous les GS envahis par les métastases ont pu être visualisés grâce à la fluorescence des QDs-indium. L'étude de biodistribution a mis en évidence une capture majeure des QDs au point d'injection et dans les ganglions associée à une faible concentration dans le foie et la rate. La toxicité des QDs a été évaluée in vitro et a démontré une toxicité fortement réduite des QDs-indium par rapport aux QDs-cadmium. Les NPSi présentent les avantages suivants : biocompatibilité, amélioration de la rétention dans le ganglion et des propriétés photophysiques par rapport au fluorophore libre. Le GS est rapidement visualisable par fluorescence suite à l'injection de NPSi. Le suivi des souris, pendant 3 mois post-injection, n'a révélé aucun signe de toxicité générale ou hépatique. Ces deux types de nanoparticules fluorescentes sont particulièrement bien adaptés à la cartographie du GS et pourraient avantageusement remplacer les traceurs employés actuellement / Sentinel lymph node (SLN) biopsy is a reliable technique for the diagnosis of metastases in breast cancer. However, the tracers used (blue dye and radiocolloid) are not optimal because they can cause allergic reactions and major costs in waste processing. Our strategy was to use near-infrared emitting nanoparticles for the mapping of SLN: indium-based Quantum Dots (QDs) and cyanine 7 embedded in silica nanoparticles (SiNP). In a murine model of mammary carcinoma, all SLN containing lymphatic metastases could be visualized with fluorescent indium-based QDs. The biodistribution study concluded that the major organs of retention were the injection point and lymph nodes whereas liver and spleen accumulated fewer QDs. The cytotoxicity tests demonstrated a weak in vitro toxicity of indium- compared to cadmium-based QDs. SiNP show several advantages over free fluorophore such as biocompatibility, better retention in the SLN and greatest photophysical properties. SLN could be mapped as soon as 5 minutes after SiNP injection. The in vivo toxicity in mice was followed during 3 months after injection and did not reveal any signs of general or hepatic toxicity. Both fluorescent nanoparticles are thus well adapted for the mapping of the SLN and could be a favourable substitute to the actually tracers

Introduction : L’élastographie shear wave (ESW) est une technique récente d’échographie qui évalue quantitativement la dureté des tissus et permet d’améliorer la caractérisation des lésions mammaires. Comme toute nouvelle technique d’imagerie, l’ESW nécessite une validation préclinique pour définir les conditions d’utilisations et établir les limites des champs d’applications dans lesquelles la technique pourra être considérée comme valide. Matériels et méthodes : Dans une première partie effectuée au laboratoire de recherche en Imagerie nous avons étudié les éléments histologiques sous tendant l’image d’ESW sur un modèle de cancer du sein implanté chez la souris, au cours de sa croissance puis sous traitement. Dans une deuxième partie, nous avons étudié chez des patientes le rôle de la compression manuelle en ESW pour la caractérisation des lésions mammaires. Dans une dernière partie, effectuée en collaboration avec une équipe de l’Institut Langevin Ondes et Images, nous avons étudié la faisabilité d’un nouveau paramètre, le module de cisaillement non linéaire pour l’analyse des lésions mammaires. Résultats : Au laboratoire, nous avons établi des corrélations entre la dureté mesurée en élastographie et les caractéristiques histologiques des tumeurs, y compris sous traitement. Nous avons montré que la fibrose était associée à une dureté élevée et la nécrose à une dureté moindre. Notre étude clinique a montré qu’une compression manuelle minimale était nécessaire pour obtenir de bonnes performances de l’ESW et qu’une pression trop élevée devait être évitée. Enfin nous avons montré la faisabilité en imagerie mammaire d’un nouveau paramètre quantitatif obtenu en élastographie shear wave : le module de cisaillement non linéaire. Conclusion : A partir de travail de thèse, une meilleure compréhension de la part des éléments biologiques et techniques en ESW du sein est possible et des recommandations pour l’utilisation clinique peuvent être formulées. Nos observations cliniques ont entrainé la mise au point d’un nouveau paramètre diagnostique quantitatif : le module de cisaillement non linéaire. / Introduction: Shear Wave Elastography (SWE) is a recent ultrasound technique assessing quantitatively tissue stiffness and improving breast lesions characterization. As every new imaging technique, SWE requires a pre clinical validation in order to define in which conditions it should be used and precise the applications for which the technique is validated. Materials and methods: First, in a research lab we have investigated the pathological features underlying SWE image in a breast cancer model implanted in mice, during tumor growth and under therapy. Secondly, we have studied in patients the role of manual compression in SWE for the characterization of breast lesions. Finally, in collaboration with on team from Institut Langevin Ondes et Images, we have studied the feasibility of a new parameter, the non-linear modulus, for breast lesion assessment. Results: in the research lab, we have shown correlations between stiffness as measured with SWE and pathological features of tumors, even on treatment. We have shown that fibrosis was associated with high stiffness values and necrosis with lowers. Our clinical study, showed that a minimal manual compression was required for optimal performance of SWE and that strong compression should be avoided. Finally, we demonstrated feasibility of a new parameter, derived from SWE, the non-linear modulus. Conclusion: Our work provides a better understanding of biological and technical elements of SWE. On the basis of our results, new recommendations may be made for the use of SWE in clinical practice. From our clinical findings, we developed a new quantitative parameter, which may be useful for the diagnosis of breast lesions, the non-linear modulus.