Le myélome multiple est une néoplasie plasmocytaire caractérisée par une prolifération clonale de plasmocytes malins au niveau de la moelle osseuse. Il correspond à environ 13% des cancers hématologiques et la survie médiane à 10 ans est d’environ 30%. Le CD146 est une molécule d’adhésion (CAM) qui est surtout exprimée au niveau des jonctions des cellules endothéliales. A l’origine, le CD146 a été identifié comme un marqueur tumoral du mélanome (MCAM) et, par la suite, il a été étudié dans de nombreux cancers tels que les cancers du rein, du sein, du poumon, les cancers gastriques et les ostéosarcomes. Son expression est le plus souvent associée à un mauvais pronostic. Nous avons montré pour la première fois, que cette molécule s’exprimait aussi à la surface des plasmocytes normaux, cette expression apparaissant tardivement au cours de la différenciation B. Nous avons montré que cette expression était modulée sur des plasmocytes tumoraux de gammapathie monoclonale avec une forte diminution voire le plus souvent une disparition sur les plasmocytes malins de Myélome Multiple (MM). De plus, nous avons montré que CD146 constituait un facteur de bon pronostic indépendant dans cette maladie et qu’il était un des mécanismes permettant à la cellule tumorale d’avoir un avantage en termes de survie. Un second axe de recherche a consisté à la mise en place d’une technique de détection des cellules endothéliales circulantes dans le sang et in situ dans la moelle osseuse dans le myélome multiple afin de disposer d’un outil permettant l’étude de l’angiogenèse dans cette pathologie ainsi que son suivi en clinique. / Multiple Myeloma is a neoplastic plasma-cell disorder that is characterized by clonal proliferation of malignant plasma cells in the bone marrow microenvironment. It accounts for approximately 13% of hematologic cancer and the ten year survival rate is approximately 30%. CD 146 is an adhesion molecule (CAM) that is essentially expressed at endothelial junctions. At first, CD 146 was identified as a tumor marker of melanoma. It subsequently was studied in conjunction with cancer of the kidney, the breast, the lung, as well as gastric cancers and osteosarcomas. Its expression is most often associated with a bad prognosis. For the first time we have shown that this molecule is expressed at the surface of normal plasma cells, this expression appearing during the late stages of B cell differentiation. We have demonstrated that this expression was modulated on Multiple Myeloma (MM) plasma cells, and and was significantly decreased or disappeared in malignant plasma cells. Moreover, we have shown that CD146 was an independent good prognostic marker and that it was implicated in mechanisms that confers a survival advantage to the tumor cell. The next part of the project consisted to set up a detection protocol for circulating endothelial cells in blood and bone marrow in multiple myeloma in order to develop a tool for studying angiogenesis in this pathology which can also be used during therapeutic monitoring.

ALK1 (Actlivin receptor-Like Kinase 1) est un récepteur exprimé spécifiquement sur les cellules endothéliales. ALK1 possède deux ligands de haute affinité BMP9 (Bone Morphogenic Protein) et BMP10. Cette voie de signalisation joue des rôles cruciaux dans l'angiogenèse et la lymphangiogenèse qui sont des processus critiques dans le développement mais aussi le cancer. Ainsi, l'objectif de cette thèse était de caractériser les fonctions de BMP9 et BMP10 dans le développement vasculaire physiologique et tumoral à l'aide de souris invalidées pour ces deux facteurs.Nous avons montré que BMP9 et BMP10 sont essentiels à la fermeture du canal artériel. Ce vaisseau permet de dévier le sang hors des poumons foetaux non fonctionnels et sa fermeture au moment de la naissance est nécessaire à la survie postnatale. L'absence de BMP9 et BMP10 mène à une réouverture du canal artériel chez le souriceau du fait de problèmes de remodelage. Chez l'Homme, une région critique contenant Bmp10 peut être corrélée à des problèmes de fermeture du canal artériel.Des essais cliniques ciblant ALK1 dans le traitement du cancer sont en cours du fait de son implication dans l'angiogenèse. Néanmoins, les rôles spécifiques de BMP9, BMP10 et ALK1 dans le cancer sont encore mal connus. Nous avons montré que BMP10 n'est pas impliqué dans la tumorigenèse mammaire au contraire de BMP9 qui agit comme un facteur de quiescence et de maturation dans l'angiogenèse tumorale. Ainsi, il serait plus intéressant de cibler spécifiquement BMP9 plutôt qu'ALK1 afin d'éviter d'altérer les fonctions physiologiques de BMP10. / ALK1 (Actlivin receptor-Like Kinase 1) is a receptor specifically expressed at the surface of endothelial cells. BMP9 (Bone Morphogenic Protein) and BMP10 are the high affinity ligands of ALK1. This pathway has been proved to play important roles in angiogenesis and lymphangiogenesis which are critical processes in development as well as in cancer. Thus, the purpose of my PhD was to characterize BMP9 and BMP10 functions in physiological and tumoral vascular development using mice invalidated for those proteins.We show that BMP9 and BMP10 are essentials to ductus arteriosus closure, a shunt allowing blood to avoid inoperative foetal lungs. Its closure is mandatory to survival after birth. Loss of BMP9 and BMP10 leads to ductus arteriosus reopening in mice pups due to remodeling issues. In human, a critical region including Bmp10 was correlated to patent ductus arteriosus.Clinical trials targeting ALK1 in cancer treatment are in progress due to its involvment in angiogenesis. However, little is known about the specific roles of BMP9, BMP10 and ALK1 in carcinogenesis. We show that BMP10 is not involved in mammary cancer development while BMP9 acts as a quiescent and maturation factor in tumoral angiogenesis. Thus, it may be more interesting to target only BMP9 instead of ALK1 to avoid interferences with BMP10 physiological functions.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L'intégrité de l'endothélium vasculaire est dépendante de l'organisation des jonctions adhérentes entre les cellules endothéliales. La VE (Vascular Endothelial)-cadhérine un constituant essentiel de ces jonctions et sa phosphorylation sur tyrosine pourrait être un moyen de régulation de la perméabilité endothéliale. Ce travail de thèse a permis de valider l'existence in vivo de la phosphorylation sur tyrosine de la VE-cadhérine. Nous montrons en effet la très forte induction de cette phosphorylation au cours de l'angiogenèse physiologique dans l'ovaire et l'utérus, par rapport aux tissus quiescents. Pour la première fois, nous rapportons l'association constante de la tyrosine kinase Src à la VE-cadhérine, à la fois in vivo et in vitro. De plus, en accord avec les données de la littérature in vitro, nous confirmons in vivo l'association transitoire du VEGFR2 à la VE-cadhérine dans un contexte angiogénique. Par différentes approches, nous apportons la preuve que la VE-cadhérine est un substrat direct de Src, et que la tyrosine 685 du domaine cytoplasmique est la cible unique de la kinase en réponse au VEGF. Grâce à un test de blessure d'HUVECs, nous montrons l'importance de la phosphorylation par Src de la tyrosine 685 dans la migration des cellules endothéliales induite par le VEGF. Enfin, l'étude de carcinomes mammaires nous as permis de démontrer l'existence d'une forme phosphorylée sur tyrosine de la VE-cadhérine également dans l'angiogenèse tumorale, et son association avec une activité kinase de type Src et PI3K. L'ensemble de ce travail permet de conclure à la phosphorylation par Src de la VEcadhérine sur la Y685 en réponse au VEGF, et suggère que cette phosphorylation représente in vivo la signature d'un endothélium activé.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Les glioblastomes sont des tumeurs fatales du fait de leur agressivité et du manque de traitements efficaces. La prolifération accrue, le caractère invasif et la résistance à la mort cellulaire leur confèrent une croissance rapide et une invasion du parenchyme cérébral environnant, à l’origine de leur systématique récidive. Exprimée par la composante tumorale en hypoxie mais également par la composante vasculaire, l’AM participe de façon autocrine et paracrine au développement des glioblastomes en favorisant la croissance des cellules tumorales et l’angiogenèse tumorale.Il a été montré que des anticorps polyclonaux dirigés contre les récepteurs de l’AM inhibent in vitro la croissance, la migration et la formation de pseudo-capillaires des cellules endothéliales, suggérant une neutralisation par ces anticorps de certaines étapes de l’angiogenèse. De même, il a été montré in vivo que ces anticorps inhibent la croissance tumorale en supprimant l’angiogenèse et la croissance des cellules tumorales suggérant ainsi que les récepteurs de l’AM constitueraient une bonne cible thérapeutique. Des anticorps capables de reconnaître et neutraliser à la fois l’AM, les CLR, RAMP2 et RAMP3 agissant de la même manière sur la croissance tumorale et l’angiogenèse représenteraient un bénéfice thérapeutique majeur. Des anticorps dirigés contre un peptide chimérique constitué de l’enchainement de séquences peptidiques des protéines CLR, RAMP2, RAMP3 et du peptide AM sont en cours. Le traitement par ces anticorps diminue la croissance des cellules tumorales ainsi que leurs migration et invasion. Ces résultats très encourageants nous permettent pour le moment de valider la faisabilité du concept d’anticorps développés à partir d’un peptide chimérique pour neutraliser le système AM/AMR dans le but d’envisager dans le futur une application thérapeutique. / Glioblastoma are fatal tumors because of their aggressiveness and lack of effective treatments. The increased proliferation, the invasiveness and resistance to cell death gives them a rapid growth and invasion of brain parenchyma surrounding the origin of their systematic recurrence. Expressed by the tumoral component in hypoxia but also by the vascular component, the AM participate by an autocrine and paracrine way, the development of glioblastoma by promoting tumor ell growth and tumor angiogenesis.It was shown that polyclonal antibodies directed against the AM receptor inhibit in vitro growth, migration and the formation of pseudo-capillary of endothelial cells, suggesting neutralization by theses antibodies in certain stages of angiogenesis. Similarly, it has been shown in vivo that these antibodies inhibit tumor growth by suppressing angiogenesis and tumor cell growth, suggesting that the AM receptor would be a good therapeutic target. Antibodies that recognized and neutralized both the AM, the CLR, RAMP2 and RAMP3 acting the same way on tumor growth and angiogenesis represent a major therapeutic benefit. Antibodies against a chimeric peptide consisting of peptide sequence of CLR, RAMP2, RAMP3 and AM peptide are in progress. Treatment with these antibodies decreases the growth of tumor cells, their migration and invasion. These encouraging results allow us the time to validate the feasibility of the concept of antibodies developed from a chimeric peptide to neutralize the AM/AMR system in order to consider in the future therapeutic application.

Les glioblastomes sont des tumeurs fatales du fait de leur agressivité et du manque de traitements efficaces. La prolifération accrue, le caractère invasif et la résistance à la mort cellulaire du compartiment tumoral des glioblastomes leur confèrent une croissance rapide et une invasion du parenchyme cérébral environnant, à l’origine de leur systématique récidive. De plus, le processus d’angiogenèse au sein de ces tumeurs participe activement au mauvais pronostic en développant une forte vascularisation qui favorise leur croissance.Un peptide vasoactif l’Adrénomédulline (AM), est exprimé de façon ubiquitaire chez l’homme et a de ce fait un large champ d’action à travers l’organisme dont la progression tumorale en agissant de façon autocrine et paracrine via ses récepteurs CLR/RAMP2 et CLR/RAMP3 (« AMR »). Or l’expression de l’AM est corrélée avec le grade des gliomes. De plus, il a été démontré au sein de notre équipe que des anticorps polyclonaux anti-AM développés au laboratoire inhibent la prolifération des cellules gliales tumorales de glioblastomes in vitro ainsi que la croissance tumorale in vivo. Il a également été montré que des anticorps polyclonaux (anti-AMR) dirigés contre les récepteurs de l’AM (CLR, RAMP2 et RAMP3) inhibent in vitro la croissance, la migration et la formation en pseudo-capillaires des cellules endothéliales (HUVECs), suggérant une neutralisation par ces anticorps, de certaines étapes de l’angiogenèse. De même, il a été démontré dans des modèles in vivo que les anticorps anti-AMR inhibent la croissance tumorale en supprimant l’angiogenèse et la croissance des cellules tumorales, suggérant ainsi que les récepteurs de l’AM constitueraient une bonne cible thérapeutique. Ces études ayant été effectuées à partir de lignées cellulaires, nous avons caractérisé le système AM/AMR au sein des composantes gliales et microvasculaires provenant des cultures primaires de glioblastomes de patients puis nous avons testé l’effet de l’AM dans certains phénomènes caractéristiques des glioblastomes comme l’invasion et certaines étapes de l’angiogenèse tumorale. Il résulte de cette étude que l’AM est trois fois plus secrétée par la composante microvasculaire tumorale au sein de laquelle l’AM favorise la migration, l’invasion et l’organisation en pseudo-capillaires. De plus, l’AM favorise l’invasion des cellules de la composante gliale tumorale.Des anticorps capables de reconnaître et neutraliser à la fois l’AM, le CLR, RAMP2 et RAMP3 agissant de la même manière sur la croissance tumorale et l’angiogenèse représenteraient un bénéfice thérapeutique majeure. Le laboratoire a alors développé des anticorps dirigés contre un peptide chimérique constitué de l’enchainement de séquences peptidiques des protéines CLR, RAMP2, RAMP3 et du peptide AM (« AMRc »). Les tests effectués avec les anticorps anti-AMRc nous permettent d’affirmer leur efficacité sur le système AM/AMR. Le traitement par ces anticorps diminue la croissance in vitro et in vivo des cellules tumorales de glioblastomes U87, ainsi que leur migration et leur invasion et la densité vasculaire au sein de xénogreffes, ce qui suggère leur effet sur l’angiogenèse tumorale. De plus, le traitement par ces anticorps augmente la perméabilité du modèle de cellules endothéliale microvasculaires HMECs. Ces résultats très encourageants, nous permettent donc pour le moment de valider la faisabilité du concept d’anticorps développés à partir d’un peptide chimère pour neutraliser le sytème AM/AMR, dans le but d’envisager dans le futur une application thérapeutique. / Glioblastomas are fatal tumors because of their aggressiveness and the lack of effective treatments. The increased proliferation, invasiveness and resistance in cell death of glioblastomas tumoral compartment confer them a fast growth and an invasion of the surrounding cerebral parenchyma, at the origin of glioblastomas systematic recurrence. Furthermore, angiogenesis within these tumors participates actively in the poor prognosis developing a strong vascularization, which favors their growth.Adrenomedullin (AM), is a vasoactive peptide ubiquitously expressed in humans and thus induces multiple biological actions through the body as tumor growth, via autocrine and paracrine activation of its receptors CLR/RAMP2 and CLR/RAMP3 (« AMR »). But AM expression is correlated with gliomas grading and our team demonstrated that polyclonal antibodies « anti-AM » developped in the laboratory inhibited in vitro glioblastoma tumoral cells proliferation and in vivo tumor growth. Polyclonal antibodies (anti-AMR) directed against AM receptors (CLR, RAMP2 and RAMP3) also inhibited in vitro growth, migration and endothelial cells (HUVECs) pseudo-capillar formation, suggesting neutralization of some steps of angiogenesis. Moreover, anti-AMR antibodies inhibited in vivo tumor growth by suppression of angiogenesis, suggesting AM receptors as a therapeutical target.These studies have been done from lineage cells. We thus characterized AM/AMR system within glial and microvascular components from patients glioblastoma primary cultures and we investigated AM impact in some stages of angiogenesis. We showed that AM was three fold higher expressed by microvascular cells in whom AM induces migration, invasion and organization into a meshwork of capillary-like tubular structures. AM increased too, glial tumoral cells migration and invasion.Antibodies able to recognize and neutralize AM, CLR, RAMP2, RAMP3 and acting in tumor growth and angiogenesis would represent a major therapeutic benefit. Then, the laboratory developped polyclonal antibodies directed against one chimeric peptide synthesized with AM, CLR, RAMP2 and RAMP3 peptide sequences (named « AMRc »). The tests made with anti-AMRc antibodies allow us to assert their efficiency on the AM / AMR system. Glioblastoma cell line U87’s growth decreases in vitro and in vivo after treatment with anti-AMRc antibodies, as well as its migration, invasion and vascular density inside tumor xenografts, suggesting an impact in tumor angiogenesis. Furthermore, the treatment with these antibodies increases the microvascular endothelial HMECs permeability. These promising results allow us to validate the feasibility of a concept of antibodies developed against one peptide to neutralize AM/AMR system, in order to envisage a future therapeutic application.

Au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressés à l’implication de la kallicréine-12 (KLK12), une protéase à sérine, dans la cancérogenèse pulmonaire. La KLK12 est connue comme étant surexprimée dans les tumeurs pulmonaires non à petites cellules mais son rôle dans la cancérogenèse n’est pas clairement établi. Nos travaux ont permis de lui attribuer un effet proangiogénique vis-à-vis des cellules endothéliales pulmonaires. En effet, la KLK12 peut stimuler la migration des cellules endothéliales pulmonaires en modifiant l’architecture de la matrice extracellulaire. D’autre part, elle est impliquée dans la régulation de la biodisponibilité de facteurs de croissance associés à l’angiogenèse tels que le Platelet-derived growth factor-B. De plus, nos travaux ont permis d’identifier une possible régulation de l’expression de la KLK12 par l’hypoxie, ce qui expliquerait sa surexpression dans les tumeurs pulmonaires et conforterait son implication dans l’angiogenèse. La confirmation in vivo des mécanismes d’action de la KLK12 pourrait permettre d’envisager son utilisation comme cible thérapeutique afin de réguler la néoangiogenèse tumorale. / In this thesis, we studied the involvement of the serine protease kallikrein-12 (KLK12), in lung carcinogenesis. The KLK12 is known to be overexpressed in non-small cell lung cancer but its role in carcinogenesis is not clearly established. Our work shows that it possesses a proangiogenic effect on pulmonary endothelial cells. Indeed, KLK12 stimulates lung endothelial cells migration notably by modulating the extracellular matrix architecture. On the other hand, KLK12 regulates the bioavailability of growth factors associated with angiogenesis such as plateletderived growth factor-B. In addition, our work has identified a possible regulation of the expression of KLK12 by hypoxia, which would explain its overexpression in lung tumors and would reinforce its involvement in angiogenesis. The confirmation in vivo of these mechanisms could help consider KLK12 as a therapeutic target for regulating tumor angiogenesis.

The central role of vascular endothelial growth factor (VEGF) in physiological and pathological angiogenesis makes it attractive both as a therapeutic target for anti-angiogenic drugs in cancer treatment and as a pro-angiogenic cytokine to treat ischemic disease. Currently, it is well established that the VEGF but also other growth factors exert their angiogenic effects partly through the activation of endothelial nitric oxide synthase (eNOS). A better understanding of the VEGF/NO signaling pathway could therefore lead to the identification of new therapeutic targets to impact on angiogenesis.This thesis is based on four different articles, the principal findings of which are summarized here below. First, we demonstrated that, chronologically, endothelial cell exposure to VEGF first led to eNOS dissociation from caveolin (a hallmark of the Ca2+/CaM-mediated activation of eNOS), and then to the interaction of eNOS with the heat shock protein hsp90. We also reported that eNOS-bound hsp90 could recruit VEGF-activated (phosphorylated) Akt to the complex, which in turn could phosphorylate eNOS on the serine 1177. Finally, we found that although the VEGF-induced phosphorylation of eNOS led to a sustained production of NO independently of a maintained increase in intracellular [Ca2+], this late stage of eNOS activation was strictly conditional on the initial VEGF-induced Ca2+-dependent stimulation of the enzyme. These data established the critical temporal sequence of events leading to the sustained activation of eNOS by VEGF and suggested new ways of regulating the production of NO in response to this cytokine through the structural protein caveolin and the ubiquitous chaperone protein, hsp90. A second study identified caveolin and Hsp90 as key players in the proangiogenic action of statins and therefore as potential pharmacological targets to modulate NO-dependent angiogenesis. We found that atorvastatin stabilized endothelial tube formation from both outgrowing and isolated macrovascular ECs cultured in Matrigel through a decrease in caveolin abundance and in its inhibitory interaction with eNOS. In a similar angiogenic assay, microvascular endothelial cells appeared also responsive to statins, not through a decrease in the caveolin pool (which is (too) large in these cells) but via the increased recruitment of hsp90 in the eNOS complex and the associated eNOS phosphorylation on the serine 1177. These data provided new mechanistic insights into the NO-mediated effects of statins and underscored the potential of these drugs and other modulators of hsp90 and caveolin abundance to promote neovascularization in disease states associated or not with atherosclerosis. In a third study, we have reported a net decrease in the ability of cultured ECs expressing recombinant caveolin to migrate and to form capillary like networks (e.g. the crucial steps occurring during the angiogenic process) in presence of VEGF. We then exploited the propensity of cationic lipids to target EC lining tumor blood vessels to transfect tumor-bearing mice in vivo. A dramatic tumor growth delay associated to a decrease in tumor microvessel density in the central core of the tumor was observed in mice transfected with caveolin versus sham-transfected animals. Interestingly, we also found that in the early time after lipofection (e.g. when macroscopic effects on tumor growth were not yet detectable), caveolin expression also impaired NO-dependent tumor blood flow. These findings indicated that besides (before) acting as an anti-angiogenic agent, recombinant caveolin can modulate the endothelium phenotype and impact on the tumor blood flow, both effects leading to a decrease in tumor growth. Finally, we showed that the activation of the VEGF/NO signaling pathway led to the down-regulation of adhesion molecules and to the anergy of endothelial cells. We found, indeed, that the adhesion of human CD8+ lymphocytes on microvascular endothelial cells exposed to TNF-a was dramatically reduced in the presence of VEGF. Interestingly, we also documented that the co-administration of the NOS inhibitor L-NAME or the Hsp90 inhibitor geldanamycin could restore this adhesion to the level originally obtained with TNF-a alone. Finally, we confirmed the key role of NO in the VEGF-mediated effects on the CD8+ adhesion by tipping the balance towards more or less angiogenesis through the transfection of caveolin siRNA or caveolin plasmid, respectively. In these experiments, lymphocyte adhesion appeared directly correlated to the extent of caveolin expression, confirming that the so-called anti-angiogenic strategy can directly impact on the phenotype of (tumor) endothelial cells and instead of (before) killing them, be exploited to potentiate cancer immunotherapy. In conclusion, by dissecting the post-translational regulation of eNOS, we have identified major therapeutic targets, namely caveolin and hsp90, that may be exploited either to block or promote angiogenesis. More particulary, cDNA encoding for these proteins or their mutant form, when combined with adequate mode of delivery, appeared to exert profound effects on the vascular compartment of tumors but also of ischemic tissues.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal