Les glioblastomes (GBMs) sont les tumeurs cérébrales primaires les plus courantes chez l’adulte avec un pronostic fatal dans les douze mois suivant le diagnostic. De nouvelles avancées dans la connaissance de la pathologie moléculaire des GBMs et de leurs régulateurs clés sont indispensables à l’émergence de nouvelles pistes thérapeutiques. Inositol Requiring Enzyme 1 α (IRE1α) est une protéine résidente du réticulum endoplasmique (RE) agissant en tant que détecteur proximal de l’Unfolded Protein Response (UPR) en conditions physiologiques ou pathologiques. IRE1α est une enzyme bivalente possédant une activité Ser/Thr kinase et endoribonucléasique (RNase). Récemment, des mutations ponctuelles dans le gène ERN1/IRE1α ont été détectées dans les cancers chez l’homme, (en particulier dans les GBMs), et IRE1α a été proposé comme un régulateur majeur de la progression tumorale parmi les protéines kinases. Dans ce travail, nous avons montré que le blocage des deux activités Set/thr kinase et RNase dans les cellules U87-MG réprime fortement l’angiogenèse tumorale, la perfusion des vaisseaux et l’expression de facteurs pro-angiogéniques dans des modèles tumoraux de xénogreffes. Ce changement phénotypique est accompagné d’une réponse dite« d’échappement » des cellules tumorales. Celles-ci envahissent le tissu cérébral sain par migration de long des vaisseaux (mécanismes appelé co-option vasculaire). De plus, ce phénotype a été montré comme étant fonctionnellement associé au processus de transition mésenchymateuse. Par mutagenèse dirigée, nous avons montré qu’IRE1α module les processus d’angiogenèse et d’invasion par ces deux domaines catalytiques : l’activité Ser/Thr kinase d’IRE1α est essentielle pour l’angiogenèse alors que le domaine RNase d’IRE1α contrôle le phénotype invasif et co-opté. IRE1α est ainsi identifié comme un régulateur clé de la croissance du glioblastome, agissant au carrefour de signalisations majeures dans le contrôle de l’adaptation de la cellule tumorale à son micro-environnement. / Glioblastomas (GBMs) are the most common primary brain tumors in humans and remain essentially incurable. New advances in the knowledge of GBM molecular pathology and their key regulators are crucial to identify new putative ways for GBM therapy. Inositol Requiring Enzyme 1 α (IRE1α) is a transmembrane Endoplasmic Reticulum (ER)-resident protein acting as proximal sensor of the Unfolded Protein Response (UPR) in both physiological and pathological situations. IRE1α is a bivalent enzyme, displaying Ser/Thr kinase and endoribonuclease (RNase) activities in its cytosolic side. Recently, single mutations in IRE1α gene were detected in human cancers, including GBM, and IRE1α was proposed as a major contributor to tumor progression among protein kinases. In this work, we have shown that blockade of both IRE1α Ser/Thr kinase and RNase activities in U87-MG cells highly repressed tumor angiogenesis, blood perfusion and the expression of pro-angiogenic factors in human xenograft tumor models. This phenotypic change is adversely associated to the so-called "evasive response" of tumors cells. The cells began to migrate along pre-existing brain capillaries and invade healthy tissue (a process named blood vessel co-option). Moreover, this phenotype was shown to be functionally linked to the mesenchymal differentiation process. By using site-directed mutagenesis, we demonstrated that IRE1α protein modulates both angiogenesis and invasive processes through its two catalytic domains: IRE1α Ser/Thr kinase domain was essential for IRE1-mediated angiogenesis, whereas IRE1's RNase domain drove the invasive, co-opted phenotype. IRE1α is therefore identified as a key regulator of glioma progression, acting at the crossroads of major signaling networks in the control of tumor cell adaptation to its microenvironment.

La croissance tumorale et le développement des métastases sont dépendants de l'angiogenèse et reposent sur un « switch angiogénique ». Dès lors, inhiber l'angiogenèse apparaît très naturellement comme une nouvelle stratégie thérapeutique anti-cancéreuse qui consiste tout simplement à affamer une tumeur en la privant de sa vascularisation. L'angiogenèse est un processus physiologique qui fait intervenir de nombreux récepteurs, dont le récepteur du mannose-6-Phosphate ou Insulin Growth Factor II (RM6P/IGF-II). Des travaux antérieurs effectués au laboratoire ont montré que des molécules analogues du M6P sont des effecteurs d'angiogenèse mais qu'au cours de leur administration, ces composés sont facilement éliminés car trop hydrophiles. Afin d'obtenir des analogues du M6P plus lipophiles, nous avons remplacé le méthyle en position anomère par un pentyle. Par ailleurs, pour étudier l'effet « cluster » et la protection par une molécule enveloppante, une nouvelle famille de composés dérivant de la β-Cyclodextrine a été préparée. Des dérivés originaux, présentant des fonctions phosphates et azido, ainsi qu'une couronne de mannose ont été synthétisés. / Tumor growth and development of metastasis are dependent on angiogenesis and based on an « angiogenic switch». Therefore, to inhibit angiogenesis appears quite evidently as a new anticancer strategy which corresponds simply to starve a tumor by depriving its vascularisation. Angiogenesis is a physiological process that involves many receptors, including the RM6P/IGF-2. Previous work conducted in the laboratory has shown that analogues of M6P are effectors of angiogenesis but during administration, these compounds are easily removed due to their hydrophilicity. To increase the lipophilicity of the M6P analogues, we have replaced the methyl group at the anomeric position by a pentyl group. Also to study the “cluster” effect and the protective transport of molecules, a new family of compounds derived from β-cyclodextrin were prepared. Original derivatives, having azido and phosphate functions, and a crown made of mannose were synthesised.

Title of work: Angiogenesis in the border zones of cerebral ischemia The aims of work: The aim of this diploma thesis was to determinate the parameter of the angiogenesis after focal brain ischemia induced by photothrombosis in P7 rat pups. This thesis should answer the question, if there is some difference in vascular density according to the distance from the lesion and if there is some diference between the vascular density in normal brain and the brain with the lesion. Materials and Methods: Cerebral ischemia was induced in P7 rat pups with photothombic method. Intravenous administration of bengal rose dye was followed by illumination of beam of green laser over the cortex for 5 minutes at 0,5s on/off cycles. Bengal rose dye is potent photosensitive substance and the ilumination resulted in agregation of trombocytes and thrombosis. Cerebral ischemia evolved due to the thrombosis. After two months, the animals were overdosed with urethane and transcardially perfused. Then thein brain were cryoprotected and then cut into 50µm slices and prepaired for histological staining. The stained slices were the investigated under mikroskope. The microvessels in the cortex were counted and the density was estimated by stereological method. Results: Two brain with ischemic lesion and two control brain were...

Les facteurs de croissance endothéliaux (VEGFs) sont produits par les tumeurs qui sont hypoxiques. Principaux responsables de la néo-vascularisation pathologique, ils régulent le stroma tumoral. Les nouvelles stratégies qui ciblent et inhibent le VEGF ouvrent vers la thérapie anti-cancéreuse moderne. Elles ont pour but de contrôler l’angiogenèse tumorale plutôt que la détruire. Le défi est donc de piéger sélectivement le VEGF produit en excès, dans le microenvironnement tumoral, sous l’effet de l’hypoxie. La thèse présentée dans ce manuscrit est consacrée à la réalisation d’une nouvelle stratégie ciblante par l’intermédiaire de cellules, aussi appelée « Cheval de Troie ». Elle combine dans la même entité, une unité de ciblage et un système de délivrance spécifique d’un gène/molécule thérapeutique. Dans le but d’adresser la thérapie aux cellules cancéreuses sans affecter les cellules saines, un modèle de cellules endothéliales de type précurseur (CEPs) a été utilisé comme cellules ciblantes capables d’atteindre spécifiquement le site tumoral. Les CEPs ont été « armées » pour exprimer un gène thérapeutique chargé d’inhiber le VEGF. La neutralisation a été obtenue par la production d’une forme soluble du récepteur-2 du VEGF (VEGFR2 soluble), agissant comme inhibiteur. Caractéristique des tumeurs solides se développant, l’hypoxie a été choisie pour déclencher/éteindre l’expression et la sécrétion du VEGFR2 soluble, en introduisant, en amont du gène thérapeutique, une séquence régulatrice : HRE. Adressé au site tumoral par les CEPs, le régulateur de l’angiogenèse qu’est la forme soluble du VEGFR2, est exprimé de manière conditionnée et réversible, à l’hypoxie. Ceci ouvre à de nouvelles stratégies de normalisation contrôlée et stable des vaisseaux tumoraux en vue de l’utilisation de thérapies combinées. / Vascular endothelial growth factors (VEGFs) are over-expressed upon hypoxia in solid tumors. Major actors directing pathologic neo-vascularisation, they regulate the stromal reaction. Novel strategies that target and inhibit VEGF bring promise to modern anti-cancer therapies. They aim to control rather than destroy tumor angiogenesis. Consequently, the challenge is to selectively trap VEGFs, over-produced upon hypoxia, in the tumor microenvironment. The thesis presented in this manuscript focuses on the design of a novel cell-based targeting strategy, so-called “Trojan Horse”, combining in the same engineered entity, a targeting unit and a specific drug/gene delivery system. Aiming to address the therapy to cancer cells without affecting healthy cells, a model of endothelial precursor cell (EPCs) was used as targeting cell able to reach specifically the tumor site. EPCs were “armed” to express a therapeutic gene to inhibit VEGF. Trapping was attempted based on the production of a soluble form of the VEGF receptor-2 (sVEGFR2) as a candidate inhibitor. Hypoxia, a hallmark of developing solid tumors, was chosen to turn on/off the sVEGFR2 expression and secretion by introducing, upstream of the therapeutic gene, a hypoxia response element (HRE) regulating sequence. Properly addressed by the EPCs to the tumor site, such angiogenesis regulator as the soluble form of VEGFR2 is, was chosen to be expressed in a hypoxia-conditioned and reversible manner. This opens new strategies for a stably controlled normalization of tumor vessels in view of adjuvant design for combined therapies.

Les maladies thrombotiques sont la cause majeure de décès dans les pays industrialisés. Les cellules souches dérivées de la moelle osseuse ont été impliqués dans la réparation vasculaire et contribuent à restaurer l'intégrité de l'endothélium. Les cellules progéniteurs CD34 positives ont été rapportées pour jouer un rôle important suite à une blessure de la paroi vasculaire en se liant aux plaquettes ou à la fibrine, modulant la formation du thrombus et participant à la ré-endothélialisation de la paroi vasculaire lésée. Parmi les cellules progéniteurs CD34 positives, les cellules endothéliales formant colonie (ECFC) ont été caractérisés comme présentant des propriétés endothéliale. La première partie de ce travail met en évidence un nouveau partenariat entre les neutrophiles et les ECFC. Par l'utilisation de la microscopie intravitale chez les souris, nous montrons que les neutrophiles recrutent les ECFC au site de lésion vasculaire induite par rayon laser. Ce recrutement est dépendant du PSGL-1 mais indépendant de l'expression de la P-sélectine. L'interaction avec les neutrophiles accroît le potentiel pro-angiogénique des ECFC in vitro. L'identification de ce nouveau partenariat entre les neutrophiles et les ECFC dans la formation de thrombus possède des implications potentiellement critiques dans le contrôle de l'angiogenèse.
La seconde partie de ce travail décrit une nouvelle méthode pour imager en temps réel le devenir des ECFCs in vivo. Nos résultats montrent que les ECFC s'accumule au site de lésion vasculaire.
En conclusion, ce travail démontre que les ECFC peuvent participer favoriser et réguler l'angiogenèse en interagissant avec les neutrophiles. / Thrombotic diseases are major cause of death in industrialized countries. Bone marrow derived progenitor cells have been implicated in vascular repair and contribute to restore the integrity of endothelium, thus constituting important partners for vascular wall restoration. CD34 positive progenitors cells were reported to play an important role following an injury of the vessel wall by binding to platelets or fibrin, modulating thrombus formation and participating in the re-endothelization of the injured vessel wall. Among CD34 positive progenitors cells, Endothelial Colony forming Cells (ECFCs) have been characterized as a unique subset displaying endothelial properties. The first part of this work described a new partnership between neutrophils and ECFCs. Using high- speed digital fluorescent intravital microscopy in living mice we show that neutrophils recruit ECFCs at the site of a laser-induced vessel injury via PSGL-1 axis independently of P-selectin. This interaction enhances the pro-angiogenic potential of ECFCs in vitro. The identification a new central partnership between neutrophils and ECFC in thrombus formation has critical potential implications to control angiogenesis.
The second part of this work, described a new method to image in real-time the homing and survival ECFCs in vivo. Our results show that ECFCs transducted with a gene coding for luciferase accumulates at site of vascular traumatism.
In conclusion, this work indicates that ECFCs may participate in the promotion and regulation of angiogenesis by interacting with neutrophils at a site of vascular traumatism.

Notre équipe a entrepris des travaux qui ont permis d’établir un lien causal entre la production autocrine de hGH et la stimulation des propriétés prolifératives, anti-apoptotiques, migratoires et invasives des cellules carcinomateuses mammaires humaines. Ces travaux permettent aujourd’hui de considérer l’action de la hGH autocrine comme celle d’un véritable oncogène. Mon travail de thèse s’est intéressé à comprendre les effets de la hGH autocrine dans la progression tumorale mammaire selon deux axes de recherche. Le premier étant de définir le rôle de la GH autocrine dans l’angiogenèse tumorale et le second de déterminer les interactions entre la voie de signalisation de la GH autocrine et la voie de signalisation Wnt. Nous avons démontré dans notre première étude que la production autocrine de hGH par les cellules carcinomateuses mammaires MCF7 favorise la prolifération, la survie, la migration et l’invasion des cellules micro-vasculaires endothéliales HMEC1, ainsi que leurs capacités à former des tubes in vitro. Ces effets cellulaires observés sont médiés par le GHR à exprimé sur les cellules endothéliales et sont la conséquence d’une augmentation d’expression du facteur pro-angiogénique VEGF-A. L’utilisation de l’antagoniste du VEGF-A, le bevacizumab, inhibe les effets vasculaires induits par la hGH autocrine. Ces effets retrouvés in vivo soulignent la pertinence de la production de GH autocrine par les cellules cancéreuses mammaires. Grâce à un modèle de xénogreffe de cellules carcinomateuses mammaires humaines nous avons montré que le développement soutenu de l’angiogenèse et de la lymphogenèse tumorales sont activés par la GH autocrine. La production de hGH autocrine par les cellules cancéreuses mammaires est donc un acteur de l’expansion du réseau vasculaire des cancers du sein. La voie de signalisation Wingless (Wnt) est un déterminant critique du contrôle cellulaire durant le développement mais également chez l’adulte. Nous avons démontré que la hGH autocrine stimule l’expression de différents acteurs de la voie Wnt et notamment la protéine sécrétée WNT4. Une surexpression de WNT4 est identifiée sur des biopsies de cancer du sein par rapport au sein normal. La production de WNT4 exerce un effet synergique avec la GH autocrine sur la stimulation de la prolifération des cellules carcinomateuses mammaires par un mécanisme dépendant de JAK2. Surexprimé dans des cellules épithéliales mammaires humaines, WNT4 stimule leurs propriétés prolifératives, anti-apoptotiques et migratoires et induit la formation de colonies en agar. Ces effets sont médiés par l’activation transcriptionnelle et traductionnelle de protéines clés du cycle et de la survie cellulaires. Des changements phénotypiques sont induits par la surexpression de WNT4 dans les cellules épithéliales mammaires et associés à l’augmentation d’expression de marqueurs mésenchymateux, d’acteurs du remodelage du cytosquelette et d’activateurs de la migration cellulaire. La progression tumorale mammaire humaine est donc induite par les effets autocrines de la hGH sur la production de WNT4 et la surexpression épithéliale mammaire de WNT4 permet l’établissement d’un phénotype pré-oncogénique / Studies of our group demonstrated that autocrine human growth hormone promotes proliferation, apoptotic resistance, invasion and migration of human mammary carcinoma cells. The objective of my Ph.D was to understand the role of autocrine hGH in mammary tumour progression following two aspects. On one hand, characterising its impact on tumour angiogenesis and then analysing the crosstalk between GH and Wnt signalling pathways. In the first part, we demonstrated that autocrine hGH from human mammary carcinoma cell line MCF- 7, stimulates proliferation, survival, migration and invasion of human microvascular endothelial cell line and enhances in vitro tubulogenesis. These effects are mediated through the hGHR and stimulates the expression of the proangiogenic factor VEGF-A. Antagonizing VEGF-A action with bevacizumab inhibited the proangiogenic actions of autocrine hGH in vitro. Using a xenograft nude mice model we have shown that sustained angiogenesis and lymphangiogenesis are activated by autocrine hGH production by mammary carcinoma cells. Thus, autocrine hGH participates in the expansion of the vascular network during breast cancer formation. The Wingless (Wnt) signalling pathway is an important actor during embryonic development and in the adult. Here, we showed that autocrine hGH stimulates the expression of several actors of the Wnt pathway, including WNT4. Human breast cancer biopsies overexpressed WNT4 as compared to normal breast. WNT4 production is JAK2 kinase-dependent and synergizes with autocrine hGH on mammary carcinoma cell proliferation. Forced expression of WNT4 in normal human mammary epithelial cell lines stimulates their proliferative, survival and migratory capacities and the formation of colonies in soft agar. These effects are mediated through the transcriptional and translational activation of key regulators of cell cycle and survival. Phenotypic changes are induced by forced expression of WNT4 in mammary epithelial cells and associated with increased expression of mesenchymal markers, cytoskeletal remodelling factors and cell migration activators. Human breast cancer progression is thus activated by autocrine effects of hGH on WNT4 expression and deregulated expression of WNT4 in mammary epithelial cells induces the establishment of a pre-tumorigenic phenotype

La thrombospondine-1 (TSP-1) est une glycoprotéine multi-modulaire exprimée de façon ubiquitaire qui régule de nombreux processus pathophysiologiques tels que l'adhérence cellulaire, la prolifération, l'apoptose, l'inflammation et les réponses cardiovasculaires. La TSP-1 est reconnue comme un acteur moléculaire majeur au sein du microenvironnement tumoral et constitue une cible de choix pour le développement d'agents thérapeutiques anti- cancéreux. L'interaction de la TSP-1 avec le récepteur membranaire CD47 est largement rapportée comme étant impliquée dans la progression tumorale et la mise en place d'une résistance aux traitements chiomiothérapeutiques. De ce fait, nous avons cherché à identifier et à caractériser un agent moléculaire novateur se comportant comme antagoniste sélectif de l'interaction TSP-1:CD47. Des expériences de docking protéine-protéine et de simulation moléculaire ont été réalisées afin de concevoir un nouveau peptide dérivé du CD47, nommé TAX2. Le peptide TAX2 empêche l'interaction de la TSP-1 avec le CD47, comme cela a été confirmé par co-immunoprécipitation et test ELISA. De manière intéressante, le peptide TAX2 inhibe la migration des cellules endothéliales, la formation de structures multi- cellulaires de type capillaire ainsi que le développement de micro-vaisseaux à partir d'explants aortiques. De façon cohérente avec ces observations, nos résultats mettent en évidence que le peptide TAX2 promeut la liaison de la TSP-1 au sein de complexes moléculaires comprenant le récepteur CD36, et inhibe en conséquence la voie de signalisation associée au VEGF et au VEGFR2. Enfin, une approche d'imagerie multi-modale et multi-échelles combinant des marquages histologiques, l'analyse de la densité micro-vasculaire, des analyses d'imagerie de résonance magnétique et d'imagerie infra-rouge à transformée de Fourier, ainsi qu'un suivi longitudinal par micro-tomographie à rayons X a été conduite afin de quantifier l'angiographie tumorale in vivo. Les résultats obtenus chez la souris C57Bl/6 révèlent que des administrations intra-péritonéales du peptide TAX2 perturbent fortement le réseau vasculaire associé à la tumeur de mélanome et induisent une importante nécrose tumorale entrainant l'effondrement de la tumeur. De plus, nous avons démontré que le peptide TAX2 inhibe considérablement la dissémination métastatique sans affecter les organes sains. Nous avons donc identifié le premier antagoniste sélectif de l'interaction TSP-1:CD47 qui, en contournant le problème des molécules existantes ciblant aveuglément le CD47, présente des activités anti-angiogéniques, anti-tumorales et anti-métastatiques in vivo qui pourraient à terme fournir de nouvelles approches thérapeutiques en pathologie tumorale. / Thrombospondin-1 (TSP-1) is a ubiquitously expressed multi-modular glycoprotein involved in many pathophysiological processes including regulation of cell adhesion, proliferation, apoptosis, inflammation and cardiovascular response. TSP-1 is recognized as a major molecular actor within tumor microenvironment and constitutes an exciting target for the development of useful therapeutic agents against tumorigenesis. TSP-1 binding to CD47 membrane receptors is widely reported to support tumor progression and may drive chemotherapeutic drug resistance. Thus, we sought to identify and characterize an innovative molecular agent acting as selective antagonist for TSP-1:CD47 interaction. Protein-protein docking and molecular dynamics simulations were conducted to design a novel CD47-derived peptide, called TAX2. TAX2 prevents TSP-1 binding to CD47, as revealed by ELISA binding assays and co-immunoprecipitation experiments. Interestingly, TAX2 inhibits endothelial cell migration, formation of multi-cellular capillary-like structures and sprouting of microvessels from aortic explants. Consistently, our data highlighted that TAX2 peptide promotes TSP-1 binding to CD36-containing complexes, leading to disruption of VEGF/VEGFR2 signaling. Furthermore, a multi-modal and multi-scale imaging approach was conducted combining histopathological staining, tumor-associated microvessel density, magnetic resonance imaging analysis, Fourier transform infrared imaging and micro-computed tomography monitoring for 3D quantification and longitudinal follow-up of tumor angiography in vivo. The results obtained from C57Bl/6 mice revealed that intraperitoneal administration of TAX2 highly disturbs melanoma tumor vascularization network, inducing an extensive tumor necrosis and subsequent tumor collapse. Furthermore, we demonstrated that TAX2 drastically inhibits the melanoma lung metastases dissemination without affecting healthy organs. Overall, we designed the first selective antagonist for TSP-1:CD47 interaction. By bypassing the problem of existing molecules blindly targeting CD47, we revealed that TAX2 exhibits anti- angiogenic, anti-tumor and anti-metastatic activities in vivo that could supply new innovative therapeutic approaches against malignant diseases.

<p>Maintenance of vascular homeostasis is an active process that is dependent on continuous signaling by the quiescent endothelial cells (ECs) that line mature vessels. Defects in vascular homeostasis contribute to numerous disorders of significant clinical impact including hypertension and atherosclerosis. The signaling pathways that are active in quiescent ECs are distinct from those that regulate angiogenesis but are comparatively poorly understood. Here we demonstrate that the previously uncharacterized scaffolding protein Caskin2 is a novel regulator of EC quiescence and that loss of Caskin2 in mice results in elevated blood pressure at baseline. Caskin2 is highly expressed in ECs from various vascular beds both in vitro and in vivo. When adenovirally expressed in vitro, Caskin2 inhibits EC proliferation and migration but promotes survival during hypoxia and nutrient deprivation. Likewise, loss of Caskin2 in vivo promotes increased vascular branching and permeability in mouse and zebrafish models. Caskin2 knockout mice are born in normal Mendelian ratios and appear grossly normal during early adulthood. However, they have consistently elevated systolic and diastolic blood pressure at baseline and significant context-dependent abnormalities in systemic metabolism (e.g., body weight, fat deposition, and glucose homeostasis). Although the precise molecular mechanisms of these effects remain unclear, we have shown that Caskin2 interacts with several proteins known to have important roles in endothelial biology and cardiovascular disease including the serine/threonine phosphatase PP1, the endothelial receptor Tie1, and eNOS, which is a critical regulator of vascular homeostasis. Ongoing work seeks to further characterize the functions of Caskin2 and its mechanisms of action with a focus on how Caskin2-mediated regulation of endothelial phenotype relates to its systemic effects on cardiovascular and metabolic function.</p> / Dissertation

<p>Tumor angiogenesis is critical to tumor growth and metastasis, yet much is unknown about the role vascular cells play in the tumor microenvironment. A major outstanding challenge associated with studying tumor angiogenesis is that existing preclinical models are limited in their recapitulation of in vivo cellular organization in 3D. This disparity highlights the need for better approaches to study the dynamic interplay of relevant cells and signaling molecules as they are organized in the tumor microenvironment. In this thesis, we combined 3D culture of lung adenocarcinoma cells with adjacent 3D microvascular cell culture in 2-layer cell-adhesive, proteolytically-degradable poly(ethylene glycol) (PEG)-based hydrogels to study tumor angiogenesis and the impacts of neovascularization on tumor cell behavior. </p><p>In initial studies, 344SQ cells, a highly metastatic, murine lung adenocarcinoma cell line, were characterized alone in 3D in PEG hydrogels. 344SQ cells formed spheroids in 3D culture and secreted proangiogenic growth factors into the conditioned media that significantly increased with exposure to transforming growth factor beta 1 (TGF-β1), a potent tumor progression-promoting factor. Vascular cells alone in hydrogels formed tubule networks with localized activated TGF-β1. To study cancer cell-vascular cell interactions, the engineered 2-layer tumor angiogenesis model with 344SQ and vascular cell layers was employed. Large, invasive 344SQ clusters developed at the interface between the layers, and were not evident further from the interface or in control hydrogels without vascular cells. A modified model with spatially restricted 344SQ and vascular cell layers confirmed that observed 344SQ cluster morphological changes required close proximity to vascular cells. Additionally, TGF-β1 inhibition blocked endothelial cell-driven 344SQ migration. </p><p>Two other lung adenocarcinoma cell lines were also explored in the tumor angiogenesis model: primary tumor-derived metastasis-incompetent, murine 393P cells and primary tumor-derived metastasis-capable human A549 cells. These lung cancer cells also formed spheroids in 3D culture and secreted proangiogenic growth factors into the conditioned media. Epithelial morphogenesis varied for the primary tumor-derived cell lines compared to 344SQ cells, with far less epithelial organization present in A549 spheroids. Additionally, 344SQ cells secreted the highest concentration of two of the three angiogenic growth factors assessed. This finding correlated to 344SQ exhibiting the most pronounced morphological response in the tumor angiogenesis model compared to the 393P and A549 cell lines. </p><p>Overall, this dissertation demonstrates the development of a novel 3D tumor angiogenesis model that was used to study vascular cell-cancer cell interactions in lung adenocarcinoma cell lines with varying metastatic capacities. Findings in this thesis have helped to elucidate the role of vascular cells in tumor progression and have identified differences in cancer cell behavior in vitro that correlate to metastatic capacity, thus highlighting the usefulness of this model platform for future discovery of novel tumor angiogenesis and tumor progression-promoting targets.</p> / Dissertation

La matrice extracellulaire joue un rôle très important dans la régulation de l’angiogenèse en procurant un support dans la formation des vaisseaux, en délivrant des facteurs endogènes pro- ou anti-angiogéniques. Nous avons montré que l’hypoxie induit une surexpression du gène COL5A1 dans les cellules endothéliales. Le laboratoire a identifié un fragment issu du collagène V, noté HEPV, qui contient un site de liaison à l’héparine, et qui montre des propriétés anti-angiogéniques remarquables. En effet, ce fragment est capable d’inhiber la prolifération et la migration des cellules endothéliales vasculaires et leur maturation en tubes endothéliaux. Les résultats obtenus montrent qu’HEPV est capable d’empêcher la phosphorylation de ERK1/2 et de Akt induite par le FGF-2 et donc la réponse aux stimuli mitogènes induits par FGF-2. De plus, une étude transcriptomique réalisée sur des cellules endothéliales traitées ou non par HEPV a révélé que HEPV est capable d’induire l’expression de COL4A1 et COL18A, gènes codant pour des collagènes qui peuvent aussi être clivés et libérer des facteurs anti-angiogéniques. Finalement, nous avons utilisé un modèle d’angiogenèse murin afin de valider in vivo l’activité anti-angiogénique d’HEPV. Ces expériences montrent que le peptide injecté en intraveineuse s’accumule au site d’angiogenèse en se fixant sur les vaisseaux en formation, et est capable d’inhiber l’angiogenèse induite par le FGF-2, alors qu’un peptide contrôle muté sur le site de liaison à l’héparine n’a aucun effet. Ce peptide est capable également d’inhiber efficacement l’angiogenèse tumorale, une inhibition qui se traduit par un ralentissement de la croissance de la tumeur / The basement membrane plays an important role in angiogenesis by providing support necessary for blood vessel formation and supplying endogenous pro- and anti-angiogenic factors that condition the endothelial cells behavior. CoLV is present at the vicinity of endothelial cell basement membrane? We previously showed that a fragment derived from COLV a1, named HEPV, contains a functional heparin binding site, inhibits specifically endothelial cell proliferation and migration and disrupts endothelial tube formation. Prolonged treatment with HEPV results in the activation of collagen IV a1 and collagene XVIII a1 expression, the parental molecules of the anti-angiogenic fragments arresten and endostatin respectively. Heparin binding sites have been involved in the regulation of FGF2-induced angiogenesis. Soluble HEPV significantly inhibits phosphorylation of ERK1/2 and AKT in FGF2-stimuled endothelial cells. Moreover, in vivo experimentation using the mouse angiogenesis subcutaneous sponge assay shows that HEPV accumulates at angiogenic sites and inhibits FGF-2-induced angiogenesis. HEPV also significantly lowers intra-tumoral angiogenesis and tumor xenograft growth in nude mice. We also showed that hypoxia, the major angiogenesis-inducing factor, induces Collagen V production by endothelial cells and the release of a fragment encompassing HEPV into the culture medium. Finally, the released of HEPV-containing fragments in vivo was attested by the immunodetection of the fragment with specific antibodies in human breast cancer in which collagen V is overexpressed. Collectively, our results qualify HEPV as a new endogenous regulator angiogenesis with possible application in cancer therapy