La plupart des traitements anticancéreux induisent l'apoptose des cellules tumorales in vitro comme in vivo. Les agents anticancéreux classiques agissent au niveau de cibles primitives, principalement localisées au niveau nucléaire, et activent consécutivement les différentes voies apoptotiques conduisant au stade ultime à la mort des cellules. Cependant, la résistance à l'induction de l'apoptose par les agents chimiothérapeutiques classiques reste un problème crucial. De nouvelles approches ont été développées pour dépasser la résistance à l'apoptose. Parmi elles, le ciblage de la mitochondrie apparaît comme une stratégie prometteuse pour tuer les cellules cancéreuses résistantes. Ainsi, de nouvelles molécules ciblant la mitochondrie ont été identifiées. Parmi celles-ci, notre laboratoire s'est intéressé aux Lamellarines, alcaloïdes pyrroliques hexacycliques d'origine marine. Outre leur effet inhibiteur des topoisomérases-I nucléaires, elles agissent également sur les mitochondries des cellules cancéreuses. Mon travail a consisté 1) à évaluer l'avantage des Lamellarines dans le traitement de lignées de cellules cancéreuses résistantes, défaillantes dans les voies apoptotiques (cas des carcinomes pulmonaires non à petites cellules, NSCLC) et 2) à décrypter les voies apoptotiques déclenchées par les Lamellarines. Ainsi, 1) sur les cellules NSCLC hautement résistantes à l'apoptose induite par les chimiothérapies classiques, nous avons évalué deux agents anticancéreux potentiels de la famille des Lamellarines. La Lamellarine-D (Lam-D) et son dérivé de synthèse PM031379 agissent directement sur la mitochondrie, induisant l'activation de Bax, la libération mitochondriale de cytochrome-c et d'AIF, et l'activation de la caspase-3. Cependant, seul le PM031379 induit la mort cellulaire qui s'accompagne de la translocation nucléaire d'AIF. De plus, cet effet létal nécessite la production d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) d'origine exclusivement mitochondriale. Ces résultats ont permis de comprendre les mécanismes permettant de restaurer l'apoptose des cellules chimiorésistantes. 2) La seconde partie de ce travail a consisté à caractériser les voies apoptotiques déclenchées par la Lam-D en évaluant précisément le rôle du noyau et des mitochondries dans son effet pro-apoptotique. La Lam-D exerce une remarquable cytotoxicité envers un large panel de tumeurs. A des concentrations de l'ordre du micromolaire, elle provoque l'apoptose nucléaire dans les cellules leucémiques sans blocage du cycle cellulaire. Les signaux transmis par la Lam-D initient l'apoptose via la voie apoptotique intrinsèque mitochondriale, activant Bax et réduisant les taux des protéines anti-apoptotiques Bcl-2 et cIAP2, en association avec l'activation des caspases-9 et -3. Nos résultats ont également permis d'évincer l'implication de la voie apoptotique extrinsèque dans la mort cellulaire induite par la Lam-D. Par ailleurs, la Lam-D engendre une réponse aux dommages à l'ADN générés par son effet inhibiteur de topoisomérase-I, résultant en la phosphorylation de l'histone H2AXγ, l'expression de la protéine de réparation Rad51 et de p53. Grâce à diverses lignées de cellules cancéreuses, nous avons également démontré que les mécanismes apoptotiques induits par la Lam-D sont indépendants du statut p53 des cellules tumorales. De plus, des cellules dépourvues de noyau (cytoplastes) subissent aussi l'apoptose induite par la Lam-D. L'ensemble de ces résultats démontre que la Lam-D ne nécessite pas la signalisation nucléaire pour promouvoir la mort des cellules cancéreuses et que la mitochondrie est la cible primordiale responsable de son effet pro-apoptotique. Ainsi, la Lamellarine-D et ses dérivés de synthèses, de part leur mécanisme d'action original ciblant directement les mitochondries, sont capables d'induire l'apoptose de cellules tumorales y compris résistantes aux chimiothérapies classiques (NSCLC, mélanomes).

Avec environ 700 000 décès en 2008, le carcinome hépatocellulaire se situe au 3ème rang de la mortalité par cancers dans le monde. La chimioembolisation est le traitement recommandé chez les patients atteints d'un carcinome hépatocellulaire de stade intermédiaire B de la classification Barcelona Clinic Liver Cancer. Cette technique de radiologie interventionnelle consiste en l'injection intraartérielle d'un agent anticancéreux à l'aide d'un vecteur (lipiodol ou microsphères d'embolisation) complétée par une occlusion artérielle lorsque le lipiodol est utilisé. La médiane de survie des patients traités par chimioembolisation pour un carcinome hépatocellulaire n'excède pas 2 ans et il n'existe aucun consensus sur la procédure optimale.L'objectif de notre travail est d'essayer d'améliorer la procédure de chimioembolisation en optimisant d'une part l'agent anticancéreux et d'autre part, son vecteur.Il a été démontré au cours d'un travail de sélection in vitro, que l'idarubicine est l'agent anticancéreux le plus cytotoxique sur 3 lignées humaines de carcinome hépatocellulaire. Cette anthracycline présente une cytotoxicité supérieure à 10 autres agents anticancéreux dont ceux utilisés en pratique clinique pour la chimioembolisation des carcinomes hépatocellulaires.L'essai de chimioembolisation de phase II randomisé LIPIOAMIO a montré que l'addition d'amiodarone utilisé pour stabiliser une émulsion à base de lipiodol et d'anthracycline n'augmente pas signicativement la survie des patients atteints d'un carcinome hépatocellulaire non résécable non métastatique. Nous avons par ailleurs montré que l'idarubicine était chargeable et donnait une solution stable plusieurs mois avec les microsphères d'embolisation DC Bead™. Un essai de phase I est en cours pour déterminer la dose limitante de l'idarubicine administrée dans une solution de microsphères DC Bead™ au cours d'une séance de chimioembolisation chez des patients atteints d'un carcinome hépatocellulaire non résécable, non métastatique. Quelques résultats préliminaires de cet essai sont présentés dans le manuscrit.

La cycloaddition 1,3-dipolaire catalysée par le cuivre(I) entre un azoture et un alcyne (CuAAC), réaction de " chimie click " par excellence, suscite un grand intérêt en raison de son efficacité et de sa versatilité. L'objectif premier de cette thèse est d'appliquer cette réaction pour l'élaboration de structures 1,2,3-triazoles fonctionnalisées, en vue d'obtenir des ligands jouant le rôle de " pince à platine ". Les complexes de platine biologiquement actifs rapportés sont de type mono- ou bi-nucléaire et comportent un ou deux cycles triazole. Les complexes obtenus ont fait l'objet d'une étude in vitro d'interaction avec des nucléosides et de l'ADN soit sous forme d'hairpin (épingle à cheveux) soit sous forme plasmidique. Nos complexes ont montrés une réactivité similaire à celle du cisplatine, qui est la métallodrogue de référence. En parallèle, nous présentons les propriétés catalytiques et biologiques de complexes cuivre(I)-NHC (Carbène N-Hétérocyclique), dérivés du [CuCl(SIMes)], mis au point par Nolan et al. Dans un premier temps, un criblage d'activités catalytiques a été réalisé avec divers additifs aromatiques azotés afin d'améliorer l'efficacité de la CuAAC. Dans un deuxième temps, la cytotoxicité et l'activité antitumorale du complexe [CuCl(SIMes)] ont été considérées sur plusieurs lignées cellulaires. Nous rapportons ici, le premier exemple de cuivre(I)-NHC biologiquement actif, présentant une activité largement supérieure à celle du cisplatine. Enfin, la réactivité de ce complexe avec de l‟ADN plasmidique a été évaluée in vitro et nous rapportons sa capacité à couper l‟ADN.

La plupart des molécules utilisées en chimiothérapie conventionnelle, bien qu’ayant des cibles moléculaires différentes, induisent dans la majorité des cas une mort cellulaire par apoptose. Or, de plus en plus de chimiorésistances se rencontrent au niveau des cellules cancéreuses vis-à-vis de ce type de molécules. Face à cette situation il devient urgent de trouver des molécules ayant des mécanismes d’action différents et capables de court-circuiter spécifiquement les mécanismes de résistance des cellules cancéreuses. <p>La stratégie mise en place lors de ce travail a été de partir d’une molécule naturelle issue d’un extrait de la racine de Glycyrrhiza glabra qui présentait déjà une activité anti tumorale marquée. L’intérêt du travail a été de dériver l’acide 18β-glycyrrhétinique de manière originale afin de potentialiser son effet anticancéreux, notamment vis-à-vis de huit lignées cellulaires présentant des résistances plus ou moins marquées aux stimuli pro-apoptotiques. Ainsi après avoir caractérisé la pureté et la stabilité de cette série de nouvelles molécules, nous avons retenu les dérivés les plus intéressants en termes d’inhibition in vitro de la prolifération cellulaire. Sur base de ce premier choix, nous avons investigué des cibles spécifiques décrites dans la littérature pour les hémidérivés de l’acide 18β-glycyrrhétinique :le protéasome 26S et le récepteur nucléaire PPARγ. Cette étude nous a permis de retenir un dérivé en particulier capable d’inhiber à 50% les trois sites catalytiques du protéasome sans toutefois inhiber PPARγ :le N-(2-{3-[3,5-bis(trifluoromethyl)phenyl]ureido}ethyl)-glycyrrhetinamide (6b). Nous avons ensuite évalué ce composé sur un ensemble de 333 kinases afin de déterminer un profil antitumoral plus large pour ce type de molécule. <p>Le profil pharmacologique in vitro de ce dérivé de l’acide 18β-glycyrrhétinique nous a amenés à étudier son comportement in vivo chez la souris saine. A cette fin, une étude de préformulation nous a permis de définir une formulation galénique optimale pour ce composé, la nanoémulsion qui a servi à déterminer une dose maximale tolérée (indice DMT) par la souris saine. Nous avons ensuite travaillé à une dose non toxique pour déterminer le profil pharmacocinétique plasmatique chez la souris saine, par voie d’administration intraveineuse et par voie orale. <p>Les conclusions de cette étude nous montrent que le dérivé de l’acide 18β-glycyrrhétinique que nous avons mis au point présente de remarquables caractéristiques pharmacologiques in vitro et un comportement in vivo proche de la molécule naturelle. Des études d’activité in vivo devraient débuter prochainement.<p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

The search for more effective treatment strategies in melanoma led to many new innovative approaches aiming at different molecular targets. Chemotherapy still remains the most effective treatment and many efforts are put in order to improve targeting and delivery of the chemotherapeutic agents. Among these, peptide conjugates of anticancer drugs were designed to increase stability, cell penetration, specificity and accumulation in cancer cells. We as well as others evaluated such a conjugate, termed PSF (L-prolyl-m-L-sarcolysyl-L-p-fluorophenylalanine-ethylester) in terms of its cytotoxicity in vitro and in vivo using a human melanoma tumor as a model, its stability, transport, and metabolisation. <p>By comparing the cytotoxicity of PSF and melphalan towards different cancer primary melanoma cell cultures, we noticed some interesting observations: PSF displayed the same toxicity pattern both in short (2h) and long term (24h) cell exposures whereas melphalan and m-sarcolysin needed long term exposure to reach the same toxicity. This could indicate that PSF very quickly penetrates the cells in accordance with what has been shown with red blood cells (RBCs). PSF has shown a much better and quicker penetration into the cells in vitro as compared to melphalan. <p>In this present work, the cytotoxic effect of PSF was further evaluated in vivo using a standardized nude mice tumor model bearing a human melanoma. First, the acute toxicity in rats and mice and the maximum tolerated dose were determined. After a dose-escalation study one dose was singled out and tested as a single dose and as a fractionated dose. PSF was able to reach the tumor site and a dose-response relationship was observed. The IP administration of fractionated doses of PSF had significantly better effect on tumor growth inhibition, regression and regrowth than single dose administration and this without any evidence for general toxicity monitored by animal weight loss. We also compared the efficacy of PSF to its parent drug m-sarcolysin, melphalan and cyclophosphamide and observed that PSF was much more active than both melphalan and m-sarcolysin at the same molar doses.<p>Body distribution of the 14C-labelled PSF revealed ratios of 2.4 and 1.5 compared to muscle tissue for the two melanoma tumors evaluated with no significant and stable accumulation in any vital organ. The amount of tracer was still high in the blood after 24 hours explaining the high radioactivity in the kidney and partly in the liver. Interestingly, the spleen had an unusual high radioactivity uptake reflecting the exceptional binding of the tracer to blood cells (BC), while the pancreas very high load was an indicator of protease-mediated specific delivery and strongly support our hypothesis elaborated on the basis of in vitro results. <p><p>Our in vitro data point to a particular mechanism of action of PSF based on the transport of PSF through the body by the rapid binding to blood cells and the delivery at the tumor site by the subsequent release of its active metabolites due to cleavage by tumor-associated proteases.<p>Concerning the binding of PSF to membranes and its transport the following observations were made: while PSF was stable in human plasma, it disappeared very quickly in whole blood along with the generation of a main metabolite: m-sarcolysin. The presence of BC membranes was required for both binding and generating the metabolites. Binding to natural or artificial membranes was achieved and only competition with melanoma cells or proteolytic enzymes such as dispase, led to the generation of active metabolites. The different metabolites were isolated using preparative LC and were then identified using Electrospray Ionisation Mass Spectrometry (ESI). Three metabolites, of which m-sarcolysin was the main one, were identified all bearing the chloroethyl alkylating group. <p>Enzymatic catalysis was further supported by a set of experiments where the enzymatic activity was non-specifically and specifically inhibited. In order to look at the effect of extracellular matrix proteases on PSF, three representatives of ECM proteases were incubated with PSF: collagenase A had no effect, but both dispase and trypsine were able to process PSF. <p>The following data indicate the higher processing of PSF in the presence of cells with a higher proteolytic activity and thus the delivery of the blood cell-bound PSF. When comparing BC with melanoma cells (MC), the latter showed a higher ability to bind and process PSF both by membrane-associated and most interestingly soluble proteases. A lot of families of enzymes are reported to be overexpressed by melanoma cells including: metalloproteases, cysteine cathepsins, serine proteases and aminopeptidases. All the melanoma cells and cell lines evaluated were able to generate PSF active metabolites. <p>To identify the families of enzymes expressed on the membrane of melanoma cells that might be involved in the mechanism of action of PSF, we performed 2D-gel electrophoresis on their membrane extracts. The 2D-gels experiments revealed the presence of proteins compatible with enzymes known to be important in melanoma and further work is needed to identify the individual enzymes involved by using mass spectrometry and Western blotting. <p><p>Both our in vitro and in vivo findings strongly suggest that not only melanoma tumor cells and tumor sites but other types of tumors as well may be targets for the toxic activity of PSF owing to their much higher load in proteolytic enzymes that are closely related to their invasive potential. The transport of PSF by the blood cells and the release of its metabolites at the tumor site result in a low amount of drug in its free soluble form within the blood and this may explain the relatively lower side-effects observed. PSF is thus expected to have a much better therapeutic index than conventional alkylating agents. This original mechanism of drug delivery may well be extended to other cancer and non-cancer drugs than alkylating agents.<p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les travaux réalisés au cours de cette Thèse avaient pour but de caractériser au niveau fonctionnel la protéine FAM110B, identifiée au laboratoire il y a plusieurs années par une méthode de sélection d’éléments génétiques suppresseurs destinée à rechercher de nouveaux gènes impliqués dans la sensibilité à un inhibiteur de Topoisomérase II, la 9-hydroxyéllipticine. Localisée au niveau cytoplasmique et très conservée chez les mammifères, FAM110B est essentielle à la survie comme le montre le blocage en phase S des cellules dans lesquelles son expression est transitoirement diminuée. Sa répression conduit d’ailleurs à l’inhibition de plusieurs voies impliquées dans la prolifération cellulaire comme les voies Wnt, Notch ou TGF-. Les résultats que nous avons obtenus suggèrent que ce rôle dans la prolifération peut être régulé par l’interaction de FAM110B avec la β-caténine. Cette interaction régule le niveau d’expression de la β-caténine et/ou sa localisation, ce qui a pour conséquence directe de moduler l’expression de ses gènes cibles impliqués dans la prolifération cellulaire. Nous avons également démontré que FAM110B intervient dans les processus de migration cellulaire en régulant directement ou indirectement l’expression de la E-cadhérine par la modulation sélective de l’expression d’un de ses répresseurs, Slug. L’augmentation de l’expression de la E-cadhérine dans des cellules sousexprimant FAM110B est accompagnée d’une diminution de l’expression de la N-cadhérine, un phénomène qui est fréquemment observé lors de la reverse EMT, passage d’un stade mésenchymateux à un stade épithélial au cours duquel, des cellules à caractère invasif et métastatique acquièrent des propriétés adhésives associées à une perte de leur propriétés de migration et d’invasion. Enfin, nous avons pu démontrer que FAM110B est également impliquée dans la sensibilité cellulaire à divers agents anticancéreux. Sa répression induit une sensibilisation à la camptothécine et au cisplatine alors qu’elle confère une résistance aux poisons de tubuline (taxol et vincritine) et aux inhibiteurs de Topoisomérases II par diminution du nombre de complexes de clivage ADN-enzyme associée à une réduction du niveau de Topo2 dont on ne connait pas encore l’origine. L’ensemble de nos résultats confirment l’importance de FAM110B dans la migration et la prolifération cellulaire ainsi que dans la réponse aux stress induits par diverses classes d’agents anticancéreux. De ce fait, FAM110B peut être considérée comme une nouvelle cible potentielle en cancérologie et son inhibition être utilisée pour potentialiser l’action de thérapeutiques existantes tels que les dérivés de la camptothécine ou les dérivés du platine qui sont largement utilisés en clinique. / FAM110B is a new protein that was identified several years ago in our laboratory by a functional screen, the selection of genetic suppressor elements (GSEs), which goal was to identify new genes involved in the cellular sensitivity to the topoisomerase II inhibitor 9-hydroxyellipticine. FAM110B is localized in the cytoplasm and is extremely conserved across mammals. We found that FAM110B is essential for cell survival, as its transient repression induces a blockage in the S phase of the cell cycle. Its repression also induces the inhibition of various pathways involved in the regulation of cell proliferation, such as Wnt, Notch or TGF-. Our results suggest that its role in cell proliferation relies on FAM110B interaction with β-catenin. This interaction regulates β-catenin expression and its subcellular localization, which directly impacts on the expression of its target genes involved in cell proliferation. We have also demonstrated that FAM110B is involved in cell migration by regulating the expression of E-cadherin via the specific modulation of one of its repressors, Slug. Increase in E-cadherin expression in cells with downregulated FAM110B is accompanied by a decrease in N-cadherin expression, a phenomenon which is reminiscent of a reverse EMT i.e. a mesenchymal to epithelial transition which is characterized by a loss of invasiveness and metastatic potential. Finally, we also showed that FAM110B is involved in the regulation of the cellular sensitivity to various anticancer agents. Transient repression of FAM110B sensitizes cells to camptothecin and cisplatin, whereas it confers a resistant phenotype to tubuline poisons (taxol and vincristine) and Top2 inhibitors. This latter effect is accompanied by a reduction in DNA-Topo2 cleavage complexes due to a reduction in Topo2 levels by a mechanism which is not fully elucidated. Together, our results confirm the importance of FAM110B in essential processes such as migration, cell proliferation, and cell response to various stresses induced by chemotherapeutic agents. Therefore, FAM110B can be considered as a new potential target for cancer treatment and its inhibition can also be used to potentiate existing treatments such as camptothecin derivatives and platinum compounds that are widely used in the clinic.

Il existe une littérature abondante sur les mécanismes cellulaires de résistance à la chimiothérapie, décrivant notamment les pompes d’efflux, les modifications des cibles (comme les topoisomérases) ou les altérations de l’apoptose. Peu de publications s’intéressent aux mécanismes de chimiorésistance liée au microenvironnement tumoral. Les agents anticancéreux doivent traverser l’interstitium tumoral pour atteindre toutes les cellules (dont les cellules hypoxiques éloignées des vaisseaux sanguins) à des concentrations suffisantes pour être létales. Les modèles de culture cellulaire en couches multiples ont permis de montrer la faible pénétration des molécules de chimiothérapie. Les techniques d’immunohistochimie permettent une mesure quantitative de la distribution de ces molécules à partir des vaisseaux sanguins. Nous avons évalué la pénétration de plusieurs inhibiteurs de topoisomérases : topotécan, doxorubicine, mitoxantrone et banoxantrone. Nous avons comparé la distribution de ces molécules à travers des tissus sains et des tissus tumoraux, démontrant la pénétration limitée des molécules de chimiothérapie dans les tumeurs. Par contre, nous avons montré que la banoxantrone pénètre rapidement et de façon uniforme. Cette pro-drogue est convertit en AQ4 (un inhibiteur de topoisomérase II ressemblant à la mitoxantrone) en condition d’hypoxie. La mitoxantrone cible les cellules bien oxygénées et AQ4 cible les cellules hypoxiques. Cette combinaison de traitement aboutit à une distribution intratumorale complémentaire et à une amélioration de l’activité antitumorale. Ainsi, optimiser la pénétration des chimiothérapies et/ou cibler spécifiquement les cellules hypoxiques peut contourner la chimiorésistance liée au microenvironnement tumoral. / There is a vast literature about mechanisms that lead to drug resistance of individual cancer cells, including drug export pumps, changes in expression of targets (such as topoisomerases) or alterations in apoptosis. A smaller number of publications has drawn attention to causes of drug resistance that depend on the solid tumour microenvironment. Drugs must penetrate the extra-vascular space to reach all of the cancer cells (including cells far from blood vessels in hypoxic condition) in sufficient concentration to cause lethal toxicity. Model systems such as multilayered cell cultures provide direct evidence of poor drug penetration through tumour tissue. In vivo techniques using quantitative immunohistochemistry allow studying drug distribution as a function of distance from the nearest blood vessel. We have evaluated the penetration of several topoisomerase inhibitors: topotecan, doxorubicine, mitoxantrone and banoxantrone (AQ4N). We have compared the distribution of these drugs through normal and tumour tissue, demonstrating the limited perivascular distribution of conventional chemotherapies in tumour. We have also showed the rapid and uniform penetration of banoxantrone. This pro-drug is reduced to AQ4 (a topoisomérase II inhibitor of similar structure to mitoxantrone) under hypoxic condition. The targeting of mitoxantrone to oxygenated regions and AQ4 to hypoxic tumour regions resulted in effective drug exposure over the entire tumour and increased tumour growth delay compared with either drug alone. Improving drug penetration and/or targeting hypoxic tumour cells may overcome chemoresistance due to the tumour microenvironment.

Avec environ 700 000 décès en 2008, le carcinome hépatocellulaire se situe au 3ème rang de la mortalité par cancers dans le monde. La chimioembolisation est le traitement recommandé chez les patients atteints d’un carcinome hépatocellulaire de stade intermédiaire B de la classification Barcelona Clinic Liver Cancer. Cette technique de radiologie interventionnelle consiste en l’injection intraartérielle d’un agent anticancéreux à l’aide d’un vecteur (lipiodol ou microsphères d’embolisation) complétée par une occlusion artérielle lorsque le lipiodol est utilisé. La médiane de survie des patients traités par chimioembolisation pour un carcinome hépatocellulaire n’excède pas 2 ans et il n’existe aucun consensus sur la procédure optimale.L’objectif de notre travail est d’essayer d’améliorer la procédure de chimioembolisation en optimisant d’une part l’agent anticancéreux et d’autre part, son vecteur.Il a été démontré au cours d’un travail de sélection in vitro, que l’idarubicine est l’agent anticancéreux le plus cytotoxique sur 3 lignées humaines de carcinome hépatocellulaire. Cette anthracycline présente une cytotoxicité supérieure à 10 autres agents anticancéreux dont ceux utilisés en pratique clinique pour la chimioembolisation des carcinomes hépatocellulaires.L’essai de chimioembolisation de phase II randomisé LIPIOAMIO a montré que l’addition d’amiodarone utilisé pour stabiliser une émulsion à base de lipiodol et d’anthracycline n’augmente pas signicativement la survie des patients atteints d’un carcinome hépatocellulaire non résécable non métastatique. Nous avons par ailleurs montré que l’idarubicine était chargeable et donnait une solution stable plusieurs mois avec les microsphères d’embolisation DC Bead™. Un essai de phase I est en cours pour déterminer la dose limitante de l’idarubicine administrée dans une solution de microsphères DC Bead™ au cours d’une séance de chimioembolisation chez des patients atteints d’un carcinome hépatocellulaire non résécable, non métastatique. Quelques résultats préliminaires de cet essai sont présentés dans le manuscrit. / With 700,000 deaths in 2008, hepatocellular carcinoma is the 3rd most common cause of cancer-related death worldwide. Transarterial chemoembolization is the standard treatment for intermediate-stage hepatocellular carcinoma. This intraarterial treatment is performed by injecting an anticancer drug carried by ethiodized oil or by drug-eluting beads and followed by the occlusion of the artery when ethiodized oil is used. Median survival of patients remains < 2 years, and there is no consensus about the optimal treatment regimen. The aim of our work was to improve the efficacy of transarterial chemoembolization in optimizing the anticancer drug and its carrier.We have demonstrated that idarubicin was the most cytotoxic anticancer drug in an in vitro screening study of 11 anticancer drugs on 3 human hepatocellular carcinoma cell lines. Idarubicin was more cytotoxic in our experiment than the anticancer drugs which are currently used for transarterial chemoembolization of hepatocellular carcinoma.The randomized LIPIOAMIO phase II trial has shown that the addition of amiodarone to stabilize an emulsion composed of an anthracycline and of ethiodized oil injected for transarterial chemoembolization does not improve significantly survival of patients with a non resectable, non metastatic hepatocellular carcinoma. We have also demonstrated that idarubicin could be loaded in drug-eluting DC Bead™ and that the resulting solution was stable during several months.We designed the dose-escalation IDASPHERE phase I trial to determine the limiting dose of idarubicin administred in a solution of drug-eluting DC Bead™ during a transarterial chemoembolization session in patients with non resectable, non metastatic hepatocellular carcinoma. First results of the trial are presented in the manuscript.

Le cancer colorectal (CCR) est l’un des cancers les plus diagnostiqués dans le monde mais surtout le 2ème cancerle plus mortel. Malgré les progrès de la recherche médicale dans les traitements anticancéreux, de nombreux effetssecondaires subsistent chez les patients ainsi que l’apparition de résistances aux traitements conventionnels. Ledéveloppement de nouvelles stratégies thérapeutiques anticancéreuses est donc nécessaire afin d’améliorer la priseen charge de ces patients. La thérapie photodynamique (PDT) utilisant des photosensibilisateurs (PS) se présentecomme une stratégie thérapeutique innovante limitant fortement ces effets secondaires indésirables. La PDT a étéapprouvée pour le traitement de certains cancers grâce à la génération d’espèces réactives de l’oxygènecytotoxiques uniquement après photoactivation des PS. Cependant, une faible solubilité et un manque de sélectivitédes PS vis à vis des sites tumoraux sont les principales limites en clinique. En effet, l’administration ciblée demédicaments est un point essentiel dans la thérapie anticancéreuse. La nanomédecine par l’utilisation denanoparticules permet d’améliorer le ciblage tumoral car elles sont capables de s’accumuler spontanément dansles tumeurs solides grâce à l’effet de perméabilité et de rétention accrue. L’objectif de cette étude a été dedémontrer l’intérêt de la vectorisation de la 5-(4-hydroxyphényl)-10,15,20-triphénylporphyrine-xylane (TPPOHX)sur des nanoparticules de silice (SNPs) afin d’augmenter l’efficacité anticancéreuse par un meilleur ciblagetumoral du traitement. Il a été démontré une augmentation significative de l’efficacité anticancéreuse des TPPOHXSNPs-PDT grâce à l’amélioration de l’internalisation cellulaire par rapport à la TPPOH libre-PDT sur 3 lignéescellulaires de CCR humain. De plus, il a été caractérisé que la mort cellulaire induite par les TPPOH-X SNPs-PDTest dépendante de la voie apoptotique et que l’autophagie joue un rôle de résistance à la mort cellulaire. Par ailleurs,in vivo et en l’absence de toxicité, les TPPOH-X SNPs-PDT induisent une augmentation de l’efficacitéanticancéreuse grâce à un meilleur ciblage tumoral par rapport à la TPPOH libre-PDT. Cette étude a donc permisde démontrer l’intérêt de la combinaison de la PDT et de la nanomédecine afin d’améliorer les futurs traitementsanticancéreux. / Colorectal cancer (CRC) is one of the most common cancer globally but above all the second leading cause ofdeath for oncological reasons. Despite medical research advances in anti-cancer treatments, many side effectspersist in patients as well as development of resistances to conventional treatments. The development of new anticancertherapeutic strategies is necessary in order to improve care of patients. Photodynamic therapy (PDT) usingphotosensitizers (PS) comes as an innovative therapeutic strategy severely restricting these undesirable sideeffects. PDT has been approved for treatment of some cancers due to the generation of cytotoxic reactive oxygenspecies only with photoactivated PS. However, low physiological solubility and lack of selectivity towards tumorsites are the main limitations of their clinical use. Indeed, targeted drug delivery is a crucial point in cancer therapy.Nanomedicine through the use of nanoparticles improves tumor-targeting because they are able to spontaneouslyaccumulate in solid tumors through an enhanced permeability and retention effect. The purpose of this study wasto prove added value of 5-(4-hydroxyphenyl)-10,15,20-triphenylporphyrin-xylan (TPPOH-X) vectorization bysilica nanoparticles (SNPs) in order to enhance anti-cancer efficacy through better tumor-targeting. It has beendemonstrated significant anti-cancer efficacy increase of TPPOH-X SNPs-PDT thanks to cellular uptakeimprovement relative to free TPPOH-PDT in 3 human CRC cell lines. Moreover, it has been characterized thatcell death induced by TPPOH-X SNPs-PDT is conducted via apoptosis and autophagy acts as a resistance pathwayto cell death. Furthermore, in vivo and without toxicity, TPPOH-X SNPs-PDT induce an elevated anti-cancerefficacy through improvement of tumor-targeting compared to free TPPOH-PDT. This study therefore highlightedthe added value of PDT and nanomedicine combination in order to improve future cancer treatments.

L’équilibre rédox entre les niveaux des espèces réactives de l’oxygène et de l’azote (ROS, RNS) et les espèces antioxydantes cellulaires est déterminant pour le fonctionnement normal de la cellule et sa viabilité. Le déséquilibre redox ou « stress oxydant » peut altérer les voies de signalisation cellulaires et générer des dommages sur les protéines, les lipides et l’ADN des cellules. Il est ainsi associé à de nombreuses pathologies, notamment les cancers. Les cellules cancéreuses présentent une dérégulation redox importante et un stress oxydant basal intrinsèque plus élevé par rapport aux cellules normales. Elles sont donc très dépendantes des systèmes antioxydants pour leur viabilité. Ainsi, l’administration de drogues qui i) génèrent des ROS / RNS additionnelles ou ii) inhibent les systèmes antioxydant cellulaires, permet une cytotoxicité sélective contre les cellules cancéreuses. C’est la base biologique de la « thérapie anticancéreuse basée sur la modulation de l’équilibre redox». Dans ce contexte, nos travaux ont pour but de décrypter les mécanismes redox derrière l’activité anticancéreuse de la vitamine C (VitC) et de l’auranofin (AUF), seuls ou en combinaison, dans le modèle du cancer du sein. La VitC à des concentrations pharmacologiques élevées présente des propriétés pro-oxydantes. Dans cette étude, l’activité anticancéreuse de la VitC contre les lignées du cancer du sein est associée à une génération extracellulaire et intracellulaire de peroxyde d'hydrogène (H₂O₂) accompagnée d'une oxydation intracellulaire du glutathion (GSH). L’approche protéomique «redoxome» a révélé que la VitC induit une altération de l'état rédox d’enzymes antioxydantes clés et d'un certain nombre de protéines contenant des cystéines, impliquées dans les métabolismes de l’ARN et l’ADN et dans les processus énergétiques. La VitC est également responsable d’un retard dans la progression du cycle cellulaire et d’une inhibition de la traduction. Finalement, des analyses bioinformatiques ont montré que les niveaux d'expression de la peroxiredoxine 1 (PRDX1) sont corrélés à la cytotoxicité différentielle de la VitC dans les cellules cancéreuses du sein. L'AUF, un antirhumatismal, est un inhibiteur des thiorédoxines réductases qui a reçu une attention croissante pour son activité anticancéreuse. Nos travaux montrent que l’AUF inhibe également le système antioxydant du GSH et que cette inhibition est primordiale pour son activité anticancéreuse. L’AUF modifie l'état redox de nombreuses protéines impliquées dans la prolifération et le cycle cellulaire, et provoque une déplétion des dNTPs et un arrêt du cycle cellulaire. De façon remarquable, nous avons démontré que la combinaison de l’AUF et de la VitC présente une cytotoxicité accrue, synergique, médiée par H₂O₂ dans les cellules MDA-MB-231 et d'autres lignées cellulaires du cancer du sein sans trop affecter les cellules normales. In vivo, l’efficacité de la combinaison AUF/VitC a été validée sur des xénogreffes de MDA-MB-231 chez les souris sans présenter une toxicité notable, tandis que l'administration de l’AUF ou de la VitC en monothérapie n’inhibe pas la croissance tumorale. Enfin, les analyses protéomiques, bioinformatiques et fonctionnelles ont identifié la prostaglandine réductase 1 (PTGR1) comme biomarqueur prédictif de la réponse des cellules cancéreuses du sein à la combinaison AUF/VitC. En résumé, ces résultats contribuent à une meilleure compréhension des mécanismes anticancéreux de la VitC et de l'AUF, seuls et en combinaison. En particulier, la combinaison de ces deux médicaments disponibles et non toxiques pourrait être efficace contre le cancer du sein triple négatif et potentiellement d'autres cancers présentant des propriétés redox similaires. Ainsi, une évaluation préclinique et clinique de ces traitements ouvrira la voie à des nouvelles thérapies anticancéreuses basées sur la modulation de l’équilibre redox cellulaire. / Reactive oxygen and nitrogen species (ROS, RNS) homeostasis and intracellular reductive/oxidative (redox) dynamics play a key role in regulating cell fate and are critical for normal cellular functions. Oxidative stress via the disruption of redox homeostasis can lead to aberrant cell signaling and toxic oxidative damage of DNA, lipids and proteins, and is therefore associated with human pathologies such as cancers. Cancer cells experience extensive redox deregulation and generally exhibit higher intrinsic basal oxidative stress than normal cells, as a consequence, they are more dependent on their antioxidant systems for survival. Thus, the administration of a drug generating additional ROS / RNS or inhibiting cellular antioxidant systems will exert a selective cytotoxicity towards cancer cells while sparing their normal counterparts. This is the biological basis for « redox-based anticancer therapy ». The work described here aims to investigate the redox-based anticancer activity of vitamin C (VitC) and auranofin (AUF), as single drugs or in combination, in breast cancer model. VitC at high pharmacological concentrations shows pro-oxidant properties. In this study, we showed that VitC anticancer activity against breast cancer cell lines was associated to extracellular and intracellular generation of hydrogen peroxide (H₂O₂), accompanied by the oxidation of intracellular glutathione (GSH). A “redoxome” proteomics approach revealed that VitC induces alterations of the redox state of key antioxidant enzymes and a number of cysteines-containing proteins including many proteins involved in RNA and DNA metabolisms and energetic processes. Cell cycle arrest and translation inhibition are associated with VitC-induced cytotoxicity. Finally, bioinformatics analysis and biological experiments identified that peroxiredoxin 1 (PRDX1) expression levels correlate with VitC differential cytotoxicity in breast cancer cells. AUF, an antirheumatic drug and known inhibitor of thioredoxin reductases, has been repurposed recently as a potent anticancer drug. We showed that AUF acts on both the thioredoxin and GSH systems and its impact on GSH system is essential for its anticancer activity. AUF alters the redox state of a number of nucleic acid-binding proteins involved in cell proliferation, cell division and cell cycle, triggering dNTP depletion and cell cycle arrest. Importantly, we observed that the combination of AUF and VitC reveals a synergetic and H₂O₂-mediated cytotoxicity towards MDA-MB-231 cells and other breast cancer cell lines without much impact on normal cells, thus decreasing the cytotoxic concentrations of AUF or VitC single drug. The anticancer potential of AUF/VitC combinations was validated in vivo on MDA-MB-231 xenografts in mice without notable side effects, while administration of AUF or VitC as a single agent failed to suppress tumor growth. Finally, SILAC proteomics, bioinformatics analysis, and functional experiments linked prostaglandin reductase 1 (PTGR1) expression levels with breast cancer cell response to AUF/VitC combination, thus identifying a potential predictive biomarker. Overall, these results provide new insights into the anticancer mechanisms of VitC and AUF, as single drugs and in combination. In particular, this combination of two non-toxic and commonly available drugs could be efficient against triple-negative breast cancer and potentially other cancers with similar redox properties. Further assessment in preclinical and clinical studies of these drugs and combinations could open new avenues for redox-based anticancer therapy.