Les microARN (miARN) sont de petits ARN non-codants dont la principale fonction est de réprimer l’expression génique en s’hybridant par complémentarité de séquence à leurs cibles ARN. L’activité des miARN est également régulée par leurs cibles qui entrent en compétition pour leur liaison. Certains de ces ARN compétiteurs endogènes (ARNce) résistent à la répression induite par le miARN et vont alors les séquestrer. Ils sont appelés éponges à miARN. La dérégulation des réseaux d’ARNce et des éponges à miARN est impliquée dans des processus pathologiques tels que le cancer. Au cours de ma thèse, nous nous sommes intéressés à la séquestration des miARN dans le mélanome cutané. Le mélanome provient de la transformation maligne du mélanocyte, une cellule spécialisée dans la production de pigment. S’il n’est pas pris en charge à temps, des métastases apparaissent et se disséminent rapidement dans l’organisme (ganglions, foie, poumons, cerveau, etc.). Des solutions thérapeutiques existent mais une faible proportion de patients y répondent de manière efficace nécessitant de nouvelles stratégies de traitement. Nous avons mis en évidence que l’ARN messager (ARNm) de TYRP1, gène spécifiquement exprimé dans le mélanocyte et donc le mélanome, porte le rôle d’éponge à miARN dans le mélanome métastatique. Ce rôle est indépendant de la fonction protéique de TYRP1. Nous avons déterminé que l’ARNm de TYRP1 séquestre le suppresseur de tumeurs miR-16 via des sites de liaison (MRE-16) non-canoniques. Les MRE-16 non-canoniques permettent à l’ARNm de TYRP1 de ne pas être dégradé par le miR-16 et le rendent donc plus stable dans la cellule de mélanome. La majorité du pool de miR-16 est ainsi séquestrée et ne peut donc plus réprimer ses cibles intervenant dans la prolifération cellulaire et la croissance tumorale in vivo. Afin de remettre en activité le miR-16 au sein de la cellule de mélanome, nous avons utilisé la technologie du « target site blocker » (TSB), un oligonucléotide antisens modifié ayant une forte stabilité et affinité pour sa cible. Le TSB, spécifique du MRE-16 de l’ARNm de TYRP1, entre en compétition pour la liaison à l’ARNm de TYRP1 avec le miR-16 pour permettre sa libération et son action sur ses cibles effectrices. Nous avons montré in vitro et in vivo via un modèle murin de xénogreffe de tumeur dérivée de patient que la stratégie du TSB est efficace contre le mélanome métastatique. Ces travaux ont permis l’identification d’un nouveau mécanisme oncogénique basé sur la séquestration de miARN et proposent une nouvelle stratégie de thérapie ciblée contre le mélanome métastatique. / MicroRNAs (miRNAs) are small non-coding RNAs. They fine tune gene-expression through specific complementary interaction with their RNA targets. The miRNA repressive function towards a given RNA is highly regulated and in part dependent on the abundance of its other targets competing for miRNA’s binding. Some of these competing endogenous RNAs (ceRNAs) can resist to miRNA-mediated RNA decay thereby sequestering miRNAs. They are named miRNA sponges. Deregulation of ceRNAs and miRNA sponges networks are implicated in many pathologic processes including cancer. My PhD work focused on miRNA sequestration in cutaneous melanoma. Melanomas arise from the malignant transformation of melanocytes; the skin-cell specialized in pigment production. Most melanoma undergoes metastatic evolution, with metastatic cells spreading rapidly in the entire organism (lymph node, liver, lungs, brain, etc.). Early and complete resection of primary in situ melanoma is thus determinant for patient outcome. Since 2010, potent therapeutic options have been developed. Unfortunately, patients ultimately develop resistance while some are non-responders. There is thus an urgent need to develop new therapeutic strategies to treat metastatic melanoma. We have identified that the Tyrosinase Related Protein 1 (TYRP1) mRNA function as a miRNA sponge. TYRP1 is specifically expressed in the melanocytic lineage. TYRP1 mRNA governs melanoma growth endorsing thereby a non-coding function. We demonstrated that TYRP1 mRNA sequesters the tumor suppressor miR-16 via non-canonical miRNA binding sites (MREs-16). Non-canonical miR-16 binding lacks mRNA decay function favoring TYRP1 mRNA stability and miRNA sequestration. Sequestered miR-16 can no more repress its canonical targets involved in cell proliferation and tumor growth. To reset miR-16’s activity and block melanoma growth, we used “Target Site Blocker” (TSB). TSBs are modified antisense oligonucleotides with enhanced stability and affinity to its target. We designed a TSB, named TSB-T3, overlapping specially TYRP1 non-canonical MRE-16. We first showed that TSB-T3 binds to TYRP1 mRNA and competes with miR-16. Freed miR-16 binds to its canonical targets inducing their decay. TSB-T3 blocks melanoma cell growth in vitro and in vivo, using patient-derived tumor xenograft. We thus showed for the first time that TSB’s strategy redirecting a tumor suppressor miRNA is a potent tool to monitor metastatic melanoma growth. Together my PhD work brings out a new oncogenic mechanism based on miRNA sequestration and proposes an original strategy of targeted therapy against metastatic melanoma.

La carcinose péritonéale est une atteinte néoplasique métastatique de la séreuse péritonéale caractérisée par la diffusion de multiples nodules tumoraux. Son pronostic est sombre, marqué par une chimiorésistance. Les traitements intrapéritonéaux, développés pour délivrer des drogues de chimiothérapie anti-cancéreuse directement au contact de ces nodules, ont permis d’améliorer en partie les résultats oncologiques de cette pathologie. Le principe est de mettre à profit la barrière péritonéo-plasmatique pour administrer des posologies plus élevées de drogues, directement au contact des nodules, et ainsi majorer leur cytotoxicité. En stratégie curative, la chimiothérapie intrapéritonéale est associée à une chirurgie de cytoréduction (CRS) complète et son efficacité est majorée par l’adjonction d’une hyperthermie (ChimioHyperthermie IntraPéritonéale - CHIP). Si ce traitement combiné a transformé le pronostic de patients sélectionnés, les résultats restent insatisfaisants. Par exemple les patients atteints de carcinose d’origine colorectale présentent un taux de survie globale à 5 ans de 40% lorsqu’ils sont éligibles à la CRS-CHIP et une médiane de survie de l’ordre de 16 mois quand le traitement se cantonne à de la chimiothérapie systémique.Une meilleure compréhension des mécanismes cellulaires impliqués dans cette chimiorésistance est donc nécessaire pour déterminer de nouvelles cibles thérapeutiques. Les protéines de choc thermique jouent un rôle fondamental dans l’homéostasie protéique intracellulaire en agissant comme protéines chaperonnes et en régulant l’architecture du cytosquelette. L’Hsp27 (ou HspB1) en particulier est impliquée dans la réponse à différents stress cellulaires comme le choc thermique, le stress oxydatif et l’exposition aux drogues de chimiothérapie. Via des mécanismes finement régulés, Hsp27 exerce une protection garantissant la survie cellulaire, en adaptant ses niveaux d’expression, d’oligomérisation et de phosphorylation. Le taux d’Hsp27 est dès lors augmenté dans la plupart des cancers et apparaît comme marqueur fort de mauvais pronostic. Cela en fait un acteur clé de la chimiorésistance et une cible thérapeutique potentielle.Parmi les thérapeutiques ciblées basées sur l’ARN, les oligonucléotides antisens (ASO) sont des molécules issues du génie génétique capables de bloquer spécifiquement la traduction d’un ARN messager cible en protéine. L’apatorsen, un ASO anti-Hsp27 de deuxième génération, a été développé pour bloquer la synthèse d’Hsp27 au sein de la cellule cancéreuse et ainsi rétablir la chimiosensibilité. Après avoir mis en place un modèle de carcinose péritonéale colorectale traitée par CRS et CHIP chez le rat, nous avons étudié in vitro et in vivo, l’effet de l’adjonction de l’apatorsen au traitement standard de cette maladie. Nos résultats ne montrent pas de gain significatif de survie et donnent lieu à une discussion sur cette stratégie de traitement / Peritoneal carcinomatosis is a neoplasic metastatic process of the peritoneal serous lining characterized by the spread of multiple tumoral nodules. The prognosis of such attempt is very poor, characterized by a global chemoresistance. Intraperitoneal treatments were developed to improve drug’s cytoxicity by delivering them directly on nodules. The principle is to take advantage of the peritoneal-plasma barrier that allows to deliver higher drug’s concentration directly onto nodules and so to improve cytotoxicity. In curative intent strategy intraperitoneal chemotherapy is combined to a complete surgical cytoreduction (CRS) and to hyperthermia to enhance efficiency (Hyperthermic Intraperitoneal Chemotherapy - HIPEC). Thanks to this strategy overall survival improved in selected patients but still be flawed. For example, patients with colorectale peritoneal carcinomatosis present a 40% five-year overall survival, whereas those not eligible to that aggressive treatment present a 16 months median survival. So a better understanding of cellular molecular mechanisms responsible for this chemoresistance that will allow identifying new therapeutic targets is needed. Heat shock proteins play a fundamental role in intracellular protein homeostasis by acting as chaperone and regulating cytoskeleton architecture. In particular, Hsp27 acts as a regulator of the cellular response to various stress, such as thermic choc, oxidative stress, exposition to antineoplasic drugs. Through finely regulated process, Hsp27 exerts a cytoprotective role to guaranty cell survival, by adapting its level of expression, oligomerization and phosphorylation. As so Hsp27 is a key actor of chemoresistance and a designated therapeutic target.Antisens oligonucleotides are a new class of molecular targeted treatment able to specifically block the traduction into protein of a messenger RNA. Apatorsen, a second generation anti-Hsp27 ASO, has been developed to decrease Hsp27 levels in neoplastic cells and so restore chemosensitivity.After establishing a colorectal peritoneal carcinomatosis rat model with CRS and HIPEC, we studied in vitro and in vivo the effect of the apatorsen adjunction to this standard treatment. Our results did not show a significant survival improvement and give rise to a discussion upon this treatment strategy