Malgré les progrès évidents sur la compréhension de la carcinogénèse, l’incidence des cancers est toujours en augmentation. C’est pourquoi les besoins en nouveaux traitements sont importants. Notre travail de thèse a porté sur l’évaluation pharmacologique d’une nouvelle molécule anticancéreuse, l’OTX015. Cette petite molécule de synthèse a la propriété d’inhiber les protéines bromodomaines (famille des BET) qui jouent un rôle clé dans les mécanismes épigénétiques et dont la dérégulation favorise l’apparition de cancers en particulier des hémopathies malignes. Des études précliniques in vitro sur plusieurs lignées cellulaires d’hémopathies malignes et in vivo sur des souris xénogreffées ont permis de mettre en évidence les propriétés antitumorales de l’OTX015. Une méthode de dosage des concentrations plasmatiques d’OTX015 par UPLC-MS/MS a été développée et validée afin d’évaluer sa pharmacocinétique chez les patients inclus dans un protocole d’escalade de doses de phase I. Dans un premier temps, la PK de l’OTX015 a été modélisée par une approche de population et dans un second temps un modèle PK-PD a été construit pour pouvoir évaluer le profil de la tolérance (nombreuses thrombopénies) de cette nouvelle molécule. / Despite obvious progress in carcinogenesis understanding, the incidence of cancer is still increasing. Therefore, the need of new treatments remains important. Our thesis focused on the pharmacological evaluation of a new anticancer drug, OTX015. This small synthetic molecule inhibits the bromodomain proteins (BET) that play a key role in epigenetic mechanisms. Downregulation of BRDs promotes cancer occurrence including hematological malignancies. Preclinical evidences obtained from in vitro and in vivo studies in xenograft mice, suggest that OTX015 has antitumor properties. An ultra-performance liquid chromatography with tandem mass spectrometry detection method was developed and validated in order to measure OTX015 plasma concentrations. Its pharmacokinetics in patients enrolled in a phase I dose-escalation study was then evaluated. The OTX015 PK parameters were estimated by a population approach and PK-PD modeling was developed in order to evaluate the tolerance and safety (thrombocytopenia) of this new drug.

Les protéines à bromodomaines (BCPs) sont notamment impliquées dans la régulation de la transcription de gènes et la signalisation cellulaire. Leur dérégulation conduit au développement pathologies, telles que les maladies inflammatoires, cardiovasculaires et plus particulièrement les cancers. Les BCPs sont capables de reconnaitre les lysines acétylées de protéines histones via leur module BromoDomaine(s) (BDs). Parmi les huit familles de BCPs, mon projet de thèse s’intéresse à la famille « BET ». Celle-ci, comprend quatre protéines constituées de deux BDs en tandem, formant deux sous-familles BD1 et BD2. L’architecture de la cavité centrale des BDs, qualifiée de « druggable », a permis l’émergence de ces protéines en tant que nouvelles cibles épigénétiques prometteuses. À ce jour, une vingtaine d’essais cliniques ont été initiés pour des molécules « pan-BET », inhibant l’ensemble des membres de cette famille. Cependant, l'inhibition « pan-BET » est problématique au niveau clinique puisqu’elle impacte de nombreuses voies de transcription et engendre l’apparition de cellules résistantes. Mon projet de thèse s’intègre au challenge actuel qui est de développer des inhibiteurs plus sélectifs, par exemple envers l’une des sous-familles BD1 ou BD2 ou plus idéalement envers un seul BD de la famille BET. Le développement de « sondes épigénétiques sélectives » ciblant des BDs de la famille BET, devrait permettre de décrypter leur rôle et leur mécanisme d’action dans les divers processus biologiques. L’identification de « candidat médicament » devrait aboutir à de nouvelles thérapies ciblées et de pallier les résistances liées à l’utilisation de molécules pan-BET inhibitrices. / Bromodomain-containing proteins (BCPs) are especially involved in the regulation of gene transcription and cell signalling. Their dysregulation lead to the development of pathologies, such as inflammatory, cardiovascular diseases, and more particularly cancers. BCPs involved in the recognition of acetylated lysine of the histone tails, through their BromoDomain(s) module(s) (BDs). Among the eight families of BCPs, my thesis project focuses on the “BET” family. This family comprises four proteins which are composed of a tandem of two BDs each belonging to the BD1 or the BD2 subfamily. The architecture of the central cavity of the BDs, qualified as "druggable", allows the emergence of these proteins as new promising epigenetic targets. To date, about twenty clinical trials targeting different types of cancer have been initiated for "pan-BET" molecules that target all the members of this family. However, "pan-BET" inhibition is clinically problematic because it impacts many transcriptional pathways and causes the appearance of resistant cells. My thesis project is part of the current challenge is to develop more selective inhibitors, for example towards the BET-BD1 subfamily or the BET-BD2 subfamily or ideally towards one single BD inside the BET family. The development of such "selective epigenetic probes" targeting BET family BDs should allow deciphering their role and mechanism of action in various biological processes. Identifying "drug candidates" should lead to new targeted therapies and overcome the resistances related to the use of pan-BET molecules.

ATAD2 est un facteur très conservé mais peu caractérisé qui possède différents domaines fonctionnels : un domaine AAA ATPase et un bromodomaine (BRD). Normalement, ATAD2 est exprimé fortement dans les cellules germinales males ainsi que dans les cellules souches embryonnaires (cellules ES). De plus, la surexpression de cette protéine a été détectée dans de nombreux cancers. Il a été montré qu'ATAD2 agit comme co-activateur des récepteurs aux androgènes et aux œstrogènes. Cette protéine semble aussi agir comme co-facteur de l’oncogène Myc et joue un rôle dans la voie pRb/E2F. La surexpression d’ATAD2 prédit un mauvais prognostic dans les cancers du poumon et du sein. Toutes ces caractéristiques font d'ATAD2 un candidat de choix comme biomarqueur pronostic et une cible potentielle pour des agents thérapeutiques dans le cadre de cancers agressifs.Dans ce projet de thèse, nous montrons que hATAD2 interagit avec l'histone H4 acétylée via son bromodomaine, et que le domaine ATPase est responsable de la multimérisation d’ATAD2 et permet au BRD d’interagir avec les lysines acétylées dans les cellules. Des investigations complémentaires, comprenant notamment des études structurales, montrent que le BRD d'ATAD2 est responsable de son interaction spécifique avec la forme acétylée de la lysine 5 de l'histone H4. Nous avons aussi analysé le domaine AAA ATPase et découvert des éléments qui contrôlent son rôle dans la multimérisation des protéines. De plus, nous avons étudié ATAD2 dans la lignée de cellules cancéreuses pulmonaires, H1299, ainsi que dans les cellules ES et démontré que ce facteur est essentiel pour la prolifération des cellules en l'absence des facteurs de croissance. En combinant des approches ChIP-seq, ChIP-protéomics et RNA-seq dans les cellules ES, nous avons montré qu'ATAD2 est très enrichi dans les régions à haute activité transcriptionnelle et maintient la chromatine accessible pour les facteurs impliqués dans les activités de la chromatine. Ces données indiquent qu'ATAD2, dans son contexte physiologique, assure un rôle essentiel dans les activités générales de la chromatine, telles que la transcription, en maintenant l'accessibilité de la chromatine pour les facteurs de transcription.Enfin, afin de caractériser la structure d’ATAD2 et celle de son homologue dans Schizosaccharomyces pombe, ABOI, différents fragments contenants le domaine AAA ATPase ont été produits dans des bactéries ainsi que dans des cellules d'insectes en utilisant des vecteurs d’expression de baculovirus. Les conditions de production de fragments solubles ont été établies et certains de ces fragments ont été purifiés. Néanmoins, l’obtention de la structure cristalline de l'ATAD2 nécessite des travaux supplémentaires. / ATAD2 is an evolutionarily conserved but poorly characterized factor that bears different types of func¬tional domains: an AAA ATPase domain and a bromodomain (BRD). ATAD2 is normally highly ex¬pressed in male germ cells and in embryonic stem cells (ESC), however the overexpression of this protein has been detected in a large variety of independent cancers. ATAD2 is proposed to act as a co-activator of androgen and estrogen receptors and in addition, this protein also seems to act as a co-factor for Myc oncogene and plays a role in the pRb/E2F pathway. Moreover, the overexpression of ATAD2 predicts poor prognosis in lung and breast cancers. All of these characteristics make ATAD2 a valuable prognosis biomarker and a promising therapeutic target in aggressive cancers.Herein, we show that hATAD2 binds to acetylated H4 tail through its BRD, and that its ATPase domain enables ATAD2 multimerization, affecting the ability of the BRD to bind acetylated lysine in cells. Additional investigations, including structural studies, show that ATAD2’s BRD is responsible for its specific interaction with acetylated lysine 5 of histone H4. We have also functionally analyzed the AAA ATPase domain and discovered elements that control its role in protein multimerization. In addition, we studied ATAD2 in ESC and in the H1299 lung cancer cell line, and demonstrated that this factor has crucial roles in cell proliferation in the absence of growth factors. Moreover, by using a combination of ChIP-seq, ChIP-proteomics and RNA-seq experiments in ESC, we found that ATAD2 is highly enriched in regions with high transcriptional activity and that it keeps chromatin accessible for chromatin templated factors. These data indicate that ATAD2 in its physiological context ensures a critical role in general chromatin-templated activities, such as transcription, by maintaining the accessibility of chromatin for transcription factors. Finally, in order to structurally characterize either ATAD2 or its homologue in Schizosaccharomyces pombe, ABOI, different fragments containing the AAA ATPase domain were produced in bacteria as well as in insect cells using baculovirus expression vectors. Conditions to produce soluble fragments were established and some of these fragments were purified. Nonetheless, solving the crystal structure of ATAD2 still requires further investigation.

Le processus de la commutation de classe ou commutation isotypique (CSR) des gènes d’immunoglobulines caractérise les cellules de la lignée B et implique principalement les régions switch précédant les gènes constants au sein du locus IgH. Des jonctions entre la région switch donneuse Sμ et celle acceptrice Sx sont crées pendant ce processus. Plusieurs études ont démontré que le destin des cellules de la lignée B était largement modulé en fonction de la classe de l’immunoglobuline qu’elles produisent et en particulier selon les signaux transmis par leur BCR (qui peuvent par exemple pour la classe IgE, comporter des signaux pro-apoptotiques). Nous avons utilisé plusieurs modèles visant à l’étude de la physiologie et de la mécanistique du switch vers différentes classes de BCR et d’immunoglobulines peu exprimées. Nous avons cherché à forcer l’expression de l’isotype IgA2 grâce à un modèle transgénique dédié, dans le but d’approfondir les spécificités du signal BCR transduit par cet isotype en comparaison avec le BCR IgA1. En outre, et d’une façon très intéressante, nous avons découvert l’existence (jusqu’ici ignorée et masquée par les 4 autres sous-classes plus abondantes) d’une cinquième sous-classe d’IgG humaine, l’IgG5 qui est codé par un gène jusqu’ici faussement classifié pseudo-gène. Ainsi nous avons étudié les modalités d’expression du gène correspondant après un switch non-canonique,le répertoire normal des IgG5, leur représentation parmi les IgG humaines monoclonales ainsi que leurs fonctions immunitaires grâce à un IgG5 fabriquée artificiellement portant une activité anti-CD20 humaine. Enfin, nous avons testé des produits pharmaceutiques (RHPS4 : stabilisant des structures G-quadruplex au niveau d’ADN et JQ1 : inhibiteur des facteurs de transcription à bromodomaines), montrant leur capacité à retarder ou inhiber la commutation de classe in vitro mais aussi in vivo dans des souris allergiques. / The process of class switch recombination (CSR) or isotypic switching of immunoglobulin genes characterizes the B cell lineage and primarily involves switch regions preceding the constant genes within the IgH locus. Junctions between donor switch region Sμ and acceptor Sx are generated during this process. Several studies have shown that the fate of B cells is largely modulated according to the class of immunoglobulin they produce and in particular the signals transmitted by their BCR « for example for IgE, BCRs can combine proapoptotic signals. We used several relevant mouse models to study the physiological aspect and the B cell compartment after switching to IgA2 (a dedicated transgenic model expressing IgA2) since IgA2 conveys a membrane signal different from tht of IgA1. In addition, we tested two pharmaceuticals drugs(RHPS4: stabilizer of G-quadruplex structures at the DNA level and JQ1: inhibitor of bromodomain proteins) showed their ability to delay or inhibit class switching towards IgE in vitro but also in vivo in allergic mice. Interestingly, we also demonstrated the existence (till now ignored and maybe masked by the other 4 more abundant IgG subclasses) of a fifth subclass of human IgG, IgG5 which is encoded by a gene classified as a pseudo-gene. We studied the expression modalities of the corresponding gene after a non-canonical switch, the normal IgG5 repertoire, their representation among the monoclonal human IgGs as well as their immune functions through an artificially synthesited IgG5 with human anti-CD20 activity.