Les thérapies ciblées dirigées contre les récepteurs de la famille des HER représentent un progrès majeur en cancérologie. Leur efficacité repose sur leur capacité à inhiber la signalisation oncogénique notamment recrutant les voies RAS/RAF/MAPK et PI3K/AKT. Indépendamment de l'expression de la cible moléculaire, l'activité des thérapies ciblées est tributaire de la présence dans le tissu tumoral d'anomalies génétiques capables de perturber la signalisation cellulaire tumorale en aval des récepteurs. Notre travail a consisté à évaluer l'intérêt de l'évaluation de la fonctionnalité des voies de signalisation par analyse multiplexe des niveaux d'expression des formes phosphorylées des principales kinases intracellulaires en aval des récepteurs HER. La preuve de concept a été tout d'abord apportée sur des modèles cellulaires génétiquement modifiés, en montrant l'impact d'anomalies génétiques tumorales sur la fonctionnalité des voies de signalisation RAS/RAF/MAPK et PI3K/AKT et sur la réponse au cétuximab. Dans la seconde partie de ce travail, après validation des techniques utilisées en situation clinique, nous avons montré la pertinence d'une approche de biologie intégrative combinant analyse de génétique moléculaire et analyses fonctionnelles avec analyse en composante principale. Nos résultats, obtenus au cours d'une étude clinique rétrospective dans les cancers colorectaux métastatiques, suggèrent que l'utilisation des données issues de l'évaluation de la fonctionnalité des voies de signalisation en aval des récepteurs HER, pourraient à terme trouver des applications en qualité de marqueurs prédictifs de réponse clinique aux thérapies ciblées anti-HER / Targeted therapies, monoclonal antibodies and tyrosine kinase inhibitors, directed against the Human Epidermal Growth Factor Receptors (HER) family, represent a major advance in oncology. Their efficacy depends on their ability to inhibit oncogenic signalling, including the RAS/RAF/MAPK and PI3K/AKT signalling pathways. Regardless of the expression of the molecular target, the efficacy of targeted therapies is independent on the genetic abnormalities of the tissue which are able to disrupt tumour cell signalling, and the research of these abnormalities is now included in the prescription criteria. The aim of this work was to evaluate the usefulness of assessing HER downstream signalling functionality using multiplex analysis of the phosphorylated forms of key intracellular kinase signalling. Proof of concept was first introduced with genetically modified cell lines models, showing the consequences of tumour genetic abnormalities on RAS/RAF/MAPK and PI3K/AKT signalling pathways and on response to cetuximab. In the second part of this work, after validation of the techniques used in clinical situation, we demonstrated the relevance of system biology approach, combining molecular biology and functional analysis with principal component analysis. Our results obtained in a retrospective clinical study in metastatic colorectal cancer, suggests that the use of data from the evaluation of HER downstream signalling pathways functionality could eventually find applications as predictive markers of clinical response to anti-HER targeted therapies

L'inactivation des gènes p53 et pten présente un facteur de mauvais pronostic et de résistance à différents traitements anticancéreux incluant les thérapies ciblées. Le cétuximab (Erbitux®) est un anticorps monoclonal chimérique dirigé contre le domaine extracellulaire du récepteur à l'EGF. Son mécanisme d'action est fortement lié à la fonctionnalité des voies de signalisation de PI3KJAKT et des MAPK. Nous avons évalué l'influence de la réintroduction des gènes p53 et pten par vectorisation non viral à base de polyéthylènimine, couplée ou non à l'internalisation photochimique sur l'induction de l'apoptose et l'inhibition de la croissance cellulaire dans des cellules P53 et pten mutés d'une part, et sur l'impact de ce transfert de gène sur la fonctionnalité des voies de signalisation impliquées dans la réponse cellulaire au cétuximab. Nous avons montré que la transfection des gènes suppresseurs de tumeurs p53 et pten par polyétylènimine couplé à la PCI rétablit l'expression de P53 et de PTEN et permet de restaurer l'inhibition de croissance et l'induction de l'apoptose. Associée au traitement par cétuximab La restauration de PTEN et P53 réprime l'activation constitutive des voies de signalisation PI3K et MAPK et potentialise l'inhibition de la croissance et l'induction de l'apoptose induites par le cétuximab. Ces résultats montrent que l'inactivation de p53 et pten pourrait être prédictive de la résistance au cétuximab à travers l'activation constitutive de la voie de signalisation PI3/AKT et confirme que la détennination de la fonctionnalité des voies de signalisation des rtiveaux d'expression des phosphoprotéines de signalisation permettrait de prédire la réponse au cétuximab et de proposer des options thérapeutiques originales. / P53 and PTEN abnormalities are early events in carcinogenesis and are associated with poor prognosis and resistance to cancer therapies including targeted therapy. Cetuxirnab (Erbitnx®) is a IgG chimeric monoclonal antibody, directed against the extracellular dornain of EGFR. !ts activity has been shown to be dependent on the functionality of PI3KJAKT and MAPK signaling pathways as weil as the apoptosis induction capacity of the cells . The present study was designed to evaluate the influence of pten and p53 gene transfer using polyethylenimine with or without photochemical internalisation on cell apoptosis induction and cell growth in cells bearing p53 and pten mutations and on the response to cetuximab. The results presented show that pten and p53 gene transfer using polyethertimine and PCI restored P53 and PTEN expression, cell growth inhibition and apoptosis induction. Associated with cetuximab treatrnent, pten and p53 reintroduction, restored the functionality of AKTIPI3K and MAPK signaling pathways and increased cell growth inhibition and apoptosis induction by cetuximab. The results achieved in the present study show that pten and p53 mutations could be predictive of cell response to cetuximab through the functional impact of these mutations on cell signaling. The data presented put forward the interest of the analysis of EGFR phosphoproteins downstream signalling to evaluate the functionality of the signaling pathways implicated in the cell response to cetuximab and could be used to propose the original targeted therapies.

La P-glycoprotéine (P-gp) est une protéine transmembranaire de la famille des ATP binding cassette transporteurs. Elle est impliquée dans l’efflux du milieu intracellulaire vers le milieu extracellulaire d’une grande variété de médicaments anticancéreux. Elle peut être responsable de la diminution de la biodisponibilité orale et de la concentration intra-tumorale des médicaments qui en sont substrats. Elle peut notamment être surexprimée par les cellules cancéreuses des adénocarcinomes du colon naïfs de tout traitement, suggérant une résistance naturelle de cette tumeur et également après une chimiothérapie. Notre premier travail in vivo a documenté le caractère substrat de la P-gp de l’evérolimus, inhibiteur de mTOR indiqué dans divers cancers (rein, tumeurs neuroendocrines d’oringine pancréatique et sein), jusqu’à maintenant uniquement étudié dans des modèles in vitro. Une augmentation significative de l’AUC de l’evérolimus administré par voie orale est observée chez des souris mdr1a-/b- comparées à des souris mdr1a+/1b+. Une amélioration significative de la biodisponibilité orale de l’evérolimus est aussi notée chez des souris prétraitées par le lapatinib (Tyverb®), inhibiteur des tyrosines kinases (EGFR et HER2) indiqué dans le cancer du sein, par rapport aux souris ayant reçu l’evérolimus seul. Ce résultat est accompagné d’une inhibition de l’expression de la P-gp intestinale par le lapatinib mesurée par la technique de Western Blot. Enfin, une étude préclinique menée chez des souris porteuses d’une xénogreffe colorectale mutée KRAS montre une activité anti-tumorale certaine des deux médicaments utilisés seuls et en schéma séquentiel. Notre seconde étude a montré pour la première fois que le cétuximab (Erbitux®), anticorps anti-EGFR, inhibe la fonctionnalité de la P-gp dans deux lignées cellulaires surexprimant la P-gp (les cellules IGROV-1 et les HEK P-gp) indépendamment de leur statut EGFR et entraîne chez des souris porteuses d’une xénogreffe colorectale une augmentation significative de la biodisponibilité orale et de la concentration intra-tumorale du SN-38, métabolite actif de l’irinotécan (Campto®) administré par voie orale. Le cétuximab étant prescrit en association avec l’irinotécan chez des patients atteints d’un cancer colorectal métastasé, initialement réfractaire à l’irinotécan, ces résultats pourraient en partie expliquer la réversion de la résistance à l’irinotécan par le cétuximab par une inhibition de l’efflux de la P-gp. Grâce à l’étude de deux associations de médicaments «lapatinib-evérolimus» et «cétuximab-irinotécan», nous avons démontré l’intérêt de l’étude de l’inhibition de la P-gp avec les traitements les plus récents, notamment son rôle dans l’amélioration de la biodisponibilité orale de chimiothérapies utilisées par voie orale. / P-glycoprotein (P-gp) is a membrane transporter and belongs to the ATP-binding cassette (ABC) transporter super family. P-gp decreases oral bioavailability of substrate drugs and can cause multidrug resistance in tumor cells by decreasing intracellular drug levels. P-gp is overexpressed in colorectal carcinoma naturally resistant to chemotherapy. The aim of our first study was to document the in vivo transport of everolimus (Afinitor®), a mTOR inhibitor, by P-gp. A significant increase of everolimus oral bioavaibility was observed in mdr1a-/1b- mice compared to the wild type. In addition, a significant increase of everolimus oral bioavaibility was showed in mice that received a lapatinib pre-treatment (a dual EGFR/HER2 tyrosine kinase inhibitor) compared to mice that received everolimus alone. These results were accompanied by a significant decrease of P-gp expression in duodenum segment in lapatinib pre-treated group as compared to control group. Finally, each drug given alone or in association showed a major antitumor activity in a xenograft model of human colorectal carcinoma with KRAS mutation. Our second study showed for the first time that cetuximab (Erbitux®), a monoclonal antibody directed towards EGFR, inhibits P-gp functionality in two cell lines overexpressing P-gp (IGROV-1 and HEK P-gp cells) independently of EGFR status and leads to significant increases of oral bioavailability and intratumoral concentration of SN-38, the active metabolite of irinotecan (Campto®) in mice bearing colorectal carcinoma xenograft. Cetuximab is used in combination with irinotecan in patients with metastatic colorectal cancer, initially refractory to irinotecan, our results may partly explain the reversion of resistance to irinotecan by inhibiting P-gp efflux by cetuximab. In conclusion, our results showed the interest to study the effect of recent anticancerous drugs on P-gp, including their ability to improve oral bioavailability of oral chemotherapy used.

La P-glycoprotéine (P-gp) est une protéine transmembranaire de la famille des ATP binding cassette transporteurs. Elle est impliquée dans l'efflux du milieu intracellulaire vers le milieu extracellulaire d'une grande variété de médicaments anticancéreux. Elle peut être responsable de la diminution de la biodisponibilité orale et de la concentration intra-tumorale des médicaments qui en sont substrats. Elle peut notamment être surexprimée par les cellules cancéreuses des adénocarcinomes du colon naïfs de tout traitement, suggérant une résistance naturelle de cette tumeur et également après une chimiothérapie. Notre premier travail in vivo a documenté le caractère substrat de la P-gp de l'evérolimus, inhibiteur de mTOR indiqué dans divers cancers (rein, tumeurs neuroendocrines d'oringine pancréatique et sein), jusqu'à maintenant uniquement étudié dans des modèles in vitro. Une augmentation significative de l'AUC de l'evérolimus administré par voie orale est observée chez des souris mdr1a-/b- comparées à des souris mdr1a+/1b+. Une amélioration significative de la biodisponibilité orale de l'evérolimus est aussi notée chez des souris prétraitées par le lapatinib (Tyverb®), inhibiteur des tyrosines kinases (EGFR et HER2) indiqué dans le cancer du sein, par rapport aux souris ayant reçu l'evérolimus seul. Ce résultat est accompagné d'une inhibition de l'expression de la P-gp intestinale par le lapatinib mesurée par la technique de Western Blot. Enfin, une étude préclinique menée chez des souris porteuses d'une xénogreffe colorectale mutée KRAS montre une activité anti-tumorale certaine des deux médicaments utilisés seuls et en schéma séquentiel. Notre seconde étude a montré pour la première fois que le cétuximab (Erbitux®), anticorps anti-EGFR, inhibe la fonctionnalité de la P-gp dans deux lignées cellulaires surexprimant la P-gp (les cellules IGROV-1 et les HEK P-gp) indépendamment de leur statut EGFR et entraîne chez des souris porteuses d'une xénogreffe colorectale une augmentation significative de la biodisponibilité orale et de la concentration intra-tumorale du SN-38, métabolite actif de l'irinotécan (Campto®) administré par voie orale. Le cétuximab étant prescrit en association avec l'irinotécan chez des patients atteints d'un cancer colorectal métastasé, initialement réfractaire à l'irinotécan, ces résultats pourraient en partie expliquer la réversion de la résistance à l'irinotécan par le cétuximab par une inhibition de l'efflux de la P-gp. Grâce à l'étude de deux associations de médicaments "lapatinib-evérolimus" et "cétuximab-irinotécan", nous avons démontré l'intérêt de l'étude de l'inhibition de la P-gp avec les traitements les plus récents, notamment son rôle dans l'amélioration de la biodisponibilité orale de chimiothérapies utilisées par voie orale.