Les nucléotides jouent un rôle majeur dans une pléiade de processus biologiques comme la composition des acides nucléiques, la signalisation, ou la régulation de la balance énergétique. Les nucléotides extracellulaires exercent également des fonctions biologiques. Par conséquent, des dérégulations des pools de nucléotides impactent l’homéostasie de multiples façons, par exemple en promouvant l’instabilité génétique ou un environnement immunosuppresseur. Or, ces paramètres font partie des « Hallmarks du Cancer » décrits par Hanahan et Weinberg. Ces observations confirment l’éventualité d’un rôle clé des nucléotides dans le cadre du cancer.cN-II et CD73 sont des 5’-nucléotidases impliquées respectivement dans les métabolismes nucléotidiques intra- et extracellulaire. Elles sont de nouvelles cibles thérapeutiques en oncologie. Cependant, leurs rôles dans la biologie de la cellule cancéreuse, ou le possible impact de leur utilisation en tant que cible thérapeutique sur le comportement des cellules tumorales sont peu connus. Considérant l’implication de ces enzymes dans les métabolismes nucléotidiques, nous avons enquêté sur les modifications de l’agressivité de la cellule cancéreuse ou sur sa capacité à interagir avec son microenvironnement, dans le cas d’une invalidation ou une diminution d’expression de cN-II et/ou CD73. cN-II semble donc impliquée dans l’adaptabilité métabolique et la combinaison des invalidations de cN-II et CD73 est associée à une modification d’expression d’enzymes du métabolisme du glucose. CD73 peut aussi moduler l’expression de gènes de la migration cellulaire. cN-II est impliquée dans la migration cellulaire, via l’axe COX-2/PGE2, et dans la sensibilité à des agents modulant ce paramètre. Ces caractéristiques sont plus marquées en association avec une invalidation de CD73. Ici, cN-II et CD73 ne semblent pas jouer de rôle dans la prolifération ou le dialogue avec une sous-population de cellule de l’immunité innée / Nucleotides play a major role in nucleic acids constitution and are involved in various cell phenomena. Indeed, intracellular ATP, GTP, AMP, GMP and their cyclic forms are components of cell signaling and define the energetic balance. Extracellularly, they also play multiple roles. Thus, when nucleotide pools are deregulated various processes are impacted. For example, a low availability of nucleotides supports genetic instability and aberrant levels of extracellular adenosine can lead to an immunosuppressive microenvironment. Interestingly, the cited parameters are among the Cancer Hallmarks described by Hanahan and Weinberg. These observations confirm the possibility of a key role of these molecules in this pathology. cN-II and CD73 are 5’-nucleotidases, involved in intra- and extracellular nucleotide metabolism respectively and have been identified as possible targets for new anti-cancer therapies. Nevertheless, very little is known about their biological roles on cancer cells and what parameters of cell biology could be impacted by such strategies. Considering the involvement of these purines in cell metabolism, we wondered what changes a decrease in cN-II and/orCD73 expressions or their silencing could trigger in cancer cells as well as in the interplay with their microenvironment.We studied cancer cell aggressiveness and the interplay with innate immune cells under cN-II and CD73 modulations. We observed that cN-II is involved in metabolic adaptability. The association of cN-II and CD73 invalidations results in glucose-metabolism-related gene modifications. CD73 can regulate migration-related genes expression but does not affect the process. cN-II is also involved in cell migration, via the COX-2/PGE2 axis. Again, these characteristics are accentuated when associated with CD73 deficiency. Here, cN-II and CD73 do not seem to be involved in cancer cell proliferation or in their interplay with a subset of innate immune cells

Le cancer représente l'un des problèmes majeurs en santé publique. Jusqu'à présent, en parallèle de l'intervention chirurgical, plusieurs traitements ont été mis au point et largement utilisés en thérapie clinique telles que les chimiothérapies. Cependant, leur efficacité est parfois limitée et couplée à des effets secondaires très néfastes, laissant les patients dans une impasse thérapeutique. Par conséquent, de nouvelles approches thérapeutiques doivent être développées sur de nouvelles cibles avérées en oncologie afin d'apporter des soins personnalisés aux patients. La première partie de mon travail de thèse a été dédiée à la compréhension des mécanismes moléculaires de la nucléotidase cytosolique de type II (cN-II), une enzyme du métabolisme des purines dont l'implication dans des phénomènes de résistance à des traitements anticancéreux a pu être démontrée. Aussi, une étude sur la cinétique enzymatique à l'état pré-stationnaire et stationnaire a été entreprise sur la forme sauvage et une forme mutée de l'enzyme lui conférant une activité accrue fortement impliquée dans les cas de résistance. Par cette approche, il a été possible de décortiquer le mécanisme cinétique, de définir l'étape cinétiquement limitant afin d'identifier les intermédiaires prépondérants de la réaction pouvant être ciblés pour le développement de nouveaux inhibiteurs. Cette étude cinétique est présentée dans ce premier volet de la thèse. En second lieu, mon travail s'est focalisée sur un second membre de cette famille d'enzyme qui est l'ecto-5'-nucléotidase (CD73). Cette enzyme exprimée sous forme dimérique à la surface extracellulaire régule la concentration en adénosine extracellulaire (par hydrolyse de l'adénosine monophosphate), ce dernier étant un puissant immunosuppresseur de la réponse immune anticancéreuse. L'objectif de mon travail de thèse a été de développer de nouveaux inhibiteurs de type allostérique en utilisant une approche basée sur la structure tridimensionnelle et la dynamique moléculaire. Une des étapes clés a été tout d'abord de mettre au point un système expression hétérologue afin d'obtenir l'enzyme recombinante en quantité suffisante pour les études enzymatiques ultérieures. Différents systèmes d'expression ont été testés et seul le système en cellules d'insecte infectées par le baculovirus a permis d'obtenir l'enzyme active en grande quantité. En parallèle, une étude in silico a permis de reproduire la dynamique fonctionnelle de l'enzyme requise pour sa fonction. A partir de ses données, un criblage virtuel d'une chimiothèque de 324 000 molécules a été réalisé sur le site de dimérisation et a permis d'identifier 33 composés chefs de files. Parmi, ces composés, dix molécules se sont avérés être de puissants inhibiteurs de CD73 (Ki < 1 µM) avec un mécanisme d'inhibition de type allostérique ou non-compétitif. La cytotoxicité des composés a été évaluée sur des lignées cellulaires transformées ou tumorales montrant un effet uniquement à des concentrations très élevées (supérieures à 100 µM). L'étude des relations structure-fonction devrait permettre à présent de proposer de voies d'optimisation afin d'améliorer l'efficacité des composés les plus actifs afin d'aboutir à de nouveaux candidats médicaments. / Cancer burden still remains a major worldwide health problem. To date, several types of conventional anticancer treatments are widely used in clinical. However, the alternative effects of these treatments often leave patients impaired. Therefore, it is required to understand the unique medical needs of individual patients and to conduct effective, high–quality research focusing on the not yet identified oncotargets.The first part of my thesis is dedicated to decipher molecular basis of cN-II reaction. This study characterizes the steady state and transient state kinetics of cN-II wild type and hyperactive mutant which involved in cancer treatment resistance. Furthermore, the characterization of the rate-limiting step and reaction intermediates gave insights into the binding mechanisms and the development of small molecules inhibitors of cN-II.In the second part of this work, we aimed to investigate allosteric inhibitors of CD73 using structure-based drug design approach. In this study the suitable protein expression system was established for the production of sufficient quantities of fully active CD73. This work followed by in silico studies, including molecular dynamics, virtual screening, and hits identification and in vitro hits validations and kinetics characterizations. The cytotoxicity of the most powerful inhibitors exhibited on different cell types was determined. SAR studies gave insights into the binding mode of best compounds and function.