Nous avons développé un nouveau test de prédiction de l’efficacité de thérapies anti-cancéreuses. Ce concept se base sur la détermination d’une signature moléculaire tumorale par RT-qPCR. Cette signature est issue d’un algorithme de normalisation innovant de comparaison des données d’expression relative des cibles de la tumeur avec celles de tissus de référence. Cette normalisation offre à chaque cible de la signature un rang et un score spécifique permettant de hiérarchiser les voies pro-tumorales afin de trouver la ou les cibles dominantes responsables du développement de la tumeur. La signature comprend des cibles donnant des informations générales sur le statut et l’hétérogénéité de la tumeur, sur l’angiogenèse et la lymphangiogenèse, sur le microenvironnement tumoral et enfin sur l’activité migratoire. Une validation préclinique dans les modèles du cancer colorectal, de la prostate et du glioblastome, a montré que le test est prédictif de l’efficacité thérapeutique. / We developed a new tool for prediction of cancer treatment efficacy. Our process is based on the determination of the molecular signature which is intended to provide a clinician’s decision tool helping to select which tumor signaling pathway(s) has/have to be targeted for best therapeutic effect. This signature representing a scoring obtained by RT-qPCR through a sequential normalization process of the expression level of target genes in the tumor compared to cancer type-specific references. These genes were selected because of a good knowledge of related biological functions, a correlation between expression level and aggressiveness of the tumor, the existence of a therapeutic arsenal already in clinical use. This signature is validated in a preclinical model of colorectal cancer and prostate cancer and glioblastoma. The results obtained show that the test we developed allows to identify the most important signaling pathway implicated in the disease and to choose the best drug.

Abstract Cancers of the alimentary tract include many common cancer types, some of which have well-established treatment protocols and relatively good prognosis, such as colorectal cancer, and others, which have generally very poor prognosis. The gastrointestinal canal is colonized by a multitude of bacteria, the effects of which are currently poorly understood. Toll-like receptor 9 (TLR9) in cells of the alimentary tract recognizes the bacterial DNA-fragments and regulates immune functions in the host and the cancer. This thesis examines the function and prognostic significance of Toll-like receptor 9 in oral and esophageal squamous cell carcinoma as well as in esophageal, gastric and colorectal adenocarcinoma. The studies were made using tissue samples from patient cohorts and various cell culture techniques. Our data indicate that high expression of Toll-like receptor 9 in cancer cells associates with metastatic properties in oral and esophageal cancers and poor prognosis in esophageal adenocarcinoma and oral squamous cell carcinoma. Cell culture studies further suggest that TLR9 is functional in alimentary tract cancers and mediates cellular invasion when activated. Based on the results, TLR9 is active in alimentary tract cancers and its expression is related to poor cancer prognosis. Thus, TLR9 may represent a novel therapeutic target in alimentary tract cancers and might provide a link between bacteria and oral and gastrointestinal cancer. / Tiivistelmä Ruuansulatuskanavan syöpiin lukeutuu useita yleisiä syöpätyyppejä, kuten kohtalaisen hyväennusteinen paksusuolen syöpä, jonka hoitokäytäntö on vakiintunut. Toisissa ruuansulatuskanavan syövissä puolestaan ennuste on hyvin huono. Mahasuolikanavaa asuttavat moninaiset bakteerikannat, joiden vaikutuksia ymmärretään vielä kehnosti. Tollinkaltainen reseptori 9 (TLR9) tunnistaa näiden bakteerien DNA-rakenteita ja vaikuttaa yksilön ja syövän immuunivasteeseen. Tämä väitöstutkimus selvittää TLR9:n toimintaa ja ennustevaikutusta suun ja ruokatorven levyepiteelisyövissä, sekä ruokatorven, mahalaukun ja paksusuolen adenokarsinoomassa. Tutkimus toteutettiin käyttäen syöpäpotilaiden kudosnäytteitä sekä soluviljelytekniikoita. Tuloksemme osoittavat, että TLR9:n lisääntynyt ilmentyminen syöpäsoluissa yhdistyy metastasointiin suu- ja ruokatorvisyövissä, sekä korkeaan kuolleisuuteen suun levyepiteelisyövässä ja ruokatorven adenokarsinoomassa. Soluviljelykokeidemme tuloksiin nojaten TLR9 toimii ruuansulatuskanavan syövissä ja sen aktivaatio saa aikaan solujen invasoitumisen. Tutkimustuloksiimme vedoten TLR9 on aktiivinen ja toimiva ruuansulatuskanavan syövissä ja sen ilmentyminen liittyy huonoon ennusteeseen. TLR9 saattaa osoittautua uudeksi syöpähoitojen kohteeksi tai yhdistäväksi tekijäksi syövän ja bakteerien välillä ruuansulatuskanavan syövissä tulevaisuudessa.

Abstract Colorectal cancer is the third most common cancer in the developed countries. Originally, development of CRC was thought to proceed by a sequence of steps known as an adenoma-carcinoma sequence. At present CRC is recognized as a disease developing through diverse pathways. Serrated adenocarcinoma represents an endpoint of tumors developing from serrated pathway. This thesis focuses on studying the molecular alterations in serrated adenocarcinoma. Microsatellite instability, hypermethylation of promoter region in DNA repair genes hMLH1 and MGMT, frequency of KRAS and BRAF mutations and mutation spectrum of PTCH1 was determined in serrated adenocarcinomas (n=42) and compared to non-serrated adenocarcinomas (n=75). MSI, particularly low level of MSI (p=0.02) and methylation of both hMLH1 and MGMT promoters (p=0.004, p=0.026) were found to be more prevalent for serrated CRC. BRAF mutation was frequent and specific to serrated adenocarcinomas (p&lt;0.001) and KRAS mutations were more frequent in serrated adenocarcinomas than in non-serrated cancers (p=0.002). A significant association between BRAF mutation, hMLH1 and MGMT methylation and MSI-H phenotype was found in serrated carcinomas. KRAS mutation was seen in association with MSS/MSI-L phenotype; in fact, if serrated adenocarcinoma presents with MSI-L there always seems to be a KRAS mutation as well. Negative immunohistochemical staining of the hMLH1 enzyme was in association with methylation of the gene and proved reliable in the detection of MSI-H phenotype (p&lt;0.0001). Sequencing analysis of the whole coding regions of the PTCH1 gene did not reveal any truncating mutation to explain the previously detected downregulation of the gene in serrated CRCs. In conclusion, serrated adenocarcinomas proved to be an independent, but heterogeneous subtype of CRCs. High combined mutation rate (79–82%) of KRAS and <I>BRAF</I> in serrated adenomas and adenocarcinomas indicates that MAPK activation is a crucial part of the serrated pathway. BRAF mutations are specific for serrated adenocarcinoma, and identify a subset of serrated adenocarcinomas with gene methylation and a tendency for MSI-H. High frequency of KRAS mutations in serrated adenocarcinomas suggests that a significant proportion of KRAS-mutated CRCs originate from serrated precursors. / Tiivistelmä Paksu- ja peräsuolisyöpä eli kolorektaalisyöpä on Suomessa kolmanneksi yleisin syöpätyyppi. Syöpää edeltävien muutosten tunnistaminen on tärkeää, jotta sen ehkäisy ja seuranta olisi tehokasta. Tavallisia adenoomapolyyppeja on pidetty tärkeimpinä kolorektaalisyövän esiastemuutoksina. 2000-luvulla on havaittu, että nk. sahalaitapolyypit edustavat tärkeää osaa esiastemuutoksista, ja näistä kehittyvää syöpää kutsutaan sahalaitaiseksi syöväksi. Sahalaitaisen syövän kehittymismekanismit eroavat huomattavasti tavallisesta kolorektaalisyövästä. Tässä väitöskirjassa keskityttiin tutkimaan sahalaitaiselle syövälle tyypillisiä morfologisia piirteitä sekä geneettisiä muutoksia. Työssä selvitettiin DNA mikrosatelliitti-instabiliteetin sekä DNA korjausgeenien hMLH1 ja MGMT promoottorialueiden hypermetylaation esiintyminen, nk. MAPK –signaalinsiirtoreitin komponenttien, KRAS ja BRAF -geenien, mutaatioiden yleisyys sekä PTCH1 geenin mutaatiokirjo sahalaitaisissa (n=42) ja tavallisissa kolorektaalisyövissä (n=75). DNA:n mikrosatelliitti-instabiliteetti, erityisesti matala-asteisena (MSI-L) (p=0.02) sekä <I>MLH1</I> ja hMGMT -geenien metylaatio (p=0.004, p=0.026) olivat yleisempiä sahalaitaisissa syövissä. <I>BRAF</I> mutaatio oli yleinen sekä spesifinen sahalaitasyöville (p&lt;0.001). Myös KRAS -mutaatiot olivat yleisempiä sahalaitaisissa syövissä (p=0.002). BRAF mutaatio, hMLH1 sekä MGMT metylaatio ja korkea-asteinen mikrosatelliitti-instabiliteetti (MSI-H) esiintyivät hyvin usein yhdessä sahalaitaisissa syövissä. Sahalaitaisissa syövissä KRAS –mutaatiot liittyivät MSI-L fenotyyppiin. hMLH1 geenin ilmentyminen tutkittiin myös immunohistokemiallisesti. Sahalaitaisissa syövissä MLH1 –proteiinin häviäiminen oli yhteydessä metylaatioon ja liittyi spesifisesti MSI-H:n esiintymiseen (p &lt; 0.0001). PTCH1 geenin sekvensointi ei paljastanut proteiinin toimintaa vahingoittavia muutoksia, eikä tuloksen perusteella pystytä selittämään aikaisemmin havaittua geenin ilmentymisen häviämistä sahalaitaisessa syövässä. Tulosten perusteella sahalaitainen syöpä on oma, mutta heterogeeninen kolorektaalisyövän alatyyppi. KRAS ja BRAF –geenien aktivoivien mutaatioiden yleisyys (79–82%) osoittaa, että MAPK -reitin aktivaatio on tärkeää sahalaitaisen syövän kehityksessä. BRAF -mutaatiot ovat spesifisiä sahalaitaisille syöville, ja yhdessä metylaation sekä MSI-H:n kanssa identifioi osan sahalaitasyövistä omaksi ryhmäkseen. <I>KRAS</I> –mutaatioiden yleisyys sahalaitaisissa syövissä antaa aiheen epäillä, että merkittävä osa KRAS –mutaation sisältävistä kolorektaalisyövistä kehittyy sahalaitapolyypeista.

Le diagnostic des pathologies du tube digestif pouvant favoriser la survenue du cancer colorectal(CCR) telle que les maladies inflammatoires chroniques de l'intestin (MICI) est un enjeu majeur de santé public. Un meilleur suivi du patient – impactant notamment le pronostic vital – et une meilleure compréhension de la physiopathologie de ces maladies reposent en partie sur l'émergence de nouvelles techniques diagnostiques. Dans ce contexte, ce manuscrit décrit les développements instrumentaux et méthodologiques combinant séquentiellement au sein d'un même protocole un examen par IRM endoluminale avec un examen associant l'endoscopie conventionnelle, la spectrophotométrie optique et l'endomicroscopie confocale. Les capteurs et procédures développés ont été caractérisés in vitro sur des modèles organiques puis évalués au cours de deux suivis longitudinaux sur un modèle de colite induite chimiquement chez le petit animal. Cette démarche s'inscrit dans les développements récents de techniques multimodales applicables chez des modèles animaux pour des études méthodologiques ou chez l'Homme. La première partie du manuscrit décrit un panorama de l'anatomie rectocolique ainsi que des MICI et du CCR. Les moyens diagnostics actuels utilisés de manière régulière en clinique sont également présentés. La seconde partie décrit précisément les développements instrumentaux et méthodologiques réalisés en IRM et en optique ainsi que les différentes études in vivo qui ont été menées afin d'évaluer le potentiel de la multimodalité IRM – optique. Enfin, la troisième partie de ce manuscrit présente et discute les résultats obtenus au cours de ces différentes études pour les différentes modalités. En conclusion, l'apport de nouveaux outils diagnostiques tels que présentés dans ce manuscrit permettant d'accroître la sensibilité de détection et de caractérisation des lésions tissulaires colorectales est démontré / The diagnosis of gut-inflammatory conditions such as inflammatory bowel disease (IBD), that may lead into colorectal cancer (CRC), is a major public health issue. The emergence of novel imaging-based diagnosis technics helps to improve patients’ following-up but also the growth mechanisms of such conditions. In this context, the present manuscript describes a protocol that includes sequentially endoluminal MRI examination with conventional endoscopy, optical spectroscopy and confocal endomicroscopy. The dedicated developed instrumentation has been first characterized on organic models and then evaluated in vivo on a mouse model of colitis during two longitudinal studies. This project aims to propose methodological developments offering new ways of investigating complex mechanisms on mouse models and that could be further transposed to Human. The first part of this manuscript describes an overview of the colon and rectum anatomy as well as the main characteristics of IBD and CRC. The diagnostic imaging tools that are mainly use in clinical environment for the detection, description and staging of colorectal abnormalities are then presented. The second part describes the development of endoluminal MRI with dedicated coils and the development of optical modalities. In order to assess the potential of the proposed protocol, the different in vivo studies carried out during this project are detailed. Finally, the last part of the document shows and discusses the results obtained for each and cross modalities in this context. In conclusion, bringing new ways of imaging gut diseases to increase the sensitivity of the diagnosis and enhance the morphological description of colorectal abnormalities was demonstrated

Le domaine de l'oncologie progresse de manière rapide, surtout depuis l'avènement des thérapies ciblées. Parmi elles, les inhibiteurs de tyrosine kinase multicible (ITK) antiangiogéniques ont fait la preuve de leur efficacité dans plusieurs types de cancers métastatiques. Le sorafenib, le sunitinib, le pazopanib, l'axtinib, et le regorafenib sont aujourd'hui utilisés en pratique courante. Ces premières thérapeutiques ont ouvert la voie au développement de nombreuses autres molécules ciblant d'autres récepteurs TK (crizotinib, céritinib). Les ITK ciblant les récepteurs de l'angiogénèse inhibent des récepteurs membranaires tels que les VEGFR, les PDGFR, les FGFR etc. Ces molécules améliorent généralement survie et/ou survie sans progression dans les essais cliniques pivots mais il existe une grande variabilité interindividuelle en termes de bénéfice clinique. Nous avons cherché à mettre en évidence des biomarqueurs moléculaires prédictifs de la réponse, afin de mieux sélectionner les patients susceptibles de bénéficier de ces ITKs. L'objectif final de ce travail est ainsi de mieux sélectionner les patients candidats à ce traitement, mais il est également médico économique. La part la plus importante de ce travail est axée sur le regorafenib, qui a fait preuve de son efficacité dans les cancers colorectaux métastatiques prétraités et les tumeurs stromales gastro-intestinalesen échec d'imatinib et de sunitinib. Cependant, aucun paramètre clinique ou histologique n'a été identifié pour sélectionner les patients potentiels pouvant bénéficier de ce traitement, ou, à l'inverse pour éviter de traiter les patients chez lesquels la balance bénéfice/risque est défavorable. Ce travail a été réalisé dans le cadre de programme ProfiLER (NCT01774409) en partenariat avec les plateformes de génomique tumorale (Centre de Recherche en Cancérologie de Lyon, Centre Léon Bérard). Cette étude avait pour objectif de tester l'hypothèse que l'ensemble des altérations des gènes codant pour les kinases cibles d'un ITK donné pourrait être associé au bénéfice clinique de ce traitement. Dans notre étude, nous avons observé que les cancers des patients présentant un bénéfice clinique accumulent des gains chromosomiques sur les gènes cibles, et à l'inverse, les cancers des patients nonrépondeurs possèdent plutôt un profil inverse. L'index génomique, un paramètre évaluant l'instabilité chromosomique ne permet pas de différencier les patients répondeurs, mais nous avons mis en évidence que l'accumulation de certains gains sur les gènes cibles est associée à une meilleure survie. Nous avons ainsi proposé un nouveau concept : celui de TTC (Tumor Target Charge), la somme des gains sur les gènes cibles ; et à l'inverse, celui de TTL (Tumor Target Loss), la somme des pertes sur les gènes cibles. En nous appuyant sur ces définitions de TTC et TTL, nous avons généré un algorithme nommé SUMSCAN traduisant donc la somme des gains et des pertes sur les gènes cibles. Le score SUMSCAN a été appliqué à une première cohorte composée essentiellement de patients ayant un cancer colorectal métastatique et traités par regorafenib, ainsi qu'à une 2ème cohorte de validation composée des patients ayant différentes pathologies néoplasiques. Chez les patients ayant un cancer colorectal « moléculairement sélectionné», la médiane de survie sans progression était de 9 mois contre 3 mois dans la cohorte de patients non sélectionnés (X. JIANG et al, Oncotarget, 2015). Nous avons pu montrer que le principe de ce score pronostique pouvait s'appliquer aux autres antiangiogéniques multi-ITKs.. Nous sommes ainsi en cours de validation de ce score pour la prédiction de la survie sur de larges populations de patients présentant divers types tumoraux : sarcome des tissus mous, carcinomes ovariens de haut grade, carcinome rénal carcinome de la thyroïde, etc.) / Small molecule antiangiogenic tyrosine kinase inhibitors (TKI), such as regorafenib, sorafenib, sunitinib, pazopanib, axitinib, and cabozantinib, are active in a variety of advanced cancers, including renal cell carcinoma (RCC), gastrointestinal stromal tumors (GIST), hepatocellular carcinoma (HCC), colorectal cancer (CRC) and thyroid cancers. Predictive criteria for response to these multiple kinase inhibitors (MTKI) are not as well determined as for tumors harboring key driver alterations, such as BCR-ABL translocations in chronic myeloid leukemia (CML), KIT-mutant GIST, BRAF-mutant melanoma, and ALK-positive non-small cell lung cancer among others. Regorafenib, for instance, has been shown to yield a progression-free survival (PFS) improvement in pretreated metastatic colorectal cancer (mCRC) and in imatinib and sunitinib refractory gastrointestinal stromal tumors (GIST). We report that the antitumor activity of MTKIs in tumors lacking a well-defined oncogenic driver is strongly correlated with copy number alterations of genes encoding the protein kinases targeted by these drugs. A concept of tumor target charge (TTC), defined as the total gains of the genes encoding for targets of MTKIs as well as tumor target loss (TTL) was developed, and correlated to response to regorafenib in 2 cohorts of patients composed of mCRC and STS patients. A predictive model, called SUMSCAN, was conceived as a binary classifier to identify patients as either good or poor candidates for use of MTKIs. Moreover, the PFS and OS of patients with a favorable SUMSCAN score were significantly improved. Importantly, SUMSCAN predicted exclusively response to regorafenib, but not the response to conventional chemotherapy in mCRC

Dans notre travail de thèse, nous nous sommes attachés à répondre à cette question : peut-t-on améliorer la résécabilité tumorale dans le métastases hépatiques et péritonéales du cancer colorectal? Pour cela nous nous sommes appuyés sur deux éléments : la fluorescence du vert d’indocyanine et sa détection par la caméra NIR. Dans un premier temps, après une mise au point en laboratoire, nous avons appliqué cette technique aux résections hépatiques. Nous avons montré que cette technique a un double intérêt : la détection des lésions tumorales et l’amélioration de la marge de résection oncologique. La question encore ouverte est le pourcentage de cellules cancéreuses ou précancéreuses présentent dans cette couronne fluorescente. Dans un deuxième temps nous avons appliqué cette technique dans la carcinose péritonéale. Il s’agit d’une première étude de faisabilité car nous n’avons retrouvé aucune publication sur ce sujet. Nous avons pu montrer des similitudes avec l’étude sur le foie. La fluorescence de l’ICG permet de détecter des tumeurs du péritoine difficilement visibles à l’œil nu grâce à l’intensité et à la qualité de la fluorescence même. Les perspectives sont centrées sur deux axes: l’agent fluorescent, le vert d’indocyanine, et les caméras NIR / In our work of PhD, we endeavored to answer this question: do we can improve tumor resectability in the liver and peritoneal metastases of colorectal cancer? For this, we relied on two elements: the fluorescence of indocyanine green and its detection by NIR camera. Initially, after formal laboratory development, we applied this technique to liver resections. We have shown that this technique has two advantages: the detection of tumor lesions and improving the margin of oncologic resection. The still open question is the percentage of cancerous or precancerous cells present in the fluorescent ring. Secondly, we applied this technique in peritoneal carcinomatosis. This is a first feasibility study because we did not find any publications on this topic. We could show similarities with the study on the liver. The fluorescence from ICG can detect tumors of the peritoneum hardly visible to the naked eye through the intensity and quality of the fluorescence. The outlook is focused on two areas: the fluorescent agent, indocyanine green, and NIR cameras

All cells are equipped to sense changes in their environment and make adaptive responses according to the stimuli. Signal recognition usually occurs at the cell membrane (with the exception of steroid signalling) where the ligand, which can be a small molecule, a peptide or a protein, binds its cognate receptor. This results in a change in the conformation of the receptor which in turn can regulate the production of second messengers. Second messengers can now modulate specific pathways which control gene expression and modify various aspects of cell behaviour. The signalling cascade is terminated by the removal of second messenger and/or by desensitisation of the receptor to the extracellular signal. Cyclic guanosine monophosphate (cGMP) was first identified in the rat urine and since then has emerged as an important second messenger regulating diverse cell processes. Subsequent to its discovery in mammalian cells, enzymes responsible for its synthesis (guanylyl cyclases), hydrolysis (phosphodiesterases) and its most common effectors (cGMP-dependent protein kinases) were identified. Guanylyl cyclases exist in two forms, cytosolic and membrane bound. Both have a conserved guanylyl cyclase domain, but differ in their choice of ligands, overall structure and tissue localization. It is now known that cytosolic and the membrane-bound forms are involved in eliciting distinct cellular responses. Receptor guanylyl cyclase C (GC-C) was identified as the target for a family of heat-stable enterotoxin toxins (ST) produced by enterotoxigenic E.coli. Stable toxin-mediated diarrhoeas are observed frequently in infants and contribute significantly to the incidence of Travellers’ Diarrhea. Early studies demonstrated that the effects of ST were mediated by an increase in intracellular cGMP levels in intestinal cells, and the receptor for ST was almost exclusively expressed in the apical microvilli of the intestinal brush-border epithelia. Effectors of cGMP in intestinal cells include protein kinase G (PKG), cyclic nucleotide gated ion channel 3 (CNG), and the cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR). ST is an exogenous ligand which serves as a hyperagonist for GC-C, in comparison with the endogenous ligands guanylin and uroguanylin, which maintain fluid-ion homeostasis in the intestinal epithelia. The GC-C/cGMP signal transduction pathway also modulates intestinal cell proliferation along the crypt-villus axis by exerting a cytostatic effect on the epithelial cells, thereby regulating their turnover and neoplastic transformation. The current study describes in molecular detail two signalling pathways, one impinging on and one emerging from GC-C, which regulate colonic cell proliferation. The first part identifies the cross-talk and cross-regulation of GC-C and c-src. The second part delves into the molecular basis of GC-C/cGMP-mediated cytostasis and its effect on colonic tumorigenesis. Cross-talk between signalling pathways is believed to play a key role in regulating cell physiology. Phosphorylation of signalling molecules by protein kinases is frequently used as a means of achieving this cross-regulation. Aberrant hyperactivation of the c-src tyrosine kinase is an early event in the progression of colorectal cancer, and activated c-src specifically phosphorylates a number of proteins in the cell. It was found that c-src can phosphorylate GC-C in T84 colorectal carcinoma cells, as well as in the rat intestinal epithelia. Tyrosine phosphorylation of GC-C resulted in attenuation of ligand-mediated cGMP production; an effect which was reversed by chemical or transcriptional knockdown of c-src. These effects were found to be cell line-independent and relied only on the extent of c-src expression and activation in the cell. Mutational analysis revealed GC-C to be phosphorylated on a conserved tyrosine residue (Y820) in the guanylyl cyclase domain. The sequence of GC-C around Y820 allowed for efficient phosphorylation by c-src, and indeed, kinase assays indicated that the affinity of c-src for the GC-C Y820 peptide was one of the highest reported till date. A phospho-mimetic mutation at this site, which mimics a constitutively phosphorylated receptor, resulted in a sharp reduction of guanylyl cyclase activity of the receptor, reiterating the inhibitory role of Y820 phosphorylation on GC-C activity. Phosphorylation of GC-C at Y820 generated a docking site for the SH2 domain of c-src which could interact and thereby co-localize with GC-C on the cell membrane. Intriguingly, this interaction resulted in activation of c-src, setting-up a feed-forward loop of inhibitory GC-C phosphorylation and c-src activation. Treatment of colorectal carcinoma cells with ligands for GC-C reduces cell proliferation and inhibits tumorigenesis. It was observed that this cytostatic effect can be modulated by the status of c-src activation, and consequently, the fraction of tyrosine phosphorylated GC-C in these cells. Since activation of c-src is a frequent event in intestinal neoplasia, phosphorylation of GC-C by active c-src may be one of the means by which the cytostatic effects of GC-C agonists (guanylin and uroguanylin) in the intestine are bypassed, thereby leading to cancer progression. Colonisation of the gut with enteropathogenic microorganisms induces secretion of IFNγ from the host mucosal immune system, which subsequently activates c-src in intestinal epithelial cells. Ligand-stimulated activity of GC-C was found to be reduced in IFNγ treated cells. This could be one of the host defence mechanisms initiated in response to enterotoxigenic E. coli infection. These results provide the first evidence of cross-talk between a receptor guanylyl cyclase and a tyrosine kinase that results in heterologous desensitisation of the receptor. Populations with a higher incidence of enterotoxigenic E.coli infections appear to be protected from intestinal neoplasia. It was found that mice lacking GC-C, and therefore unable to respond to ST, displayed an increased cell proliferation in colonic crypts and enhanced carcinogen-induced aberrant crypt foci formation, which is a surrogate marker for colorectal carcinogenesis. However, pharmacological elevation of cGMP was able to efficiently induce cytostasis even in GC-C knockout mice, indicating a key role for cGMP in regulating colonic cell proliferation. Through microarray analyses, genes regulated by ST-induced GC-C activation in T84 colorectal carcinoma cells were identified. Genes involved in a number of cellular pathways were differentially expressed, including those involved in signal transduction, protein and solute secretion, transcriptional regulation and extracellular matrix formation. One of the genes found to be significantly up-regulated was the cell-cycle inhibitor, p21. The increase in p21 expression was validated at both the transcript and protein level. This p53-independent up-regulation of p21 was coupled to the activation of the cGMP-responsive kinase, PKGII, since knockdown of PKGII using specific siRNAs abolished ST-induced p21 induction. Activation of PKGII led to phosphorylation and activation of the stress responsive p38 MAPK. Similar to what was seen following knockdown of PKGII, inhibition of p38 MAPK activity attenuated the up-regulation of p21 in response to cGMP, indicating that PKGII and p38 MAPK could be a part of a pathway regulating p21 expression. It was found that active p38 MAPK phosphorylated the ubiquitous transcription factor SP1, enhancing its occupancy at the proximal p21 promoter. Therefore, SP1 could be one of the factors linking cGMP to transcription of the p21 mRNA. Chronic activation of GC-C led to nuclear accumulation of p21 in colonic cells, which entered a quiescent state. These cells arrested in the G1 phase of the cell cycle, consequent to p21-dependent inhibition of the G1 cyclin-CDK complexes. A fraction of these quiescent cells stochastically initiated a cGMP-dependent senescence programme and displayed all the hallmarks of senescent cells, including flattened cell morphology, expression of SA- galactosidase and formation of senescence-associated heterochromatic foci. Activation of senescence and loss of tumorigenicity in these cells was crucially dependent on the up-regulation of p21. This irreversible exit from the cell cycle due to cGMP-mediated activation of the PKGII/p38/p21 axis was well correlated with reduced colonic polyp formation in mice exposed to ST. In summary, these observations may provide a possible explanation for the low incidence of colorectal carcinoma seen in countries with a high incidence of ST-mediated diarrhoea. Interestingly, c-src mediated tyrosine phosphorylation of GC-C prevented p21 accumulation following ligand application. The findings described in this thesis may have important implications in understanding the molecular mechanisms involved in the progression and treatment of colorectal cancer.

Ce travail porte sur le développement d’une nouvelle technique de diagnostic associant la résonance magnétique à haute résolution spatiale à la spectroscopie optique d’autofluorescence et de réflectance. La mise au point d’une telle sonde endoluminale bimodale s’inscrit dans les recherches de méthodes complémentaires ou alternatives à l’endoscopie conventionnelle pour le diagnostic précoce des pathologies du tube digestif. En effet le cancer colorectal représente aujourd’hui un enjeu majeur de santé publique avec plus de 1,2 millions de cas diagnostiqués dans le monde sachant que le taux de survie à 5 ans d’un patient est actuellement de 94% dans le cas de lésions détectées à un stade précoce (stade I) et seulement de 8% à un stade tardif (stade IV). Dans la première partie du manuscrit, nous abordons les différentes modalités d’imagerie et d’analyse spectrale en cours de développement ou d’évaluation, en mettant l’accent sur les principes physiques utilisés en RMN et spectroscopie optique. Dans une deuxième partie, nous détaillons la conception et la réalisation de prototypes de sondes endoluminales ainsi que les bancs optiques associés. Nous traitons également de la mise en oeuvre de dispositifs d’acquisition ainsi que des méthodes d’analyse de données au moyen de programmes informatiques dédiés. Dans une dernière partie, le système bimodal est caractérisé et validé lors d’études sur fantômes et une étude in vivo sur lapin. Les images obtenues par RM, fournissant l’information morphologique des échantillons ou du tissu, et les spectres optiques liés à leur composition sont corrélés / The main aim of this work is the development of a new diagnostic technique combining high spatial resolution MRI to autofluorescence and reflectance spectroscopy through the conception of a bimodal endoluminal probe. Such a technique falls within the framework of alternative innovative techniques to conventional colonoscopy that would allow better sensitivity to early stage digestive pathologies. Colorectal cancer is today a major health issue worldwide with more than 1.2 million cases diagnosed each year bearing the fact that the 5 year survival rate is 94% when precancerous lesions are diagnosed at an early stage (stage I) and only 8% when diagnosed at an advanced stage (stage IV). The promising imaging and spectral analysis techniques under investigation or undergoing clinical evaluation in different parts of the world are presented in the first chapter of this manuscript along with the basic physics involved in magnetic resonance imaging and optical spectroscopy. Chapter 2 gives a detailed description of the work carried out in devising and conceiving different endoluminal bimodal probe prototypes along with the dedicated optical test benches. Dedicated data processing and visualisation programmes developed are also presented within this chapter. The final chapter of this work deals with the different studies carried out in-vitro on different phantoms and in-vivo on a rabbit. Morphological information obtained through the MR images are also correlated to the biochemical information through the autofluorescence and reflectance spectra

Les cancers colorectaux et les cancers du sein sont deux des affections malignes les plus fréquentes dans les pays industrialisés. Lorsqu’elles sont diagnostiquées à un stade précoce, ces tumeurs sont traitées efficacement par la chirurgie associée ou non à la radiothérapie. Pour des tumeurs localisées ayant certains facteurs de pronostic péjoratifs, pour les tumeurs localement avancées, ou pour les tumeurs métastasiques, une chimiothérapie est instaurée. Cependant, la chimiothérapie à elle seule ne permet pas de guérir les patients aux stades avancés de ces 2 types de cancers. C’est pourquoi d’autres alternatives comme l’immunothérapie ou des traitement plus ciblés sont en cours d’étude ou viennent récemment d’être validés.Notre travail a porté sur deux modèles d’immunothérapie dans deux formes de cancers . 1/Dans un modèle expérimental chez le rat, un traitement par un analogue de lipide A permet de guérir tous les animaux porteurs de carcinomatose péritonéale macroscopique d’origine colique. 2/ Chez la femme porteuse de carcinome mammaire localement avancé et surexprimant l’oncoprotéine HER2, un traitement préopératoire comportant du trastuzumab permet d’obtenir la disparition complète des tumeurs et des métastases axillaires chez la moitié des patientes. A partir de prélèvements tissulaires issus de ces 2 modèles, nous avons pu montrer que des analyses histologiques et surtout immunohistochimiques pouvaient permettre d’appréhender les mécanismes de régression tumorale.Dans les régressions des carcinomatoses chez le rat, le rôle du monoxyde d’azote, de l’apoptose des cellules tumorales et de l’infiltration des tumeurs par les cellules dendritiques puis des macrophages a été proposé. Dans la régression des tumeurs du sein, le rôle des cellules NK, via un mécanisme d’ADCC a été suggéré. Ces travaux ont permis de montrer que, malgré ses limites, et en particuliers l’impossibilité de démonstration mécanistique, l’immunohistochimie peut permettre de proposer des hypothèses intéressantes, qui doivent être secondairement confirmées par des expérimentations complémentaires. / In the developed countries, colorectal and breast cancers are two of the most common malignancies. When the diagnosis is made at the beginning of the disease, surgery, associated or not with radiotherapy may cure the patients. For tumors that present some pejorative prognostic factors,for locally advanced tumors or for metastasic disease, chemotherapy has to be prescribed. However, in these 2 types of cancer, chemotherapy is not able to cure patients suffering from metastasic stage and alternative treatments as immunotherapy or targeted therapies are studied or are still validated.Our work was based on 2 different models of immunotherapy in 2 types of cancer. In an experimental model of carcinomatoses of colorectal cancer in rats, Lipid A injections are able to cure all the rats, even at a macroscopic stage and in half of the women affected by locally advance HER2-overexpressing breast cancer, trastuzumab based preoperative treatment are able to obtain the total disappearance of the tumor. When we look on tumor samples obtained in these two models, we can show that histology and even more immunohistochemistry are able to propose some mechanisms of regression of the tumors. In the rat model, we can show the role of nitric oxide, apotosis, dendritic cells and macrophages and in the breast cancer regression, we show the role of NK cells and ADCC. Theses works show that immunohistochemistry, even if insufficient, may propose some interesting hypotheses that have to be confirm by other experimentations.

Health is one of the most important things in human life and it also deeply affects its quality. Health prevention and promotion is fundamental both for individuals and the whole society. This thesis analyses the economic approaches to health prevention and promotion. The main aim of this thesis is the analysis of health promotion with respect to colorectal cancer. However, this is not a standard effectiveness analysis but the analysis of the future development in unique Czech environment. According to Czech demographic trends and based on incidence and mortality predictive ARIMA models for colorectal cancer, this work quantifies the increasing costs related to this disease treatment in 2024 and 2028. Also, it makes recommendations on possible spending on possible prevention related to this disease.