En oncologie, l’anatomopathologie est le « gold standard » pour le diagnostic et l’évaluationpronostique de lésions tumorales à l’échelle tissulaire. Depuis peu, les spectroscopiesvibrationnelles, notamment IR, représentent des axes de développement prometteurs pour cettespécialité en ouvrant la voie à l’histologie spectrale. Bien que « la preuve de concept » de cettedémarche soit maintenant réalisée, il reste encore de nombreux points à traiter avant un transfertvers la clinique. Dans ce travail, nous nous sommes intéressés à deux d’entre eux, impliqués dans lavitesse d’obtention, la qualité et le contenu informatif des images spectrales ; à savoir ledéparaffinage numérique des coupes tissulaires et la construction automatique et non supervisée deces images par biométrie floue. Afin de s’affranchir du déparaffinage chimique, nous avons montréque comparativement à l’ICA-NCLS, la méthode de prétraitement des spectres IR par EMSCs’avère la plus adaptée à l’élimination de la signature spectrale de la paraffine. Cette étape permetdonc l’utilisation directe de coupes tissulaires conventionnelles en histologie spectrale et rendpossible des études rétrospectives. La construction d’images spectrales capables de révéler les zonestumorales et les différentes structures tissulaires nécessite des méthodes performantes declassification des données IR. Basé sur la classification floue (FCM, Fuzzy C-Means), nous avonsmis au point un algorithme permettant d’optimiser le nombre de classes K et le paramètre de flou mde façon automatique et simultanée. L’algorithme a été testé au niveau de différents types decancers cutanés comme des carcinomes basocellulaires (BCC), spinocellulaires (SCC), maladies deBowen et mélanomes et comparé aux classifications « dures », comme le K-means (KM) etl’analyse par classification hiérarchique (ACH). Les images FCM révèlent une forte hétérogénéitéintra-tumorale pour les BCC, SCC et mélanomes et permettent de mieux caractériserl’interconnectivité entre les structures tissulaires saines et tumorales. De plus, pour certainestumeurs infiltrantes comme les SCC, un front d’invasion tumoral est mis en évidence ainsi que sesconnexions avec le tissu environnant. En conclusion, l’ensemble de ces résultats souligne le fortpotentiel de l’association microspectroscopie IR/biométrie floue pour la caractérisation de lésionstumorales / In oncology, anatomical pathology is the "gold standard" for diagnosis and prognostic evaluation of tumor lesions on a tissue scale. Since recently, vibrational spectroscopies, especially IR spectroscopy, represent promising guidelines of development for this specialty paving the way for spectral histology. Although "proof of concept" of this approach is now done, there are still many issues before its transfer into the clinic. In this study we focused on two important issues, namely digital dewaxing of the paraffin-embedded tissue sections, and automatic and unsupervised construction of spectral images by fuzzy biometric methods, which are rapid and provide high quality content spectral information.In order to overcome the chemical dewaxing, we have shown that compared to the ICA-NCLS, the IR spectra preprocessing method by EMSC is better for the elimination of paraffin spectral signature. This step thus allows the direct use of conventional tissue sections in spectral histology and enables retrospective studies. The construction of spectral images which reveal tumor areas and the different tissue structures requires efficient methods of IR data clustering. Based on the fuzzy clustering (FCM, Fuzzy C-Means), we developed an algorithm permitting to automatically and simultaneously optimize the number of clusters K and the fuzzy parameter m. This algorithm was applied to different types of skin cancers such as basal cell carcinomas (BCC), squamous cell carcinomas (SCC), Bowen's diseases and melanomas and compared with the "hard" clustering methods as K-means (KM) and Analysis by Hierarchical Clustering (AHC). The FCM images reveal strong intratumoral heterogeneity for BCC, SCC and melanomas and allow better characterization of the interconnectivity between the tumor and healthy tissue structures. In addition, for some invasive tumors such as SCC, a tumor invasive front is highlighted as well as its connections with the surrounding tissue. In conclusion, all these results highlight the potential of the IR microspectroscopy/fuzzy biometric methods association for characterization of tumor lesions.

Les aquaporines (AQPs) sont des petites protéines formant des canaux hydriques àtravers les membranes cellulaires. Les AQPs 0, 1, 2 ,4 ,5 ,6 et 8 assurent le transport sélectif de l'eautandis que les AQPs 3, 7, 9 et 10 permettent également le passage du glycérol. Nous avons étudié leurexpression dans l'épiderme, la couche supérieure de notre peau supposée imperméable. Dans lesmélanocytes, des cellules dendritiques responsables de la pigmentation, seule l'AQP1 est exprimée.Nous avons montré que les kératinocytes, les cellules majoritaires de l'épiderme, expriment enprolifération les AQPs 3 et 10, alors que les kératinocytes différenciés expriment les AQPs 3 et 9. Lalocalisation de l'AQP3 a été précédemment rapportée à la membrane plasmique des kératinocytes, de lacouche basales à la couche épineuse. Nous avons localisé l'AQP9 dans les kératinocytes différenciés dela couche granuleuse au contenu riche en glycérol et réduit en eau. De fait nous pensons que l'AQP9 ysert de transporteur de glycérol. Enfin contrairement à d'autres auteurs, nous n'avons pu mettre enévidence de lien entre prolifération tumorale et expression des aquaporines.

Le carcinome basocellulaire (CBC) est un cancer cutané très fréquent représentant un problème de santé publique majeur. Il métastase rarement mais peut devenir très invasif localement s’il n’est pas pris en charge rapidement. Actuellement, le diagnostic de certitude du CBC est obtenu par examen anatomopathologique de coupes fines ; ce qui présente pour inconvénient d’être invasif et de donner une réponse différée. De plus, la chirurgie du CBC ne bénéficie pas d’outil permettant de définir en temps réel la largeur optimale des marges de sécurité ; celles-ci devant être minimales pour éviter les séquelles esthétiques mais suffisantes pour empêcher toute récidive. L’objectif de ces travaux de thèse est d’évaluer l’apport potentiel de la spectroscopie Raman dans la prise en charge du CBC. Cette technologie applicable in vivo grâce au développement de sondes adaptées, permet une exploration tissulaire à un niveau moléculaire relativement rapide. Au total, 32 patients ont été inclus dans cette étude. A partir des spectres enregistrés in vivo, un modèle de discrimination CBC / peau saine a été développé, à partir duquel les marges d’excision latérales ont pu être évaluées. Les marges profondes ont également été étudiées après enregistrement de spectres sur les pièces fraichement excisées. Des marqueurs Raman de discrimination ont été identifiés aux différentes échelles in vivo, ex vivo et in vitro; ils constituent des bio-indicateurs potentiels pour orienter la prise de décision chirurgicale. Enfin, la contribution des fonds spectraux, habituellement écartés des analyses Raman, a été considérée et leur intérêt dans le cadre de ce projet a été discuté. / Basal cell carcinoma (BCC) is the most common skin cancer and a major problem for healthcare services worldwide. BCC rarely metastasizes but can become highly damaging for surrounding tissue in case of late diagnosis. Actually, the gold standard for BCC diagnosis relies on histopathological assessment of thin sections, but it is an invasive method which provides a delayed response. Moreover, it will be helpful during surgery of BCC to assess in real-time the optimal size of the security margins, which has to be small enough to minimize aesthetic sequelae but sufficient to avoid recurrence. The aim of this work is to evaluate the potential contribution of Raman spectroscopy in the management of BCC. This technology can be applied in vivo thanks to the development of appropriate probes and allows a relatively rapid tissue exploration at a molecular level. A total of 32 patients were included in this study. From in vivo recorded spectra, a model of discrimination BCC / healthy skin was implemented, from which the width of excision margins was evaluated. Deep margins were also studied after recording spectra on freshly excised pieces. Discriminant Raman markers were identified at different levels in vivo, ex vivo and in vitro; they are potential bio-indicators to help the surgeon to define ideal excision margins. In addition, the contribution of spectral backgrounds, usually removed from Raman analysis, was considered and their interest in this project was discussed

Le rayonnement UV solaire induit des modifications de la structure chimique des bases nucléiques de l'ADN essentiellement au niveau de site dipyrimidinique et conduit principalement à la formation des adduits cyclobutanique et (6-4). Ces adduits sont impliqués dans le photovieillisement et le cancer cutané. Les adduits (6-4) sont potentiellement les plus dangereux en raison de leurs propriétés mutagènes intrinsèques.La conformation de l'ADN représente l'un des facteurs gouvernant la formation de l'adduit (6-4). Afin, d'identifier les paramètres structuraux favorisant sa formation, des analogues du dinucléotide de thymine, de conformation choisie, ont été synthétisés. Les modifications chimiques apportées au sein des dinucléotodes ont permis de déplacer l'équilibre conformationnel Nord/Sud du désoxyribose de la thymidine, vers une conformation majoritaire souhaitée. Une analyse structurale par dichroïsme circulaire et une étude préliminaire de photoréactivité ont été réalisées sur ces dinucléotides modifiés. Les résultats obtenus révèlent l'implication de formes minoritaires empilées de ces dinucléotides dans la formation de l'adduit (6-4). De plus, l'étude photochimique montre que l'augmentation de conformères Nord et Sud du dinucléotide aux extrémités 5' et 3', respectivement, favorise la formation de l'adduit (6-4). Cependant, une conformation totalement contrainte Nord et Sud aux extrémités 5' et 3', respectivement, défavorise sa formation.Ces résultats ont permis d'identifier une conformation augmentant le rendement de formation de l'adduit (6-4) et permettront de concevoir de nouveaux modèles conduisant à la formation exclusive de ces adduits. Ces modèles pourront être utilisés en biologie en vue d'applications thérapeutiques ou comme outil en biophysique afin d'élucider le mécanisme de formation de cet adduit. / Exposure of DNA to solar UV light induces chemical modifications on its nucleic bases that are responsible for photoaging and skin cancer. Two major DNA photoproducts class exist: cyclobutane and (6-4) adducts. The latter is intrinsically more mutagenic than the cyclobutane adduct and therefore potentially more dangerous.DNA conformational parameters influence (6-4) adducts formation. To identify structural factors governing (6-4) adduct formation; we synthesized dinucleotides endowed with a specific conformation. Nucleoside moieties exist in a dynamic equilibrium between North and South conformation. Nucleoside conformational changes have been introduced by chemical modifications to obtain desired conformations. Then a structural study by circular dichroism correlated with photochemical study was done. It showed that minor stacked conformers promote (6-4) adduct formation. Moreover, the photochemical study reveals that the increase of North and South conformers at the 5' and 3' end, respectively, increased (6-4) adduct formation but a locked dinucleotide almost precluded (6-4) adduct formation. This result helps to design new models favoring (6-4) adduct formation. Understanding the conformational parameters that govern (6-4) adduct formation will facilitate the development of new therapeutic strategies and the elucidation of the (6-4) adducts formation mechanism.

Les aquaporines (AQPs) sont des petites protéines formant des canaux hydriques àtravers les membranes cellulaires. Les AQPs 0, 1, 2 ,4 ,5 ,6 et 8 assurent le transport sélectif de l’eautandis que les AQPs 3, 7, 9 et 10 permettent également le passage du glycérol. Nous avons étudié leurexpression dans l’épiderme, la couche supérieure de notre peau supposée imperméable. Dans lesmélanocytes, des cellules dendritiques responsables de la pigmentation, seule l’AQP1 est exprimée.Nous avons montré que les kératinocytes, les cellules majoritaires de l’épiderme, expriment enprolifération les AQPs 3 et 10, alors que les kératinocytes différenciés expriment les AQPs 3 et 9. Lalocalisation de l'AQP3 a été précédemment rapportée à la membrane plasmique des kératinocytes, de lacouche basales à la couche épineuse. Nous avons localisé l'AQP9 dans les kératinocytes différenciés dela couche granuleuse au contenu riche en glycérol et réduit en eau. De fait nous pensons que l'AQP9 ysert de transporteur de glycérol. Enfin contrairement à d'autres auteurs, nous n’avons pu mettre enévidence de lien entre prolifération tumorale et expression des aquaporines. / Aquaporins (AQPS) are a family of small proteins forming water channels across cell membranes.AQPs 0, 1, 2, 4, 5, 6 and 8 are strictly water channel whereas AQPs 3, 7, 9 and 10 allow transport ofwater and glycerol. We have studied their expression in the epidermis, the outer-most water-impermeablelayer of the skin. In melanocytes, dendritic cells responsible for pigmentation, only AQP1 is expressed, invitro and ex vivo. We have shown that keratinocytes, principal cells of the epidermis, express AQPs 3 and10 in proliferation, whereas differentiated keratinocytes express AQPs 3 and 9. The localisation of AQP3to plasma membrane of keratinocytes was previously reported from the basal layer to the spinous layer ofthe skin. We localised AQP9 in the fully differentiated keratinocytes of the granular layer, where there is ahigh glycerol and low water content. So we think that AQP9 likely functions as a glycerol transporter.Unlike other authors, we were unable to identify a link between tumorous proliferation and the expressionof aquaporins.