L’IRM représente une modalité d’imagerie du cancer de la prostate qui occupe une place de plus en plus importante pour le diagnostic positif. D’autres indications sont en cours de validation pour établir le pronostique, pour guider le traitement et pour assurer le suivi après traitement notamment partiel. La première partie de ce travail a porté sur les études cliniques de l’IRM dans la sélection des candidats à une surveillance active. Les performances de l’IRM particulièrement dans la détection des cancers antérieurs permettront de réduire le risque de sous-estimation initiale des tumeurs et par conséquent le risque de la reclassification au cours des protocoles de surveillance active. La seconde partie de ce travail a porté sur la corrélation entre les anomalies de signal à l’IRM et les zones tumorales et non tumorales intra-prostatiques. La validation d’une technique simple et reproductible de recalage a permis ensuite une corrélation des anomalies de signal enregistrées sur l’IRM et des paramètres histo-pathologiques quantitatifs des pièces opératoires de prostatectomie. / MRI is an increasingly important imaging modality for prostate cancer diagnosis. Further indications are being validated in prostate cancer to establish the prognostic, to guide treatment and to follow up patients especially after partial treatment. The first part of this work has focused on clinical studies of MRI in patient selection for active surveillance. The performance of MRI particularly in the detection of anterior cancers would reduce the risk of initial underestimation of tumor burden and therefore reduce the risk of reclassification during active surveillance protocols. The second part of this work has focused on the correlation between the signal abnormalities on MRI and intra-prostatic areas. We used a simple and reproducible technique for MRI and histopathology registration and we correlated signal abnormalities recorded on MRI with quantitative histopathological parameters at prostatectomy surgical specimens.

Les ADN-Topoisomérases (Topo) de type I et II sont des enzymes essentielles à la suppression des surenroulements de engendrés par la plupart des transactions de l’ADN. Elles sont des cibles de médicaments anticancéreux très utilisés en clinique. Parmi eux, les inhibiteurs de Topo1 de la famille des camptothécines (CPT) exercent leur cytotoxicité en produisant des cassures double-brin de l’ADN provenant de la collision des fourches de réplications avec les complexes ADN-Topo1 stabilisés par ces inhibiteurs. Les dérivés de CPT sont approuvés pour le traitement des cancers coliques, de l’ovaire et du poumon, mais il existe de multiples mécanismes de résistance à ces agents qui sont à l’origine de l’échec du traitement. Les cancers de la prostate sont réfractaires aux CPT, mais très peu d’études ont été réalisées pour expliquer cette résistance « intrinsèque ». Ce travail de thèse visait à identifier les mécanismes de cette résistance en nous appuyant (1) sur des résultats antérieurs de l’équipe montrant que l’interaction entre la DNA-PKcs, une kinase impliquée dans la réparation de l’ADN par recombinaison non-homologue, et la Topo1 pouvait réguler la sensibilité aux CPT de manière indépendante de la réparation de l’ADN et (2) sur une étude ayant mis en évidence une interaction entre DNA-PKcs et le facteur de transcription ERG dont le gène est remanié dans plus de 50% des tumeurs de prostate. Nos résultats montrent pour la première fois que ERG est effectivement impliqué dans la régulation de la réponse aux CPT dans la lignée VCaP présentant un gène de fusion TMPRSS2-ERG. La répression de ERG dans la lignée VCaP induit une sensibilisation à la CPT mais pas à l’étoposide (un inhibiteur de Topo2) et est accompagnée d’une augmentation du nombre de complexes ADN/Topo1. Ce mécanisme peut-être soit lié à un effet de ERG sur l’interaction DNA-PKcs/Topo1 ou à une régulation transcriptionnelle de gènes impliqués dans la réponse aux CPT incluant la Topo1 elle-même. Nous avons confirmé cette deuxième hypothèse, en démontrant que ERG régule la transcription du micro ARN miR-24 et que l’expression de Topo1 est également sous contrôle de miR-24 dans la lignée VCaP. Des résultats similaires ont été obtenus dans la lignée LNCaP (présentant le gène de fusion TMPRSS2-ETV1) dans laquelle la répression de ETV1 confère aussi une sensibilisation à la CPT. Au cours de notre travail nous avons également recherché des inhibiteurs de l’interaction entre la DNA-PKcs et Topo1 afin de pouvoir utiliser ces composés comme agents de potentialisation des dérivés de CPT en clinique. Les résultats du criblage d’une banque de 320 composés naturels réalisé par la technologie AlphaScreen n’ont malheureusement pu identifier que des inhibiteurs catalytiques de Topo1. Nous avons néanmoins pu montrer que l’un d’entre eux, la mahanimbine, présentait une forte activité cytotoxique vis-à-vis de lignées résistantes aux dérivés de CPT et vis-à-vis de la lignée VCaP ce qui permet d’envisager le développement de nouvelles classes d’inhibiteurs catalytiques Topo1 pouvant contourner la résistance des dérivés de CPT en clinique. / Type I and II DNA Topoisomerases (Top) are essential enzymes involved in the removal of DNA torsional constraints induced by most DNA transactions. They are the targets of various anticancer agents used in the clinic. Among them, Top1 inhibitors from the camptothecins (CPT) family exert their cytotoxicity by producing DNA double-strand breaks that are generated by the collision of advancing replication forks with DNA-Top1 complexes that are stabilized by these inhibitors. CPT derivatives are approved for the treatment of colon, ovary and lung cancers but resistance mechanisms are developed and lead to treatment failure. Prostate cancers are refractory to CPT, but few studies have addressed the mechanisms of such “intrinsic” resistance. This work was aimed at identifying such mechanisms based on (1) previous results from the laboratory showing that interaction of Top1 with DNA-PKcs, a kinase that is essential for non-homologous end-joining, could regulate cell sensitivity to CPT independently of DNA repair and (2) a study that showed an interaction of DNA-PKcs with ERG, a transcription factor from the ETS family which is rearranged in more than 50% of prostate tumors. Our results show for the first time that ERG is indeed involved in the regulation of prostate cancer cell response to CPT as its repression sensitized VCaP cells displaying the TMPRSS2-ERG gene fusion to CPT but not to the Top2 inhibitor etoposide. This effect is accompanied with an increase in Top1-DNA complexes. This could be due to either an effect of ERG on DNA-PKcs/Top1 interaction, or to the transcriptional regulation of genes involved in cell response to CPT, including Top1 itself. We confirmed the latter hypothesis by showing that ERG can regulate the transcription levels of the microRNA miR-24 and that Top1 expression relies, at least in part, on miR24 levels in VCaP cells. We obtained similar results in LNCaP cells (characterized by a TMPRSS2-ETV1 gene fusion), in which ETV1 repression also sensitizes cells to CPT. In parallel, we also searched for inhibitors of DNA-PKcs/Top1 interaction in order to use these compounds to potentiate CPT derivatives in the clinic. We screened a chemical library of 320 natural compounds using the AlphaScreen technology. The results were disappointing as we only identified compounds that are catalytic inhibitors of Top1. Nevertheless, we could show that among them, mahanimbine displayed a potent cytotoxic activity towards CPT-resistant colon cancer cell lines and could efficiently inhibit the growth of VCaP cells that are highly resistant to CPT. This opens new avenues for the development of new classes of Top1 catalytic inhibitors that could be used to circumvent the clinical resistance to CPT derivatives.

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Name: Anna Jadwiga Kielkowska Dissertation title: The role of PTEN as a PI(3,4)P2 lipid phosphatase in Class I phosphoinositide 3-kinase signalling Abstract Class I phosphoinositide 3-kinases (Class I PI3Ks) are essential players involved in the signalling events in the cell and are critical promoters of cellular growth, survival and metabolism. Once activated by environmental stimuli such as growth factors, cytokines or antigens, they exert their catalytic activity by phosphorylating phosphatidylinositol (4,5)-bisphosphate (PI(4,5)P2) to yield a second messenger - PI(3,4,5)P3. Unrestrained PI(3,4,5)P3 signalling has been classically associated with hyperactivation of the Class I PI3K/AKT pathway and has been shown to be a molecular trigger of many pathophysiologies in humans, including autoimmune disorders, respiratory diseases and cancer. To date, two classes of lipid phosphatases SHIP1/2 and PTEN have been reported, which dephosphorylate PI(3,4,5)P3 on positions 5’ and 3’ of the inositol ring to generate PI(3,4)P2 and PI(4,5)P2 respectively, and thus quench Class I PI3K signalling. Moreover, PI(3,4)P2 levels in the cell are regulated by two important lipid 4-phosphatases - INPP4A/B. While the role of PTEN as a tumour suppressor is well established, functions of SHIP1/2 and INPP4A/B are just starting to emerge. A major barrier to progress in this field has been the lack of high quality measurements of PI(3,4)P2, to assess the impact it may have on shaping cellular behaviour. This dissertation summarises the work performed to develop a novel, HPLC-ESI MS/MS based method, in order to measure the product of PI(3,4,5)P3 5-dephosphorylation, PI(3,4)P2, separated from its more abundant regioisomer in cells - PI(4,5)P2. This and an existing HPLC-ESI MS/MS method for measuring PI(3,4,5)P3, have enabled us to describe the fluxes through Class I PI3K-controlled PI(3,4,5)P3 generation and its subsequent 3- and 5- dephosphorylation pathways in human mammary epithelial cells (Mcf10a) stimulated with epidermal growth factor (EGF). By means of genetic suppression of PTEN and INPP4B, we revealed an unexpectedly high level of PI(3,4)P2 that accumulates in EGF-stimulated PTEN-INPP4B-KO Mcf10a cells. Further, an in vitro biochemical assay suggested a novel role for PTEN as a direct PI(3,4)P2 3-phosphatase in Mcf10a cells. This important observation was supported by in sillico phosphatidylinositol lipid modelling of the relevant pathways. In an effort to understand its potential physiological significance, we demonstrated that PI(3,4)P2 accumulation correlates with the ability of genetically modified Mcf10a cells to form gelatin-degrading invadopodia. Finally, we used a mouse prostate cancer model to show PTEN’s importance in controlling PI(3,4)P2 levels in vivo, pointing to a potential role for PI(3,4)P2 in PTEN-dependent tumourigenesis. I hope that the work described in this dissertation will contribute to the current knowledge of phosphatidylinositol lipid biology in the context of Class I PI3K signalling and will simulate future efforts to gain an in-depth understanding of the roles of PTEN and PI(3,4)P2 in cellular physiology.

Les ultrasons focalisés de haute intensité (HIFU) représentent une modalité de traitement du cancer de la prostate dont la place est en évolution. La première partie de ce travail a porté sur l'étude des résultats cliniques obtenus d'une part en traitement de première intention, d'autre part en situation de rattrapage et enfin en situation clinique complexe. Ces résultats ont également été évalués en fonction des différentes évolutions techniques des appareils. Les données obtenues ont permis de préciser les résultats oncologiques et fonctionnels et de définir les points faibles des traitements par HIFU. La seconde partie de ce travail a porté sur le développement préclinique et clinique d'une nouvelle sonde de traitement à focalisation dynamique. Pour cela, un modèle animal a été mis au point afin de tester la capacité du système à préserver la paroi rectale tout en permettant de réaliser des traitements profonds et/ou de grand volume. Il s'agissait d'un modèle porcin avec utilisation du caecum détubulisé et fixé sur le foie. Les traitements par HIFU étaient appliqués au foie à travers le caecum vascularisé. Ces essais ont permis de définir les paramètres de traitement global de la glande et les paramètres de traitement focal avec tirs suspendus. Grâce à ces résultats, des études cliniques ont débuté d'abord avec un prototype puis avec la dernière version d'appareil de traitement par HIFU : le Focal One / High Intensity Focused Ultrasound (HIFU) is a therapeutic option for localized prostate cancer with an evolving place. The first part of this work include the clinical results of HIFU for prostate cancer as the first line treatment, salvage treatment, and in challenging clinical cases. Those results were also evaluated according to the technical evolution of the devices. Oncological, functional outcomes as well as weak point of HIFU have been drawn with the obtained data. The second part of this work was the preclinical and clinical development of the new dynamic focusing probe. For this, an animal model has been developed in order to evaluate the capacity of the probe to spear the rectal wall while treating large and deep lesion. It was a porcine model with a part of the caecum fixed onto the liver. HIFU treatments were applied on the liver through the vascularized colon. Treatment parameters for whole gland ablation as well as focal treatment were developed based on the pathology report. Clinical trial have been started based on those treatment parameters, first with the prototype and then with the Focal One®

Perineural spread of pelvic tumors mechanism and diagnosis Abstract Neoplastic lumbosacral plexopathies are infrequent affections of the lumbosacral plexus. Cases with minimal or non-specific finding on imaging can be particularly puzzling to diagnose. We describe a series of patients with perineural spread from the site of the primary tumor along the visceral autonomous nerves to the lumbosacral plexus and further proximally to the spinal nerves and even intradurally and also distally to the sciatic nerve. On series of 17 patients diagnosed with perineural spread of pelvic malignancy we describe characteristic clinical presentation and imaging finding. In many of these cases a tissue biopsy is necessary to finalize the diagnosis. We describe operative technique of targeted fascicular biopsy of the sciatic nerve and our experience with this procedure. On series of 117 patients, we report the outcome and complication: diagnostic yield was 84.8% and complication rate was 2.7 %. If a tissue sample is needed to conclude the diagnosis, targeted fascicular biopsy does increase the yield at an acceptable complication rate. Perineural spread of pelvic cancer is a new clinical-pathological entity with an unknown natural history or ideal treatment strategy. Based on the imaging finding in this group we present a...