Les intégrines sont des cibles thérapeutiques pertinentes en oncologie. Dans cette thèse, nous avons exploré le rôle de l’intégrine α5β1 dans les gliomes et les tumeurs du colon. Nous nous sommes particulièrement focalisés sur la voie intégrine-protéine p53 et son implication dans la résistance aux thérapies. Dans les gliomes, l’intégrine α5β1 est surexprimée dans les glioblastomes et participe à un mauvais pronostic de survie des patients. Nous avons démontré que l’intégrine confère une résistance à la chimiothérapie par le Temozolomide en régulant négativement l’activité de la protéine suppresseur de tumeurs p53. L’activation directe de p53 par un agent non-génotoxique, la Nutlin-3a, entraine une inhibition de l’expression de l’intégrine suggérant ainsi une réaction croisée négative entre intégrine α5β1 et p53. L’association de la Nutlin-3a avec un antagoniste de l’intégrine α5β1 entraine une mort des cellules par apoptose. Nous avons confirmé l’existence d’une réaction croisée négative entre intégrine α5β1 et protéine p53 dans les tumeurs du colon où l’intégrine représente également une cible thérapeutique. / Integrins seem to be attractive anti-cancer targets. In this work we investigated the role of integrin α5β1 in glioma brain tumors and colon cancer. We were particularly interested in the role of integrin α5β1/p53 pathway in resistance to therapy. We first focused on gliomas and found that α5β1 integrin was overexpressed in aggressive malignant glioma tumors. Moreover, we showed that α5β1 integrin upregulation was associated with a shorter patient survival. We also demonstrated that α5β1 integrin expression in glioblastomas participates to the resistance to the chemotherapeutic agent Temozolomide, through a negative regulation of the tumor suppressor p53. A direct p53-activation by the non-genotoxic agent Nutlin-3a down-regulated α5 integrin subunit and thus sensitized glioblastoma cells to Nutlin-3a. Furthermore, we demonstrated that the inhibition of α5β1 integrin with a concomitant p53-activation enhanced the effects of p53-based therapy. We also confirmed the existence of a negative cross-talk between α5β1 integrin and p53 in colon cancer.

La Pioglitazone appartient à la famille des thiazolidinédiones et le Fénofibrate à la famille des fibrates. Ces molécules sont, respectivement, des agonistes synthétiques du récepteur activable par les proliférateurs de peroxysomes γ (PPARγ) et PPARα, membres de la famille des récepteurs nucléaires aux hormones. Le traitement de cellules cancéreuses humaines par ces molécules limite la croissance et peut induire leur apoptose. Cependant, l’impact de ces traitements sur les cellules cancéreuses est en partie dû à une action indépendante de l’activation du récepteur et met en cause la génération d'un stress oxydant. Au cours de ces travaux, un analogue de la Pioglitazone, la ΔPioglitazone, qui ne permet pas l’activation de PPARγ, a été synthétisé. Les effets de ces molécules ont été testés sur deux lignées cellulaires établies à partir de cancer colique, HT29 et HCT116. Ces traitements limitent la croissance des cellules cancéreuses sans induire de processus apoptotique. La production d’espèces réactives est responsable d’une diminution du contenu en glutathion intracellulaire. Le stress oxydant généré suite au traitement par la Pioglitazone et la ΔPioglitazone induit l’activation de la voie de signalisation antioxydante Nrf2/Keap1 et l’expression de ses gènes-cibles HO-1 et NQO1. En revanche, bien qu’il induise la production d’un stress oxydant, le Fénofibrate n’entraîne aucune activation de cette voie. De plus, ces trois composés sont responsables d’une modification du métabolisme cellulaire en faveur de la glycolyse. Parallèlement, l’impact de dérivés 4-thiazolidinones, analogues des thiazolidinédione, synthétisés au laboratoire, a été testé. L’effet de ces molécules a été évalué sur la survie cellulaire et le statut redox des cellules HT29. Plusieurs composés présentent une activité antiproliférative et sont capables de générer un stress oxydant sans activer la voie Nrf2/Keap1 / Peroxisome Proliferator-activated Receptors (PPAR) are members of the nuclear receptor family. Pioglitazone and Fenofibrate belong respectively to the thiazolidinedione and fibrate family. Pioglitazone is an agonist of PPARγ isotype whereas Fenofibrate is an agonist of PPARα isotype. Cancer cell exposure to each ligand inhibits cell growth and triggers apoptosis cell death. However, the effects of respective PPAR ligand on cell survival were found to be independent of receptor activation and were associated to redox changes within the cells. In order to discriminate PPAR independent from PPAR dependent activation, an analogue of Pioglitazone, Δ-Pioglitazone was synthesized. The molecule binds to PPARγ without activating it. Two cancer cell lines established from human colon adenocarcinoma, HT29 and HCT116 were tested. Cell exposure to each molecule inhibited cell growth but cells did not undergo apoptosis cell death. Cell treatment induced the production of reactive species and the decrease of intracellular glutathione content. Pioglitazone or [delta]-Pioglitazone-mediated oxidative stress triggered the activation of the Nrf2/Keap1 pathway as assessed by the increases of Nrf2 target genes expression such as HO-1 and NQO1. In contrast, Fenofibrate treatment increased reactive species production but did no activate this pathway. Moreover, cell exposure to Pioglitazone, Δ-Pioglitazone or Fenofibrate modulated cell metabolism, notably by enhancing glycolysis. In parallel, impact of 4-thiazolidinone derivatives synthesized in the laboratory was tested. These molecules are analogues of thiazolidinedione. Effect of 4-thiazolidinone treatments was assessed to cell growth arrest and redox changes within the HT29 cells. Several molecules have anti-proliferative effect and are able to generate oxidative stress without Nrf2/Keap1 pathway activation

La spectrométrie de masse mesure la masse des ions selon leur rapport masse sur charge. Cette technique est employée dans plusieurs domaines et peut analyser des mélanges complexes. L’imagerie par spectrométrie de masse (Imaging Mass Spectrometry en anglais, IMS), une branche de la spectrométrie de masse, permet l’analyse des ions sur une surface, tout en conservant l’organisation spatiale des ions détectés. Jusqu’à présent, les échantillons les plus étudiés en IMS sont des sections tissulaires végétales ou animales. Parmi les molécules couramment analysées par l’IMS, les lipides ont suscité beaucoup d'intérêt. Les lipides sont impliqués dans les maladies et le fonctionnement normal des cellules; ils forment la membrane cellulaire et ont plusieurs rôles, comme celui de réguler des événements cellulaires. Considérant l’implication des lipides dans la biologie et la capacité du MALDI IMS à les analyser, nous avons développé des stratégies analytiques pour la manipulation des échantillons et l’analyse de larges ensembles de données lipidiques. La dégradation des lipides est très importante dans l’industrie alimentaire. De la même façon, les lipides des sections tissulaires risquent de se dégrader. Leurs produits de dégradation peuvent donc introduire des artefacts dans l’analyse IMS ainsi que la perte d’espèces lipidiques pouvant nuire à la précision des mesures d’abondance. Puisque les lipides oxydés sont aussi des médiateurs importants dans le développement de plusieurs maladies, leur réelle préservation devient donc critique. Dans les études multi-institutionnelles où les échantillons sont souvent transportés d’un emplacement à l’autre, des protocoles adaptés et validés, et des mesures de dégradation sont nécessaires. Nos principaux résultats sont les suivants : un accroissement en fonction du temps des phospholipides oxydés et des lysophospholipides dans des conditions ambiantes, une diminution de la présence des lipides ayant des acides gras insaturés et un effet inhibitoire sur ses phénomènes de la conservation des sections au froid sous N2. A température et atmosphère ambiantes, les phospholipides sont oxydés sur une échelle de temps typique d’une préparation IMS normale (~30 minutes). Les phospholipides sont aussi décomposés en lysophospholipides sur une échelle de temps de plusieurs jours. La validation d’une méthode de manipulation d’échantillon est d’autant plus importante lorsqu’il s’agit d’analyser un plus grand nombre d’échantillons. L’athérosclérose est une maladie cardiovasculaire induite par l’accumulation de matériel cellulaire sur la paroi artérielle. Puisque l’athérosclérose est un phénomène en trois dimension (3D), l'IMS 3D en série devient donc utile, d'une part, car elle a la capacité à localiser les molécules sur la longueur totale d’une plaque athéromateuse et, d'autre part, car elle peut identifier des mécanismes moléculaires du développement ou de la rupture des plaques. l'IMS 3D en série fait face à certains défis spécifiques, dont beaucoup se rapportent simplement à la reconstruction en 3D et à l’interprétation de la reconstruction moléculaire en temps réel. En tenant compte de ces objectifs et en utilisant l’IMS des lipides pour l’étude des plaques d’athérosclérose d’une carotide humaine et d’un modèle murin d’athérosclérose, nous avons élaboré des méthodes «open-source» pour la reconstruction des données de l’IMS en 3D. Notre méthodologie fournit un moyen d’obtenir des visualisations de haute qualité et démontre une stratégie pour l’interprétation rapide des données de l’IMS 3D par la segmentation multivariée. L’analyse d’aortes d’un modèle murin a été le point de départ pour le développement des méthodes car ce sont des échantillons mieux contrôlés. En corrélant les données acquises en mode d’ionisation positive et négative, l’IMS en 3D a permis de démontrer une accumulation des phospholipides dans les sinus aortiques. De plus, l’IMS par AgLDI a mis en évidence une localisation différentielle des acides gras libres, du cholestérol, des esters du cholestérol et des triglycérides. La segmentation multivariée des signaux lipidiques suite à l’analyse par IMS d’une carotide humaine démontre une histologie moléculaire corrélée avec le degré de sténose de l’artère. Ces recherches aident à mieux comprendre la complexité biologique de l’athérosclérose et peuvent possiblement prédire le développement de certains cas cliniques. La métastase au foie du cancer colorectal (Colorectal cancer liver metastasis en anglais, CRCLM) est la maladie métastatique du cancer colorectal primaire, un des cancers le plus fréquent au monde. L’évaluation et le pronostic des tumeurs CRCLM sont effectués avec l’histopathologie avec une marge d’erreur. Nous avons utilisé l’IMS des lipides pour identifier les compartiments histologiques du CRCLM et extraire leurs signatures lipidiques. En exploitant ces signatures moléculaires, nous avons pu déterminer un score histopathologique quantitatif et objectif et qui corrèle avec le pronostic. De plus, par la dissection des signatures lipidiques, nous avons identifié des espèces lipidiques individuelles qui sont discriminants des différentes histologies du CRCLM et qui peuvent potentiellement être utilisées comme des biomarqueurs pour la détermination de la réponse à la thérapie. Plus spécifiquement, nous avons trouvé une série de plasmalogènes et sphingolipides qui permettent de distinguer deux différents types de nécrose (infarct-like necrosis et usual necrosis en anglais, ILN et UN, respectivement). L’ILN est associé avec la réponse aux traitements chimiothérapiques, alors que l’UN est associé au fonctionnement normal de la tumeur. / Mass spectrometry is the measurement of the mass over charge ratio of ions. It is broadly applicable and capable of analyzing complex mixtures. Imaging mass spectrometry (IMS) is a branch of mass spectrometry that analyses ions across a surface while conserving their spatial organization on said surface. At this juncture, the most studied IMS samples are thin tissue sections from plants and animals. Among the molecules routinely imaged by IMS, lipids have generated significant interest. Lipids are important in disease and normal cell function as they form cell membranes and act as signaling molecules for cellular events among many other roles. Considering the potential of lipids in biological and clinical applications and the capability of MALDI to ionize lipids, we developed analytical strategies for the handling of samples and analysis of large lipid MALDI IMS datasets. Lipid degradation is massively important in the food industry with oxidized products producing a bad smell and taste. Similarly, lipids in thin tissue sections cut from whole tissues are subject to degradation, and their degradation products can introduce IMS artifacts and the loss of normally occurring species to degradation can skew accuracy in IMS measures of abundance. Oxidized lipids are also known to be important mediators in the progression of several diseases and their accurate preservation is critical. As IMS studies become multi-institutional and collaborations lead to sample exchange, the need for validated protocols and measures of degradation are necessary. We observed the products of lipid degradation in tissue sections from multiple mouse organs and reported on the conditions promoting and inhibiting their presence as well as the timeline of degradation. Our key findings were the increase in oxidized phospholipids and lysophospholipids from degradation at ambient conditions, the decrease in the presence of lipids containing unsaturations on their fatty acyl chains, and the inhibition of degradation by matrix coating and cold storage of sections under N2 atmosphere. At ambient atmospheric and temperature, lipids degraded into oxidized phospholipids on the time-scale of a normal IMS experiment sample preparation (within 30 min). Lipids then degraded into lysophospholipids’ on a time scale on the order of several days. Validation of sample handling is especially important when a greater number of samples are to be analyzed either through a cohort of samples, or analysis of multiple sections from a single tissue as in serial 3D IMS. Atherosclerosis is disease caused by accumulation of cellular material at the arterial wall. The accumulation implanted in the cell wall grows and eventually occludes the blood vessel, or causes a stroke. Atherosclerosis is a 3D phenomenon and serial 3D IMS is useful for its ability to localize molecules throughout the length of a plaque and help to define the molecular mechanisms of plaque development and rupture. Serial 3D IMS has many challenges, many of which are simply a matter of producing 3D reconstructions and interpreting them in a timely fashion. In this aim and using analysis of lipids from atherosclerotic plaques from a human carotid and mouse aortic sinuses, we described 3D reconstruction methods using open-source software. Our methodology provides means to obtain high quality visualizations and demonstrates strategies for rapid interpretation of 3D IMS datasets through multivariate segmentation. Mouse aorta from model animals provided a springboard for developing the methods on lower risk samples with less variation with interesting molecular results. 3D MALDI IMS showed localized phospholipid accumulation in the mouse aortic sinuses with correlation between separate positive and negative ionization datasets. Silver-assisted LDI imaging presented differential localization of free fatty acids, cholesterol / cholesterol esters, and triglycerides. The human carotid’s 3D segmentation shows molecular histologies (spatial groupings of imaging pixels with similar spectral fingerprints) correlating to the degree of arterial stenosis. Our results outline the potential for 3D IMS in atherosclerotic research. Molecular histologies and their 3D spatial organization, obtained from the IMS techniques used herein, may predict high-risk features, and particularly identify areas of plaque that have higher-risk of rupture. These investigations would help further unravel the biological complexities of atherosclerosis, and predict clinical outcomes. Colorectal cancer liver metastasis (CRCLM) is the metastatic disease of primary colorectal cancer, one of the most common cancers worldwide. CRC is a cancer of the endothelial lining of the colon or rectum. CRC itself is often cured with surgery, while CRCLM is more deadly and treated with chemotherapy with more limited efficacy. Prognosticating and assessment of tumors is performed using classical histopathology with a margin of error. We have used lipid IMS to identify the histological compartments and extract their signatures. Using these IMS signatures we obtained a quantitative and objective histopathological score that correlates with prognosis. Additionally, by dissecting out the lipid signatures we have identified single lipid moieties that are unique to different histologies that could potentially be used as new biomarkers for assessing response to therapy. Particularly, we found a series of plasmalogen and sphingolipid species that differentiate infarct-like and usual necrosis, typical of chemotherapeutic response and normal tumor function, respectively.

Une analyse génomique (Comparative Genomic Hybridization) a été réalisée sur une cohorte d'adénomes et de tumeurs coliques et a mis en évidence, parmi d'autres altérations, la délétion de la région 1p36.12 dans 23% des adénomes et 47% des carcinomes. Parmi les 15 gènes ayant une fonction connue retrouvés dans cette zone, le gène codant pour le facteur de transcription E2F2 a été retenu en raison de son implication dans des processus cellulaires clés. Une analyse de Kaplan- Meier a montré que la délétion de E2F2 est un facteur de bon pronostic de survie sans progression. Afin de mieux cerner l'implication des gènes ciblés par la micro-délétion en 1p36.12, une étude fonctionnelle in vitro et in vivo de la perte de fonction de E2F2 a été réalisée, et étendue à celle de ID3 dont le gène est le voisin direct de E2F2. Nos observations indiquent qu'in vivo, la perte d'E2F2 favorise la croissance tumorale et bloque le développement de métastases. Dans le cadre d'une collaboration avec l'équipe de biochimiste du Pr Céline TARNUS (U.H.A.), une étude pilote a été réalisée pour prouver l'efficacité anti-tumorale de nouveaux inhibiteurs hautement sélectifs pour l'aminopeptidase N.

Estudos epidemiológicos vêm demonstrando que quantidades apropriadas de atividade física regular estão associadas a significativa redução do risco para o desenvolvimento de câncer de cólon em até 40% entre os indivíduos mais fisicamente ativos. Por outro lado, tem sido observado que o exercício físico exaustivo aumenta a produção sistêmica de radicais livres, com concomitante aumento dos danos oxidativos ao DNA, além de deprimir a função imune global, eventos relacionados ao aumento do risco para o desenvolvimento de câncer. Relativamente, poucos estudos experimentais exploram essas relações, principalmente no que concerne ao exercício exaustivo e o câncer. A taxa de proliferação celular epitelial, os focos de criptas aberrantes (FCAs) e as criptas com acúmulo de beta-catenina (CABC) têm sido marcadores biológicos (biomarcadores) usados para a identificação precoce de fatores que poderiam influenciar a carcinogênese colônica em ratos. Através da aplicação do carcinógeno químico 1,2dimetilhidrazina (DMH), logo após os protocolos de exercício, foram estudados quatro grupos principais de ratos previamente sedentários (grupo-controle, e três grupos submetidos, respectivamente, ao treinamento crônico de natação, à natação até a exaustão, e à natação até a exaustão após treinamento crônico), sendo sacrificados quinze dias após a injeção da DMH. Após análise histológica e imunohistoquímica, os biomarcadores estudados mostraram resultados coerentes nas diferentes situações experimentais aferidas. Foi observada uma diminuição estatisticamente significante da resposta hiperproliferativa, do número de FCAs e de CABC no grupo que realizou o treinamento crônico, enquanto o grupo submetido ao exercício exaustivo apresentou aumento estatisticamente significante dos parâmetros citados, quando comparados ao grupo-controle. No grupo submetido à associação dos dois protocolos de exercício, quando comparado ao grupo-controle, não houve alterações significantes nos biomarcadores de transformação neoplásica estudados. Nesse estudo experimental, o treinamento físico crônico teve efeito protetor contra o desenvolvimento dos biomarcadores precoces de transformação neoplásica do cólon, enquanto o exercício físico exaustivo aumentou a prevalência destes em ratos sedentários. O treinamento físico crônico, quando associado ao exercício físico exaustivo, não alterou a prevalência dos biomarcadores estudados. Desse achado, acrescido do que se pode encontrar na literatura científica atual, levanta-se a hipótese de que, de maneira similar à relação entre exercício físico e infecções, também o exercício poderia ou proteger contra o desenvolvimento, ou aumentar o risco para o câncer, dependendo do tipo, intensidade e duração da atividade desenvolvida. / Ephitelial cell proliferation, aberrant crypt foci (ACF) and â-catenin-accumulated crypts (BCAC) have been used for early detection of factors that influence colorectal carcinogenesis in rats. It has been observed that moderate and regular physical activity may prevent colon cancer up to 40% in humans. However, exhaustive exercise increases free radical DNA oxidative damage and depresses immune function, events also related to the increased risk for cancer development. Fifteen days after either a single exhaustive swimming bout or a swimming physical training for 8 weeks, or both, in untrained rats treated with a colon carcinogen, we observed a statistically significant decreased number of those biomarkers in rats under training protocol, and a statistically significant increased number of them in rats under exhaustive protocol, when compared to the non-exercised group. For the rats under exhaustive protocol after being trained, data was not evident. Thus, we concluded that training protected against the biomakers development and exhaustive exercise improved colorectal carcinogenesis biomarkers development in sedentary rats. From our finding and literature data, we hypothesize that, similarly to the suggested relationship between exercise and infections, exercise could be protective against cancer or it could increase the risk for this disease depending on its type, dose and duration.

Estudos epidemiológicos vêm demonstrando que quantidades apropriadas de atividade física regular estão associadas a significativa redução do risco para o desenvolvimento de câncer de cólon em até 40% entre os indivíduos mais fisicamente ativos. Por outro lado, tem sido observado que o exercício físico exaustivo aumenta a produção sistêmica de radicais livres, com concomitante aumento dos danos oxidativos ao DNA, além de deprimir a função imune global, eventos relacionados ao aumento do risco para o desenvolvimento de câncer. Relativamente, poucos estudos experimentais exploram essas relações, principalmente no que concerne ao exercício exaustivo e o câncer. A taxa de proliferação celular epitelial, os focos de criptas aberrantes (FCAs) e as criptas com acúmulo de beta-catenina (CABC) têm sido marcadores biológicos (biomarcadores) usados para a identificação precoce de fatores que poderiam influenciar a carcinogênese colônica em ratos. Através da aplicação do carcinógeno químico 1,2dimetilhidrazina (DMH), logo após os protocolos de exercício, foram estudados quatro grupos principais de ratos previamente sedentários (grupo-controle, e três grupos submetidos, respectivamente, ao treinamento crônico de natação, à natação até a exaustão, e à natação até a exaustão após treinamento crônico), sendo sacrificados quinze dias após a injeção da DMH. Após análise histológica e imunohistoquímica, os biomarcadores estudados mostraram resultados coerentes nas diferentes situações experimentais aferidas. Foi observada uma diminuição estatisticamente significante da resposta hiperproliferativa, do número de FCAs e de CABC no grupo que realizou o treinamento crônico, enquanto o grupo submetido ao exercício exaustivo apresentou aumento estatisticamente significante dos parâmetros citados, quando comparados ao grupo-controle. No grupo submetido à associação dos dois protocolos de exercício, quando comparado ao grupo-controle, não houve alterações significantes nos biomarcadores de transformação neoplásica estudados. Nesse estudo experimental, o treinamento físico crônico teve efeito protetor contra o desenvolvimento dos biomarcadores precoces de transformação neoplásica do cólon, enquanto o exercício físico exaustivo aumentou a prevalência destes em ratos sedentários. O treinamento físico crônico, quando associado ao exercício físico exaustivo, não alterou a prevalência dos biomarcadores estudados. Desse achado, acrescido do que se pode encontrar na literatura científica atual, levanta-se a hipótese de que, de maneira similar à relação entre exercício físico e infecções, também o exercício poderia ou proteger contra o desenvolvimento, ou aumentar o risco para o câncer, dependendo do tipo, intensidade e duração da atividade desenvolvida. / Ephitelial cell proliferation, aberrant crypt foci (ACF) and â-catenin-accumulated crypts (BCAC) have been used for early detection of factors that influence colorectal carcinogenesis in rats. It has been observed that moderate and regular physical activity may prevent colon cancer up to 40% in humans. However, exhaustive exercise increases free radical DNA oxidative damage and depresses immune function, events also related to the increased risk for cancer development. Fifteen days after either a single exhaustive swimming bout or a swimming physical training for 8 weeks, or both, in untrained rats treated with a colon carcinogen, we observed a statistically significant decreased number of those biomarkers in rats under training protocol, and a statistically significant increased number of them in rats under exhaustive protocol, when compared to the non-exercised group. For the rats under exhaustive protocol after being trained, data was not evident. Thus, we concluded that training protected against the biomakers development and exhaustive exercise improved colorectal carcinogenesis biomarkers development in sedentary rats. From our finding and literature data, we hypothesize that, similarly to the suggested relationship between exercise and infections, exercise could be protective against cancer or it could increase the risk for this disease depending on its type, dose and duration.