Il est généralement admis que le cancer du sein représente un ensemble de plusieurs maladies, définies comme des sous-types ayant des caractéristiques moléculaires et cliniques qui leurs sont propres. Une meilleure compréhension des mécanismes qui sous-tendent l'hétérogénéité du cancer du sein est essentielle au développement de thérapies mieux ajustées. Le concept de cellules souches cancéreuses (CSC) pourrait être un des clés de cette compréhension. A ce jour, un certain nombre de marqueurs ont été proposés pour isoler et caractériser les cellules souches dans le cancer du sein, mais aucun ne semble totalement satisfaisant.Le but de mon travail était de déterminer un marqueur ou une combinaison de marqueurs avec lesquels les fractions enrichies en CSC pourraient être isolées de manière reproductible dans le cancer du sein de sous-types basal (BLBC). En effet, les tumeurs basales représentent 15% de toutes les tumeurs mammaires, mais constituent le sous-type le plus agressif. À cet effet, j'ai analysé un certain nombre de marqueurs par analyse FACS et tri cellulaire et utilisé la capacité de formation de mammosphères (MS) comme critère de validation pour la présence de CSC. Les lignées cellulaires utilisées comme modèles étaient les SUM 159, MDA-MB-231, MDA-MB-436, HCC1143, MDA-MB-468, Hs578T et BT-549 correspondant aux modèles basal-A et B. J'ai également testé trois lignées luminales les MCF7, T47D et BT474.De tous les marqueurs testés, seules, la combinaison des protéines de surface cellulaire CD44/CD24/EpCAM et l’activité enzymatique ALDH élevée ont permis d’obtenir un enrichissement significatif en CSC. Toutefois, le niveau de l'activité ALDH est apparu inconstant d’une lignée cellulaire à une autre et selon le type de tumeurs. D'autres marqueurs membranaires ont donné des résultats mitigés dans le cancer du sein ER-. En effet, la plupart des lignées basales ont montré des profils FACS assez homogènes avec des proportions élevées de cellules CD44+. Cependant, l'association de la positivité de CD44 avec l'EMT et la souchitude, ainsi que la bonne corrélation observée dans les modèles luminaux de la population de cellules CD44+/CD24- avec l’enrichissement en CSC, nous a incité à déterminer si le niveau d'expression en CD44 faisait une différence dans les tumeurs basales. Sur cette base, j’ai montré que les cellules CD44 high présentent une forte capacité à former des MS dans toutes les lignées cellulaires testées. Cette constatation nous a incités à utiliser CD44high vs. CD44low comme critère de tri cellulaire et à utiliser ces fractions pour effectuer une analyse du transcriptome afin d'identifier d'autres marqueurs non encore déterminés, pouvant isoler des fractions cellulaires plus faibles avec un enrichissement plus élevé en CSC. / It is now accepted that breast cancer is a compendium of several diseases defined as subtypesthat are associated with different clinical outcomes and molecular characteristics. A betterunderstanding of the mechanisms underlying breast cancer heterogeneity is critical to the development of better adjusted therapies. One of the keys to breast cancer heterogeneity may be explained by cancer stem cells (CSC). A number of markers have been proposed to isolate and characterize breast cancer stem cells, but none appears totally satisfactory.The purpose of my work was determine a marker or combination of markers with which CSC enriched fractions could be reproducibly isolated in basal like breast cancer (BLBC). BLBC represent 15% of all breast tumors, but are the most aggressive subtype. To this aim, I have analyzed a number of markers by FACS analysis and cell sorting and used the capacity to form mammospheres (MS) as a validation criterion for the presence of CSCs. The cell lines used as models were SUM 159, MDA-MB-231, MDA-MB-436, HCC1143, MDA-MB-468, Hs578T and BT-549 comprising both Basal A and Basal B models. I also tested three luminal models MCF7, T47D and BT474.Of all the markers tested those that most consistently allowed enrichment of CSCs were the combination of cell surface proteins CD44/CD24/EpCAM and elevated ALDH enzyme activity. However, ALDH activity appeared irregular, ranging from good to inconsistent according to the cell line. Other cell surface markers gave mixed results in ER- breast cancer because the elevated fraction of CD44+ cells found in most of basal breast cancer cell lines and their propensity to show rather homogenous FACS labeling patterns. However, the association of CD44 positivity with EMT and stemness, as well as the good correlation, we observed in luminal models, of CD44+/CD24- cell population with CSC enrichment incited us to determine whether the level of expression of CD44 could make a difference in basal like models. I show that CD44high cells present higher capacity to form MS in all cell line models tested. This prompted us to use CD44high vs. CD44low as a cell sorting criterion and use these fractions to perform transcriptome analysis in order to identify other markers yet not determined, that may point to smaller cell fractions with a higher CSC enrichment.

Le cancer du sein est une maladie complexe et difficile à caractériser. Parmi les différents sous-types moléculaires, les tumeurs du sein Triple-Négatives (TN) sont particulièrement agressives et de mauvais pronostic. Elles sont caractérisées par une absence d’expression des récepteurs aux œstrogènes (ER), à la progestérone (PR), l’absence de surexpression du récepteur Human Epidermal growth factor 2 (HER2) et de fréquentes mutations sur les gènes BRCA1/2 (profil « BRCAness »). En absence de thérapies ciblées efficaces, de nombreux traitements ciblés notamment les inhibiteurs de poly-ADP-ribose polymérases (anti-PARPs) sont actuellement en cours de développement, en recherche préclinique et clinique. Basés sur le principe de létalité synthétique, les anti-PARPs ciblent les propriétés BRCAness des tumeurs TN. Dans ce contexte, ces travaux de recherche ont été orientés sur le développement d’outils diagnostics afin d’optimiser l’efficacité des anti-PARPs sur des tumeurs TN. Pour ce faire, dans un premier temps, des cultures cellulaires en 3D via la technique Liquid Overlay ainsi que des tests de cytotoxicités associés ont été développés, à partir des lignées cellulaires MDA-MB-231 et SUM1315 de phénotype TN. Ces deux modèles de sphéroïdes ont ensuite été optimisés/normalisés dans un milieu de culture synthétique intitulé OPTIPASS (BIOPASS). Dans un deuxième temps, l’efficacité d’un co-traitement combinant l’anti-PARP1 Olaparib à faibles et à fortes doses et la radiothérapie fractionnée (5x2 Gy) a été modélisée sur les deux lignées MDA-MB-231 et SUM1315, en conditions 2D et 3D. Ces expériences ont clairement mis en évidence un effet potentialisateur de l’Olaparib sur la radiothérapie (i) en présence de faibles doses de cet anti-PARP (5 µM ou inférieur) (ii) à long terme et (iii) en présence d’un fractionnement maximum (5x2 Gy). De plus, les lignées tumorales TN étudiées présentaient des différences de sensibilité vis-à-vis du co-traitement. Ainsi, une analyse transcriptomique in silico a mis en évidence des profils très différents de ces lignées hautement métastatiques et très agressives. Notamment, la lignée SUM1315 semblait présenter un engagement neuronal, suggérant son origine métastatique cérébrale. Ces résultats encourageants pourraient ouvrir de nouvelles perspectives pour le traitement des métastases cérébrales de tumeurs mammaires TN, très fréquentes chez ce sous-type. Dans un troisième temps, afin de mieux caractériser le mode d’action de l’Olaparib sur ces modèles de sphéroïdes, un dérivé fluorescent de l’Olaparib, l’Ola-FL, a été synthétisé et caractérisé. L’analyse de la pénétration et de la distribution de l’Ola-FL au sein des sphéroïdes MDA-MB-231 et SUM1315 a mis en évidence une distribution rapide et homogène du composé ainsi que sa persistance après 3h d’incubation, dans toute la profondeur des sphéroïdes et notamment dans les zones hypoxiques centrales. Enfin, l’analyse de la co-expression de deux pompes Multidrug Resistance (MDR) majeures, la MRP7 et la P-gp après le traitement des deux lignées TN avec l’Olaparib, a mis en évidence sur les cultures 2D, une expression de type relai de la MRP7 et la P-gp. Sur les sphéroïdes traités avec une faible dose d’Olaparib à long terme, une expression basale de la MRP7 et une surexpression de la P-gp ont été détectées, au sein des cellules résiduelles périphériques des sphéroïdes. Ces résultats mettent clairement en évidence l’implication des pompes d’efflux dans les mécanismes de résistances à l’Olaparib, dans ces tumeurs agressives. L’ensemble des résultats issus de la modélisation de l’action de l’Olaparib sur des sphéroïdes MDA-MB-231 et SUM1315 laissent supposer sa plus grande efficacité à faible dose et à long-terme, notamment dans les zones hypoxiques des sphéroïdes, probablement aussi à l’origine de son effet potentialisateur avec la radiothérapie. / Breast cancer is a very complex and heterogeneous disease. Among the different molecular subtypes, Triple-Negative (TN) breast cancers are particularly aggressive and of poor prognosis. TN tumours are characterized by a lack of estrogen receptors expression (ER), progesterone receptors expression (PR), the absence of Human Epidermal growth factor receptor 2 overexpression (HER2) of the frequent mutations on BRCA1 / 2 genes ("BRCAness" phenotype). In the absence of effective targeted therapies, many targeted therapies including poly-ADP-ribose polymerase inhibitors (anti-PARPs) are currently under development in preclinical and clinical studies. Based on the synthetic lethality concept, the anti-PARPs specifically target the BRCAness properties of TN tumors. In this context, these works were focused on the development of diagnostic tools for the optimization of TN tumours treatment with anti-PARPs. For this, firstly, 3D cell cultures formed with the Liquid Overlay technique as well as associated cytotoxicity tests were developed, from the TN breast cancer cell lines MDA-MB-231 and SUM1315. These two spheroid models were then optimized and standardized in a synthetic culture medium called OPTIPASS (BIOPASS). Secondly, the efficacy of a co-treatment combining anti-PARP1 Olaparib at low and high doses and fractioned radiotherapy (5x2 Gy) was analyzed on the two cell lines MDA-MB-231 and SUM1315 cultured in 2D and 3D conditions. These experiments clearly demonstrated a potentiating effect of Olaparib on radiotherapy (i) in presence of low doses of this anti-PARP (5 μM or inferior) (ii) at long term and (iii) in presence of the maximum fractionation (5x2 Gy). In addition, these two TN cell lines showed a heterogeneous sensitivity to the co-treatment. Thus, an in silico transcriptomic analysis revealed very different profiles of these highly metastatic and highly aggressive cell lines. Notably, the SUM1315 cell line presented a neuronal commitment, suggesting its cerebral metastatic origin. These promising results could open up new perspectives for the treatment of TN tumours brain metastases, which are very common in this subtype. Thirdly, in order to better characterize the mode of action of Olaparib on these spheroid models, a fluorescent derivative of Olaparib, Ola-FL, was synthesized and characterized. The analysis of Ola-FL penetration and distribution in MDA-MB-231 and SUM1315 spheroids showed a rapid and homogeneous distribution of the compound as well as its persistence after 3h of incubation, in all the depth of the spheroids and especially in the central hypoxic zones. Finally, the analysis of the co-expression of two major Multidrug Resistance (MDR) pumps, MRP7 and P-gp after the treatment of the two TN lines with Olaparib, revealed on 2D cultures, a relay type expression of the MRP7 and the P-gp. On spheroids treated with a low dose of Olaparib art long term (10 days), a basal expression of MRP7 and an overexpression of P-gp were detected in the peripheral residual cells of the spheroids. These results clearly highlighted the involvement of these efflux pumps in Olaparib resistance mechanisms, in these aggressive tumors. All the results resulting from the modeling of the action of Olaparib on MDA-MB-231 and SUM1315 spheroids suggest its greater efficacy at low dose and at long-term, especially in the hypoxic zones of the spheroids. This parameter might be probably at the origin of its potentiating effect with radiotherapy.