Rôle des kinésines mitotiques Eg5 et MKLP-2 dans l’angiogenèse physiologique etpathologique.L’angiogenèse est un phénomène biologique complexe qui correspond à la formation de nouveauxvaisseaux à partir de vaisseaux préexistants. Ce processus essentiel est régulé par des nombreuxfacteurs, dont le plus puissant est le facteur de croissance de l’endothélium vasculaire (VEGF).Des inhibiteurs du VEGF sont actuellement utilisés dans le traitement de nombreux cancerssolides. Leur efficacité est constatée dans plusieurs études mais des résistances contre cesmolécules sont fréquemment observées. Afin d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques dansla voie de signalisation de VEGF, nous avons utilisé le modèle de la membrane chorioallantoïdienne(CAM) de l’embryon de poulet. Les CAM traitées au VEGF pendant 24hdéveloppent de nombreux vaisseaux. Ces tissus ont été isolés pour effectuer une analysetranscriptomique. En dehors des gènes endothéliaux déjà connus pour être régulés par le VEGF,de nouveaux gènes ont été identifiés. Nous avons focalisé notre recherche sur des gènes codantpour les kinésines mitotiques KIF11/Eg5 et KIF20A/MKLP-2 qui ont été fortement induites.Nous avons démontré qu’Eg5 et MKLP-2 sont fortement exprimées au niveau de l’endothéliumdans des tissus sains et dans des cancers solides. Des inhibiteurs chimiques spécifiques d’Eg5(dimethylenastron et ispinesib mesylate) et MKLP-2 (paprotrain) bloquent les étapes clés de laformation des vaisseaux sanguins (prolifération, adhérence et migration des cellules endothéliales),la prolifération des cellules tumorales ainsi que la formation de néo-vaisseaux dans des culturesd’anneaux aortiques. De plus, sur la CAM et chez la souris, l’inhibition de cette même kinésinediminue significativement la croissance et la vascularisation des modèles tumoraux utilisés lors dece projet (le glioblastome et le carcinome rénal). En conclusion, Eg5 et MKLP-2 pourraient descibles potentielles dans les thérapies anti-angiogéniques.Mots clés : Eg5, MKLP-2, angiogenèse, kinésine, ispinesib, dimethylenastron, glioblastome,cancer rénal / Role of the mitotic kinesins Eg5 and MKLP-2 in physiologic and pathologic angiogenesis.Angiogenesis is a complex biological phenomenon which corresponds to the formation of newblood vessels from pre-existing vessels. This process is regulated by a plethora of differentmolecules with vascular endothelial growth factor (VEGF) being one of the most important ones.VEGF inhibitors are currently used in the treatment of numerous solid cancers. Even though theefficacy of such treatment is prouven by numerous studies, resistance to anti-angiogenic therapy isa common feature. To identify new therapeutic targets downstream of VEGF, we modelized itsaction on the chick chorioallantoic membrane (CAM). VEGF-treated CAMs develop a densevascular network 24h after application. We used chick microarrays to monitor global geneexpression changes in VEGF-induced CAMs. Beside a consistent number of genes alreadydescribed to be regulated by VEGF, numerous unknown genes have been identified. We havefocused our work on the characterization of Eg5/KIF11 and MKLP-2/KIF20A, members of thekinesin family, both strongly upregulated by VEGF.We demonstrated that Eg5 and MKLP-2 are strongly expressed by blood vessels in normal andcancer tissue sections. KIF20A is involved in the proliferation and migration of endothelial cellsin vitro. We showed that chemical inhibitors specific for KIF11/Eg5 (dimethylenastron andispinesib mesylate) affect key steps in the formation of blood vessels (proliferation, adhesion andmigration of endothelial cells) and proliferation of tumor cells (glioma and renal cancer).Furthermore, in experimental glioblastoma and renal cell carcinoma models (CAM and orthotopicimplantation in mice), anti-Eg5 treatment strongly reduces tumor angiogenesis and growth. Inconclusion, Eg5 and MKLP-2 could be potential targets in anti-angiogenic therapies.Keywords: Eg5, MKLP-2, angiogenesis, kinesin, ispinesib, dimethylenastron, glioblastoma, renalcell cancer

Objectif: Environ 30% des patients ayant un cancer du rein métastatique présentent d’emblée des résistances aux agents de thérapie ciblée. Les autres patients développent des résistances thérapeutiques à plus long terme. Une amélioration de la capacité du clinicien à prédire la réponse thérapeutique avant l’initiation du traitement pourrait améliorer le pronostic des patients. Le but de notre projet a été de développer un modèle de xénogreffes dérivées de patients afin d’évaluer la sensibilité des cellules tumorales de chaque patient aux différents agents de thérapie ciblée, avant d’initier un traitement.Méthodes: La membrane chorio-allantoïque de l’embryon de poulet a servi de base à notre modèle. Dans une première phase de notre travail, une xénogreffe de cellules tumorales rénales humaines en suspension a été réalisée afin de vérifier que les caractéristiques histologiques et phénotypiques des tumeurs d’origine étaient conservées dans les xénogreffes réalisées sur notre modèle. Dans une seconde étape, des fragments tissulaires de tumeurs rénales de 5 patients opérés pour néphrectomie cytoréductive dans notre centre hospitalier étaient prélevés et greffés sur notre modèle (>60/patient). Différents agents dethérapie ciblée étaient testés sur les xénogreffes ainsi réalisées.Résultats : Les caractéristiques histo-pathologiques et phénotypiques des tumeurs rénales d’origine étaient conservées après xénogreffes. Il existait une hétérogénéité spatiale intra-tumorale en termes de sensibilité aux différents agents de thérapie ciblée. Il existait également un polymorphisme nucléotidique au sein des différentes régions de chaque tumeur rénale.Conclusion : Ce modèle de xénogreffes rénales dérivées de patients est utile pour l’évaluation de la sensibilité aux agents de thérapie ciblée des cellules tumorales en amont de la prise en charge thérapeutique. Ce modèle permet au clinicien de personnaliser le traitement de chaque patient ayant un cancer du rein métastatique, avant la mise en route d’un traitement systémique. Une évaluation prospective de notre modèle pourrait permettre de mieux appréhender les potentielles retombées cliniques liées à son utilisation. / Objective: Approximately 30% of patients with metastatic renal cancer are resistant to targeted therapy agents. The other patients will eventually develop long-term therapeutic resistances. An improvement in the clinician's ability to predict therapeutic response before treatment initiation could improve patients' prognosis. The aim of our projet was to develop a patient-derived xenograft models to be able to test the sensibility of each patient's renal tumor cells to the different available targeted therapy agent prior to treatment.Methods: The chicken embryo chorioallantoic membrane has been the base of our model. In a first phase of our work, a xenograft of human kidney tumor cells has been carried out in order to verify that the histologic and phenotypic characteristics of the original tumors were preserved in the xenografts performed on our model. As a second step, fragments of the kidney tumor speciments of 5 patients undergoing cytoreductive nephrectomy in our hospital center were grafted on our model (> 60/patient). Different targeted therapy agents were tested on the xenografts we performed.Results: The histopathologic and phenotypic characteristics of the original renal tumors were preserved in our xenografts. There was intra-tumor spatial heterogeneity in terms of sensitivity in different targeted therapy agents. There was also a nucleotide polymorphism within the different regions of each renal tumor.Conclusion: This patient-derived renal xenograft model could be useful prior to treatment for the evaluation of each patients'renal tumor cells to the different available targeted therapy agents. This model could make it possible to personalize the treatment of each metastatic kidney cancer patient, prior to systemic treatment. A prospective evaluation of our model could help assess the potential clinical benefits of its use.

Le cancer du rein compte parmi les 10 types de cancers les plus fréquents chez l’Homme. Il n’existe aujourd’hui aucun marqueur biomoléculaire dans ce type de cancer, et dans le cas d’un cancer métastatique, l’arsenal thérapeutique aujourd’hui disponible manque d’efficacité. Les différents processus mis en jeu lors de la progression tumorale sont encore mal connus. La connaissance de ces processus pourrait permettre de mettre en évidence de nouvelles cibles thérapeutiques, ainsi que des marqueurs biomoléculaires pronostiques ou diagnostiques de la maladie. Dans un premier projet, et afin de mieux comprendre les mécanismes de la progression tumorale et d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles et de nouveaux marqueurs biomoléculaires dans le cancer du rein, un nouveau modèle innovant a été généré à partir d’une lignée tumorale de RCC murine. Ce modèle de réimplantations successives de cellules tumorales issues de tumeur primaire ou de métastases a permis de générer différentes lignées cellulaires montrant une agressivité accrue au cours des passages. En utilisant une stratégie de biologie des systèmes, ce modèle pourra permettre de mettre en évidence des cibles d’études prometteuses qui pourraient être de nouvelles cibles thérapeutiques ou de nouveaux marqueurs biomoléculaires dans le RCC. L’interleukine-34 est l’exemple d’une cible d’étude d’ores et déjà été sélectionnée, mettant en évidence la puissance du modèle généré. Dans un second projet, les rôles de certains membres de la matrice extracellulaire tumorale ont été évalués en utilisant cette même lignée de RCC murine (collagène de type I, fibronectine, matrigel). Cette étude a permis de mettre en évidence le potentiel pro-invasif et pro-métastatique du dépôt de collagène de type I dans les tumeurs. Des récepteurs activés par le collagène sont proposés comme potentiellement impliqués dans les effets induits par le collagène de type I dans le modèle. Ces deux projets permettent et permettront de mieux comprendre certains mécanismes de la progression tumorale, ainsi que de mettre en évidence des marqueurs biomoléculaires et de nouvelles cibles thérapeutiques. / Kidney cancer is one of the 10 commonest human cancers. To date, no biomolecular markers are available in this type of cancer, and in the case of metastatic cancer, the therapeutic arsenal is still inefficient. The different processes involved in cancer progression are still poorly understood. Understanding those processes could highlight new therapeutic targets, and new prognostic or diagnostic biomolecular markers of this disease. For a first project, a new innovative model has been generated from a murine RCC cell line as a tool to understand cancer progression mechanisms and to identify new therapeutic target and new biomolecular markers in kidney cancer. This model of sequential reimplantation of cancer cells isolated from primary tumours or metastases allowed us to generate different cell lines showing increased aggressiveness after passages. Using a systems biology strategy, this model will allow us to identify new potential therapeutic targets and new biomolecular markers in RCC. Interleukin-34 is an example of an already selected target, showing the power of the model generated. For a second project, the role of some members of extracellular matrix (collagen type I, fibronectin, matrigel).was studied using this same murine RCC cell line. This study demonstrated the potential pro-invasive and pro-metastatic roles of collagen type I deposition in tumors. Collagen-activated receptors are proposed as mediators of the effect induced by collagen type I in this model. Those two projects have and will continue to contribute to a better understanding of cancer progression mechanisms, and will bring out new biomolecular markers and new therapeutic targets.

Le carcinome à cellules rénales (CCR) se caractérise par une résistance importante aux thérapies. Notre hypothèse était que des voies signalétiques prolifératives, anti-apoptotiques et/ou angiogéniques sont mises en jeu dans la résistance aux thérapies. Il s’agissait de mesurer la sensibilité de lignées cellulaires de CCR humain à différentes classes thérapeutiques in vitro et in vivo. Une étude pilote a été réalisée sur la base de xénogreffes de la lignée A498 chez la souris nude, puis exploitée pour des analyses sur biopuces à protéines afin d’identifier les voies de signalisation induites par le sunitinib. In vitro, les lignées cellulaires de CCR se sont révélées sensibles aux thérapies indépendamment du statut VHL. In vivo, la lignée A498 est apparue résistante au sunitinib. L’approche par biopuces a montré que plusieurs protéines de l’angiogenèse sont modulées sous l'effet du traitement, notamment l’angiogénine. Il n’y a pas de modification de l’expression des protéines de l’apoptose testées. Les formes phosphorylées d’Akt sont également augmentées dans les tumeurs traitées, de même que Lim1 alors que la forme phosphorylée de NFκB est diminuée. Ce travail a ainsi identifié de potentielles cibles impliquées dans les mécanismes de résistance et devraient permettre de définir de nouvelles options thérapeutiques dans le cancer du rein. / The renal cell carcinoma is characterized by a high resistance to therapies. Our working hypothesis was that proliferative signaling pathways, anti-apoptotic and / or angiogenic are involved in resistance to therapies. Thus, as part of this thesis, we measured the sensitivity to chemotherapy and targeted therapies in kidney cancer cell lines in vitro as well in vivo.A pilot study was conducted on the basis of the A498 cell line xenografts in nude mice, and then used for analysis on proteome arrays to identify the signaling pathways induced by sunitinib. In vitro, the cell lines of RCC were sensitive to therapy regardless of the VHL status. In vivo, the line A498 appeared resistant to sunitinib. The approach using the proteome array has shown that several angiogenesis proteins are modulated as a result of treatment, including angiogenin. There was no change in the expression of proteins of apoptosis. Phosphorylated forms of Akt were also increased in the treated tumors, as well as Lim1 whereas the phosphorylated form of NFkB was reduced. This work has identified potential targets involved in resistance mechanisms and should define new therapeutic options in renal cancer.

Dans les années 2000, la Dre Johanne Tremblay et son équipe identifient un gène régulé négativement par le calcium extracellulaire dans les glandes parathyroïdiennes de rat hypertendu (SHR). Initialement nommé Hypertension-related calcium regulated gene (HCaRG), puis COMM domain-containing 5 (COMMD5), ce gène codant pour une petite protéine de 24,67 kDa fait partie d’une famille de 10 protéines ayant une structure carboxy-terminale homologue nommée domaine COMM. De nombreux rôles ont été associés à cette famille de protéines et l’analyse expressionnelle dans différents types de cancers montre une modulation, laissant penser qu’elles auraient un rôle oncogénique ou suppresseur de tumeurs. Les études ont démontré que COMMD5 entraine une maturation des jonctions cellulaires, une diminution de la prolifération et favorise la migration cellulaire. La surexpression de COMMD5 dans les tubules proximaux de rein accélère la réparation suite à un dommage aigu en limitant d’une part la prolifération tout en favorisant la migration et la re-différenciation cellulaire. Partant de ces observations, nous avons focalisé nos études sur le développement du carcinome à cellules rénales, une pathologie affectant 300 000 personnes chaque année dans le monde. L’hypothèse que nous avons émise était que COMMD5 puisse potentiellement jouer un rôle anti-oncogénique dans le cancer du rein en contrôlant la prolifération et la différenciation cellulaires. Afin de vérifier notre hypothèse, nous avons étudié le rôle de COMMD5 dans le maintien de l’intégrité épithéliale des cellules via la régulation de la transition épithélio-mésenchymateuse (EMT) et le contrôle du récepteur du facteur de croissance épidermique (EGFR). Nos résultats ont démontré que COMMD5 est diminuée dans les carcinomes rénaux et est corrélée avec la survie des patients. La présence du facteur de transcription induit par l’hypoxie 1 (HIF1α), exprimé dans la majorité des tumeurs solides rénales a induit une diminution de COMMD5. La perte de COMMD5 dans les cellules de tubules proximaux de reins humains (HK-2) a favorisé la dé-différenciation et la tumorigénicité des cellules, médiées par l’activation de la transition épithélio-mésenchymateuse. De plus, cette perte de COMMD5 a entrainé également une réorganisation du cytosquelette d’actine ayant pour conséquence la dérégulation endosomale du récepteur de l’EGF et favorisant une activation prolongée. Dans les carcinomes rénaux, la surexpression de COMMD5 a diminué la prolifération cellulaire suivie d’une re-différenciation grâce à deux mécanismes. D’une part, COMMD5 a régulé négativement la protéine HIF1α, induisant ainsi une transition mésenchymo-épithéliale (MET), tout en séquestrant le facteur de transcription SNAIL dans le cytoplasme. D’autre part, COMMD5 contrôle négativement l’expression transcriptionnelle des récepteurs ErbB par une hyperméthylation de leurs promoteurs. Dans son ensemble, les résultats innovant de cette thèse démontrent que COMMD5 est un gène ayant des caractéristiques anti-oncogéniques en contrôlant la différenciation cellulaire via le mécanisme de transition épithélio-mésenchymateux et la régulation de l’expression des récepteurs ErbB. / In the 2000s, Dr. Johanne Tremblay and her team identified a gene that was negatively regulated by extracellular calcium in hypertensive rat parathyroid glands. Originally named Hypertension-related calcium regulated gene (HCaRG) and renamed COMM Domaincontaining 5 (COMMD5), this gene encoding a small protein of 24.67 kDa is part of a family of 10 proteins sharing a homologous structure in the carboxy-terminal position named COMM domain. Many roles have been associated and expressional analysis of different types of cancer shows a modulation suggesting that they have an oncogenic or tumor suppressor roles. Studies have shown that COMMD5 induces maturation of the cell junctions, decreased cell proliferation and promotes migration. The overexpression of COMMD5 in the renal proximal tubules accelerates repair by promoting cell proliferation and ultimately induces cell migration and redifferentiation after acute injury. Based on these observations, we focused on the development of renal cell carcinoma, a disease affecting 300,000 people each year worldwide. Our hypothesis is that COMMD5 plays a tumor suppressor role in kidney cancer by controlling cell proliferation and differentiation. To test our hypothesis, we investigated the role of COMMD5 in maintaining the epithelial integrity of cells through the regulation of epithelial to mesenchymal transition (EMT) and the control of epidermal growth factor receptors (EGFR). The results showed that COMMD5 is decreased in kidney carcinomas resulting of a great negative indicator of the survival prognostic. The presence of hypoxia-inducible factor 1a (HIF1α), expressed in the majority of solid tumors, leads to a decrease of COMMD5 in the proximal tubule cells (HK-2). Inhibition of COMMD5 promotes dedifferentiation and tumorigenicity of cells mediated by epithelial to mesenchymal transition. The loss of COMMD5 induces a reorganization of the actin cytoskeleton resulting in endosomal dysregulation of the EGFR receptor and promoting its activation. In renal cell carcinoma, COMMD5 overexpression decreases cell proliferation and induces their redifferentiation by two mechanisms: firstly, COMMD5 induces an inhibition of the HIF1α protein expression resulting in a mesenchymal to epithelial transition and sequesters the SNAIL transcription factor in the cytoplasm; secondly, COMMD5 negatively regulates the transcriptional expression of the ErbB receptors. Taken together, these results of this thesis show that COMMD5 is a gene showing tumor suppressor characteristics by controlling cellular differentiation and by regulating the expression of ErbB receptors.

L’objectif principal de ce projet de recherche doctorale est la mise au point d’approches méthodologiques fiables et reproductibles permettant la caractérisation génétique de cellules rares circulantes isolées par la méthode de filtration ISET® (Rarecells®, France). La première application développée consiste en la détection des mutations du gène suppresseur de tumeur VHL (Von Hippel Lindau) dans les cellules rares circulantes (CRC) uniques isolées du sang de 30 patients atteints de carcinome rénal à cellules claires (CRCC), et réalisée comparativement à l’analyse cytopathologique. L’étude génétique a également été conduite en parallèle dans les 30 tissus tumoraux correspondants. Les résultats ont mis en lumière une potentielle complémentarité de l’approche de génétique moléculaire sur cellules uniques avec l’analyse cytomorphologique de référence et suggèrent que combiner ces approches permettrait d’obtenir une plus grande sensibilité de détection des cellules cancéreuses circulantes chez les patients atteints de CRCC. Une deuxième application a consisté en le développement d’une approche innovante pour le diagnostic prénatal non-invasif des maladies génétiques récessives par analyse de cellules trophoblastiques rares collectées au niveau du col de l’utérus. Enfin, des développements supplémentaires ont permis d’optimiser les analyses de séquençage à haut débit et de les appliquer à des CRC individuelles isolées par ISET®. Cette nouvelle approche, associée à l’isolement de CRC non fixées, est en mesure de fournir des données génétiques élargies à l’exome entier pour des applications à la fois en oncologie prédictive et en diagnostic prénatal non invasif. / The aim of this doctoral research project is the development of reliable and reproducible methodological approaches enabling the genetic characterization of circulating rare cells (CRC) isolated by ISET® filtration (Rarecells®, France). The first application developed consists in detecting mutations of the VHL (Von Hippel Lindau) tumor suppressor gene in single CRC isolated from the blood of 30 patients patients with clear cell renal cell carcinoma (ccRCC), assessed according to the results obtained by cytopathological analysis. In parallel, genetic analysis of VHL mutations was conducted in the corresponding tumor tissues. Results revealed a potential complementarity of the molecular genetic approach targeted to single cells with the reference method of cytopathological analysis and suggested that combining both strategies could improve the sensitivity of circulating cancer cells’ detection in patients with ccRCC. A second application consisted in the development of an innovative approach for non-invasive prenatal diagnosis of recessive genetic diseases by analysis of rare trophoblastic cells collected from the cervix. Finally, further developments allowed to optimize high-throughput sequencing analyses and to apply them to single CRC isolated by ISET®. This approach, combined with the isolation of living CRC, enabled us to obtain broader genetic data from the whole exome and should foster innovative applications to both predictive oncology and non-invasive prenatal diagnosis.