Pour ses activités immuno-activatrices, l’Interleukine-15 (IL-15) est actuellement considérée comme un candidat de choix pour le traitement des tumeurs solides, en particulier le carcinome rénal, une tumeur très agressive et résistante aux chimio- et immunothérapies. Bien qu’actuellement testée en essai clinique, les fonctions de la cytokine sur la composante rénale restent peu étudiées. Dans ces travaux, nous avons évalué le rôle de l’IL-15 sur les cellules épithéliales rénales normales et tumorales ainsi que sur une sous-population de cellules souches du cancer (CSC) très résistante aux thérapies conventionnelles. Nos résultats montrent que l’IL-15 induit la différenciation des CSC rénales en cellules épithéliales non tumorigéniques et plus sensibles aux agents cytotoxiques, confortant ainsi l’utilisation de la cytokine dans des stratégies anti-tumorales. Nos travaux révèlent cependant que l’IL-15 favorise la transition épithélio-mésenchymateuse des cellules du carcinome rénal, une action pro-tumorale à considérer dans le développement de nouvelles approches thérapeutiques. / The ability of Interleukin-15 (IL-15) to activate many immune antitumor mechanisms makes it a good candidate for application in solid tumors therapy, particularly renal cell carcinoma which is a highly aggressive and resistant cancer. Although IL-15 is being currently used in clinical trials, the function of the cytokine on the kidney’s components is poorly described. In this work, we evaluated the role of IL-15 on renal normal and tumor epithelial cells as well as a subpopulation of cancer stem cells (CSC) highly resistant to conventional therapies. Our results show that IL-15 induces the differentiation of renal CSC in non-tumorigenic epithelial cells more sensitive to cytotoxic agents, supporting the use of the cytokine in antitumor strategies. Our experiments show, however, that IL-15 promotes epithelial-mesenchymal transition of renal cell carcinoma cells, a pro-tumor action to be highly considered in the development of new therapeutic approaches.

Les cellules tumorales circulantes (CTCs) sont des cellules tumorales provenant de la tumeur primaire et/ou des métastases que l’on retrouve dans la circulation sanguine. Les plus agressives d’entre elles peuvent envahir les organes distants pour former des métastases. Leur faible nombre parmi la multitude de cellules sanguines rend difficile leurs détections et leurs études. C'est pourquoi, le challenge actuel est de pouvoir mettre en culture ces cellules.Dans le cadre de l’éude clinique nationale COLOSPOT, notre laboratoire a pu recueillir des échantillons de patients atteints d’un cancer colorectal métastatique. Grâce à ces prélèvements sanguins, 9 lignées dérivées de CTCs ont pu être établies : CTC-MCC-41, CTC-MCC-41.4, CTC-MCC-41.5A-G.Dans ce projet de thèse, les 9 lignées cellulaires ont été caractérisées au niveau du génome, du transcriptome, du protéome, du sécrétome et fonctionnel, et comparées à des lignées cellulaires tumorales primaires et métastatiques connues, comme effectuée précédemment sur la lignée CTC-MCC-41 (Cayrefourcq et al. 2015)Cette analyse très complète a montré malgré des profils génétiques très différents, toutes les lignées CTCs ont les caractéristiques d’un phénotype intermédiaire épithélial/mésenchymal, des propriétés de cellules souches, la mutation BRAFV600E et la capacité d’éviter divers processus de lutte contre les cellules tumorales comme la résistance à l’anoïkis et l’échappement au système immunitaire. Les études fonctionnelles ont montré que les CTC-MCC pouvaient induire rapidement la formation de tubes avec des cellules endothéliales in vitro, signe d'un potentiel angiogénique.La seconde partie de ce travail de thèse a été d’étudier la transition épithélio-mésenchymateuse (EMT) in vitro. Ce phénomène est une étape clé du processus métastatique des CTCs et implique diverses transformations des cellules à divers niveaux : morphologique, protéique et transcriptomique. Trois méthodes différentes ont été testées pour induire l’EMT au sein des lignées CTCs impliquant deux différents modes d’induction et deux modes de culture. Ces changements ont pu être observés dans les lignées témoins, validant les expérimentations effectuées. Cependant, l’EMT n’a pas été clairement observée sur les lignées CTCs.En conclusion, ces analyses suggèrent que les CTC coliques cultivés à partir de biopsies liquides séquentielles, effectuée durant le traitement d’un même patient, ont des caractéristiques communes. Mais la sélection des clones, avec un phénotype distinct, résistant au traitement, a été observée. D'autres études avec ces lignées CTC-MCC sont en cours, évaluant leur capacité à induire des tumeurs résistantes à des médicaments spécifiques ou à analyser la contribution épigénétique. Ces données peuvent fournir des indications pour la découverte de nouveaux biomarqueurs permettant d'identifier les sous-populations de CTC les plus agressives et pour la mise au point de nouveaux médicaments pour inhiber les CTCs initiatrices de métastases dans le cancer du côlon. / Circulating tumor cells (CTCs) are tumor cells that have been shed from the primary tumor and/or metastases into the bloodstream. The most aggressive ones can invade distant organs to form metastases. Their low number among the multitude of blood cells makes difficult their detection and study. This is why the current challenge in this field of expertise is to be able to culture them ex vivo.In the national COLOSPOT clinical study, our team was able to collect samples of patients with metastatic colorectal cancer. From blood samples of only one patient, 9 cancer cell lines derived from CTCs could be established: CTC-MCC-41, CTC-MCC-41.4, CTC-MCC-41.5A-G.In this project, the 9 CTC-MCC lines have been characterized at the genome, transcriptome, proteome, secretome and functional levels, and compared with primary and metastatic commercial colon cancer cell lines, as previously done on the CTC-MCC-41 line (Cayrefourcq et al., Cancer Res. 2015)These analyses have shown that despite their very different genetic profiles, all CTCs have the characteristics of an epithelial/mesenchymal intermediate phenotype, stemcell like characteristics, with BRAFV600E mutation, and the ability to avoid biological processes such as the resistance to anoïkis and the escape to the immune system. Moreover, functional studies have shown that all CTC-MCC lines can rapidly induce tubes formation with endothelial cells in vitro, a sign of an angiogenic potential.The second part of this thesis work was to study the epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) in vitro. This phenomenon is a key step in the metastatic process and involves several cell transformations at various levels: morphological, proteomic and transcriptomic. Three different methods have been tested to induce EMT within these CTC-MCC lines involving two different induction and culture modes. These changes could be observed in the control lines, validating the experiments carried out. However, EMT has not been clearly observed yet on the CTC-MCC lines.In conclusion, this longitudinal study suggest that colorectal CTCs cultured from sequential liquid biopsies, performed during treatment of the same patient, have common characteristics. However, our results strongly suggest that no clonal selection, with a distinct phenotype, resistant to treatment, has occurred. Further studies with these CTC-MCC lineages are in process, evaluating their ability to induce in vivo drug-resistant tumors or to analyze the epigenetic contribution. These data may provide guidance for the discovery of new biomarkers to identify the most aggressive CTC subpopulations and for the development of novel drugs to inhibit metastases-competent CTCs in colon cancer.

Ce projet explore les mécanismes de la morphogenèse des glandes mammaires, comme modèle de progression du carcinome du sein. La morphogenèse de la glande mammaire résulte de la coordination de réponses cellulaires distinctes (prolifération, différenciation, motilité, invasivité, apoptose) régulées par de nombreuses voies, y compris Wnt, EGF, FGF, Notch, SHH, Myc et l'activation hormonale. Nous estimons qu'il est essentiel d'analyser individuellement l'impact de ces voies dans la modulation de la prolifération, de la différenciation, de la motilité, de l'invasivité, de l'apoptose, de la cohésion intercellulaire et de la polarité dans les cellules impliquées dans une migration morphogénétique cohérente.Nous avons développé des modèles en 3D améliorés pour analyser l'impact d'EMT-TF dans un environnement 3D. Notre système permet de surveiller simultanément les voies mentionnées au niveau cellulaire pendant trois semaines, une période ajustée pour tester les médicaments de chimiothérapie. Notre premier modèle décrit l'émergence primaire des cellules envahissantes de carcinome mammaire de l'épithélium mammaire. Les cellules sont traitées avec des médicaments définis ou seront transfectées avec diverses constructions (en cours de validation) améliorant ou réprimant des voies spécifiques telles que Slug, en plus des constructions permettant de suivre l'évolution des structures cellulaires par marquage GFP en vidéomicroscopie. / This project explores the mechanisms of mammary gland morphogenesis, as a model for breast carcinoma progression. Mammary gland morphogenesis results from the coordination of distinct cell responses (proliferation, differentiation, motility, invasiveness, apoptosis) integrated by numerous pathways, including Wnt, EGF, FGF, Notch, SHH, Myc and hormonal activation. For the purpose of this study, we feel it is critical to analyze individually the impact of theses pathways in modulating proliferation, differentiation, motility, invasiveness, apoptosis, intercellular cohesion, and polarity in cells involved in a coherent morphogenetic migration.We have designed improved 3D models to analyze the impact of EMT-TF in a 3D environment. Our system allows monitoring simultaneously the mentioned pathways at a cellular level for three weeks, a period adjusted to test chemotherapy drugs.Our first model describes the primary emergence of invading breast carcinoma cells from mammary epithelium. Cells are treated with defined drugs or will be transfected with various constructs (under validation) enhancing or repressing specific pathways such as Slug, in addition to constructs allowing the monitoring of cell structures by GFP labeling for video microscopy..

Le produit naturel salinomycine (SAL) est largement utilisé comme médicament anticoccidien et maintenant de plus en plus reconnu comme un agent destiné à réduire la proportion de population CD44⁺ / CD24⁻ cellules souches du cancer du sein. Ce facteur est important et intervient lors des rechutes des tumeurs du sein. Pour la première fois, nous avons décrit que l'action n’était pas ionophorique mais que le proton dit "éponge" de la salinomycine ciblait particulièrement la population des cellules souches du cancer. De plus, un analogue alcyne-amine synthétisé de la salinomycine a une action similaire à cette dernière sur la population CD44⁺ / CD24⁻ mais à une concentration inférieure : 30 nM pour 500 nM pour la salinomycine. En utilisant la méthode de clic-imagerie, nous avons observé le composé incolore dans les lysosomes et les auto-lysosomes. En augmentant le pH des vésicules acides, la salinomycine et ses analogues inhibent les activités des cathepsines B, L et D empêchant ainsi l'autophagie. Cette autophagie joue un rôle important dans la survie des cellules souches du cancer conduisant à une augmentation du facteur ROS et à une mort cellulaire par apoptose. Notre étude donne un aperçu du mécanisme par lequel la salinomycine élimine les cellules souches cancéreuses et propose des stratégies pour le traitement de cancers résistants. / A natural product Salinomycin (SAL) is widely used as an anticoccidial drug now being increasingly recognized as an agent for reducing the proportion of CD44⁺/CD24⁻ breast cancer stem cell which is perceived as important factor for breast tumor relapse. We first time report that not ionophoric action but the proton “sponge” of SAL is responsible for distinguishingly targeting cancer stem cell population. In addition, one SAL-analog alkyne-amine performed the similar action with SAL on CD44⁺/CD24⁻ population but at much lower concentration than SAL, at 30 nM compare to 500 nM of SAL. Using click-imaging method we visually observed the colorless compound saturated in lysosomes and autolysosomes. By raising pH of acidic vesicles, SAL and its analogs inhibit cathepsin B, L, D activity preventing the autophagy which plays an important role in cancer stem cell maintain and survival thus lead to cell death via increasing ROS and apoptosis. Our study provides the insight mechanism how SAL actually eradicates cancer stem cells and suggests sharpened strategies for treating resistant cancers.