Ce travail s’inscrit dans la caractérisation des cellules radiorésistantes dans les cancers du sein, à l’origine des rechutes après traitement. Si de nombreuses données de la littérature indiquent un lien étroit entre la présence des « Cellules Souches Cancéreuses » (CSC) et la résistance aux traitements anticancéreux, la radiorésistance « intrinsèque » des CSC ainsi que les mécanismes impliqués restent encore mal définis.L’équipe du Dr. Weinberg a développé un modèle cellulaire in vitro permettant la génération de CSC mammaires humaines, « CD24-CD44+ », à la suite d’une transition épithélio-mésenchymateuse (TEM) induite par une exposition au TGF-β1. Basée sur l’utilisation de cellules mammaires humaines saines qui ont été ensuite immortalisées puis transformées, ce modèle a permis d’approfondir la compréhension de nombreux processus tumoraux tels que la TEM.Ainsi, dans ce contexte, mon projet de thèse a consisté à utiliser ce modèle afin de comparer la radiosensibilité des cellules « CD24-CD44+ » à celle des cellules « CD24+CD44- ». Le choix du modèle repose sur le fait qu’il permet la comparaison de cellules à deux stades différents de la progression tumorale.Après un rappel des connaissances nécessaires à la compréhension de ce travail, le manuscrit présente dans un premier temps la caractérisation du modèle cellulaire utilisée puis la réponse à l’irradiation des cellules du modèle. L’étude de la réponse à l’irradiation a permis de décrire le phénotype de radiorésistance des cellules « CD24-CD44+ » à travers un faible blocage en G2/M, une faible proportion de cellules polyploïdes ainsi qu’une capacité accrue à donner une descendance après irradiation (10 Gy).Ensuite, l’implication des mécanismes de mort apoptotique des cellules « CD24-CD44+ » dans le phénotype de radiorésistance a été montré. Ainsi, la mort cellulaire réduite retrouvée dans les « CD24-CD44+ » est liée à une plus faible activation des voies apoptotiques.Dans un dernier temps, l’identification d’une signature transcriptionnelle de gènes de détoxification lors de la caractérisation des cellules de notre modèle a permis de mettre en évidence la modulation radioinduite de deux de ces gènes, SOD2 et HMOX1, après stress radioinduit dans les cellules « CD24-CD44+ ». / This works aims at characterizing radioresistant cells within human breast cancer development that is responsible for treatment failure and cancer recurrences. Although the literature is flourishing with papers tightly linking the presence of "Cancer Stem Cells" to cancer treatment resistance, the intrinsic radioresistance of those "CSC" and the mechanism involved have yet to be established.Dr. Weinberg and his team have developed an in vitro cell model that produces mammary tumor cells noted « CD24-CD44+ » after an epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) induced by TGF-β1. This model is based on healthy human mammary cells that have been immortalized and transformed.Within this context, my Ph.D. project has focused on using this new model in order to compare the radiosensibility of two cell lines: the « CD24-CD44+ » cells and the « CD24+CD44- » one. Underlying this choice is the fact this model allows for a comparison of two cellular populations at distinct stage of the tumor’s development.This work has shed light on apoptotic and detoxification mechanism involved in the radio resistant behavior of the « CD24-CD44+ » cells. After a brief introduction of key concepts required to the understanding of this work, this manuscript will begin by presenting the characterization of the chosen model, then a study of the radiation response that enabled a first description of the « CD24-CD44+ » cell radioresistant phenotype through a mild stop at the G2/M stage of the cell cycle, the presence of polypoid cells and a high progeny generation ability after exposure to radiation.Furthermore, this works shows implications of apoptotic mechanism of « CD24-CD44+ » cells with a radioresistance phenotype. Hence, we were able to show that reduced cell death observed for the « CD24-CD44+ » cells is linked to a lower activation of apoptotic pathways.Finally, the last part will present detoxification mechanism involved in « CD24-CD44+ » radioresistance phenotype, showing an altered transcriptional signature of two detoxication genes SOD2 and HMOX1 after exposure to radiation.

L’angiogenèse est une composante majeure de l’agressivité des tumeurs malignes comme le glioblastome (GBM). Pourtant le traitement des patients par l’Avastin, un anticorps bloquant du VEGF ne leur confère qu’une augmentation limitée de la durée de survie sans progression. Les mécanismes de récurrence tumorale sont extrêmement complexes. Les glioblastomes sont en effet des tumeurs particulièrement hétérogènes sur le plan génétique, il existe très peu de marqueurs moléculaires d’expression fiables. La contribution à la récidive des potentiels angiogéniques, infiltrants, et souches est difficile à modéliser. Notre laboratoire s’intéresse à la caractérisation de nouveaux modulateurs de l’angiogenèse, dont certains pourraient contribuer à la croissance tumorale, indépendamment ou en aval du VEGF chez les patients traités par l’Avastin. Nous avons étudié l'expression de deux gènes candidats, surexprimés de façon significative dans les GBM et dont l'expression semble liée à l'angiogenèse tumorale : DPY19L1 et KIF20A. Nous avons identifié DPY19L1 comme marqueur pronostique du GBM. Ce gène est exprimé dans les cellules musculaires lisses, où il pourrait participer à la résistance de la tumeur aux anti-angiogéniques, en interagissant avec la voie thrombospondine/TGFβ. KIF20A quant à lui est exprimé dans les cellules souches tumorales et semble impliqué dans la vascularisation et la résistance tumorale. Dans un second temps, nous avons étudié la façon dont les GBM échappent aux traitements anti-angiogéniques, tel que l’Avastin, par la mise en place d'un système d'étude in vitro et in vivo, basé sur l’utilisation de cellules de patients atteints de GBM, ayant la capacité de pousser sous forme de neurosphères. Les cellules xénogreffées chez la souris immunodéfisciente permettent le développement d’une tumeur très invasive, co-optive et insensible aux traitements anti-angiogéniques. Ces tumeurs vont donc permettre d’étudier ce mode de vascularisation participant activement à la récidive de la tumeur chez les patients traités avec l’Avastin afin de développer des traitements contrecarrant ce mécanisme. Dans ce modèle, seul l’un des gènes candidats définis au début de ce travail, DPY19L1, semble participer à la croissance tumorale. / Angiogenesis is a major element driving malignancy of tumors like glioblastoma (GBM). However, Avastin,a neutralizing antibody directed against VEGF, provides only a limited therapeutical benefit in terms ofprogression free survival. The mechanisms of recurrence are complex due to extreme heterogeneity ofglioblastoma at the genetic and tissular levels. There is a lack of diagnosis and prognosis markers for GBM.The relative contribution of the angiogenic, infiltrative, and stem potentials to tumor relapse is difficult tomodel. Our laboratory aims at characterizing new modulators of tumor vascularization, some of whichcould contribute to the tumor growth and resistance, independently or downstream VEGF in patientstreated with Avastin. We have studied the expression of two candidate genes, significantly overexpressedin GBM and which expression seems to be linked to tumor vascularization: DPY19L1 and KIF20A. Weidentified DPY19L1 as a prognosis marker of GBM. This gene is expressed in smooth muscle cellsspecifically in tumoral tissue, where it could participate to tumor resistance to anti-angiogenics, byinteracting with the thrombospondin/TGFβ pathway. KIF20A is expressed in glioma stem cells and seemsto be implicated in the vascularization and tumor resistance. Next, we have studied the way by whichGBM resist to anti-angiogenics such as Avastin, by the development of an in vitro and in vivo modelsystem, based on GBM cells cultured as neurospheres. When xenografted in immunodeficient mice, thesecells induce the growth of very invasive, co-optive tumors which are insensitive to angiogenesis inhibitors.These tumors will allow investigating alternative modes of vascularization which are actively involved intumor recurrence in patients treated with Avastin, namely co-option and transdifferentiation and theirmolecular regulation. In this model, one of the candidate genes defined at the beginning of this study,DPY19L1, seems to be implied in tumor growth and specifically labels tumor cells with co-optive andtransdifferenciating properties.

Le glioblastome (GBM) est la tumeur cérébrale primaire la plus agressive comportant une sous-population de cellules souches tumorales (CSG). Elles sont capables d’auto-renouvellement, de prolifération, de différenciation en cellules exprimant les marqueurs neuraux et de trans-différenciation en cellules de types vasculaires. Dans ce contexte, j’ai dérivé et caractérisé plusieurs lignées de CSG à partir de biopsies de patients. Puis j’ai évalué l’impact des peptides thérapeutiques transmembranaires développés au laboratoire, visant les plateformes de récepteurs de neuropiline-1 et de plexine-A1 surexprimées dans les CSG. Les deux peptides diminuent la croissance des CSG in vitro et in vivo. Finalement, j’ai développé un outil génétique fluorescent permettant de suivre le destin des CSG en direct. Basé sur l’expression de 4 rapporteurs fluorescents contrôlés par des promoteurs spécifiques des types cellulaires, il permet d’identifier l’hétérogénéité de ces cellules en différenciation. / The glioblastoma multiforme (GBM) is the most aggressive primary brain tumor and includes a subpopulation of tumoral stem cells (CSG). Those cells can self-renew, proliferate and differentiate by expressing specific neural markers and/or transdifferentiate into vascular-like cells. In this context, my work consisted first to produce and characterize several CSG lines from patient biopsies to constitute a bank of cell lines with different properties. We also evaluated the impact of in house therapeutic transmembrane peptides targeting the neuropilin-1 / plexin-A1 receptor platforms overexpressed in GBM. We thus showed that both targeting peptides decrease the growth of GSC in in vitro and in vivo models. Finally, I developed an inducible mosaic expression system to track the live differentiation of CSG. This system is based on the expression of four different fluorescent reporters controlled by the activity of cell type specific promoters.