LRP1 (low-density lipoprotein receptor–related protein 1), un récepteur endocytaire multifonctionnel, a récemment été identifié comme pivot d’un réseau de biomarqueurs pour la prédiction pronostique de plusieurs types de cancers. Son rôle dans le cancer du côlon n'a pas été caractérisé. Notre travail porte sur l’étude de la relation entre expression de LRP1 et cancer du côlon.L'expression de l'ARNm LRP1 a été déterminée dans des échantillons d'adénocarcinome et de muqueuses coliques appariées, ainsi que dans les cellules stromales et tumorales obtenues après microdissection laser. Les associations clinicopathologiques et moléculaires ont été étudiées par immunohistochimie dans une série de cancer colique (n = 307). La présence de méthylation ou mutation du gène LRP1 et l'expression de miR-205 ont été évaluées et comparées aux niveaux d'expression de LRP1.L’ARNm de LRP1 est sous exprimé dans les cellules d'adénocarcinome colique par rapport à la muqueuse colique par rapport aux cellules stromales. La faible expression immunohistochimique de LRP1 dans les adénocarcinomes était associée à un âge plus élevé, à localisation droite, une perte d'expression de CDX2, une expression d'Annexine A10, un statut CIMP-H, MSI-H et BRAFV600E muté. Cette faible expression était associée à un mauvais pronostic, en particulier chez les patients de stade IV. Les mutations du gène LRP1 entrainaient une sous-expression de LRP1. L’expression était peu modifiée par miR-205. Le promoteur de LRP1 n'était jamais méthylé.La perte d'expression de LRP1 est associée à un profil clinico-pathologique et moléculaire particulier et à un un mauvais pronostic dans les cancers du côlon. / LRP1 (low-density lipoprotein receptor–related protein 1), a multifunctional endocytic receptor, has recently been identified as a hub in a biomarker network for multi-cancer clinical outcome prediction. Its role in côlon cancer has not been characterized. Here, we investigate the relationship between LRP1 and colon cancer.LRP1 mRNA expression was determined in colon adenocarcinoma and paired colon mucosa samples, and in stromal and tumoral cells obtained after laser capture microdissection. The clinical potential was further investigated by immunohistochemistry in a population-based colon cancer series (n = 307). LRP1 methylation, mutation and miR-205 expression were evaluated and compared to LRP1 expression levels.LRP1 mRNA levels are significantly decreased in colon adenocarcinoma cells compared to colon mucosa and stromal cells. Low LRP1 immunohistochemical expression in adenocarcinomas was associated with higher age, right-sided tumor, loss of CDX2 expression, Annexin A10 expression, CIMP-H, MSI-H and BRAFV600E mutation. Low LRP1 expression correlates with poor clinical outcome, especially in stage IV patients. LRP1 expression was downregulated by LRP1 mutation. LRP1 expression was slightly modified by miR-205 expression. LRP1 promoter was never methylated.Loss of LRP1 expression is associated with peculiar clinocopathological and molecular characteristics and with worse colon cancer outcomes.

L'épithélium intestinal est caractérisé par un renouvellement et une différenciation continus dépendant des cellules souches somatiques situées au fond des cryptes. Le renouvellement rapide est assuré par plusieurs réseaux de voies signalisation dont la dérégulation peut être à l'origine de l'initiation et/ou de la progression tumorale. Mon laboratoire d'accueil a décrit l'implication des hormones thyroïdiennes et de leur récepteur nucléaire TRa1 dans le contrôle de l'homéostasie de l'épithélium intestinal via la régulation de la voie Wnt/b-caténine d'une part et l'implication de TRa1 dans l'induction de tumeurs intestinales grâce à des souris surexprimant TRa1 d'autre part. De plus, dans un contexte APC muté, l'expression transgénique de TRa1 accélère la progression tumorale et favorise la dissémination métastatique. Des analyses transcriptomiques mettent en évidence une forte activation de la voie Wnt par TRa1. Ces résultats ont été confirmés chez l'homme en étudiant la régulation de la voie Wnt par TRa1 dans des carcinomes colorectaux (CRC). Nous avons confirmé la surexpression de TRa1 dans les tumeurs humaines et validé son impact sur la voie Wnt tant dans les tumeurs humaines que dans des lignées cellulaires et sur leur agressivité. L'ensemble des données montre une forte implication de TRa1 dans la tumorigenèse chez la souris et chez l'homme et ouvrent des portes pour des recherches visant TRa1 comme cible de traitement thérapeutique contre le cancer / The intestinal epithelium is characterized by constant renewal and differentiation due to the presence of stem cells located at the bottom of the crypts. This permanent renewal depends on the crosstalk between several signaling pathways whose alteration can lead to tumor initiation and progression. Our team demonstrated the implication of the thyroid hormones and their nuclear receptor TRa1 in the control of the intestinal epithelium homeostasis through the regulation of the Wnt pathway. Moreover, the overexpression of TRa1 in the intestinal epithelium of mice is sufficient to promote tumor initiation, and in an APC loss of function context, it accelerates tumor progression highlighting its oncogenic potential. Through gene expression profiling, we highlighted an activation of the Wnt pathway activity by TRa1 during tumor progression. We next confirm these results in human patient samples by demonstrating that high TRa1 expression in tumors invariably is associated with an increased Wnt pathway activity. In addition, in CRC cell lines, TRa1-associated WNT pathway activation enhances their aggressiveness. Altogether these results showed the implication of TRa1 in intestinal carcinogenesis and open avenues for new therapeutic treatment against TRa1 targeting TRa1

Une analyse multiple des mutations, de l’expression des transcrits et de l’épissage alternatif a été réalisée dans des biopsies de lésions colorectales, correspondant à des stades variés de transformation, afin de rechercher des altérations qui caractériseraient la transformation de la muqueuse normale en adénome, puis en adénocarcinome. Cette analyse est basée sur l’utilisation de différentes technologies de puces à ADN. Des altérations spécifiques à chaque type de lésions colorectales ont été mises en évidence, démontrant que les adénomes et les adénocarcinomes sont des entités distinctes. Cependant, des altérations communes ont aussi été identifiées, confirmant que l’adénome est un état transitoire avant l’adénocarcinome. Une sélection clonale et des effets environnementaux sont sans doute à l’origine de la progression des adénomes en adénocarcinomes. Des voies de signalisation cellulaire caractéristiques de cette transformation ainsi qu’une classification des lésions colorectales ont été recherchées. Une signature de 40 transcrits a été identifiée, qui pourrait permettre de prédire la transformation des adénomes en adénocarcinomes. Des événements d’épissage alternatif ont aussi été détectés dans les adénomes, suggérant l’implication, à un stade précoce, de ces altérations dans le processus de cancérisation. Enfin, une puce à ADN « à façon » a été élaborée, qui s’inscrit dans une perspective d’appui à la mise en oeuvre de thérapeutiques anticancéreuses. Elle permet en effet d’analyser l’épissage alternatif des gènes codant les protéines cibles des nouvelles thérapies ciblées du cancer. / A genome-wide analysis of mutation, gene expression and alternative pre-mRNA splicing was performed in colorectal normal mucosa, adenoma and adenocarcinoma biopsy samples in order to look for some alterations that could characterize the stepwise “colorectal normal mucosa-adenoma-adenocarcinoma” transition. It was conducted through different microarray-based experiments. Alterations specific for either adenomas or adenocarcinomas were identified. Nevertheless, most deregulated genes in adenocarcinomas were shared between adenomas and adenocarcinomas, in agreement with the notion that adenomas are precursor lesions for adenocarcinomas. Adenomas may have different outcomes, depending on environment, some evolving towards cancer, while others could be prone to disappearance. Pathway enrichment in colorectal lesions and classification of colorectal lesions were investigated. A 40-gene set was identified as a gene expression signature that could help predicting patients, at time of adenoma ablation, with a risk for developing colorectal cancer. Splicing profiles were also identified in colorectal lesions, suggesting that alternative splicing may play a major role in cancer outcome. Finally, a custom microarray was designed with the aim to predict the response of patients before treatment. This custom microarray makes it possible to analyze transcript structure and levels for genes involved in the response to targeted anticancer therapies.

Le but de ce travail est d'élaborer et d'évaluer une intervention de santé publique, visant à augmenter la participation au dépistage ciblé par coloscopie de la population à risque plus élevé de cancer colorectal (CCR) en raison d'antécédents familiaux en faisant appel à une méthodologie qui repose sur 3 étapes successives :1- une étude observationnelle : l'identification des déterminants associés à la réalisation de la coloscopie chez la fratrie d'un patient atteint de CCR avant 60 ans. (3 publications) 2- une expérimentation contrôlée, visant à tester l'efficacité d'une intervention personnalisée, par une infirmière de prévention, sur la participation au dépistage des fratries d'un patient atteint de CCR ou d'adénome avant 60 ans. L'intervention personnalisée qui a intégré non seulement les fratries mais également les cas index et les médecins a fait la preuve d'une efficacité jusque là jamais atteinte dans les études menées antérieurement aux USA, qui ciblaient uniquement les fratries. Cette analyse épidémiologique a été enrichie par des analyses linguistiques et sociologiques afin de mieux comprendre l'impact de cette intervention téléphonique. (1 publication)3- Cependant, les contraintes propres à la conduite d’un essai interventionnel randomisé, si elles garantissent un niveau de preuve élevé du bénéfice de l’intervention, ont aussi pour conséquence un caractère expérimental ; cet essai ne pourra être généralisé à l'identique. Une étude de recherche interventionnelle en santé des populations a été soumise à l'appel à projets 2016 de l'INCa. / The aim of this work was to develop and evaluate a public health intervention to increase participation in targeted screening colonoscopy for high-risk population of colorectal cancer (CRC) because of family history using a methodology based on three successive stages:1- an observational study to identify the determinants associated with the achievement of colonoscopy among siblings of a patient with CRC before age 60. (3 publications)2- a controlled experiment to test the effectiveness of a personalized intervention by a preventive nurse on the participation in screening of siblings of a patient with CRC or adenoma before age 60. The personalized intervention that included not only siblings but also the index case, specialists and general practitioners has demonstrated efficiency never achieved previously in earlier studies in the USA, which targeted only siblings. This epidemiological analysis was enriched by crossed linguistic and sociological analyses to better understand the impact of telephone interventions. (1 publication)3- However, the constraints on the conduct of a randomized interventional trial, if they guarantee a high level of evidence of the benefit of the intervention, also have the effect of an experimental nature that cannot be generalized. An original research study on population health intervention has been developed and submitted to the 2016 INCa call for projects.

Les thérapies moléculaires ciblées ont changé la prise en charge des patients atteints de cancer, et en particulier dans le cancer colorectal (CCR). Il est important d’identifier des biomarqueurs de sensibilité ou de résistance à ces traitements. En premier, la signalisation en aval de l’EGFR au niveau tumoral pourrait conditionner la réponse au cétuximab dans les cancers colorectaux (CCR). Notre premier travail a évalué le niveau d’expression tumorale de phosphoprotéines de signalisation en aval de l’EGFR (p-MEK, p-ERK1/2, p-AKT, p-GSK3b, p-P70S6K) analysés par Bioplex phosphoprotein array chez 42 patients avec un CCR métastatique, traités par anti-EGFR. L’expression de p-P70S6K est plus faible chez les patients répondeurs (p=0,02). La survie sans progression (SSP) est supérieure en cas d’expression faible de p-P70S6K (p=0,0001) et p-MEK (p=0,0006). p-MEK et p-P70S6K ont une expression plus élevée chez les KRAS mutés et apparaissent comme deux marqueurs pronostiques indépendants de KRAS (HR 0,34, p=0,01 et HR 0,42, p=0,03). Ainsi, le niveau d’expression des phosphoprotéines en aval de l’EGFR pourrait prédire la réponse et la SSP dans les CCR traités par anti-EGFR, indépendamment du statut KRAS. Il est difficile dans certain cas d’avoir accès au tissu tumoral. L’ADN circulant (cADN) dans les stades avancés de cancer peut aider à la caractérisation moléculaire des tumeurs, en tant que biopsie. Notre deuxième travail a étudié la faisabilité, la sensibilité et la spécificité d’une technique de spectrométrie de masse (Sequenom) pour détecter des mutations (238 mutations parmi 19 oncogènes) à partir du tissu tumoral et du cADN de 105 patients ayant un cancer avancé. La concentration médiane de cADN était de 17ng/ml de plasma (0,5-1600), soit 3 fois le niveau chez les volontaires sains. En analyse multivariée, la concentration de cADN, l’albumine et l’état général étaient des facteurs prédictifs indépendants de la survie globale des patients. De plus, il existait une concordance élevée des statuts mutationnels (KRAS, BRAF et PIK3CA) entre le tissu tumoral et le cADN dans plusieurs types tumoraux (CCR, sein, mélanome): un taux de concordance de 70% pour le gène KRAS et de 100% pour le gène BRAF ont été retrouvés dans le CCR. Notre Étude suggère que l’analyse du cADN pourrait être un matériel utilisable pour la recherche de mutations, notamment dans le suivi des patients ayant un cancer du colon traités par thérapies ciblées. Notre travail a donc montré l’intérêt de poursuivre l’étude de facteurs moléculaires qui pourraient prédire la réponse ou la résistance à des thérapies ciblées utilisées dans les cancers du colon, au niveau du tissu tumoral (phosphoprotéines) ou au niveau du sang (cADN). / Especially in CRC, it is important to identify molecular targeted therapies biomarkers. First, additional markers of resistance to KRAS mutations could predict resistance to anti-epidermal growth factor receptor (EGFR) antibodies in advanced colorectal cancer (CRC). In our first study, in a series of 42 patients with advanced CRC treated with cetuximab/panitumumab, for whom KRAS status was previously determined, we retrospectively analyzed the intratumor expression of EGFR downstream signaling phosphoproteins of the RAS/MAPK and PI3K/AKT pathways (pERK1/2, pMEK1, pAKT, pP70S6K and pGSK3beta) using Bio-Plex phosphoprotein array. The expression of all the phosphoproteins was higher in KRAS mutated tumors than in WT tumors. The expression of pP70S6K was lower in responders than in nonresponder patients. In multivariate analysis, PFS was shorter for patients with high pMEK1 or pP70S6K expression, independently of KRAS status, as OS for patients with high pP70S6K expression. Our results suggest the importance of EGFR downstream signaling phosphoproteins expression in addition to KRAS status to define the subgroup of patients who will not benefit from anti-EGFR therapy. We hypothesized that circulating plasma DNA (cpDNA) in advanced cancer patients is largely derived from tumor, and can be utilized for tumor mutation sequencing when repeat biopsy is not feasible. In our second study, we utilized the Sequenom MassArray System and OncoCarta panel for somatic mutation profiling. Matched samples, acquired from the same patient but at different time points were evaluated; these comprised formalin-fixed paraffin-embedded (FFPE) archival tumor tissue (primary and/or metastatic) and cpDNA. The feasibility, sensitivity, and specificity of this high-throughput, multiplex mutation detection approach was tested utilizing specimens acquired from 105 patients with solid tumors referred for participation in Phase I trials of molecularly targeted drugs. The median cpDNA concentration was 17 ng/ml (range: 0.5-1600); this was 3-fold higher than in healthy volunteers. In multivariate analyses, cpDNA concentration, albumin, and performance status remained independent predictors of OS. We also observed high detection concordance for critical "hot-spot" mutations (70% for KRAS, 100% for BRAF) in matched cpDNA and archival tumor tissue. This multiplex sequencing assay can be utilized to detectsomatic mutations from plasma in advanced cancer patients, when safe repeat tumor biopsy is not feasible and genomic analysis of archival tumor is deemed insufficient. Our work did show the importance to search for molecular markers to predict response to targeted therapies, both in tumor tissu (phosphoproteins) and in blood (cpDNA).

Le cancer colorectal est la première pathologie cancéreuse de la sphère digestive, tant en terme de fréquence que de mortalité par an. Chaque année, 41 000 nouveaux cas sont diagnostiqués et 17 000 décès sont dus à ce cancer en France. Deux paramètres cliniques expliquent la mortalité de ce cancer; d'une part le fait qu'un patient sur deux est diagnostiqué au stade métastatique ou va présenter des lésions métastatiques durant l'histoire de sa pathologie, d'autre part le fait que les patients après traitement vont fréquemment présenter une récidive de leur pathologie. L'utilisation de régimes de chimiothérapies avant et après résection métastatique améliore la survie sans récidive à court terme, mais à 2 ans post chirurgie l'avantage apporté est perdu. Ainsi, la compréhension des mécanismes d'échappement à la chimiothérapie et régissant la croissance tumorale est d'intérêt pour tenter de limiter la récidive tumorale. L'objectif de ce travail de thèse a consisté en l'analyse de sous-populations obtenues sous pression de chimiothérapie au 5-Fluorouracile (5FU) dérivées de la lignée cancéreuse colique HT29, ainsi que les mécanismes moléculaires associés. Notre clone le plus chimiorésistant isolé, le modèle cellulaire 5F31, quitte le compartiment prolifératif sous traitement à fortes doses de 5FU, ceci étant associé à une perturbation de la voie de signalisation de la Src kinase c-Yes et de son partenaire, le co-activateur transcriptionnel YAP. Sous traitement, les cellules chimiorésistantes entrent en quiescence, le complexe protéique entre c-Yes et YAP est perdu et la quantité totale et nucléaire de YAP diminue de manière significative (Igoudjil, Touil, Corvaisier et al. 2014 Clinical Cancer Research). Dès lors, la suite des travaux a consisté en l'étude du rôle potentiel de YAP sur la balance quiescence/prolifération sous 5FU. L'inhibition pharmacologique ou l'inhibition transitoire de l'expression de YAP et de son paralogue, la protéine TAZ, dans plusieurs lignées cancéreuses coliques induit l'augmentation de la fraction de cellules quiescentes, associée au ralentissement significatif de la croissance tumorale. A l'inverse, la surexpression d'une forme constitutivement active de YAP demeurant nucléaire sous 5FU maintient les cellules 5F31 en prolifération et sensibilise les cellules à la chimiothérapie. Au niveau des effecteurs protéiques, l'induction de quiescence (par traitement à la chimiothérapie ou inhibition de YAP/TAZ) est associée à la perte d'expression de la Cycline E1 et du facteur de transcription c-Myc. A l'inverse, la surexpression du dominant constitutivement actif de YAP dans les cellules 5F31 conduit à l'expression soutenue de la Cycline E1 sous 5FU, expression nécessitant l'activation du facteur de transcription CREB. L'inhibition de la Cycline E1 permet d'induire la quiescence cellulaire, proposant cette protéine comme l'un des effecteurs des protéines YAP/TAZ dans la régulation entre la quiescence et la prolifération cellulaire (Corvaisier et al, Oncotarget, 2016). En conclusion, nos données montrent l'importance du rôle des protéines YAP/TAZ dans le maintien des cellules en prolifération via l'expression notamment de la Cycline E1. Nos résultats sur cohorte de patients atteints de métastases hépatiques de cancers colorectaux montrent que l'expression des co-activateurs YAP/TAZ est liée à un index prolifératif plus important, confortant nos données sur le rôle de ces protéines dans la croissance tumorale. De plus, l'expression élevée de YAP et TAZ est associée en analyses multivariées à une récidive plus précoce et à une survie globale plus faible. Ainsi, l'étude de l'expression et du niveau d'activation de ces acteurs serait un marqueur pronostic intéressant dans l'anticipation de la récidive métastatique ; ainsi que des cibles thérapeutiques intéressantes pour tenter de limiter la rechute tumorale. / Colorectal cancer is the most frequent and lethal cancerous pathology from the digestive system. Each year in France, 41 000 new cases are diagnosed and 17 000 patients die due to this pathology. This high mortality is mainly due to the rate of patients with liver metastatic lesions and the early relapse of those metastases after treatment. The use of chemotherapy prior to surgery induces a decrease of early relapse, however 2 years after resection this advantage is lost. Thus, understanding the mechanisms underlying escape to treatment is required to try to delay or prevent tumor recurrence.The aim of this doctoral work was to analyze clonal chemoresistant subpopulations derived from the colorectal cancer cell line HT29 after chronic exposure to 5-Fluorouracil (5FU) and molecular mechanisms associated with chemoresistance. The most chemoresistant clonal subpopulation, 5F31, stops its proliferation after treatment with high dose of 5FU, this behavior being associated with the modulation of the c-Yes/YAP axis. After treatment, 5F31 cells enter quiescence, interaction between c-Yes and YAP is lost and total and nuclear YAP protein expression reduces significantly (Igoudjil, Touil, Corvaisier et al. 2014, Clinical Cancer Research). The next step was to study functions of YAP protein in this chemotherapy- induced quiescence.Pharmacological or transient inhibition of YAP and its homolog TAZ, induces quiescence and reduces cellular growth in several colorectal cancer cell lines. On the other hand, overexpression of a constitutively active form of YAP in 5F31 cells forces cells to remain proliferative under 5FU treatment, enhancing 5F31 cell chemosensitivity to 5FU.Regarding proteic effectors, quiescence (either induced by 5FU or YAP/TAZ inhibition) is associated with loss of expression of the transcription factor c-Myc and Cyclin E1. In 5F31 cells expressing the active mutant form of YAP, Cyclin E1 expression is sustained after 5FU treatment through the activation of the transcription factor CREB. Cyclin E1 inhibition is sufficient to induce quiescence, therefore introducing this protein as one of the final effectors of YAP/TAZ co-activators in the regulation of the proliferation/quiescence switch in colorectal cancer cells (Corvaisier et al. 2016, Oncotarget).To conclude, our work reveals the importance of YAP/TAZ proteins for the maintenance of colorectal cancer cells proliferation through Cyclin E1 expression. Our work on liver metastases from patients with colorectal cancer shows that high expression of YAP/TAZ is connected to a higher proliferative index in metastatic lesions. Moreover, high YAP/TAZ expression is associated with shorter patient progression-free survival and shorter overall survival. Studying the expression and level of YAP/TAZ activation could be an interesting prognosis marker to anticipate metastatic relapse and potent druggable target to delay tumoral recurrence.

La viande rouge est un facteur de risque du cancer colorectal, considérée comme probablement cancérigène chez l'Homme. Le lien entre la viande rouge et le cancer colorectal impliquerait la lipoperoxydation induite par le fer héminique, aboutissant à la formation d'aldéhydes cytotoxiques présents dans les eaux fécales des rats ayant consommé de l'hème, dont le 4-hydroxynonénal (HNE). Ces eaux fécales ont préférentiellement induit la mort cellulaire dans des cellules coliques murines normales plutôt que dans des cellules coliques murines mutées pour le gène APC (adenomatous polyposis coli), considérées comme prénéoplasiques. Cette résistance des cellules prénéoplasiques est associée à une activité plus élevée du Nrf2 (Nuclear factor (erythroid-derived)-like 2) par rapport aux cellules normales, mise en evidence par l'invalidation du Nrf2. Afin de valider l'importance des aldéhydes néoformés derives de la lipoperoxydation, nous avons optimisé la depletion des composes carbonyls dans les eaux fécales qui a aboli le différentiel de mortalité entre les cellules normales et prénéoplasiques. En utilisant des cellules épithéliales coliques humaines (CECH) afin de se rapprocher de la physiologie humaine, nous avons confirmé que le HNE et les eaux fécales des rats ayant consommé de l'hème ont aussi induit une mortalité plus élevée dans les CECHs normales que dans celles invalidées pour APC ; et qu'une activité de Nrf2 plus élevée est aussi observée dans ces dernières. L'autophagie, dont le niveau est plus élevé dans les CECHs invalidées pour APC, exercerait des effets protecteurs contre la toxicité du HNE et des eaux fécales en activant Nrf2. Globalement, nos résultats suggèrent que le Nrf2 et l'autophagie seraient impliqués dans la résistance des cellules prénéoplasiques suite à une exposition aux eaux fécales des rats ayant consommé de l'hème. Ce différentiel de résistance pourrait expliquer l'effet promoteur de la viande rouge sur la cancérogenèse colorectale, en établissant une sélection positive des cellules prénéoplasiques au détriment des cellules normales. / Red meat is a factor risk for colorectal cancer, considered as probably carcinogenic to humans. Red meat is associated to colorectal cancer through the oxidative properties of heme iron released in the colon. This latter is a potent catalyst for lipid peroxidation, resulting in the neoformation of deleterious aldehydes present in the fecal water of heme-fed rats, including 4-hydroxynonenal (HNE). Fecal water of heme-fed rats preferentially induced mortality in mouse normal colon epithelial cells than in those harboring mutation on APC (adenomatous polyposis coli) gene, considered as preneoplastic. This relative resistance of preneoplastic cells to fecal water of heme-fed rats was associated with their higher activity of Nrf2 (Nuclear factor (erythroid-derived 2)-like 2) compared to normal cells, as evidenced by Nrf2 invalidation. To investigate the importance of secondary aldehydes derived from lipid peroxidation, depletion of carbonyl compounds in the fecal water was optimized and this turned out to abolish the difference of mortality between normal and preneoplastic cells. By using human colon epithelial cell (HCEC) lines to approach human physiology, we confirmed that HNE and fecal water of heme-fed rats also induced higher mortality in normal HCECs compared to APC-invalidated HCECs, and that higher Nrf2 activity in APC-invalidated HCECs was also associated with such a difference. Furthermore, autophagy, found to be up-regulated in APC-invalidated HCECs, was suggested to exert protective effects against HNE and fecal water toxicity by activating Nrf2. Taken together, these findings suggest that Nrf2 and autophagy were potentially involved in the resistance of preneoplastic cells upon exposure to HNE or fecal water of heme-fed rats. This different resistance could explain the promoting effect of red meat and heme-enriched diet on colorectal cancer, by initiating positive selection of preneoplastic cells over normal cells.

Le 4-hydroxy-2-nonénal (HNE), un aldéhyde --insaturé, produit secondaire de la peroxydation des acides gras polyinsaturés en n-6 qui est cytotoxique et génotoxique in vitro. Cet aldéhyde a été largement étudié dans divers états pathologiques dans lesquels sa formation est la conséquence d’un stress oxydant associé à un état inflammatoire. Cependant, outre sa formation endogène, le HNE peut également être formé à partir des lipides alimentaires, entraînant sa présence dans les aliments mais également sa néoformation dans le tractus digestif. Ainsi, le rôle du HNE est suspecté dans la cancérogénèse colorectale induite par le fer héminique. L’effet promoteur du fer héminique, présent en grande quantité dans la viande rouge, a été démontré dans des modèles animaux, aux stades prénéoplasique et tumoral et a également été associé à la lipoperoxydation luminale. Ce travail a eu pour vocation la caractérisation du métabolisme du HNE alimentaire et l’étude de son rôle dans la cancérogénèse colorectale associée à la consommation de viande rouge, en explorant un possible effet proinflammatoire. Au préalable, nous avons démontré expérimentalement l’effet initiateur du fer héminique dans la cancérogénèse colorectale en plus de l’effet promoteur déjà validé. Concernant l’étude de métabolisme, nous avons identifié et caractérisé les métabolites du HNE présents dans l’urine suite à une exposition par voie orale chez le rat grâce à une méthode de suivi isotopique. Les voies majeures de métabolisation du HNE ont été identifiées et quantifiées. De plus, de nouveaux métabolites urinaires tel que des conjugués thiométhyles et glucuronides ont été mis en évidence pour la première fois. Les études de cancérogénèse ont porté sur les effets co-initiateurs ou promoteurs des régimes. De plus, les liens entre l’inflammation et le cancer du côlon étant souvent évoqués dans la littérature, nous avons également testé les effets du HNE sur l’inflammation colique. Au cours d’études court terme chez le rat F344, nous avons démontré l’absence d’effet du HNE sur l’inflammation et la perméabilité colique. Dans l’étude de co-initiation testant l’effet d’un régime alimentaire contenant du fer héminique ou du HNE pendant 15 jours suivi d’une initiation chimique par l’azoxyméthane, nous avons démontré pour la première fois un effet co-initiateur du fer héminique mais pas du HNE sur la cancérogénèse colorectale, au stade prénéoplasique. Dans l’étude de promotion de la cancérogénèse colorectale sur rats chimio-induits, nous avons également démontré une absence d’effet au stade prénéoplasique d’un régime riche en HNE donné pendant 100 jours après la chimio-induction. En conclusion, cette thèse apporte : (i) une description précise des métabolites urinaires du HNE absorbé par voie orale, (ii) une première démonstration expérimentale de l’effet co-initiateur du fer héminique sous forme hémine, (iii) une démonstration de l’absence d’effet du HNE seul et aux doses testées sur la cancérogénèse colorectale et l’inflammation colique. / This thesis focuses on 4-hydroxynonenal (HNE), an --unsaturated aldehyde by-product of polyunsaturated fatty acids n-6 peroxidation, which is demonstrated to be cytotoxic and genotoxic in vitro. This aldehyde has been extensively studied in various pathological conditions in which its formation is the result of oxidative stress associated to inflammation. However, in addition to its endogenous formation, the HNE can also be formed from dietary fats, leading to its presence in food but also to its new formation in the digestive tract. The role of HNE is suspected in heme iron induced colorectal carcinogenesis. Indeed, it has been experimentally shown that heme iron, found in large amounts in red meat, increases the incidence of preneoplastic lesions in animal models concomitantly with luminal lipoperoxidation. This work aims at characterizing the metabolism of dietary HNE and at studying its role in colorectal carcinogenesis associated with red meat consumption, because HNE is suspected to be one of reactive intermediates between heme iron and the development of this cancer. Suspected pro-inflammatory effects have also been tested. Beforehand, we have experimentally validated the initiating effect of heme iron in colorectal carcinogenesis in addition to its promoting effect already demonstrated. Regarding the metabolism study, we identified and characterized HNE metabolites in urine following oral exposure in rats using a stable isotope tracking method. The major routes of metabolism of HNE were identified as oxidation of carbons 1 and 9 (ALDH and P450 CYP 4A), - oxidation and mercapturic acids derivatives. In addition, new urinary metabolites such as glucuronide conjugates and thiomethyl were highlighted for the first time. Regarding carcinogenicity studies on the co-initiating or promoting effect of diet, we used doses of heme iron or HNE that are representative of a diet rich in meat or of a highly peroxidized diet. Furthermore, as the links between inflammation and colon cancer are often mentioned in the literature, we also tested the effects of HNE on colonic inflammation. First of all, during 2 short term studies of 2 and 3 weeks in F344 rats, we demonstrated the lack of effect of HNE on colonic inflammation and permeability. In the co-initiation study in which rats where fed for 15 days with a diet rich in heme iron or HNE, followed by chemical initiation azoxymethane, we demonstrated a co-initiating effect of heme iron but not of HNE on colorectal carcinogenesis. In the promotion study, we also have shown the lack of effect of a diet rich in HNE given for 100 days using a chemically-induced carcinogenesis model in rats. In conclusion, this thesis provides: (i) a precise description of urinary metabolites of HNE absorbed orally, (ii) a first experimental demonstration of the co-initating effect of heme iron in hemin form, (iii) a demonstration of the lack of effect of HNE on colorectal carcinogenesis and inflammation.

Le cancer colorectal (CRC) est le plus fréquent des cancers digestifs. Cependant, il est moins grave et moins fréquemment associé à une complication thrombo-embolique que le cancer du pancréas (PC). Les microparticules (MPs) sont de petites vésicules produites par bourgeonnement de la membrane cellulaire. Les MPs sont impliquées dans la croissance tumorale, le développement de métastases et l’activité pro-coagulante associée aux cancers. Les objectifs de ces travaux étaient d’identifier et de caractériser les différentes MPs dans le CRC and le PC, afin de décrire une signature microparticulaire, puis d’évaluer leur implication dans la survenue de complications thrombo-emboliques. Nous avons donc rapporté une signature microparticulaire spécifique dans le CRC et le PC par rapport à des pathologies bénignes colorectales et pancréatiques, ainsi que des sujets sains, que nous avons appelé “microparticulosome”. Le microparticulosome se modifie avec l’évolution de la maladie, pour se rapprocher des formes bénignes voire des sujets sains, en cas de rémission du CRC. De plus,il varie en présence ou non d'une complication thrombo-embolique. Nous avons également rapporté le cas d’un cancer du sein diagnostiqué grâce à des taux élevés de MPs exprimant la fibrine. En conclusion, les MPs pourraient constituer de nouveaux bio-marqueurs pertinents en cancérologie, dans le diagnostic, le pronostic de survie et de survenue d’une complication thrombo-embolique. La connaissance des interactions des MPs avec le microenvironnement tumoral permettra de mettre au point des thérapeutiques adaptées et efficaces dans la croissance tumorale et l’extension métastatique. / Colorectal cancer (CRC) is the most common gastrointestinal cancer. It is less serious and less frequently associated with thrombo-embolic event than pancreatic cancer (PC). Microparticles (MPs) are small vesicles produced and released by exocytic blebbing of the activated and apoptotic cell membrane from most, if not all, types of cells. They are known to be implicated in the tumor growth, the development of metastases and the cancer-associated procoagulant activity. Our objectives were to identify and to characterize the different concentrations of circulating MPs in CRC and PC, in order to describe a MPs hallmark, and to evaluate their implication in the occurrence of a venous thromboembolism. We have thus reported a specific hallmark of MPs in CRC and PC, comparing to benign colorectal and pancreatic diseases and healthy subjects, so-called the “microparticulosome”. We have observed that microparticulosome changed with the evolution of the disease, and tended to the signature observed for benign diseases or healthy subject in case of CRC remission. We also reported variations in the microparticulosome in case of an occurrence of a thrombo-embolic event.In conclusion, MPs may constitute new pertinent biomarkers in cancers, in the diagnosis, the survival prognostic and the prognostic of the occurrence of thrombo-embolic events. Understanding the interactions of MPs with tumor environment will allow to find efficient treatments against tumor growth and metastases development.

Aims: The purpose of the research was to investigate the benefits of a hereditary colorectal cancer registry in the management of patients and families with Lynch syndrome. In study one, a systematic review was performed to quantify the impact of registration and screening on colorectal cancer (CRC) incidence and mortality, with comparison between familial adenomatous polyposis (FAP) and Lynch syndrome (LS). In study two, a regional Lynch syndrome registry was utilised to evaluate the uptake of predictive testing and colorectal screening among first-degree relatives (FDRs) and investigate novel methods for engaging at-risk relatives, including an enhanced role for the general practitioner (GP). In study three, the registry was used to investigate proposed associations between Lynch syndrome and prostate and bladder cancer. In study four, mismatch repair-deficient (dMMR) CRCs from Lynch syndrome patients and randomised-controlled trials (RCTs) were used to evaluate a novel prognostic biomarker, beta-2 microglobulin (B2M). Methods: An electronic database search was conducted to identify studies describing CRC incidence and/or mortality in FAP or LS, with comparison of either: 1) screened and unscreened patients or 2) patients ‘before and after’ establishment of the registry. Using the Manchester regional Lynch syndrome registry database, the uptake of predictive testing and colorectal screening among FDRs was assessed with Kaplan-Meier analysis. Novel strategies for improving engagement were explored via a patient advisory group discussion and a regional primary care questionnaire. Cases of prostate and bladder cancer in male mutation carriers and their male FDRs were identified, and cumulative and relative risks were calculated, using expected rates from cancer registry data. DNA from 350 dMMR CRC specimens from Lynch syndrome patients and RCTs were tested for B2M mutations using Sanger sequencing, and correlated with clinical outcome. Results: 43 studies were included in the systematic review (33 FAP; 10 Lynch). Registry-based screening was associated with a significant reduction in CRC incidence and in Lynch syndrome, CRC-related mortality was negligible in those undergoing surveillance. 242 Lynch syndrome families were recorded on the Manchester Lynch syndrome registry. 329 of 591 (55.7%) eligible FDRs had undergone predictive testing. Uptake was significantly lower in males and younger age groups (<25 yrs). Compliance with colorectal screening was excellent following a mutation positive predictive test but poor in untested individuals (97.3% vs 35.0%). Eight prostate cancers were identified in 821 male LS mutation carriers and male FDRs. MSH2 mutation carriers had a ten-fold increased risk of prostate cancer (RR 10.41; 95%CI 2.80, 26.65) but no association with bladder cancer was identified. 69/286 (24.1%) of dMMR CRCs contained significant B2M mutations. B2M mutations were associated with complete absence of recurrence (0/39) during follow-up in the QUASAR trial (stage II), compared with 14/77 (18.2%) in wild-type B2M (p=0.005). Conclusion: Studies consistently report that registration and screening result in a reduction of CRC incidence and mortality in FAP and LS (Level 2a evidence, Grade B recommendation). Funding and managerial support for registries should be made available. Uptake of predictive testing and colorectal screening in Lynch syndrome could be substantially improved, particularly among males and younger age groups, but this requires advances in communication with at-risk relatives. It is unlikely that GPs will actively participate without considerable support from genetics services. A trial of PSA screening in MSH2 mutation carriers from 50 years would be appropriate. B2M mutation status has potential clinical utility as a prognostic biomarker in stage II dMMR CRC.