Lors de la conception de médicaments, le criblage in silico est de plus en plus utilisé et lesméthodes disponibles nécessitent d'être évaluées. L'évaluation de 8 méthodes a mis enévidence l'efficacité des méthodes de criblage in silico et des problèmes de construction de labanque d'évaluation de référence (DUD), la conformation choisie pour les sites de liaisonn'étant pas toujours adaptée à tous les actifs. La puissance informatique actuelle le permettant,plusieurs structures expérimentales ont été choisies pour tenter de mimer la flexibilité dessites de liaison. Un autre problème a été mis en évidence : les métriques d'évaluation desméthodes souffrent de biais. De nouvelles métriques ont donc été proposées, telles queBEDROC et RIE. Une autre alternative est proposée ici, mesurant la capacité prédictive d'uneméthode en actifs. Enfin, une petite molécule active sur le TNFα in vitro et in vivo sur souris aété identifiée par un protocole de criblage in silico. Ainsi, malgré le besoin d'amélioration desméthodes, le criblage in silico peut être d'un important soutien à l'identification de nouvellesmolécules a visée thérapeutique.

Contexte. Les phénotypes ABO et Rh(D) des donneurs de sang ainsi que des patients transfusés sont analysés de façon routinière pour assurer une complète compatibilité. Ces analyses sont accomplies par agglutination suite à une réaction anticorps-antigènes. Cependant, pour des questions de coûts et de temps d’analyses faramineux, les dons de sang ne sont pas testés sur une base routinière pour les antigènes mineurs du sang. Cette lacune peut résulter à une allo-immunisation des patients receveurs contre un ou plusieurs antigènes mineurs et ainsi amener des sévères complications pour de futures transfusions. Plan d’étude et Méthodes. Pour ainsi aborder le problème, nous avons produit un panel génétique basé sur la technologie « GenomeLab _SNPstream» de Beckman Coulter, dans l’optique d’analyser simultanément 22 antigènes mineurs du sang. La source d’ADN provient des globules blancs des patients préalablement isolés sur papiers FTA. Résultats. Les résultats démontrent que le taux de discordance des génotypes, mesuré par la corrélation des résultats de génotypage venant des deux directions de l’ADN, ainsi que le taux d’échec de génotypage sont très bas (0,1%). Également, la corrélation entre les résultats de phénotypes prédit par génotypage et les phénotypes réels obtenus par sérologie des globules rouges et plaquettes sanguines, varient entre 97% et 100%. Les erreurs expérimentales ou encore de traitement des bases de données ainsi que de rares polymorphismes influençant la conformation des antigènes, pourraient expliquer les différences de résultats. Cependant, compte tenu du fait que les résultats de phénotypages obtenus par génotypes seront toujours co-vérifiés avant toute transfusion sanguine par les technologies standards approuvés par les instances gouvernementales, les taux de corrélation obtenus sont de loin supérieurs aux critères de succès attendus pour le projet. Conclusion. Le profilage génétique des antigènes mineurs du sang permettra de créer une banque informatique centralisée des phénotypes des donneurs, permettant ainsi aux banques de sang de rapidement retrouver les profiles compatibles entre les donneurs et les receveurs. / Background. ABO and Rh(D) phenotyping of both blood donors and transfused patients is routinely performed by blood banks to ensure compatibility. These analyses are done by antibody-based agglutination assays. However, blood is not routinely tested for minor blood group antigens on a regular basis because of cost and time constraints. This can result in alloimmunization of the patient against one or more minor antigens and may complicate future transfusions. Study design and Methods. To address this problem, we have generated an assay on the GenomeLab SNPstream genotyping system (Beckman Coulter, Fullerton, CA) to simultaneously test polymorphisms linked to 22 different blood antigens using donor’s DNA isolated from minute amounts of white blood cells. Results. The results showed that both the error rate of the assay, as measured by the strand concordance rate, and the no-call rate were very low (0.1%). The concordance rate with the actual red blood cell and platelet serology data varied from 97 to 100%. Experimental or database errors as well as rare polymorphisms contributing to antigen conformation could explain the observed differences. However, these rates are well above requirements since phenotyping and cross-matching will always be performed prior to transfusion. Conclusion. Molecular profiling of blood donors for minor red blood cell and platelet antigens will give blood banks instant access to many different compatible donors through the set-up of a centralized data storage system.

La mucoviscidose est une maladie génétique létale induite par des mutations du canal ionique CFTR, provoquant une perte de sa fonctionnalité au niveau des tissus épithéliaux de divers organes. Le poumon est particulièrement touché et devient sujet à des infections bactériennes chroniques. Dans le but de traiter la maladie, nous avons développé des « stabilisateurs » de la protéine CFTR : il s’agit de peptides inhibant l’interaction de la protéine CFTR avec le médiateur-clé de sa demi-vie à la membrane apicale des cellules épithéliales, la protéine CAL. En particulier, le peptide iCAL36 a démontré une hausse de fonctionnalité de la protéine CFTR mutée. Le but de cette thèse a été de renforcer cet effet biologique en améliorant ses caractéristiques pharmacologiques : pénétration cellulaire (vectorisation), stabilité métabolique et affinité pour la protéine CAL.Le premier axe d’optimisation a été l’internalisation du peptide iCAL36 par 7 différents peptides vecteurs (CPP). Les conjugués correspondants ont été évalués suivant leur cytotoxicité, leur efficacité d’internalisation et leur capacité à maintenir cette efficacité en présence de sérum. Le mécanisme d’entrée des deux meilleurs conjugués a ensuite été étudié. Divers biais couramment rencontrés lors de l’analyse de l’efficacité d’internalisation de peptides vecteurs par des méthodes de fluorescence ont également été identifiés et expliqués. La séquence du peptide iCAL36 a ensuite été modulée par inclusion d’acides aminés non-naturels. Le criblage des interactions peptide/protéine a été réalisé par une procédure optimisée dans le cadre de cette thèse (méthode PIPEPLUS) et a permis d’identifier 32 analogues prometteurs de la séquence d’iCAL36 incluant différentes substitutions. En particulier, une des séquences identifiées (iCAL-Q27) a démontré une affinité 70 fois supérieure à celle du peptide iCAL36 pour la protéine CAL, indiquant une inhibition plus complète de l’interaction CAL/CFTR.Ces résultats majeurs permettent dans leur ensemble de développer des « stabilisateurs » peptidiques de seconde génération pouvant avoir un effet biologique accru dans le contexte de la mucoviscidose. / Cystic fibrosis is a lethal disease induced by genetic mutations of the CFTR chloride channel, leading to a loss of its function in the epithelial tissues of various organs. The lung is particularly affected and becomes a target for chronical bacterial infections. To cure the disease, we developed so-called CFTR “stabilizers”, which are peptides inhibiting the interaction between the CFTR protein and the key mediator of its half-life at the apical membrane of epithelial cells, the CAL protein. In particular, the iCAL36 peptide showed an increase of the functionality of the mutated CFTR protein. The aim of this thesis was to increase this biological effect by improving its pharmacological parameters: cellular internalization (vectorization), metabolic stability and affinity for the CAL protein.The first axis of optimization was the internalization of the iCAL36 peptide by 7 different cell-penetrating peptides (CPP). The corresponding conjugates were evaluated upon their cytotoxicity, their uptake efficiency and their capacity to maintain this efficiency in the presence of proteases. The mechanism of entry of the two best candidates was then studied. Various bias frequently encountered during the analysis of CPP uptake efficiency by fluorescence methods were also identified and explained. Afterwards, the iCAL36 sequence was modulated by inclusion of non-natural amino acids. The screening of the peptide/protein interactions was performed by a method optimized during this thesis (PIPEPLUS process) and allowed the identification of 32 promising analogues of the iCAL36 sequence including several substitutions. In particular, one of these sequences (iCAL-Q27) showed an affinity 70 times stronger for the CAL protein compared to iCAL36, hinting a more complete inhibition of the CAL/CFTR interaction.Overall, these major results grant the access to second-generation “stabilizers” potentially showing an improved biological effect in the context of cystic fibrosis.

La méthylation anormale de l'ADN est l'une des principales caractéristiques du cancer. La nature dynamique et réversible de cette modification épigénétique en a fait une cible potentielle pour le traitement du cancer. UHRF1, une protéine essentielle dans la maintenance de la méthylation de l'ADN, est également impliquée dans la tumorogenèse. UHRF1 est surexprimée dans une variété de cancers et est liée à l’inhibition des TSGs et à la prolifération cellulaire. Dans ce contexte, le but de ma thèse est d’identifier de potentiels inhibiteurs d’UHRF1 qui pourront être efficaces en clinique comme thérapie anti-cancéreuse. Pour atteindre cet objectif, une approche diversifiée a été adoptée qui inclue le criblage virtuel, des techniques biophysiques et biologiques qui permettent à caractériser l'activité inhibitrice des molécules actives et à comprendre leur mécanisme d'action. Nous avons identifié un composé positif de la famille des anthraquinones qui inhibe UHRF1 en se liant à son domaine SRA et perturbe son interaction avec DNMT1, l'enzyme responsable du maintien de la méthylation de l'ADN. Ce composé présente une activité antiproliférative dans différentes lignées cancéreuses. / Abnormal DNA methylation is one of the major hallmarks of cancer. The dynamic and reversible nature of this epigenetic modification has made it a potential target for cancer treatment. UHRF1, a pivotal DNA methylation maintenance protein, is also strongly involved in tumorogenesis. It isoverexpressed in a wide array of cancers and leads to silencing of TSGs and tumor growth. In this context, the aim of the thesis is to develop potential UHRF1 inhibitors that may be clinically effective for anti-cancer therapy. To reach this objective, a diverse approach was adopted including virtual screening, biophysical and biological techniques that helped to characterize the inhibitory activity of active molecules and understand their mechanism of action. The tests revealed one positive compound from the anthraquinone family that inhibited UHRF1 by binding to its SRA domain and impairing its interaction with DNMT1, the enzyme responsible for DNA methylation maintenance. This compound showed an anti-proliferative activity in various cancer cells.

Ma thèse introduit cinq logiciels de trois différents domaines: le calcul parallèle et distribué, la biologie structurale computationnelle et la chémoinformatique. Le logiciel pour le calcul parallèle et distribué s'appelle PAR. PAR permet d'exécuter des expériences indépendantes de manière parallèle et distribuée. Les logiciels pour la biologie structurale computationnelle sont Durandal, EleKit et Fragger. Durandal exploite la propagation de contraintes géométriques afin d'accélérer l'algorithme de partitionnement exact pour des modèles de protéines. EleKit permet de mesurer la similarité électrostatique entre une petite molécule et la protéine qu'elle est conçue pour remplacer sur une interface protéine-protéine. Fragger est un cueilleur de fragments de protéines permettant de sélectionner des fragments dans la banque de protéines mondiale. Enfin, le logiciel de chémoinformatique est ACPC. ACPC permet l'encodage fin, d'une manière rotation-translation invariante, d'une molécule dans un ou une combinaison des trois espaces chimiques (électrostatique, stérique ou hydrophobe). ACPC est un outil de criblage virtuel qui supporte les requêtes consensus, l'annotation de la molécule requête et les processeurs multi-coeurs. / This thesis introduces five software useful in three different areas : parallel and distributed computing, computational structural biology and chemoinformatics. The software from the parallel and distributed area is PAR. PAR allows to execute independent experiments in a parallel and distributed way. The software for computational structural biology are Durandal, EleKit and Fragger. Durandal exploits the propagation of geometric constraints to accelerate the exact clustering algorithm for protein models. EleKit allows to measure the electrostatic similarity between a chemical molecule and the protein it is designed to replace at a protein-protein interface. Fragger is a fragment picker able to select protein fragments in the whole protein data-bank. Finally, the chemoinformatics software is ACPC. ACPC encodes in a rotation-translation invariant way a chemical molecule in any or a combination of three chemical spaces (electrostatic, steric or hydrophobic). ACPC is a ligand-based virtual screening tool supporting consensus queries, query molecule annotation and multi-core computers.

Ce travail étudie le potentiel de l'électrophorèse capillaire couplée à la spectrométrie de masse à ionisation par plasma (ICP/MS) pour le criblage d'une bibliothèque de ligands en fonction de leur affinité pour l'europium en milieu hydro-organique. Cette méthode permet, d'une part, d'évaluer l'affinité des ligands phosphorés en moins de deux heures et en utilisant moins de 15 ng de ligand, et d'autre part, de déterminer les constantes de complexation. Les résultats sont en accord avec ceux obtenus par titrage spectrophotométrique.Parallèlement, une bibliothèque de copolymères pour l'extraction solide/liquide de l'europium a été étudiée. Le protocole d'extraction mis au point permet de les classer selon leur affinité pour celui-ci en milieu hydro-organique et en utilisant 60 mg de copolymère. Pour les plus prometteurs, les propriétés de reconnaissance et la sélectivité La3+/Eu3+/Lu3+ ont été évaluées. / This work investigates the potential of hyphenated capillary electrophoresis and inductively coupled mass spectrometry to classify different ligands according to their europium binding affinity in a hydro-organic medium. On the one hand, this method enables to evaluate the affinity of phosphorus-containing ligands in less than two hours and using less than 15 ng of ligand. On the other hand, complexation constants could be determined. The results are in excellent agreement with the values obtained by spectrophotometric titrations.Moreover, a library of copolymers for solid/liquid extraction of europium is investigated. The extraction protocol enables to classify copolymers according to their europium affinity in a hydro-organic medium. This screening requires 60 mg of copolymers. For the most promising recognition properties and selectivity La3+/Eu3+/Lu3+ are evaluated.

Dans le passé, Nichols et al. (Cell, 2010) ont criblé une collection de mutants de déletion d’Escherichia coli (~4000 gènes) dans ~324 conditions. L’utilisation de la taille des colonies comme indicateur de croissance, leur a permis de définir des phénotypes robustes pour ~50% des mutants, conduisant ainsi à de nouvelles idées biologiques. Cependant, 50% des gènes restants n’ont pas donné de réponse significative.J’ai souhaité dépasser les limitations du précédent criblage en augmentant le crible dans 2 directions : tout d’abord, j’ai augmenté le nombre et la complexité des conditions de stress dans le but d’imiter les contraintes d'origine naturelle. Puis, j’ai adapté le test «rouge Congo» afin de tester la formation de biofilm.J’ai ainsi généré deux ensembles de données, contenant ~2 millions de phénotypes de croissance et de biofilm, dans approximativement 250 conditions de stress simples et complexes. Les données ont révélé des phénotypes pour ~80% des mutants testés, la majorité d'entre eux provenant de conditions de stress complexes et de la mesure de biofilm. L'utilisation de ces phénotypes a permis la construction d’un réseau connectant les complexes de protéines connus avec ~500 gènes de fonction inconnue.De plus, la mesure de biofilm a permis d’identifier de nouveaux acteurs impliqués dans la formation de biofilm. Les données obtenues grâce au test «rouge Congo» ont également révélé que de nombreux enzymes régulant les niveaux de ci-di-GMP servent de senseurs pour différents signaux entrants impliqués dans cette même voie. L’identité des signaux entrants a été révélée par les phénotypes spécifiques à une condition. / In the past, Nichols et al. probed a knock out collection of E. coli across 324 conditions. Using colony size as a proxy for fitness allowed them to define robust phenotypes (5% FDR) for about 50% of the knockouts, leading to novel insights into E. coli’s biology. The remaining 50% of the genes did not yield a significant response even when growth was probed in such diverse conditions.I address the limitations of this previous high-throughput screen by expanding the screen design it in 2 directions: First, I increased the number and complexity of conditions to mimic naturally occurring stresses. Second, I adapted the Congo-red assay to probe biofilm formation in parallel to growth. I was able to generate two datasets that consist of more than 2 million growth and biofilm phenotypes across ~250 simple and complex stresses. The datasets revealed phenotypes for ~80% of the knockouts probed (5% FDR) with the large majority of them originating from complex stresses and the biofilm readout. Using these phenotypes, I generated a high-confident network connecting known protein complexes with >500 uncharacterized genes. In addition, the biofilm readout captured dozens of new players involved in biofilm formation. Even further, the color dataset revealed that the multiple enzymes regulating the levels of ci-di-GMP, serve as sensors for different input signals that feed into the same pathway. Identity of the input signals was revealed by the condition-specific phenotypes.

Le microbiote du rumen bovin est un écosystème très diversifié et efficace pour la dégradation de substrats complexes, notamment issus de la biomasse végétale. Composé majoritairement de microorganismes non cultivés, il constitue un réservoir très riche de nouvelles enzymes d’intérêt potentiel pour les biotechnologies industrielles, en particulier les bioraffineries et la bioremédiation. Dans le cadre de cette thèse, nous avons mis en œuvre une approche de criblage fonctionnel du métagenome ruminal pour accélérer la découverte d’enzymes de dégradation des lignocelluloses, mais aussi de divers polluants synthétiques. En particulier, de nouvelles estérases capables de dégrader un insecticide de la famille des carbamates, le fenobucarb, ainsi qu’un polyuréthane commercial, l’Impranil DLN, ont pu être identifiées. De plus, le développement d’une nouvelle stratégie de criblage d’oxydoréductases nous a permis d’isoler trois enzymes bactériennes originales, très polyspécifiques, ne requérant ni cuivre ni manganèse pour dégrader différents substrats polycycliques tels que des polluants majeurs de l’industrie textile, mais aussi des dérivés de lignine. Enfin, le criblage de deux banques issues d’enrichissements in vivo et in vitro du microbiome du rumen sur paille de blé a permis d’isoler des cocktails d’enzymes lignocellulolytiques au profil fonctionnel et d’origine taxonomique différents, constitués de glycoside-hydrolases, estérases et oxydoréductases. Quinze nouveaux modules CAZy, correspondant à des familles enzymatiques jamais caractérisées, ont été identifiés. L’ensemble de ces résultats met en lumière l’immense potentiel d’innovation biotechnologique contenu dans les écosystèmes microbiens, en particulier dans le microbiote du rumen bovin / Bovine rumen microbiota is a highly diverse and efficient ecosystem for the degradation of complex substrates, especially those issued from plant biomass. Predominantly composed of uncultivated microorganisms, it constitutes a rich reservoir of new enzymes of potential interest for industrial biotechnologies, especially biorefineries and bioremediation. As part of this thesis, we used the functional screening of the ruminal metagenome to increase the discovery of enzymes able to degrade lignocelluloses, as well as different synthetic pollutants. In particular, new esterases able to degrade a carbamate insecticide, fenoucarb, and a commercial polyurethane, Impranil DLN, have been identified. Moreover, the development of a new screening strategy for oxidoreductases allowed the isolation of three original bacterial enzymes that are very polyspecific, and do not need copper nor manganese to degrade different polycyclic substrates, like major pollutants of the textile industry, as well as lignin derivatives. Finally, the screening of two libraries from in vivo and in vitro enrichments of the ruminal microbiome on wheat straw allowed the isolation of lignocellulolytic enzymatic cocktails, with different functional profiles and taxonomical origins, comprising glycoside-hydrolases, esterases and oxidoreductases. Fifteen novel CAZy modules, related to enzymatic families never characterized, were identified. All these results highlight the vast potential of microbial ecosystems, in particular the bovine rumen microbiota, for biotechnological innovation

L’innovation thérapeutique progresse traditionnellement par la combinaison du criblage expérimental et de la modélisation moléculaire. En pratique, cette dernière approche est souvent limitée par la pénurie de données expérimentales, particulièrement les informations structurales et biologiques. Aujourd'hui, la situation a complètement changé avec le séquençage à haut débit du génome humain et les avancées réalisées dans la détermination des structures tridimensionnelles des protéines. Cette détermination permet d’avoir accès à une grande quantité de données pouvant servir à la recherche de nouveaux traitements pour un grand nombre de maladies. À cet égard, les approches informatiques permettant de développer des programmes de criblage virtuel à haut débit offrent une alternative ou un complément aux méthodes expérimentales qui font gagner du temps et de l’argent dans la découverte de nouveaux traitements.Cependant, la plupart de ces approches souffrent des mêmes limitations. Le coût et la durée des temps de calcul pour évaluer la fixation d'une collection de molécules à une cible, qui est considérable dans le contexte du haut débit, ainsi que la précision des résultats obtenus sont les défis les plus évidents dans le domaine. Le besoin de gérer une grande quantité de données hétérogènes est aussi particulièrement crucial.Pour surmonter les limitations actuelles du criblage virtuel à haut débit et ainsi optimiser les premières étapes du processus de découverte de nouveaux médicaments, j’ai mis en place une méthodologie innovante permettant, d’une part, de gérer une masse importante de données hétérogènes et d’en extraire des connaissances et, d’autre part, de distribuer les calculs nécessaires sur les grilles de calcul comportant plusieurs milliers de processeurs, le tout intégré à un protocole de criblage virtuel en plusieurs étapes. L’objectif est la prise en compte, sous forme de contraintes, des connaissances sur le problème posé afin d’optimiser la précision des résultats et les coûts en termes de temps et d’argent du criblage virtuel / Therapeutic innovation has traditionally benefited from the combination of experimental screening and molecular modelling. In practice, however, the latter is often limited by the shortage of structural and biological information. Today, the situation has completely changed with the high-throughput sequencing of the human genome, and the advances realized in the three-dimensional determination of the structures of proteins. This gives access to an enormous amount of data which can be used to search for new treatments for a large number of diseases. In this respect, computational approaches have been used for high-throughput virtual screening (HTVS) and offer an alternative or a complement to the experimental methods, which allow more time for the discovery of new treatments.However, most of these approaches suffer the same limitations. One of these is the cost and the computing time required for estimating the binding of all the molecules from a large data bank to a target, which can be considerable in the context of the high-throughput. Also, the accuracy of the results obtained is another very evident challenge in the domain. The need to manage a large amount of heterogeneous data is also particularly crucial.To try to surmount the current limitations of HTVS and to optimize the first stages of the drug discovery process, I set up an innovative methodology presenting two advantages. Firstly, it allows to manage an important mass of heterogeneous data and to extract knowledge from it. Secondly, it allows distributing the necessary calculations on a grid computing platform that contains several thousand of processors. The whole methodology is integrated into a multiple-step virtual screening funnel. The purpose is the consideration, in the form of constraints, of the knowledge available about the problem posed in order to optimize the accuracy of the results and the costs in terms of time and money at various stages of high-throughput virtual screening

La caractérisation des tumeurs malignes et la compréhension des mécanismes de résistance aux traitements anticancéreux sont essentielles pour la découverte de nouvelles cibles thérapeutiques. Les criblages génétiques, devenus encore plus puissants avec la technologie d’édition du génome CRISPR-Cas9, le séquençage nouvelle génération et la bioinformatique, sont des outils formidables pour décrypter de nouveaux mécanismes cellulaires, dont la résistance au traitement. La leucémie myéloïde chronique (LMC) est un syndrome myéloprolifératif qui est caractérisé par l’anomalie génétique t(9;22). Cette aberration chromosomique est à l’origine du gène de fusion BCR-ABL1 qui code l’oncogène du même nom responsable de la prolifération anarchique des cellules. L’imatinib mesylate, un inhibiteur de tyrosine kinase, élimine de manière spécifique les cellules leucémiques en ciblant et en bloquant l’activité kinase de cette protéine. Malheureusement, comme pour tout type de thérapie ciblée, une résistance au traitement survient chez certains patients. Afin de repérer des nouvelles voies de résistance à cet inhibiteur de tyrosine kinase, nous avons effectué un criblage génétique avec la librairie « genome-scale CRISPR knock-out » (GeCKO v2) in vitro dans la lignée cellulaire K562. Nous avons découvert plusieurs gènes qui semblent être essentiels pour la réponse au traitement par imatinib, tels que les facteurs pro-apoptotiques BIM et BAX, ou le répresseur de la voie des MAPK, SPRED2. Le rétablissement spécifique de l’apoptose dans les cellules BIM knock-out (KO) par des BH3-mimétiques, ou l’inhibition ciblée de la voie MAPK dans la lignée SPRED2 KO sensibilise de nouveau les lignées résistantes. Dans ce travail, nous avons découvert des mécanismes de résistance déjà connus (l’apoptose, la voie MAPK…) mais nous avons également démontré l’implication de voies peu connues telles que le complexe Mediator, la maturation de ARNm et l’ubiquitinylation de protéines. Spécifiquement cibler ces lésions génétiques avec des thérapies ciblées combinées peut permettre de surmonter les phénotypes de résistance et ouvre la porte à l’utilisation de l’oncologie de précision. / The characterization of malignant tumour growth and the understanding of resistance mechanisms to treatment in cancer is of utmost importance for the discovery of novel “druggable” targets. Efficient genetic screening, now even more possible with the convergence of CRISPR-Cas9 gene editing technology, next-generation sequencing and bioinformatics, is an important tool for deciphering novel cellular processes, such as resistance to treatment in cancer. Chronic myeloid leukemia (CML) is a myeloproliferative disorder characterised by the t(9;22) genetic abnormality, which encodes the driver of CML, the BCR-ABL1 fusion protein. Imatinib mesylate, a tyrosine kinase inhibitor, specifically eliminates CML cells by targeting and blocking the kinase activity of this protein, yet, as for all targeted therapies in cancer, resistance to treatment exists. In order to discover alternative BCR-ABL1 independent mechanisms of imatinib resistance, we utilized the genome-scale CRISPR knock-out library GeCKO v2 to screen for imatinib sensitising genes in vitro on K562 cells. We revealed genes that seem essential for imatinib induced cell death, such as pro-apoptotic genes (BIM, BAX) or MAPK inhibitor SPRED2. Specifically re-establishing apoptotic capabilities in BIM knock-out (KO) cells with BH3-mimetics, or inhibiting MAP-kinase signalling in SPRED2 KO cells with MEK inhibitors restores sensitivity to imatinib, overcoming resistance phenotypes. In this work, we discovered previously identified pathways (apoptosis, MAP-kinase signalling) and novel pathways that modulate response to imatinib in CML cell lines, such as the implication of the Mediator complex, mRNA processing and protein ubiquitinylation. Targeting these specific genetic lesions with combinational therapy can overcome resistance phenotypes and paves the road for the use of precision oncology.