Les Benzo[e]pyridoindoles sont identifiés comme inhibiteurs des kinases Aurora. La molécule la plus active, C1, inhibe efficacement à la fois Aurora B et CHK2. Nous avons donc exploité cette potentialité dans des applications de traitements combinés en se basant sur la spécificité restreinte mais multiple de cet inhibiteur. Nous avons mis en place le traitement combiné (Etoposide et C1) sur des lignées cellulaires et des effets additifs pour H358 et synergiques pour U2OS et HL60 sont notés. Ce traitement empêche efficacement la croissance des sphéroides et l'expansion des xénogreffes cellulaires. Un des avantages majeur de cette combinaison est la diminution des doses d'agents de dommages à l'ADN. C1 ouvre une piste pharmacologique basée sur l'altération simultanée de la mitose et de la réparation. La famille des benzo[e]pyridoindoles possède une forme penta-hétérocyclique avec 3 chaines latérales dont les variations peuvent influencer l'activité inhibitrice. Nous avons donc mesuré l'activité antimitotique de différents benzo[e]pyridoindoles. Cette étude structure/fonction permet de définir la contribution des chaînes latérales dans l'activité inhibitrice et d'orienter les futures synthèses. Nous nous sommes également intéressés au composé C4 qui avait un profil atypique d'inhibition de phosphorylation de l'histone H3. Il inhibe cette phosphorylation uniquement en entrée de mitose. Nous avons ainsi pu montrer que la phosphorylation de l'histone H3 n'est pas nécessaire à l'assemblage des chromosomes. Enfin, nous avons caractérisé l'efficacité de la molécule C21, un composé à forte activité anti-proliférative, sur différents modèles cellulaires et animaux. Ce travail révèle les potentialités multiples des benzo[e]pyridoindoles comme nouvelles molécules anti-prolifératives / Benzo[e]pyridoindole is identified as the novel Aurora inhibiteurs. The most potent compound, C1, inhibits efficiently both Aurora B and CHK2. Thus, we exploited the potency of this molecule in combined treatment applications based on its sharp and multiple specificities. We set up the combined treatments (Etoposide plus C1) on different cell lines and obtained an additive effect on H358 and a synergic one for HL60 and U2OS cells. This combination prevents the spheroid development as well as the cellular xenograft expansion. One of the main advantages of this combination is to decrease the dose of DNA damage agents in therapy leading to the reduction of their toxicity. C1 inhibiting both CHK2 and Aurora B open the way to targeted pharmacology based on simultaneous alteration of mitotic onset and DNA damage defences. Benzo[e]pyridoindole family has a penta-heterocyclic form with 3 lateral chains. The variations of these lateral chains can affect the inhibitory activity of the compounds. We researched the antimitotic efficiency of several benzo[e]pyridoindoles. This structure/function study drives to define the contribution of lateral chains in inhibitory activity and will direct future synthesis. We focused on compound C4 that induced an unusual profile of Histone H3 phosphorylation since it prevents it only in early mitosis. We found that H3-phosphorylation is not essential for chromosome organisation. Finally, we characterized the molecule C21 that is a potent antiproliferative compound both in cellulo and in vivo. This work reveals the potency of benzo[e]pyridoindoles as antiproliferative compounds.

La kinase Aurora A est une protéine essentielle au cycle cellulaire et plus particulièrement lors de la mitose. En effet, Aurora A est nécessaire dès l’entrée en mitose et régule sa progression. Elle joue un rôle dans la maturation et la séparation des centrosomes. Elle participe à l’assemblage du fuseau mitotique et du fuseau central pour le rassemblement et l’orientation des chromosomes. Enfin elle est nécessaire à la réussite de la cytodiérèse. Elle est également nécessaire à l’égale répartition des mitochondries dans les cellules filles et joue un rôle dans l’épissage alternatif des ARNm de facteurs apoptotiques. Au delà de ses fonctions mitotiques, plusieurs études récentes indiquent qu’Aurora A présente des fonctions supplémentaires dans les cellules en interphase. Elle est notamment essentielle au désassemblage du cil primaire et joue un rôle dans la dynamique des microtubules et la migration cellulaire. Enfin, une dérégulation de son expression, de sa stabilité et/ou de son activité perturbe le déroulement du cycle cellulaire ce qui conduit à la transformation des cellules et favorise l’apparition de cancers. Ses fonctions normales ainsi que ses fonctions lors de la carcinogenèse sont conduites à travers les nombreux partenaires protéiques qui entrent en interaction avec elle. Ils modulent son activité, sa localisation et sa stabilité. En retour Aurora A phosphoryle un bon nombre d’entre eux régulant ainsi leur activité, localisation et stabilité. Cependant, l’analyse des interactions déjà connues d’Aurora A ne permet pas d’expliquer tous les phénotypes observés lors de sa dérégulation. Afin de mieux comprendre les fonctions d’Aurora A, les mécanismes qui la régulent et mettre en évidence ses multiples rôles au sein de la cellule, j’ai construit puis analysé un interactome d’Aurora A généré à partir d’une méthode de purification d’affinité couplée à la spectrométrie de masse en tandem. J’ai identifié 477 partenaires potentiels dont 180 présentant une forte probabilité d’être des partenaires directs de la kinase. L’analyse bioinformatique approfondie de cet interactome a permis de révéler les partenaires associés à des mécanismes liés à la mitochondrie et l’épissage des ARN messagers mettant en évidence une implication potentielle d’Aurora A dans ces mécanismes. Pour valider cet interactome, j’ai choisi d’étudier plus précisément deux partenaires identifiés dans cette étude : les protéines WDR62 et CEP97. J’ai montré que ces deux partenaires co-localisent avec Aurora A et sont phosphorylés par la kinase. WDR62 est impliquée dans la microcéphalie et est dérégulée dans certains cancers. J’ai montré qu’Aurora A phosphoryle WDR62 en mitose et que cette phosphorylation est nécessaire à sa localisation aux centrosomes. CEP97 est une protéine du cil primaire encore peu caractérisée et des anomalies du cil primaire sont associées aux ciliopathies. Or l’activité d’Aurora A est nécessaire au désassemblage du cil primaire. J’ai montré qu’Aurora A phosphoryle in vitro CEP97 et que l’inhibition de l’activité d’Aurora A dans les cellules perturbe la localisation de CEP97 au niveau des cils et des centrosomes. Ainsi, ce travail de thèse a permis de mettre en évidence un nombre important de nouveaux partenaires d’Aurora A associés à de nouvelles fonctions. L’étude de ces nouvelles fonctions liées aux mitochondries et à l’épissage des ARN, constitue deux nouveaux projets actuellement menés par des collaborateurs au sein de notre institut. / The serine-threonine kinase Aurora A is an essential mitotic cell cycle protein. Aurora A is necessary for mitotic entry and for the maturation and separation of centrosomes. It participates in mitotic spindle assembly and chromosome biorientation, and it is essential for the completion of cytokinesis. Furthermore, Aurora A activity is necessary for the equal distribution of mitochondria to daughter cells and, through its role in the alternative splicing of mRNA of apoptotic factors, it provides a link between cell cycle control and apoptosis. Beyond its mitotic functions, several recent studies suggest that Aurora A is also important during interphase. Notably, it influences microtubule dynamics, promotes cell migration and polarity control and is essential for primary cilia disassembly. Reflecting the fact that Aurora A is found to be up-regulated in many cancers, deregulation of Aurora A activity can result in an aberrant cell cycle, ultimately leading to malignant transformation of cells. The crucial regulation of Aurora A’s numerous functions is achieved through its interaction with several protein partners, which modulate its activity, localisation and stability. Aurora A in turn phosporylates a number of them, thus regulating their activity, localisation and stability. However, the known interactions of Aurora A cannot explain all the phenotypes that have been described of its deregulation. To better understand the functions of Aurora A, the regulation mechanisms governing it, and to expose its multiple roles in the cell, I have built and analysed an Aurora A interactome using tandem affinity purification coupled with mass spectrometry. This resulted in the identification of 477 potential interacting partners, of which, 180 were determined to have a high probability of interacting directly with the kinase. In-depth bioinformatic analysis of this interactome has revealed the associated partners to be related to mitochondria and mRNA splicing, highlighting the potential involvement of Aurora A in these mechanisms. To validate the interactome, two of the proteins identified in this study, WDR62 and CEP97, were examined in detail. Here I show that these two proteins colocalise with Aurora A, and are phosphorylated by the kinase. WDR62 is implicated in microcephaly and is deregulated in certain cancers. I have shown that Aurora A phosphorylates WDR62 during mitosis, and that this phosphorylation is necessary for its localisation to the centrosomes. CEP97 is a poorly charactarised protein of the primary cilium, abnormalities of which are associated with ciliopathies. I have shown that Aurora A phosphorylates CEP97 in vitro, and that the inhibition of Aurora A activity in vivo perturbs the localisation of CEP97 to cilia and centrosomes. This study has identified a number of new Aurora A-interacting proteins, implicating the kinase with novel functions. These functions, related to mitochondria and mRNA splicing have opened up a new area for further investigation.

La progression à travers le cycle cellulaire est assurée par l’activation séquentielle d’une série de complexes cycline-CDK. Les complexes cycline D-CDK4 assurent la progression au cours de la phase G1 du cycle cellulaire en phosphorylant les protéines « antioncogéniques » de la famille Rb. L’activation de la CDK4 nécessite son association à une cycline D et sa phosphorylation sur Thr172 par la CAK nucléaire (CDK activating kinase). Le rôle essentiel des protéines de la famille Cip/Kip dans la régulation de l’activité de ces complexes reste controversé. Les protéines de cette famille (comprenant p27 et p21) ont initialement été identifiées comme des inhibiteurs puissants des complexes cycline-CDK et comme les intermédiaires de l’action antimitogénique de différents signaux intra ou extra-cellulaires. Il a été proposé que la liaison de la p27 ou de la p21 aux complexes cycline D-CDK4 empêche leur phosphorylation activatrice par la CAK et leur activité pRb kinase. Cependant, l’observation que des complexes cycline D-CDK4 associés à p21/p27 possèdent une activité pRb kinase a donné naissance à une seconde hypothèse sur la régulation de ces complexes par la p27 ou la p21. Ces « inhibiteurs » ont été paradoxalement proposés comme facteurs nécessaires et suffisants d’assemblage et de localisation nucléaire des complexes cycline D-CDK4. Dans le modèle physiologiquement relevant des thyrocytes de chien en culture primaire, la mitogénèse dépendante de l’AMPc activée par la TSH diffère des cascades des facteurs de croissance puisqu’elle n’induit pas les cyclines D mais au contraire augmente l’accumulation de l’«inhibiteur» de CDK p27. L’AMPc stimule l’assemblage des complexes cycline D3-CDK4, leur translocation nucléaire et leur association à p27. Dans ce modèle, le TGF inhibe la mitogénèse dépendante de l’AMPc en inhibant la translocation nucléaire des complexes cycline D3-CDK4 et leur association à la p27. Nous avons étudié l’activité catalytique et l’activation des complexes cycline D3-CDK4-p27 issus des thyrocytes de chien en culture primaire ou produits en cellules d’eucaryotes supérieurs (CHO et Sf9). Nous avons pu montrer que les complexes cycline D3-CDK4-p27 issus des thyrocytes de chien stimulés par la TSH présentent une activité pRb-kinase qui est inhibée par le TGF. En outre, la production des complexes cycline D3-CDK4-p27 en cellules CHO ou Sf9 nous a permis de montrer que l’impact de la p27 sur l’activité catalytique des complexes cycline D3-CDK4 dépend de sa stoechiométrie de liaison à ces complexes. L’analyse du profil de séparation par électrophorèse bidimensionnelle de la CDK4 issue de ces trois systèmes montre que la p27 n’empêche pas la phosphorylation activatrice de la CDK4, même aux concentrations de p27 qui empêchent l’activité pRb kinase du complexe cycline D3-CDK4. Nous avons également montré dans les cellules CHO que la p27 détermine la localisation nucléaire des complexes cycline D3-CDK4, ceux-ci étant relocalisés dans le cytoplasme par la transfection d’un mutant de la p27 dépourvu de son signal de localisation nucléaire. Ces résultats valident les observations réalisées par immunofluorescence dans les thyrocytes de chien dans lesquels nous avons mis en évidence une étroite corrélation au niveau des cellules individuelles stimulées par la TSH entre la translocation nucléaire de la CDK4 et l’apparition de la p27 nucléaire. Cette colocalisation est partiellement inhibée par le TGF. Ces observations renforcent l’hypothèse d’un rôle de la p27 dans l’ancrage nucléaire des complexes cycline D3-CDK4. Alors que la localisation de la CAK est considérée comme exclusivement nucléaire et son activité catalytique constitutive, nous avons pu montrer que la phosphorylation activatrice de la CDK4 associée à la cycline D3 n’est pas affectée par sa localisation sub-cellulaire et qu’elle est régulée par le TGF dans les thyrocytes de chien et par le sérum dans les cellules T98G indépendamment de l’association de la CDK4 à la p27. De plus, la phosphorylation de la CDK4 sur Thr172 dans les cellules T98G est stimulée par le sérum, alors que la phosphorylation activatrice de la CDK6, son homologue fonctionnel, ne l’est pas. La comparaison de la séquence de ces deux CDKs à proximité des Thr phosphorylées (Thr177 pour la CDK6) révèle, outre une forte similarité de séquence, une différence au niveau de l’acide aminé situé en aval de la thréonine : il s’agit d’une proline dans la CDK4 et d’une sérine dans la CDK6. La mutation P173S de la CDK4 abolit la phosphorylation sur Thr172 et l’activité de la CDK4 associée à la cycline D3 dans les cellules CHO, mais n’affecte pas la phosphorylation et l’activation de la CDK4 par la CAK recombinante in vitro. L’ensemble de ces résultats suggère que la/les CAKs régulée(s) responsables de l’activation de la CDK4 n’ont pas encore été identifiées et que la proline située en aval de la Thr172 de la CDK4 est essentielle pour sa phosphorylation activatrice et son activité pRb kinase.

Les facteurs de transcription E2F sont impliqués dans différents processus physiologiques comme l'apoptose, la sénescence et la progression dans le cycle cellulaire par exemple. Des travaux antérieurs dans le laboratoire ont démontré que la localisation de E2F4 est dépendante du cycle cellulaire. Dans les cellules prolifératives de la crypte intestinale, E2F4 se localise au noyau alors que dans les cellules quiescentes ou différenciées, E2F4 est cytoplasmique. La localisation cellulaire de E2F4 est un élément important pour le contrôle de son activité transcriptionnelle. Nous avons analysé l'effet de l'expression nucléaire et constitutive de E2F4 dans un modèle de cellules épithéliales intestinales humaines normales (HIEC) pour en mesurer l'impact sur la prolifération et la survie cellulaire. Nous démontrons pour la première fois que E2F4 module l'expression de gènes associés à la régulation de la voie intrinsèque et extrinsèque de l'apoptose, un rôle qui lui était inconnu jusqu'à présent. Par interférence d'ARN, nous avons diminué les niveaux d'expression de p53, un gène au coeur de la régulation de l'apoptose. Nous avons observé que la mort cellulaire est significativement retardée. De plus, nous avons démontré que l'inhibition de l'activité des caspases ne prévient pas non plus la mort cellulaire. L'implication de mécanismes de mort cellulaire alternatifs p53 indépendants a été investiguée. Nos résultats démontrent que l'inhibition de l'activité des calpaïnes/cathepsines, de RIP, de la voie JNK, même en combinaison avec une réduction des niveaux de p53, ne font que retarder la mort cellulaire mais ne l'empêche jamais. Nos résultats indiquent que plusieurs mécanismes de mort cellulaire classiques (voies intrinsèque et extrinsèque) et alternatifs (ROS, autophagie, AIF) sont probablement activés par la surexpression nucléaire de E2F4 dans les cellules épithéliales intestinales. Nous avons aussi évalué l'importance de E2F4 dans le contrôle de la prolifération des cellules épithéliales intestinales humaines normales et cancéreuses. Nous avons observé un ralentissement important de la prolifération et une cinétique d'entrée en phase S ralentie pour les populations HIEC qui expriment des niveaux réduits de E2F4. Ce ralentissement est probablement attribuable à la modulation des niveaux d'expression autant en ARNm et en protéines de nombreux gènes régulateurs de la transition G1/S tels que c-myc, cdk2, les cyclines A et D ainsi que p21 et p27 notamment. L'impact majeur de E2F4 sur le contrôle de la transition Gl/S n'avait jamais encore été décrit dans la littérature. De plus, dans les lignées cellulaires cancéreuses colorectales, E2F4 est surexprimé et se localise préférentiellement dans le noyau. Cette observation est confirmée par l'utilisation d'une banque de tissus où nous avons constaté que dans 24 spécimens sur 30, E2F4 est surexprimé dans la tumeur par rapport au tissu normal et que E2F4 est surtout nucléaire Finalement, nous avons aussi diminué les niveaux d'expression de E2F4 par interférence à l'ARN dans les lignées cellulaires Caco-2/15 et HCT-116 pour en analyser l'impact sur la prolifération et la survie cellulaire. Dans les deux lignées, la réduction de l'expression de E2F4 induit un ralentissement de la prolifération significatif et elle réduit leur capacité à former des colonies en agar mou. Par ailleurs, la réduction des niveaux d'expression de E2F4 entraîne une entrée accélérée en sénescence cellulaire dans les cellules HIEC et induit l'apparition de caractéristiques liées à la sénescence dans la lignée cellulaire Caco-2/15 révélant ainsi un rôle insoupçonné de E2F4 dans le contrôle de la sénescence cellulaire. Pris ensemble, mes résultats démontrent que E2F4 est un acteur majeur du contrôle du cycle cellulaire, de la survie et de la sénescence cellulaire dans les cellules épithéliales intestinales humaines normales et cancéreuses.

Les cyclines D sont des régulateurs importants de la phase G1 du cycle cellulaire. Il existe trois types de cyclines D (D1, D2, D3) dont le taux d'expression varie selon le type cellulaire. L'étude de la transformation cellulaire par le rétrovirus Graffi chez la souris nous a permis de découvrir une nouvelle isoforme de la cycline D2 : la cycline D2 tronquée (D2Trc). Cette protéine se retrouve à un niveau basal dans des tissus normaux (cerveau, ovaire) et est fortement exprimée dans des leucémies chez la souris et dans différents cancers de cerveau humain. Il a été démontré que la forme tronquée possède un pouvoir transformant plus élevé que l'isoforme normale (D2), et que, contrairement à celui-ci, elle se localise uniquement dans le cytoplasme. De plus, bien qu'il lui manque la région C-terminale de la boîte cycline (cyclin box), la D2Trc garde sa capacité à se lier aux CDK4/6. Pour comprendre les rôles oncogéniques et cellulaires de la D2Trc, nous avons étudié la région C-terminale de la boîte cycline qui distingue, entre autre, l'isoforme tronquée de l'isoforme normale. Pour ce faire, différents ADNc de protéines mutantes ont été créées par PCR (D2Δ157à289, D2TrcT151A et D2TrcΔ155- 151- 147- 143- 137- à 156). La localisation cellulaire des mutants D2Δ157à289 et D2TrcΔ137à156 a été faite à l'aide de la protéine de fusion fluorescente GFP, en comparaison avec la protéine D2Trc native. Par immunoprécipitation, nous avons cherché à déterminer les régions ou acides aminés qui permettent aux deux isoformes du gène CCND2 de se lier aux CDK4/6. Pour ce faire, les mutants D2Δ157à289 et D2TrcΔ151- 147- 137- à 156 ont été utilisés. Nous avons constaté que ce sont les vingt derniers acides aminés de la boîte cycline de l'isoforme longue qui sont importants dans la localisation nucléaire des protéines. L'étude des partenaires d'interaction permettrait de mieux comprendre le rôle physiologique de la D2Trc. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Leucémie, Cycle cellulaire, Cycline D2 tronquée, Localisation cytoplasmique, Boîte cycline.

Thèse de doctorat : Physique : Lyon, École normale supérieure (sciences) : 2006. / Bibliogr. en fin de chapitres.

Thèse de doctorat : Biologie cellulaire et moléculaire : Paris 12 : 2006. Tesi di dottorato : Biologia cellulare e molecolare : Università degli studi di Parma : 2006. / Thèse soutenue en co-tutelle. Titre provenant de l'écran-titre. Pagination : III-191 f. Bibliogr. f. 165-186.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Médecine. Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie. Hématologie : Nantes : 2008. / Bibliogr.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2003. / Bibliogr.: f. 94-118. Publié aussi en version électronique.

L’anémie de Fanconi (FA) est une maladie génétique rare qui se caractérise par une insuffisance médullaire, des malformations congénitales et une prédisposition accrue au développement de cancers. Aujourd’hui, 16 protéines sont identifiées pour coopérer ensemble dans la voie métabolique de Fanconi, impliquées principalement dans la réparation de l’ADN. Pour mieux comprendre le rôle des protéines Fanconi dans d’autres mécanismes cellulaires, un criblage en double hybride a été réalisé au laboratoire afin d’identifier plusieurs nouveaux partenaires protéiques d’intérêt. La protéine associée aux microtubules, la stathmine (STMN) a ainsi été identifiée comme un nouveau partenaire potentiel de la protéine Fanconi C (FANCC). L’étude de l’interaction a confirmé un lien direct entre FANCC et STMN et révèle qu’une mutation ponctuelle, ou une délétion de l’exon 1 de FANCC, cause une perte de cette interaction. Afin d’éclaircir la fonction du complexe FANCC-STMN, nous avons étudié la localisation des protéines durant le cycle cellulaire par immunofluorescence. Les résultats ont permis de mettre en évidence une localisation commune de FANCC et STMN dans les centrosomes de cellules en mitose. Une variation de l’état de phosphorylation de STMN dans les centrosomes a été observée dans plusieurs lignées cellulaires de patients. Ainsi, les protéines FANC semblent participer à la régulation de l’état de phosphorylation de STMN durant la progression du cycle cellulaire. Pour finir, les cellules de patients FA présentent de nombreuses malformations mitotiques, tels qu’un nombre important de centrosomes surnuméraire et un fuseau mitotique de petites tailles. Notre étude a permis de montrer que la protéine FANCC participe à la régulation de l’état de phosphorylation de STMN durant la division cellulaire, via une interaction directe. Nos résultats suggèrent également que les protéines FANC semblent participer à la progression du cycle cellulaire, en régulant de manière indirecte l’activité de STMN. Puisque la dérégulation de STMN est connue pour être impliquée dans la cancérogenèse, une augmentation de l’activité de STMN dans les cellules FA semble expliquer la sensibilité des patients à développer différents types de cancer et représente une nouvelle cible prometteuse pour le traitement des cancers chez les patients FA. / The Fanconi Anemia (FA) is a genetic recessive disease characterized by a bone marrow failure, various congenital malformations, and predispose to the development of cancers. Currently, 16 proteins are identified to cooperate together in Fanconi pathway, known mainly to play a role in DNA reparation. For better understanding the involvement of Fanconi proteins in other cellular mechanisms and to identify new partners of interest, a double hybrid screen had been realized at the laboratory. The microtubule-associated protein, the stathmin (STMN), had been identified as a new potential protein partner of the Fanconi protein C (FANCC). Our study has confirmed a direct interaction between FANCC and STMN proteins, and identified that a punctually mutation or exon 1 deletion in FANCC induced a loss of this interaction. In order to clarify the function of the FANCC-STMN complex, we have study the localization of these proteins during the cell cycle by immunofluorescence experiments. These results have unveiled a co-localization of FANCC and STMN proteins in the centrosome of cells in mitosis. A decrease of STMN phosphorylation in the centrosome had been observed in fibroblast cells of FA patients. So, the FANC protein seems to be involved in the regulation of STMN phosphorylation during the cell cycle progression. Finally, the cells from FA patients display many mitotic spindle abnormities, such as an elevated number of supernumerary centrosomes and a decrease of mitotic spindle sizes. Our study demonstrates that the FANCC protein is involved in the regulation of STMN phosphorylation during the cell division. Our results suggest also that the FANC protein seems participate in the cell cycle progression. Knowing that the STMN deregulation is involved in the carcinogenesis, an increase of STMN activity in the FA cells seems explain the sensibility of patients to develop various cancers. The STMN protein represents a possible therapeutic target to cancer treatment of FA patients.