Avec la chimiothérapie et la chirurgie, la radiothérapie fait partie intégrante de l'arsenal thérapeutique pour lutter contre le cancer. Afin de potentialiser l’efficacité des rayonnements ionisants, la radiochimiothérapie s’est développée mais en raison des résultats insuffisants de cette stratégie, de nouvelles voies permettant une modulation de la radiosensibilité tumorale sont évaluées. C’est dans ce contexte d’amélioration de l’efficacité de la radiothérapie que s’inscrit ce travail de thèse. Nous avons évalué l’intérêt thérapeutique de l’association d’inhibiteurs de la réparation de l’ADN à la radiothérapie sur un modèle orthotopique de cancer bronchique et sur un modèle orthotopique de cancer de la tête et du cou. En raison de son rôle prépondérant dans la réparation des cassures simple brin, PARP1 a été ciblé dans un premier temps pour éprouver cette stratégie, à l’aide d’un inhibiteur chimique l’Olaparib. Le rationnel consistait à inhiber la réparation de dommages induits par l’irradiation, pouvant ainsi conduire à la mort des cellules tumorales. Les résultats obtenus in vitro ont montré que l’inhibition de PARP1 permettait en effet de potentialiser les effets de la radiothérapie. Cette association thérapeutique a, par la suite, été évaluée in vivo et a montré une très faible radiosensibilisation, limitée par une toxicité induite par cette association. Afin d’augmenter l’efficacité de cette stratégie thérapeutique, un inhibiteur d’ATR (AZD6738), une des protéines majeures de la réponse aux dommages de l’ADN et au stress réplicatif, a été ajouté à la combinaison initiale. Il a en effet été montré que Chk1, la cible principale d’ATR, était activée dans les cellules traitées avec l’Olaparib et/ou irradiées. Nous avons démontré in vitro et in vivo, que l’AZD6738 améliorait l’efficacité de la combinaison irradiation et Olaparib dans nos deux modèles tumoraux, suggérant le potentiel de cette triple combinaison en clinique. Enfin, en raison du rôle de l’irradiation et de PARP1 dans différents processus immunitaires, nous avons étudié de façon préliminaire l’influence de nos différentes combinaisons thérapeutiques sur l’infiltrat immunitaire tumoral. Sachant que l’efficacité de l’association Olaparib/irradiation avait été démontrée dans des modèles tumoraux implantés en sous-cutané, ce travail de thèse montre l’importance et la pertinence de modèles précliniques plus proches de la pathologie humaine, comme les modèles orthotopiques. En effet, il est très probable que les toxicités observées au cours de ce travail soit la conséquence d’une détérioration avancée des muqueuses présentes dans le champ d’irradiation et que celles-ci ne puissent être observées lors d’irradiation localisée de tumeurs implantées en sous-cutané. / With chemotherapy and surgery, radiotherapy is part of anti cancer therapeutic strategy. To increase ionizing radiations effects, radiochemotherapy has emerged, but because of inefficient results, new pharmacological strategies for modulation of radiosensitization has been assessed. My thesis project is part of this context of improvement of radiotherapy efficiency. We have evaluated therapeutic interest of association of DNA repair inhibitors and radiotherapy on lung cancer model and head and neck cancer model. Because of its implication in single strand break repair, PARP1 has been first, targeted to assess this strategy, with the chemical inhibitor Olaparib. The rational was to inhibit radio-induced damages, leading to cellular death. In vitro, we have demonstrated that Olaparib was promising for enhancing radiation efficacy, but has an in vivo limited radiosensitization, plus we observed with this association a toxicity. Non toxic association has been found by decreasing Olaparib dose, but association efficiency has been limited, meaning that Olaparib, in our model, has a restrained therapeutic index.To increase the efficiency of this combination, we have added an ATR inhibitor (AZD6738), one of the key proteins implicated in response to DNA damages and replicative stress. In fact it has been demonstrated, that ATR main target, Chk1, was activated in Olaparib-treated and/or irradiated cells. We have demonstrated in vitro and in vivo, that AZD6738 improved efficiency of Olaparib and radiotherapy combination in both models, suggesting the potential of this triple combination in clinic.Finally, because of effects of PARP1 and radiation on different immune processes, we have preliminary studied, the influence of this different combinations on immune infiltrate.Knowing that efficiency of the association Olaparib and radiotherapy has already been demonstrated in subcutaneous models, this work has shown the importance and relevance of preclinical models, closer to human pathologies, as orthotopic models. In fact, it is likely that toxicities observed during this work, are the consequence of mucous membrane damaging in the field of irradiation, which cannot be observed with localized irradiation of subcutaneous tumors.

Le médulloblastome est la tumeur du système nerveux central la plus répandue et la plus meurtrière chez l’enfant. Malgré de bons taux de survie globale, le traitement du médulloblastome est confronté à deux problèmes cliniques majeurs: les survivants présentent souvent des séquelles graves et irréversibles causées par les traitements, et certains sous-groupes de la maladie répondent mal au traitement. Dans ce travail, nous avons cherché à traiter les deux problèmes en améliorant l'efficacité/tolérance de la radiothérapie dans des modèles précliniques de médulloblastome grâce à l’utilisation d’AsiDNA, un inhibiteur de la réparation de l'ADN déjà testé dans des essais cliniques. Nous avons caractérisé l'effet des molécules AsiDNA sur la réponse à l’irradiation des cellules tumorales, in vitro et in vivo. Nous avons observé qu'AsiDNA peut pénétrer dans les jeunes cerveaux et des tumeurs cérébrales après administration systémique. Aucune preuve d’augmentation de la toxicité liée à l‘irradiation n’a été observée. De plus, l’addition d'AsiDNA aux doses létales de radiations délivrées dans le cerveau murin en développement semble protéger la toxicité radio-induite. Nos résultats démontrent que la combinaison d'AsiDNA avec l’irradiation augmente la survie des animaux greffés avec un modèle de médulloblastome sur le flanc ou dans le cervelet. Les analyses de transcriptome indiquent qu’AsiDNA amplifie les modifications de la transcription induites par les radiations d’une manière similaire à une augmentation de dose. Ses effets sont indépendants de la cellule d'origine ou du statut de TP53. Les données obtenues suggèrent qu’AsiDNA est une drogue qui pourrait potentiellement améliorer la prise en charge des enfants ayant des tumeurs cérébrales et leur qualité de vie. / Medulloblastoma is the most common central nervous system malignancy in pediatric oncology. Despite good overall survival rates, medulloblastoma treatment plans face two major clinical problems: survivors of medulloblastoma often present severe and irreversible sequela caused by the treatments and, certain subgroups of the disease will respond poorly to the treatments. In this work we aimed at tackling both clinical issues by improving radiotherapy efficacy in medulloblastoma preclinical models using a DNA repair inhibitor in clinical trials, AsiDNA. We have characterized the effect of AsiDNA in combination with radiation in vitro and in vivo studies. We have observed that AsiDNA can penetrate young brains and brain tumors through systemic delivery. No evidences of additional radiation-associated brain toxicity were observed. In addition, combination of AsiDNA treatments to lethal doses of radiation delivered in developing murine brain seem to protect from the radiation-induced toxicity. Our results show that the combination of AsiDNA to radiation improves survival of subcutaneous and orthotopic models of medulloblastoma. Transcriptome analysis on medulloblastoma cell lines indicate that AsiDNA intensifies the transcriptional response to radiation resembling the increase in radiation doses. This effect is independent of the cell of origin or TP53 status of the cells. The obtained results indicate that AsiDNA may be a good candidate to improve the efficacy of treatment protocols and quality of life of medulloblastoma patients.