Melanoma is a highly aggressive tumour with a poor prognosis for patients with advanced disease because it is resistant to current therapies. Therefore, the development of novel strategies for melanoma treatment is important. The characterization of the molecular mechanisms underlying melanoma proliferation, progression, and survival could help the development of novel targeted melanoma treatments. The MAPK and PI3K pathways both play important roles in melanoma progression. In the MAPK pathway, DUSP6, which acts as a phosphatase to negatively control the activation of ERK1/2, is involved in the development of human cancers. The MAPK pathway also regulates expression of the DNA repair gene ERCC1 following EGF treatment. ERCC1 is essential for nucleotide excision repair, which is one of the major systems for removal of cisplatin induced DNA lesions. The aims of this project were: 1, to investigate the molecular changes in our immortal mouse melanocyte cell lines that were needed for them to form tumours in a xenograft model; 2, to investigate whether the MAPK pathway regulates ERCC1 following cisplatin treatment and protects melanoma cells from death. Through comparison of the RAS/RAF/MEK/ERK (MAPK) and the PI3K/AKT (AKT) signalling pathways between our immortal mouse melanocyte cell lines and their tumour derivatives in our xenograft model, we identified a molecularly distinct subtype of mouse melanoma characterized by reduced ERK and AKT activity and increased expression of DUSP6. Functional analyses employing ectopic overexpression indicated that increased expression of DUSP6 enhanced anchorage independent growth ability and invasive ability in our mouse melanocytes, suggesting that increased DUSP6 expression may contribute to melanoma formation in the xenograft assay. We also demonstrated that higher expression of p-ERK suppressed invasion, but not anchorage independent growth, in our subtype of mouse melanoma by enforced expression of constitutively active MEK1 and MEK2. In addition, the role of DUSP6 in classical human melanoma was investigated in this Genetic changes in melanoma progression study. Inhibition of anchorage independent growth and invasion were observed after exogenous expression of DUSP6 in human melanoma cells. This suggested that DUSP6 played different roles in classic human melanoma than in our distinct subtype of mouse melanoma. Our study also investigated the phosphorylation level of ERK1/2 and the mRNA and protein level of ERCC1 and its partner XPF in the human melanoma cell line following cisplatin treatment. Significant increases in expression of p-ERK, ERCC1 and XPF were found in cisplatin treated cells. Moreover, a MEK inhibitor inhibited ERCC1 induction by cisplatin, but did not significantly affect XPF induction. This suggested that the MAPK pathway was involved in regulation of ERCC1 but not XPF. Furthermore, the DUSP6 level decreased after cisplatin treatment and overexpression of DUSP6 inhibited ERCC1 and XPF induction and reduced resistance to cisplatin. DUSP6 seems to play a crucial role in resistance of melanoma to cisplatin. In addition, a novel larger ERCC1 transcript was identified in human cell lines and was found to be upregulated by cisplatin. The ratio of larger ERCC1 transcript relative to the normal ERCC1 transcript increased following cisplatin treatment. The functions of this larger ERCC1 transcript in cisplatin resistance deserve further study.

La voie de signalisation ERK/MAPK est connue pour son implication dans la progression du cycle cellulaire et dans le contrôle de la différenciation dans les cellules épithéliales intestinales. La phosphatase cytoplasmique DUSP6 a pour seuls substrats les kinases ERK1/2, kinases effectrices de la voie ERK/MAPK. Son rôle dans le contrôle des différents processus influencés par la signalisation ERK/MAPK n’a encore jamais été étudié dans l’épithélium intestinal et colique, malgré l’implication connue de cette voie de signalisation dans le contrôle de la prolifération et de la différenciation des cellules épithéliales intestinales. Pour étudier son rôle dans le maintien de l’homéostasie intestinale, un modèle de souris invalidée pour Dusp6 a été utilisé. De façon intéressante, une augmentation de la prolifération cryptale et un allongement des cryptes ont été observés dans le côlon de souris Dusp6-/- comparé aux souris Dusp6+/+. Cette augmentation de la prolifération cryptale permet notamment un développement plus rapide d’organoïdes de côlon démontrant ainsi une meilleure capacité de régénération épithéliale. De plus, une augmentation du nombre de cellules caliciformes a été observée dans le côlon des souris invalidées pour Dusp6. Une augmentation du nombre de cellules de Paneth et des cellules intermédiaires Paneth/caliciformes a été aussi observée dans l’iléon des souris Dusp6-/-. Cette augmentation de la prolifération, de la différenciation des cellules à mucus et de la capacité de régénération protège l’épithélium colique d’un stress induit par un traitement au dextran sulfate (DSS). Pour étudier l’implication de la phosphatase DUSP6 dans la tumorigenèse colorectale, un modèle de souris ApcMin/+;Dusp6-/- a été généré. De façon intéressante, ces souris ont développé plus de polypes dans l’intestin grêle et dans le côlon que les souris ApcMin/+;Dusp6+/+. De plus, l’expression de DUSP6 en ARNm a été analysée dans des tumeurs colorectales humaines et pairées avec une marge saine. De manière intéressante, le niveau des transcrits de DUSP6 est diminué dans les tumeurs colorectales et ce, de façon plus prononcée dans les stades avancés. Finalement, le rôle de DUSP6 dans différents processus associés à la carcinogenèse a été étudié dans des cellules cancéreuses colorectales sous-exprimant DUSP6 grâce à un ARN interférant. Une augmentation de l’activité ERK1/2, de la capacité de croissance en indépendance d’ancrage et de la capacité invasive a été observée chez les cellules HT29 sous-exprimant DUSP6, mais pas chez les HCT116. En conclusion, DUSP6 est impliqué dans le maintien de l’homéostasie grâce à son contrôle de la prolifération cryptale et de la différenciation cellulaire. De plus, en inhibant l’activité ERK1/2, cette phosphatase régularise négativement la tumorigenèse intestinale.

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Le cancer papillaire de la thyroïde (CPT) est la tumeur endocrine la plus fréquente. Des anomalies moléculaires activant la voie des MAPK (Mitogen-Activated Protein Kinases) sont identifiées, de façon mutuellement exclusive, dans environ 70% des cas. Il s’agit de réarrangements chromosomiques, le plus souvent de type RET/PTC (10%), de mutations ponctuelles activatrices des trois isoformes de l’oncogène RAS (H, N et K-RAS) (10%), ou de l’oncogène B-RAF (50%). La mutation « hot spot » B-RAFV600E est la plus fréquemment identifiée, elle est associée à une plus grande agressivité clinique (diagnostic à un stade tardif, risque de récidives et de décès accru). Ces évènements moléculaires ont pour conséquence commune l’activation de la voie des MAPK, se traduisant en aval par la phosphorylation de MEK (Mitogen-activated Extracellular signal-Regulated Kinase) puis de ERK (Extracellular signal-Regulated Kinase). Cette dernière est régulée négativement par des phosphatases, appartenant à la famille des Dual Specificity Phosphatases (DUSPs), d’expression ubiquitaire, et en particulier de deux phosphatases spécifiques de ERK, l’une cytoplasmique (DUSP6) et l’autre nucléaire (DUSP5). Nous avons fait l’hypothèse que ces phosphatases pouvaient être soit des gènes suppresseurs de tumeurs (leur perte d’expression conduisant à une augmentation de phosphorylation de ERK et une prolifération accrue), soit des marqueurs du degré d’activation de la voie MAPK dans le cadre d’une boucle de rétrocontrôle négatif. Ceci nous a conduits à analyser la régulation et l’expression de ces phosphatases dans trois modèles : la lignée cellulaire PCCL3 (thyroïde de rat), exprimant l’un des trois principaux oncogènes mutés dans les CPT (RET/PTC3 ou H-RASV12 ou B-RAFV600E) sous le contrôle d’un promoteur inductible par la doxycycline, des lignées cellulaires humaines dérivant de CPT et des CPT humains. (...) / Papillary thyroid cancer (PTC) is the most common endocrine malignancy. Mutually exclusive and activating alterations of the MAPK pathway (Mitogen-Activated Protein Kinases) are identified in 70% of cases. Common mutations found in PTCs are point mutation of the B-RAF (50%) and RAS genes (10%) as well as RET/PTC chromosomal rearrangements (10%). The hot spot B-RAFV600E mutation is the most frequently alteration identified and is connected with agressive clinical characteristics (high stage at diagnosis, high recurrence risk and death). These molecular events lead to constitutive activation of the MAPK pathway, resulting in MEK (Mitogen-activated Extracellular signal-Regulated Kinase) and ERK (Extracellular signal-Regulated Kinase) phosphorylation. ERK is negatively regulated by phosphatases and among them, Dual Specificity Phosphatases (DUSPs), ubiquitary expressed, in particular two ERK-specific phosphatases DUSP5 (nuclear) and DUSP6 (cytosolic). We hypothesized that these phosphatases could have tumor supressor properties (i.e. their loss would be associated with an increase in MAPK pathway activation) or may serve as a surrogate marker of MAPK pathway activation in the context of a negative feedback loop. We analysed regulation and expression of both phosphatases in 3 models: three PCCL3 cell lines (rat thyroid cells) expressing one of the most common oncogene identified in PTCs (RET/PTC3 or H-RASV12 or B-RAFV600E) under the control of a doxycycline-inducible promoter, human PTC-derived cell lines and human PTC. We demonstrated that MAPK pathway activation was correlated with induction of DUSP5 and DUSP6. These phosphatases are involved in a negative feedback loop that contributes to a tight regulation of phospho-ERK levels. DUSP5 and DUSP6 mRNA are overexpressed in human PTCs, especially in B-RAF mutated tumors suggesting a higher MAPK signaling output in these agressive PTCs. Silencing of DUSP5 and/or DUSP6 by small interfering RNA does not affect proliferation of human B-RAFV600E thyroid carcinoma-derived cell lines, suggesting the lack of tumor suppressor gene role. Compensatory changes in expression of DUSPs when a specific one is inactivated may explain this lack of effect. On the opposite, a DUSP6 pharmacological inhibitor induced a concentration dependent decrease in proliferation of human B-RAFV600E cells, suggesting « off-target » effect of this inhibitor. In a second part, we analysed the regulation of DUSP5 expression, which is a target of the MAPK pathway activation. We demonstrated, using pharmacological inhibitors, that DUSP5 is an early response gene, regulated mostly by the MAPK pathway, at the transcriptional level. Two contiguous CArG boxes that bind serum response factor (SRF) were found in a 1Kb promoter region, as well as several E twenty-six transcription factor family binding sites (EBS). These sites potentially bind Elk-1, a transcription factor activated by ERK1/2. Using wild type or mutated DUSP5 promoter reporters, we demonstrated that SRF plays a crucial role in serum induction of DUSP5 promoter activity, the proximal CArG box being important for SRF binding in vitro and in living cells. Moreover Elk-1 was bound in vitro to a promoter region containing the proximal CArG box and a putative EBS. Its specific binding to SRF was necessary to elicit promoter response to dominant positive Elk-VP16 and to enhance the response to serum stimulation. Altogether our results suggest that the MAPK pathway is more active in B-RAFV600E PTC than in PTC with other genetic alteration and could explain their clinical agressivity. DUSP5 and DUSP6, as well as phosphorylated MEK, are markers of activation of the MAPK pathway. Neither phosphatase has tumor suppressor properties in our thyroid cancer cell models. Our results suggest redundancy and functional compensation among DUSPs. 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