Les espèces réactives de l’oxygène (ERO) contrôlent plusieurs aspects de la carcinogenèse, étant donné leur capacité àpromouvoir la prolifération mais aussi à induire la sénescence et l’apoptose. Dans les stades avancés de cancer, les EROpeuvent également participer au développement de l’atrophie musculaire, engendrant une détérioration de la qualité de viedes patients. L’activité physique (AP), connue pour augmenter les défenses antioxydants de l’organisme et lasupplémentation en antioxydants sont considérées comme deux stratégies susceptibles de moduler la croissance tumorale, d’améliorer la performance physique et de réduire les effets secondaires liés à la maladie et aux traitements anticancéreux. Néanmoins, plusieurs questions restent aujourd’hui sans réponse. En effet, bien que l’AP puisse réduire la progression du cancer du sein, du colon et de la prostate, son impact sur les cancers se développant au sein du muscle (ex : le liposarcome), donc soumis aux contractions musculaires répétées, reste méconnu. En utilisant des approches in vivo et in vitro, nous avons démontré que maintenir une AP régulière accélère la croissance du liposarcome intramusculaire, probablement, via la réduction des taux circulants d’insuline et l’inhibition de la voie « P38 MAPK-P21 ». Pour les patients ne pouvant pas pratiquer d’AP, la consommation d’antioxydants pourrait être un moyen de réduire les ERO tumorales et musculaires et ainsi être prometteuse. Toutefois, les études actuelles restent très controversées. Nos travaux ont montré dans un modèle murin de cachexie cancéreuse que des doses nutritionnelles d’un produit antioxydant commercialisé en France, étaient suffisantes pour accélérer la croissance de la tumeur colique, favoriser la perte de masse corporelle totale et musculaire et engendrer la mort prématurée des souris. L’ensemble de nos résultats suggère que la pratique d’AP et la consommation en antioxydants peuvent induire des effets différents selon le type de tumeur et leur implantation, nécessitant une prise en charge individualisée des patients. En effet, (1) les patients atteints d’un LS intramusculaire devraient éviter de pratiquer une AP durant la période préopératoire mais ces résultats doivent être confirmés par une étude clinique, (2) les patients avec un stade avancé de cancer devraient être vigilants quant à l’utilisation de suppléments antioxydants ; une telle pratique pouvant avoir des répercussions dangereuses sur leur santé. / Reactive oxygen species (ROS) control several aspects of carcinogenesis as they can either promote tumor growth andprogression or senescence and apoptosis. In advanced stages of cancer, ROS can also drive the development of other cancerrelated complications like, muscle wasting. Physical activity (PA) and antioxidant supplementation have been proposed as two adjuvant strategies to better control tumor growth, ameliorate performance and alleviate secondary symptoms related to cancer itself or to the heavy anticancer therapies. However, several issues remain to be elucidated. First of all, although PA could reduce colon, breast and prostate cancer growth and progression, its impact remains unknown on orthotopic intramuscular tumors like liposarcoma, which directly affect the musculoskeletal apparatus and reduce physical function. Secondly, given the limitedness of PA application in some advanced stages of cancer, patients may increase their dependency on nutritional and antioxidant complements as an alternative strategy, but such practice has spark a lot of polemic and inconsistent results. In this thesis, we have addressed the effectiveness of PA and antioxidants in two distinct animal models of cancer. Using in vivo and in vitro approaches, we found that voluntary PA accelerated the growth of intramuscular liposarcoma tumors and exacerbated skeletal muscle dysfunction, mainly, by decreasing circulating insulin levels and the subsequent activation of the tumor suppressor pathway “P38 MAPK-P21”. We also demonstrated that nutritional doses of commercial antioxidants enhanced colon tumor growth, total body/skeletal muscle weight loss and caused premature death of mice. Such mechanism was due to selective changes in oxidative damage profiles, which decreased in tumor but increased in skeletal muscle, in a way driving tumor growth and skeletal muscle wasting/dysfunction. Clinically, it seems that (1) patients with intramuscular liposarcoma may, at least, not increase their levels of PA or undergo hospital-supervised exercise program, during the preoperative period; until the confirmation of our findings with clinical data and (2) patients with advanced stages of cancer must be very careful against the use of antioxidants as it could lifethreatening. Accordingly, health agencies in France, Europe and USA prohibit the use of synthetic antioxidant supplements without dietary counseling by a cancer patient’s physician and/or nutritionist.

En raison de leur multipotence considérable, les cellules stromales mésenchymateuses (CSM) ont été énormément utilisées en clinique dans le contexte de la médecine régénérative. Pourtant, la stimulation des CSM avec de faibles concentrations d'interféron-gamma (IFN-gamma) déclenche une augmentation du complexe majeur d’histocompatibilité de classe I et II, et surtout une capacité de novo de présentation croisée des antigènes. Ainsi, malgré leurs propriétés immunosuppressives naturelles, les CSM peuvent être modulées pour devenir pro-inflammatoires. Comme le dérivé pyrimidoindole UM171 induit l’augmentation de l’expression de plusieurs gènes impliqués dans la présentation antigénique dans les cellules souches hématopoïétiques humaines, nous avons étudié son potentiel pour le déclenchement de la présentation antigénique par les CSM. L'analyse par cytométrie en flux a montré une élévation des niveaux de H2-kB après le traitement avec le médicament, en corrélation avec une augmentation de la présentation de l'antigène, démontrée par une activation plus importante de la lignée de cellules T B3Z spécifique au peptide SIINFEKL. Cette présentation croisée de novo d'un peptide immunogène ne résulte pas d'une augmentation de l'absorption ou de la digestion enzymatiques des protéines, mais plutôt de l'expression du gène Psmb8 induit par le médicament. Comme le traitement avec plusieurs antioxydants et inhibiteurs des complexes de la chaîne de transport des électrons a réduit de manière significative les effets observés, nous concluons que la présentation croisée médiée par UM171 est dépendante des ROS. Dans le contexte de la vaccination thérapeutique, l'immunisation avec des CSM traitées par UM171 chez des souris présentant des tumeurs EG.7 préétablies a permis d'obtenir un taux de survie de 40%. Dans l'ensemble, notre étude révèle une nouvelle approche pharmacologique pour modifier les CSM afin qu'elles deviennent des cellules présentatrices d'antigènes, ce qui permet de développer de nouveaux vaccins anticancéreux innovants et puissants. / Due to their considerable multipotency, mesenchymal stromal cells (MSCs) have been tremendously employed in the clinic for regenerative medicine. Yet, stimulation of MSCs with low concentrations of interferon-gamma (IFN-gamma) triggers an increase in the major histocompatibility complex I and II, and most importantly, a de novo antigen cross-presentation capacity. Thus, despite their natural immunosuppressive properties, MSCs can be modulated to become pro-inflammatory. As the pyrimidoindole derivative UM171 induces the upregulation of several antigen presentation-involved genes in human hematopoietic stem cells, we investigated its potential for inducing antigen presentation by MSCs. Flow cytometry analysis showed an upregulation in H2-kB levels after treatment with the drug, correlating with an increase in antigen presentation indicated by higher activation of the SIINFEKL-specific B3Z T cell line. This de novo cross-presentation of an immunogenic peptide did not result from an increase in protein uptake or processing, but rather stemmed from the drug-induced expression of the Psmb8 gene. As treatment with multiple antioxidants and inhibitors of the electron transport chain complexes significantly reduced the observed effects, we conclude that UM171-mediated cross-presentation is ROS-dependent. In the context of therapeutic vaccination, immunization with UM171-treated MSCs in mice with pre-established EG.7 tumors resulted in 40% survival. Overall, our study reveals a new pharmacological approach in modifying MSCs to become antigen presenting cells, hence allowing the development of future innovative and potent anti-tumoral vaccines.

L’encéphalopathie hépatique (EH) est un syndrome neuropsychiatrique découlant des complications de l'insuffisance hépatique. Les patients souffrant d'une insuffisance hépatique chronique (IHC) présentent fréquemment une EH minimale (EHM) caractérisée par des dysfonctions cognitives subtiles qui affectent leur qualité de vie. L'insuffisance hépatique entraîne une hyperammoniémie, le facteur central dans la pathogenèse de l'EH. Pourtant, les taux d'ammoniaque sérique ne sont pas corrélés avec la sévérité de l'EH lors d'une IHC, suggérant que d'autres facteurs y contribuent. L'oedème cérébral est une caractéristique neuropathologique décrite chez les patients souffrant d'une EHM et plusieurs facteurs dont le stress oxydatif, les altérations du métabolisme énergétique et l'augmentation de la glutamine cérébrale pourraient contribuer à la pathogenèse de l'oedème cérébral lors d'une EHM induite par une IHC. Les mécanismes sous-jacents exacts ainsi que les relations entre ces facteurs et l'ammoniaque ne sont pas connus. Présentement, le seul traitement efficace de l'IHC est la transplantation hépatique, une option thérapeutique très limitée. Le but de cette thèse est de contribuer à l'avancement des connaissances sur les mécanismes sous-jacents liés au rôle du stress oxydatif, de la glutamine et du lactate dans la pathogenèse de l'oedème cérébral lors d'une EHM induite par une IHC afin d'envisager de nouvelles options thérapeutiques. Les objectifs précis étaient: 1. Établir le rôle de l’ammoniaque et sa relation avec le stress oxydatif dans la pathogenèse de l'oedème cérébral lors d'une EHM induite par une IHC. 2. Établir le rôle du stress oxydatif dans la pathogenèse de l'oedème cérébral, sa relation avec l'ammoniaque et l'effet du traitement avec des antioxydants. 3. Confirmer l'effet synergique entre l'ammoniaque et le stress oxydatif dans la pathogenèse de l'oedème cérébral. 4. Établir le rôle du lactate et de la glutamine dans la pathogenèse de l'oedème cérébral et leur relation avec l’ammoniaque. Pour atteindre ces objectifs, 2 modèles animaux d'EHM obtenus par microchirurgie chez le rat ont été utilisés: 1) la ligature de voie biliaire, un modèle d'IHC et 2) l'anastomose porto-cave, un modèle d'hyperammoniémie induite par la dérivation portosystémique. Nos résultats démontrent que l'ammoniaque et le stress oxydatif indépendamment n'induisent pas l'oedème cérébral lors d'une EHM. Pourtant, lorsque les 2 facteurs agissent ensemble ils présentent ii un effet synergique qui entraîne le développement de l'oedème cérébral, le stress oxydatif étant une première insulte, qui est suivie par l'hyperammoniémie comme deuxième insulte. En plus, le stress oxydatif a été mis en évidence seulement au niveau systémique, et non au niveau central dans notre modèle d'IHC en association avec l'oedème cérébral, suggérant que le stress oxydatif systémique est une conséquence de la dysfonction hépatique et que l'hyperammoniémie n’induit pas le stress oxydatif ni systémique ni central. Nous avons démontré qu’une augmentation du lactate cérébral est une conséquence directe de l'hyperammoniémie et joue un rôle important dans la pathogenèse de l'oedème cérébral lors d'une EHM induite par une IHC, tandis qu’une augmentation de la glutamine au niveau cérébral n'est pas un facteur clé. La compréhension de ces mécanismes a entraîné la proposition de 3 nouvelles stratégies thérapeutiques potentielles pour l'EHM. Elles ciblent la diminution de l'ammoniaque sérique, la réduction du stress oxydatif et l'inhibition de la synthèse du lactate. / Hepatic encephalopathy (HE) is a metabolic neuropsychiatric syndrome which occurs as a complication of liver failure/disease. Patients with chronic liver disease (CLD) present often with minimal HE (MHE) characterized by subtle cognitive dysfunction which impairs their quality of life. Impaired liver function leads to hyperammonemia which is a central factor in the pathogenesis of HE. However, ammonia alone is poorly correlated with the severity of HE during CLD, strongly suggesting other factors may contribute. Brain edema is a neuropathological feature described in MHE patients and several factors such as oxidative stress, energy metabolism alterations and an increase in glutamine may to contribute to the pathogenesis of brain edema during HE related to CLD. However the exact underlying mechanisms and the relationships between these factors and ammonia are poorly understood. To date, the only effective treatment of CLD remains liver transplantation, a limited therapeutic option. The aim of this thesis is to advance the knowledge into the mechanisms underlying the role of oxidative stress, glutamine and lactate in the pathogenesis of brain edema during MHE associated with CLD in order to uncover new therapeutic options. The study objectives were: 1. Define the role of ammonia and its relationship with oxidative stress in the pathogenesis of brain edema in CLD. 2. Define the role of oxidative stress in the pathogenesis of brain edema, its relationship with ammonia as well as the effect of antioxidant treatment. 3. Confirm a synergistic role of ammonia and oxidative stress in the pathogenesis of brain edema. 4. Define the role of lactate and glutamine in the pathogenesis of brain edema and their relationship with ammonia. To achieve these objectives, we used 2 microsurgical rat models: 1) bile-duct ligation, a cirrhosis model and 2) portacaval anastomosis, a hyperammonemia model following portal-systemic shunting. Our findings demonstrate that ammonia and systemic oxidative stress independently do not induce brain edema in MHE related to CLD. However, when both factors are present, they exert a synergistic effect leading to the development of brain edema with oxidative stress presenting as a “first hit”, followed by hyperammonemia as a “second hit”. Moreover, solely systemic and not central oxidative stress was observed in our CLD rat model in relation to brain edema implying that systemic oxidative stress is a consequence of liver dysfunction and that central oxidative stress is not a direct iv effect of hyperammonemia in the setting of CLD. Moreover, we revealed that increased cerebral lactate is a direct consequence of hyperammonemia and also plays an important role in the pathogenesis of brain edema, while increased cerebral glutamine does not. The understanding of these mechanisms led to the proposal of three different strategies as potential HE therapies. These are directed towards lowering ammonia, reducing oxidative stress and inhibiting lactate synthesis.

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