Les leucémies aiguës myéloblastiques (LAM) sont des maladies hématopoïétiques caractérisées par une prolifération incontrôlée de précurseurs myéloïdes bloqués à divers stades de différenciation. Le pronostic des LAM reste sombre à cause de la résistance aux traitements et des rechutes après rémission. En conséquence, des thérapies moins intensives et mieux tolérées doivent être développées ; ceci nécessite le développement de stratégies combinatoires associant des molécules avec des modes d'action différents pour augmenter l'efficacité des traitements. Plusieurs approches sont en cours d'étude préclinique et clinique [inhibiteurs des voies de signalisation PI3K/Akt/mTOR, anticorps monoclonaux couplés à une drogue (Mylotarg®), inhibiteurs du protéasome (bortezomib)...] Des travaux récents ont relancé l'intérêt de l'étude des molécules d'origine naturelle pour le traitement des cancers. Ainsi, l'acide flavone-8-acétique (FAA) a suscité de nombreux espoirs au vu de son action sur les tumeurs greffées chez la souris ; il s'est néanmoins révélé inactif chez l'homme du fait d'une métabolisation différente de celle de la souris. L'objectif de ma thèse a été d'étudier les effets d'anticorps monoclonaux dirigés contre l'antigène tumoral CD13 (aminopeptidase-N) et de deux dérivés de FAA, la 2',3-Dinitroflavone-8-acétique (DNFAA ; inhibiteur de l'activité enzymatique de CD13) et la 3,3'-Diamino-4'-méthoxyflavone (DD1) dans les LAM. Mon étude a montré que DNFAA n'affecte ni la prolifération ni la survie des cellules de LAM (lignées et cellules primaires). Cependant, le traitement de ces cellules par les anticorps anti-CD13, (MY7, SJ1D1, WM15 ; reconnaissant ou non le site enzymatique) induit l'apoptose en activant les voies extrinsèque et intrinsèque. Dans la voie intrinsèque, les anti-CD13 régulent négativement l'expression des protéines anti-apoptotiques Bcl-2 et Mcl-1 et positivement l'expression de la protéine pro-apoptotique Bax. De plus, l'activation de la voie PI3K/Akt apparaît associée au processus apoptotique. Mon étude sur les effets du 3,3'-Diamino-4'-méthoxyflavone dans les cellules de LAM montre une induction d'apoptose résultant de la convergence de l'inhibition du protéasome et de l'activation des voies extrinsèque et intrinsèque. Les cibles de DD1 sont le protéasome, la kinase p70S6K (kinase en aval de mTOR), et les protéines pro-apoptotiques Bad et Bax. De plus, j'ai mis en évidence la dégradation de p70S6K sous l'action de la caspase 3, par le traitement avec DD1, nouvelle propriété partagée par DD1 et le bortezomib. En conclusion, mon travail a permis de mettre en évidence les capacités à induire in vitro des voies d'apoptose déficientes dans les cellules de LAM, d'anticorps monoclonaux anti-CD13 et de la flavone originale, 3,3'-Diamino-4'-methoxyflavone, en tant que nouvel inhibiteur du protéasome. Les propriétés de ces agents pro-apoptotiques méritent d'être analysées de façon plus approfondie.

Les protéines BCL-2 jouent un rôle essentiel dans la décision de vie ou de mort des cellules. Elles contrôlent l'induction de l'apoptose (mort cellulaire programmée) par la voie mitochondriale via des fonctions opposées de régulateurs anti- et pro-apoptotiques. Les protéines contenant un ou plusieurs domaines dits d'homologie à Bcl-2 (BHl- 4) sont systématiquement classées dans cette famille. Grâce à une analyse bioinformatique et phylogénétique, nous avons revisité les différents critères d'inclusion dans le groupe de protéines BCL-2 et proposé une nouvelle classification tenant compte des données structurales et évolutives. Cette nouvelle nomenclature distingue : un premier groupe de protéines homologues (dérivant d'un ancêtre commun), partageant une structure 3D semblable à celle de Bcl-2 et pouvant ne posséder aucun motif BH, et un conglomérat, en pleine expansion, regroupant des protéines sans lien phylogénétique apparent et partageant une courte région de similarité de séquence correspondant au motif BH3. Sur la base de ces résultats, nous avons construit un processus, basé sur des profils HMM, pour identifier les protéines appartenant au groupe de protéines BCL-2. Notre processus automatisé est utilisé pour i) récupérer les séquences nucléotidiques et protéiques mensuellement ii) les annoter et iii) les intégrer dans la base de connaissances BCL2DB (« The BCL-2 Database »). Celle-ci est accessible via une interface Web (http://bcl2db.ibcp.fr) qui permet aux chercheurs d'extraire des données et d'effectuer des analyses de séquence / BCL-2 proteins play an essential role in the decision of life or death of animal cells. They control the induction of apoptosis (programmed cell death) in the mitochondrial pathway via regulators having opposite functions: anti- or pro-apoptotic. Proteins containing one or more Bcl-2 homology domains (BHl-4) are systematically classified in this family. Through bioinformatics and phylogenetic analysis, we revisited the different criteria for protein inclusion in the BCL-2 group and proposed a new classification taking into account structural and evolutionary data. This new nomenclature distinguishes a first group of homologous proteins (derived from a common ancestor), sharing a similar 3D structural fold with Bcl-2 and often (but not necessarily) having one or more BH motifs, and a fast expanding conglomerate of proteins without apparent phylogenetic relationships and sharing only a short region of sequence similarity corresponding to the BH3 motif. Based on these results, we built a process based on profiles HMM to identify proteins belonging to the BCL-2 protein group. Our automated process i) recovers on a monthly basis the nucleotide and protein sequences ii) annotates them and iii) integrates this information into BCL2DB ("The BCL-2 Database"). This resource can be accessed via a web interface (http://bcl2db.ibcp.fr) which allows researchers to extract data and perform sequence analysis

La progression tumorale est la conséquence de multiples altérations génotypiques et phénotypiques; L'une d'entre elles, nécessaire à la formation de métastases, est l'acquisition d'une résistance à l'anoïkis, forme d'apoptose induite par la perte d'attachement à la matrice extra-cellulaire. Afin d'étudier l'anoïkis, nous avons utilisé deux lignées colorectales humaines isogéniques : la lignée SW480 dérivée de la tumeur primaire et sensible à l'anoïkis et la lignée SW620 dérivée d'une métastase ganglionnaire de cette même tumeur et résistante à l'anoïkis. Nous avons établi que dans les cellules SW480, l'anoïkis est une forme d'apoptose intrinsèque c'est-à-dire débutant à la mitochondrie et donc sous le contrôle des protéines de la famille Bcl-2. Parmi celles-ci, nous avons trouvé que seule la protéine proapoptotique à BH3-seul Bim était régulée différemment dans les deux lignées : tandis que son expression augmente de manière très significative dans les cellules SW480 cultivées en suspension, elle n'augmente que très peu dans les cellules SW620. De manière très intéressante, et malgré cette différence, les deux lignées se sont montrées être sensibles au BH3-mimétique ABT-737 mais seulement lorsqu'elles sont cultivées en suspension. Ces résultats indiquent que, qu'elles soient sensibles ou non à l'anoïkis, les cellules détachées sont " prédisposées à la mort " et que des composés semblables à l'ABT-737 tels que le Navitoclax ou l'ABT-199 pourraient avoir des propriétés anti-métastiques dans les tumeurs solides. Dans la seconde partie de ce travail, nous montrons que la protéine transmembranaire CDCP1 ( CUB Domain Containing Protein 1) semble nécessaire mais non suffisante pour protéger ces cellules contre l'anoïkis. CDCP1 est un substrat de Src mais sa phosphorylation sur tyrosine n'est pas impliquée dans cette protection. Finalement, nous avons identifié deux nouvelles protéines qui interagissent avec CDCP1 : l'ITGB4 et l'EphA2

Les cancers de l’ovaire demeurant particulièrement meurtriers du fait de leur capacité à développer une résistance aux chimiothérapies conventionnelles, il est donc indispensable de mettre en place de nouvelles stratégies thérapeutiques susceptibles de surmonter la chimiorésistance pour améliorer leur prise en charge. Les travaux antérieurs de l’Unité ont démontré que les protéines anti-apoptotiques Bcl-xL et Mcl-1 coopèrent pour protéger les cellules cancéreuses ovariennes contre l’apoptose et que leur inhibition concomitante conduit à la mort des cellules chimiorésistantes. A ce jour, seuls les inhibiteurs de Bcl-xL/Bcl-2 ont démontré une efficacité en clinique, en particulier l’ABT-263 (Navitoclax). En revanche, l’inhibition de Mcl-1 reste problématique dans un contexte clinique. La recherche d’outils pharmacologiques conduisant à l’inhibition ou à l’inactivation de Mcl-1, utilisables en clinique, reste donc un enjeu majeur, d’autant que cette protéine est désormais désignée comme une cible thérapeutique prioritaire dans de nombreuses localisations tumorales. C’est dans ce contexte que mon projet de thèse s’est inscrit, l’objectif étant d’identifier et d’évaluer de nouveaux inhibiteurs pharmacologiques de Mcl-1 synthétisés par des équipes de chimistes. Dans cette optique, mon projet de thèse s’est scindé en deux parties : Dans une première étude, je me suis attachée à cribler in vitro des molécules appartenant à différentes familles chimiques (Oligopyridines dérivées du Pyridoclax, « Lead » de la première génération des oligopyridines précédemment identifié par notre équipe, ou analogues de MIM1) dans le but d’identifier de nouveaux inhibiteurs de Mcl-1 plus actifs que les molécules dont ils dérivent. Ce travail a permis d’identifier la MR31367, une molécule issue du Pyridoclax qui présente une activité pro-apoptotique plus forte que ce dernier sur plusieurs lignées tumorales ovariennes chimioresistantes. Nous avons également pu mettre en évidence sur ces mêmes modèles que plusieurs molécules issues de MIM1 exhibaient une activité pro-apoptotique amplifiée. Cette étude nous a également permi de mettre en évidence une relation structure activité permettant de classer ces molécules en inhibiteurs spécifiques de Mcl-1 et « dual-inhibiteur » de Mcl-1 et Bcl-xL. Dans une seconde étude, mon travail a consisté en l’évaluation préclinique du sel de Pyridoclax. Nous avons étudié l’effet de différentes doses de Pyridoclax administré par différentes voies d’administration, en agent seul ou en combinaison avec l’ABT-263 sur différents modèles tumoraux établis à partir des lignées chimiorésistantes de cancers ovariens. Nous avons ainsi pu mettre en évidence un effet anti-tumoral du Pyridoclax (20 mg/kg/j) administré par voie IV en agent seul sur des 2 modèles des 3 modèles de xénogreffes, et cela sans toxicité avérée. Ces résultats prometteurs ouvrent des perspectives intéressantes quant à l’utilisation d’inhibiteurs pharmacologiques de Mcl-1 pour le traitement des cancers de l’ovaire / Ovarian cancer is the most leading cause of death from gynecologic malignancies because of its late diagnosis and its ability to develop chemoresistance to conventional therapies. It is now essential to develop new therapeutic strategies to overcome this chemoresistance and improve patient care. Our laboratory has demonstrated the overexpression of the Bcl-2 anti-apoptotic proteins Bcl-xL and Mcl-1 and their cooperation to protect ovarian cancer cells from apoptosis. Currently, the clinically relevant pharmacologic inhibition of Bcl-xL is available using ABT-263 (Navitoclax). However, selective direct Mcl-1 inhibition remained a challenge. This protein is one of the most important anti-apoptotic member which is expressed in multiple cancer types and is at the origin of the acquired resistance to chemotherapy and Bcl-2 family inhibitors (Navitoclax, Venetoclax). Thus, Mcl-1 inhibition represents a major challenge for the clinical success of the Bcl-2 family inhibitors. In this context, I was interested in identifying and evaluating new Mcl-1 inhibitors designed and synthetized by different chemistry research teams. My project was focused on two aspects. In the first part, we have evaluated the cytotoxic effect of different molecules derived from 2 Mcl-1 inhibitors, the Pyridoclax from the oligopyridine family and MIM1. The screening of 8 Noxa-mimetic molecules derived from Pyridoclax allowed us to identify MR31367, one of the most potent oligopyridine molecules that shows a stronger anti-apoptotic activity than Pyridoclax (15μM) and sensitizes different chemoresistant ovarian cancer cell lines (IGROV1-R10, SKOV-3 and A2780) to anti-Bcl-xL strategies (ABT-737, siRNA). Furthermore, we have evaluated the pro-apoptotic activity of 14 MIM1 derivative molecules using the same cellular model. This study has demonstrated that most of these derivatives have greater pro-apoptotic activity than MIM1. We have also established the structure-activity relationship leading to classify these molecules as “Mcl-1 inhibitors” or as “dual inhibitors” of Mcl-1 and Bcl-xL.The second part of my project was focused on the preclinical evaluation of Pyridoclax hydrochlorid. We have analyzed the antitumor activity of Pyridoclax hydrochlorid in several subcutaneous xenografts derived from human ovarian cancer cell lines (IGROV1-R10, SKOV-3 and A2780). Different routes of Pyridoclax hydrochlorid administration were tested (oral, IV and IT) and its antitumor effect was analyzed at different doses as single agent or in combination with ABT-263 (100mg/kg). This study highlighted an effective antitumor activity of 20mg/kg of Pyridoclax hydrochlorid administered intravenously as single agent in two of three xenograft models without any side effects. This results open up interesting perspectives for the clinical use of Mcl-1 inhibitors to improve the clinical management of ovarian cancer

Le glycolipide Gb3/CD77 qui est fortement exprimé en surface des cellules de lymphome de Burkitt (LB) est le récepteur d’une toxine bactérienne la Vérotoxine-1 (VT-1). Notre équipe a montré précédemment que, dans les cellules de LB, la VT-1 induit une cascade apoptotique mettant en jeu les caspases et la mitochondrie. Mon travail a consisté à poursuivre l’analyse des bases moléculaires de ce processus, notamment en m’intéressant au rôle de la protéine pro-apoptotique Bid. Bid est un membre de la famille Bcl-2 qui est clivé par la caspase-8 au cours de l’apoptose et dont la forme tronquée (t-Bid) se relocalise à la mitochondrie. Grâce à l’utilisation de clones cellulaires de LB où Bid a été inhibée puis réexprimée sous forme non clivable et d’un inhibiteur de la caspase-8, nous avons montré que lors de l’apoptose induite par la VT1 : 1) la protéine entière Bid (full-length Bid ou FL-Bid) contrôle l’activation de protéines pro-apoptotiques Bax et de Bak ; 2) t-Bid et FL-Bid sont, toutes les deux, impliquées dans la libération des protéines pro-apoptotiques (cytochrome c et Smac/DIABLO) de l’espace intermembranaire de la mitochondrie vers le cytosol ; 3) FL-Bid contrôle l’homodimérisation de Bax et de Bak qui contribuerait à la libération initiale du cytochrome c et de Smac/DIABLO alors que t-Bid est nécessaire à l’hétérodimérisation de Bax et Bak qui permettrait l’amplification de cette libération. L’ensemble de ces résultats montre donc une coopération fonctionnelle entre Bax et Bak au cours de l’apoptose induite par la VT-1 et surtout met en évidence que l’activation de la voie caspase-8/t-Bid n’est absolument pas requise pour initier la mort cellulaire.Gb3/CD77 est aussi exprimé à la surface de certains lymphocytes B normaux, où il constitue un marqueur de différenciation mais sa fonction endogène reste encore indéterminée. Une deuxième partie de mon travail a consisté à essayer d’identifier le ligand physiologique de Gb3/CD77 pour comprendre son rôle biologique. Grâce à une analyse en spectrométrie de masse, nous avons identifié deux protéines potentiellement partenaires de Gb3/CD77 : la galectine-7 et la protéine S100A11. / The Gb3/CD77 glycolipid, which is strongly expressed in Burkitt's lymphoma (BL) cells, is a receptor for the bacterial toxin Verotoxin-1 (VT-1). Previously, our group has shown that VT-1 induces an apoptotic pathway in BL cells which is dependent on caspases and mitochondria. Here, we provide new insights into this pathway. A pro-apoptotic member in the Bcl-2 family, Bid is cleaved by caspase-8 and its truncated form t-Bid is translocated to mitochondria. Using LB cell clones where Bid was inhibited prior to being reexpressed as a non-cleavable mutated form (BID D59A) and a caspase-8 inhibitor to explore VT-1-induced apoptosis, we showed that 1) the full length Bid (FL-Bid) controls the activation of pro-apoptotic proteins Bax and Bak; 2) Both t-Bid and FL-Bid are involved in the release of pro-apoptotic proteins (cytochrome c and Smac/DIABLO) from the mitochondrial intermembrane space to the cytosol; 3) FL-Bid controls the homo-oligomerization of both Bax and Bak, likely contributing to the initial release of cytochrome c and Smac/DIABLO while t-Bid is needed for their hetero-oligomerization followed by amplification of the release. Together, these results reveal a functional cooperation between Bax and Bak during VT-1-induced apoptosis and, most importantly, that activation of caspase-8 and t-Bid is not required to induce the onset of cell death. Gb3/CD77 is also expressed in a proportion of normal B-lymphocytes where it constitutes a differentiation marker but whose function remains uncharacterized. In an effort to look for physiological ligands, we have used a biochemical approach followed by mass spectrometry analysis. Two proteins have been identified as potentially Gb3/CD77 partners, namely galectin-7 and protein S100A11.

La protéine tyrosine kinase c-Src est surexprimée et activée dans de nombreux cancers. De manière remarquable, Src est activé dans plus de 80% des adénocarcinomes coliques où il joue un rôle dans la carcinogenèse et la progression vers un phénotype métastatique. c-Src et son homologue viral v-Src activent un grand nombre de voies cellulaires permettant à la tumeur de proliférer, de résister à la mort cellulaire et d’acquérir des capacités accrues de migration et d’angiogenèse. Au cours de ma thèse nous avons mis en évidence un mécanisme inattendu d’échappement à l’apoptose de fibroblastes murins surexprimant de manière stable v-Src et de plusieurs lignées tumorales humaines (coliques en particulier) présentant une activité c-Src dérégulée. Nous avons montré que Src stimule la dégradation protéasomedépendantede la protéine Bik, un membre pro-apoptotique de la famille Bcl-2, connu pour être un suppresseur de tumeurs. Cette régulation post-traductionnelle du niveau d’expression de Bik est à l’origine d’une forte résistance de la voie mitochondriale de l’apoptose. L’inhibition de l’activité kinase de Src ou le blocage de la dégradation de Bik par le protéasome permettent de restaurer des concentrations normales de la protéine Bik dans les cellules transformées et de les restaurer efficacement l’apoptose. En revanche, l’inhibition des protéines anti-apoptotiques de la famille Bcl-2 par l’ABT-737 semble moins efficace. Par ailleurs, nous avons également contribué à mettre en évidence le rôle anti-migratoire et anti-invasif du lithium sur des cellules transformées par Src. Le mécanisme moléculaire mis en jeu implique l’activation redox des protéines tyrosine phosphatases cellulaires. Enfin, nous avons participé à l’étude de peptides mimant les hélices centrales d’insertion de Bax, Bcl-xL et Bid, représentant les trois sous-groupes de protéines de la famille Bcl-2. Nous avons comparé leur comportement vis-à-vis d’une monocouche lipidique mimant la membrane mitochondriale externe ainsi que leur capacité à perméabiliser des mitochondries isolées. Nos résultats nous ont permis de proposer que les fragments centraux d’insertion membranaire des protéines Bcl-2 seraient directement impliqués dans la divergence fonctionnelle des différents sous groupes qui composent la famille / C-Src tyrosine kinase is overexpressed and activated in a number of cancers. Remarkably, Src is deregulated in more than 80% of colorectal adenocarcinoma, playing a role in carcinogenesis and progression toward a metastatic phenotype. c-Src and v-Src activate a large number of intracellular pathways which allow the tumor to proliferate, to evade the cell death machinery and to acquired enhanced migratory and angiogenic abilities. During my PhD, we discovered an unknown mechanism to evade apoptosis developed by murine fibroblasts stably overexpressing v-Src and by some human tumor cell lines with c-Srcb deregulation. We have shown that Src stimulate the proteasomal degradation of the Bik protein, a proapoptotic member of the Bcl-2 family proteins known to act as a tumor suppressor. This post-translationnal regulation of the Bik protein expression level leads to a strong resistance of the mitochondrial pathway of apoptosis. Inhibition of the Src kinase activity or of the Bik proteasome-dependent degradation restore normal levels of the Bik protein and efficiently resensitize these cells to apoptosis. Inhibition of the antiapoptotic Bcl-2 proteins by ABT737 seems to be less efficient in these cells. We also contribute to show that lithium suppresses motility and invasivity of v-Src transformed cells. The molecular mechanism involve a redox activation of the protein tyrosine phosphatases. Finally, we compared the membrane behavior and the ability to permeabilize mitochondria of synthetic peptides derived from the central helical hairpin of Bax,Bcl-xL and Bid. We showed that these structurally analogous domains have distinct membrane behavior which could account for the functional divergence between the Bcl-2 family members