La prévalence de l'obésité et de ses complications, qui touchent un large éventail de systèmes physiologiques, augmente rapidement et nécessite un effort collectif accru afin de diminuer son incidence et sa progression. D'après les données recueillies à partir d'une kyrielle d'études, il est proposé que la dysfonction du tissu adipeux est déterminante dans le développement de plusieurs maladies non transmissibles telles que le diabète de type 2, l'hypertension, la stéatose hépatique non alcoolique, certaines dyslipidémies et le cancer du sein. Bien qu'il soit documenté que l'obésité puisse favoriser le cancer par une myriade de mécanismes, y compris par une sécrétion hormonale altérée, les données sont peu nombreuses sur le lien entre la dérégulation locale du tissu adipeux non desmoplasique et les facteurs pronostiques du cancer du sein, dont le phénotype tumoral et individuel ainsi que les aspects comportementaux des individus. Les données sont peu exhaustives sur la quantité de stéroïdes présents dans les tissus adipeux en particulier leur rôle et leur pertinence physiologique, au-delà du lien bien connu entre l'expression et l'activité de l'aromatase et la production des œstrogènes. L'objectif global de cette thèse était de décrire la dysfonction du tissu adipeux, en particulier ses aspects hormonaux et inflammatoires dans le cancer du sein et dans l'obésité sévère. Afin de brosser un portrait plus exhaustif de la portée des altérations induites par l'obésité, les caractéristiques de la tumeur, les phénotypes d'adiposité et les marqueurs d'habitudes de vie ont été combinés à une évaluation morphologique, des marquages cellulaires in situ et des données d'expression génique, ce qui nous a permis de représenter de façon détaillée la dysfonction du tissu adipeux local. À ce titre, dans le cadre de cette thèse, une multitude de nouvelles méthodes pour décrire le dysfonctionnement du tissu adipeux in situ ont été développées. Tout d'abord, un protocole a été mis au point pour caractériser les marqueurs de dysfonction des tissus adipeux congelés instantanément par des techniques de coloration tissulaires et des approches basées sur la reconnaissance antigénique, ce qui permet de tirer profit des échantillons provenant des biobanques. Un nouveau profil d'analyse de stéroïdes par spectrométrie de masse en tandem couplée à la chromatographie liquide dans le tissu adipeux mammaire a été adapté en appliquant une approche innovante de dérivatisation pour le défi que représente la détection et la quantification des œstrogènes pertinents dans un contexte biologique. Notre profil a été élargi afin de caractériser plus en détail le métabolome stéroïdien dans les tissus adipeux sous-cutanés et viscéraux dans l'obésité sévère et après une perte de poids induite par la chirurgie bariatrique. Les résultats suggèrent que les caractéristiques du tissu adipeux mammaire local sont associées aux marqueurs pronostiques du cancer du sein, c'est-à-dire, les marqueurs associés au mode de vie, l'adiposité et les caractéristiques tumorales autant chez les femmes pré- que post-ménopausées. Les quantités d'hormones stéroïdiennes sont associées à la sévérité des lésions mammaires, tout comme l'inflammation, représentée par l'infiltration des cellules inflammatoires et l'hypertrophie adipocytaire. Une amélioration du profil stéroïdien après une perte de poids substantielle a également été observée, ce qui met l'accent sur la capacité d'adaptation du tissu adipeux. En somme, les résultats présentés dans cette thèse soulignent le rôle de la dérégulation hormonale dans le tissu adipeux qui joue probablement un rôle de premier plan dans l'obésité, dans les altérations associées à l'obésité et dans le cancer du sein et révèlent que la dysfonction du tissu adipeux n'est que partiellement renversée par la chirurgie bariatrique. / Obesity and its complications, which affect a wide array of organ systems, are rapidly increasing and require our increased collective efforts in order to limit its incidence and progression. Data gathered from a plethora of studies show that the dysfunction of adipose tissue is decisive for the development of several noncommunicable diseases, such as type 2 diabetes mellitus, hypertension, non-alcoholic fatty liver disease, certain dyslipidaemias, and breast cancer. Although it is well documented that obesity may foster cancer through a constellation of mechanisms, including detrimental hormonal secretion, data are scarce on the link between non-desmoplastic local adipose tissue dysregulation and breast cancer prognostic factors encompassing tumour and individual phenotypes along with behavioural aspects. There is also a scarcity of data concerning white adipose tissue steroid profile and its role in severe obesity and breast cancer. The physiological relevance of adipose tissue steroids beyond the aromatase and oestrogens nexus in the breast cancer paradigm remains largely unexplored. The overall objective of this thesis was to characterise adipose tissue dysfunction, in particular hormonal and inflammatory aspects of local adipose tissue in the context of both breast cancer and severe obesity. Tumour characteristics, adiposity phenotypes, and life style factors were assessed in order to paint a more complete picture of the roles of obesity-mediated alterations. Various techniques were applied to allow for a comprehensive assessment of local adipose tissue dysfunction. As such, in the framework of this thesis, new methods have been developed to describe adipose tissue dysfunction in situ. First, a protocol has been developed to characterise flash-frozen adipose tissue dysfunction markers by general staining and antibody recognition taking advantage of large biobanks. A new liquid chromatography-tandem mass spectrometry steroid profile has been tailored for breast adipose tissue by applying an innovative derivatisation approach for the complex detection and quantification of bioactive oestrogens. Our profile has been expanded in order to characterise in more intricate details the steroid metabolome in subcutaneous and visceral adipose tissues in severe obesity before and after surgery-induced weight loss. The results suggest that local breast adipose tissue features are associated with breast cancer prognostic markers, namely lifestyle, adiposity, and tumour features, in both pre- and postmenopausal women. Steroid hormone amounts were associated with the severity of the breast lesions as was inflammation, assessed by inflammatory cell infiltration and adipocyte hypertrophy. An improvement in steroid profile after substantial weight loss has also been observed which emphasises adipose tissue adaptability. Taken together, results displayed in this thesis underline the role of hormonal dysregulation in adipose tissue, which likely plays a significant role in obesity, obesity-associated alterations and in breast cancer, and unveil that adipose tissue dysfunction is only partially reversed by bariatric surgery.

Depuis quelques années, de plus en plus de personnes reçoivent un diagnostic pour des maladies prolifératives induites par des hormones estrogéniques. On dénombre parmi eux de nombreux cancers, tel que le cancer du sein, mais également une maladie comme l’endométriose. Même si les thérapies couramment utilisées sont plus efficaces, plusieurs problèmes persistent dont : la résistance aux médicaments ainsi que les effets indésirables liés au manque d’efficacités et au caractère destructif de plusieurs de ces traitements. Il est donc essentiel de développer de nouvelle alternative au traitement pour offrir des options thérapeutiques plus sélectives et plus efficaces au traitement actuel de ces maladies. L’hormonothérapie représente une avenue intéressante, puisqu’elle pourrait ralentir, voir bloquer la progression de ces maladies en limitant certains effets secondaires liés aux traitements actuellement utilisés. En fait, l’enzyme 17β- hydroxystéroïde déshydrogénase type 1 (17β-HSD1) est une cible clé pour ce type de traitement, puisqu’elle régule la formation de l’estradiol, l’estrogène le plus puissant. Ainsi, une inhibition de cette enzyme diminuerait les niveaux d’hormones estrogéniques intracrines qui lient et activent les récepteurs des estrogènes. En se basant sur plusieurs travaux effectués dans ce domaine, plusieurs dérivés stéroïdiens ont été synthétisés dans le but d’obtenir de puissants inhibiteurs pour l’enzyme 17β-HSD1. Dans un premier temps, on compte de nombreux dérivés benzyles fonctionnalisés qui furent ajoutés au niveau du carbone 16 du noyau stéroïdien. Ces modifications ont permis d’obtenir une série d’analogues de notre composé de tête (PBRM). Ensuite, un groupe oxirane fut ajouté en position 3 afin d’en évaluer l’activité par rapport à l’inhibiteur PBRM. Les travaux réalisés ont permis d’approfondir et de découvrir des informations cruciales sur l’inhibition de l’enzyme. Quelques composés synthétisés ont permis d’obtenir des activités inhibitrices intéressantes qui serviront de point de départ lors de futurs travaux. Ces découvertes permettront de mieux cibler certaines fonctionnalisations utiles pour la conception d’inhibiteurs permettant de traiter certaines maladies sensibles aux estrogènes. / For the last few years, there has been an increase in the number of people who receives a diagnosis of estrogenic proliferation induced disease. Among them, there are breast cancers and endometriosis. Although commonly used therapies are effective, several problems persist, including the development of drug resistance, adverse effects associated with the lack of efficacy and destructiveness of these therapies. It is therefore essential to develop alternative treatments to provide more selective and effective therapies. Hormone therapy is an interesting avenue because it could slow down or block the progression of diseases by limiting some of the side effects associated with the current treatments. In fact, the enzyme 17β-hydroxysteroid dehydrogenase type 1 (17β-HSD1) is a key target for this purpose, since it regulates the formation of the more potent estrogen, estradiol. Thus, inhibition of this enzyme would decrease the levels of intracrine estrogens that bind and activate the estrogen receptors. Based on several studies in this field, several steroidal derivatives have been synthesized in order to provide a potent inhibitor for 17β- HSD1. First of all, numerous functionalized C16-benzyl estrane derivatives were synthesized. These modifications allowed obtaining a series of analogs of our leading 17β-HSD1 inhibitor (PBRM). Then, an oxirane group was added in position 3 of the steroid backbone to evaluate its activity compare to the inhibitor PBRM. The work achieved allowed to increase and discover crucial information on the enzyme. Some synthesized compounds have revealed interesting inhibitory activity, which will serve as a starting point for future work. All the discoveries will provide a better targeting of certains functionalizations in the development of estrogen-sensitive disease treatment.

Congenital hypothyroidism (CH) is the most frequent of the rare endocrine diseases (e.g. Addison's disease, Cushing's syndrome, Congenital adrenal hyperplasia.), which affects 1:2000 – 4000 newborns. If not immediately diagnosed after birth, thyroid hormones deficiency causes severe defects in brain and skeletal development leading to a complex clinical scenario called cretinism. CH can be due to a defective synthesis of thyroid hormones (dyshormonogenesis) or an abnormal embryonic development of the gland. Data obtained using knockout mouse models have shown the pivotal role of four specific transcription factors (NKX2.1, PAX8, FOXE1 and HHEX) for the correct organogenesis or function of the gland. Although mutations in those genes have been identified in few cases of CH patients, the pathogenetic mechanisms remain still elusive in the vast majority of CH cases (95%).<p>For the identification of new genes and molecular events controlling thyroid organogenesis it would be useful to develop an in vitro cellular model to recapitulate thyroid embryogenesis in a dish. Embryonic Stem Cells (ESCs) have recently emerged as system model to recapitulate the embryogenesis of several tissues in vitro.<p>Induced overexpression of defined transcription factors has been shown to have a directing effect on the differentiation of pluripotent stem cells into specific cell types. In this thesis I show that a transient overexpression of the transcription factors NKX2.1 and PAX8 is sufficient to direct the differentiation of murine ESCs into thyroid follicular cells (TFC) and promotes in vitro self- assembly of TFC into three-dimensional follicular structures, when associated to a subsequent thyrotropin (TSH) treatment. Cells differentiated by this protocol showed significant iodide organification activity, a hallmark of thyroid tissue function. Importantly, athyroid mice grafted with mESC-derived thyroid follicles show normalization of plasma T4 levels with concomitant decrease of plasma TSH. In addition, a full normalization of body temperature at 4 weeks after transplantation was observed. Together, these data clearly demonstrate that grafting of our mESC-derived thyroid cells rescues the hypothyroid state and triggers symptomatic recovery along with the normalization of plasma hormone concentrations. The high efficiency of TFC differentiation and follicle morphogenesis in our system will provide an unprecedented opportunity for future studies to decipher regulatory mechanisms involved in embryonic thyroid development, a major research need towards an improved understanding of the molecular mechanisms underlying congenital hypothyroidism, the most common congenital endocrine disorder in humans. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished