Le carcinome hépatocellulaire (CHC) est un cancer très fréquent - au 5ème rang de l’échelon mondial - dont l’incidence ne cesse d’augmenter. Lié aux maladies chroniques du foie (hépatite C, syndrome métabolique et, le plus souvent, cirrhose), il représente désormais un véritable problème de santé publique. C’est la nature du foie sous-jacent qui détermine les modalités de sa prise en charge. Lorsque le foie ne présente pas de maladie chronique (foie sain), on se trouve généralement devant une tumeur déjà évoluée; dans ce cas on a recours essentiellement à la résection hépatique. Lorsque le foie présente une maladie chronique (foie pathologique), qu’il s’agisse de fibrose, cirrhose ou hépatite, c’est le stade tumoral au moment du diagnostic qui oriente le choix du traitement ; à part la transplantation, limitée dans ses indications, les options thérapeutiques comportent la résection hépatique, la destruction par voie sous-cutanée (radio fréquence) et un traitement par voie artérielle (chimioembolisation). Cependant, ces traitements à visée curative, ne peuvent être envisagés actuellement que dans 30% des cas. Notre travail porte uniquement sur la résection hépatique. Partout disponible, cette intervention chirurgicale représente en effet le traitement de référence dans la prise en charge du CHC. Nous nous appuyons sur une vaste enquête nationale qui, développée sur une période de 15 ans – de 1990 à 2005 – à partir de 23 centres de chirurgie, à porté sur plus de 2590 dossiers de patients. Grâce à ces données de base, particulièrement précieuses par leur nombre et leur précisions, nous avons tenté de donner une image panoramique des pratiques (indications, techniques opératoires) et des résultats (survie, récidive, morbidité, mortalité) de la résection hépatique pour CHC en France. Il s’agit de la plus grande étude multicentrique chirurgicale menée sur le CHC en France à ce jour. On a classé 102 paramètres dans 6 groupes de données ont été colligés pour chaque malade inclus dans l’étude: Terrain, Bilan préopératoire, Chirurgie, Anatomopathologie, Morbidité et traitements adjuvants et Evolution. Au total, cette enquête a permis de recueillir une somme considérable de données dont l’analyse multivariée avait pour l’objectif d’aboutir à des critères prédictifs de mortalité opératoire et de survie après résection sur foie sain et pathologique. Cette analyse a confirmé le développent et la qualité de la chirurgie hépatique en France. Aussi, l’analyse a montré que la résection hépatique est un traitement efficace du CHC sur foie sain et pathologique. Ces résultats et leur implication pour l’approche multidisciplinaire en cancérologie contribueront à améliorer les connaissances et la prise en charge du CHC. Finalement, à coté de la transplantation hépatique, limitée par ses indications restreintes et la pénurie de greffons, la résection du CHC occupe une place importante qui doit continuer de croître du fait de ses bons résultats et de l’augmentation constante de l’incidence du CHC / Hepatocellular carcinoma (HCC) is the fifth most common cancer worldwide, and the third most common cause of cancer-related death. It is a major health problem worldwide, which represents the most prevalent primary liver cancer and constitutes the third most frequent cause of cancer-related deaths. The major risk factor for HCC is cirrhosis. All types of cirrhosis predispose to HCC, but the incidence is particularly high in persistent infection with hepatitis B (HBV) and hepatitis C (HCV) and in alcoholic liver disease. The clinical presentation and management of HCC depends on whether the liver is cirrhotic and whether there is underlying viral hepatitis. Therapeutic options fall into four main categories (1) surgical interventions, including tumor resection and liver transplantation, (2) percutaneous interventions, including ethanol injection and radiofrequency thermal ablation, (3) transarterial interventions, including embolisation and chemoembolisation and (4) drugs as well as gene and immune therapies. Potentially curative therapies are tumor resection, liver transplantation, and percutaneous interventions that can result in complete responses and improved survival in a high proportion of patients. Liver resection offers the greatest impact on survival when patients do not meet transplantation criteria and this is considered as the optimal treatment for HCC. The objective of this thesis, based on a retrospective survey, was to give an overview on conditions of realization and the results of the resection of HCC in France, in the period from 1990-2005. All the French centers of excellence in the hepatobiliary surgery were contacted and most of them accepted to participate. All the contacted units were essentially localized in University Clinical Centers, all of them experts in hepatic surgery and most of them were centers for liver transplantation. More than 2590 cases with hepatic resection were collected in this study. The file consisted of 102 questions and contained following headings: demographic data, underlined liver pathology, circumstances of diagnosis, imaging, evaluation of underlined liver pathology: biological, morphological, histological, preparation for resection: neoadjuvant treatment of the tumor, portal embolization, surgical intervention: approach, clamping, vascular control, nature and the extent of the exeresis, anatomic or non-anatomic features, histopathological analysis of the removed tissues, results: mortality, morbidity, recurrence, survival, lost from analysis. In total, this survey enabled us to collect a considerable sum of data in order to give a more precise overview on predictive criteria of per operative mortality and survival, as well as recurrence rates, after the resection of normal and pathological livers. It confirmed the development and the quality of the hepatic surgery in France

Nous avons récemment démontré un bénéfice de l’implantation d’un drain biliaire interne (IBS-Internal Biliary Stent) afin de réduire les complications biliaires en transplantation hépatique. Le drain IBS en silicone est utilisé en pratique clinique, son utilisation nécessite une procédure d’ablation endoscopique, intervention qui n’est pas dénuée de complications. Afin d’éviter cela, et pour réduire les complications biliaires après transplantation hépatique, nous avons cherché à développer une prothèse biliaire interne résorbable (RIBS-Resorbable Internal Biliary Stent), fabriquée à partir d'un polymère dégradable radio-opaque. Pour être implantable, le RIBS doit répondre à un cahier des charges.Le premier objectif de ce travail était de synthétiser le matériau et le mettre en forme à partir d'un copolymère tribloc initialement sélectionné de PLA50-PEG-PLA50 avec un additif radio-opaque composé d’un copolymère de triiodobenzoate-poly(-caprolactone) (PCL-TIB). Le RIBS doit non seulement être toléré par l’organisme mais doit permettre de sécuriser l’anastomose biliaire et favoriser la régénération tissulaire biliaire pour ensuite être éliminée de l’organisme. Ce dispositif doit également répondre aux objectifs très strictes liés à l’implantation et au suivi en TH. Le second objectif était de caractériser le RIBS de PCL-TIB/PLA50-PEG-PLA50, en évaluant si les propriétés au cours de la dégradation in vitro et in vivo étaient conformes au cahier des charges. Une étude in vitro dans un environnement biliaire simulé et une étude in vivo chez le rat ont été réalisées. Nous avons observé les propriétés physico-chimiques, la visualisation radiologique, l'histologie et le comportement mécanique au cours de la dégradation. Enfin, le dernier objectif était d'évaluer l'implantabilité ex vivo dans les voies biliaires humaines, avec une étude du comportement mécanique des voies biliaires et des tests d'implantation sur des pièces anatomiques.Dans cette thèse, le comportement radiologique et mécanique du dispositif RIBS innovant a été évalué avec succès au cours la dégradation in vitro et in vivo, avec des propriétés qui répondaient aux exigences. Un prototype de RIBS a été implanté avec succès dans une pièce anatomique humaine. Ces travaux ont permis le développement d’un dispositif innovant, à savoir un IBS traçable et biodégradable utilisable pour réduire les complications biliaires en transplantation hépatique. / Benefit of implantation of an internal biliary stent (IBS) during liver transplantation to reduce biliary complications was recently demonstrated. Silicone IBS was used in practice, which require an endoscopic ablation procedure, a potentially morbid intervention for the patient. In order to avoid this, and to reduce biliary complications after liver transplantation we develop a resorbable internal biliary stent (RIBS), made from a degradable polymer visualizable by X-ray. To be usable and useful, RIBS must comply specifications, which are developed in this thesis.The first aim of the present work, was to synthetize a material based on a selected PLA50-PEG-PLA50 triblock copolymer with a triiodobenzoate-poly(-caprolactone) radiopaque copolymer (PCL-TIB) as additive and design a RIBS. It must be biocompatible, should secure the biliary anastomosis and enable biliary regeneration. This device will also have to meet the very strict objectives related to implementation and monitoring in liver transplantation. The second objective was to characterize the PCL-TIB/PLA50-PEG-PLA50 RIBS, by evaluating whether properties during in vitro and in vivo degradation complied the specifications. An in vitro study in a simulated biliary environment and an in vivo rats implantation study was realized. We observed physico-chemical properties, radiological visualization, histology, and mechanical behavior during degradation. The last aim was to evaluate ex vivo implantability in human bile ducts, with the study of the bile duct mechanical behavior, and implantation tests on anatomic specimens.In this thesis, radiological and mechanical behaviour of novel radiopaque and resorbable IBS was successfully evaluated during in vitro and in vivo degradation with properties that meet requirements. A RIBS prototype device was successfully implanted in human anatomic specimen. The results obtained will allow the development of a novel class of trackable and degradable IBS to reduce biliary complications after liver transplantation.

Le foie et le poumon sont deux organes intimement liés et les atteintes pulmonaires sont fréquentes dans les pathologies hépatiques. En transplantation hépatique, les atteintes pulmonaires, les complications et la morbi-mortalité qu’elles engendrent, peuvent être en lien avec la pathologie hépatique du receveur mais aussi avec le donneur via le greffon, sa qualité et sa préservation. L’objectif de cette thèse était d’étudier deux aspects de cette interaction : 1- l’impact de l’insuffisance respiratoire aigüe (définie par le recours à la ventilation mécanique) sur le devenir post-transplantation ii) les conséquences des phénomènes d’ischémie-reperfusion du greffon hépatique sur les paramètres cardio-pulmonaires du receveur.Dans le premier travail, nous avons étudié, sur une cohorte de patients transplantés hépatiques à l’Hopital Henri Mondor (n=350 patients), le devenir post-opératoire en fonction de la présence ou non d’une ou plusieurs défaillances d’organe (neurologique, respiratoire, rénale, hémodynamique, hépatique et de la coagulation). Les patients avec au moins une défaillance d’organe ont une diminution significative de la survie post-LT à 90 jours (79% contre 96%) et 1 an (70% contre 91%) comparés aux patients cirrhotiques sans défaillance. Dans un deuxième travail issu de la même cohorte, nous développons un modèle permettant de prédire la mortalité à court terme et composé de 6 facteurs dont l’existence d’une défaillance d’organe. Le 3e travail, avec un effectif plus important (cohorte de l’Agence de la Biomédecine, PHRC « Optimatch »), a cherché à confirmer nos premiers résultats et à étudier le poids de chacune des défaillances d’organe et en particulier de la défaillance pulmonaire. Non seulement la présence d’une défaillance mais le nombre de défaillances au moment de la TH influence négativement le devenir à 3 mois des transplantés hépatiques. De plus, les défaillances pulmonaire et rénale sont des facteurs de risque indépendant de mortalité à 3 mois post-transplantation. Ces travaux montrent aussi que l’influence de ces défaillances d’organe peut être modulée en fonction du type de greffon, i.e. des critères du donneur.En plus de la qualité du greffon hépatique, la conservation de celui-ci a un impact sur la fonction du greffon et sur les paramètres cardio-pulmonaires chez le receveur. En effet dans un modèle de transplantation hépatique chez le gros animal (cochon), nous avons montré que les lésions d’ischémie/reperfusion du greffon engendrées entre le prélèvement et l’implantation ont des conséquences sur la fonction du greffon, le myocarde et le poumon. Ces lésions sont modulables selon la technique de préservation, notamment via l’utilisation de machine de perfusion.Ces travaux démontrent qu’au cours de la transplantation hépatique l’atteinte du parenchyme pulmonaire a un rôle clinique majeur chez le receveur et est médiée en partie par des phénomènes d’ischémie-reperfusion du greffon potentiellement modifiables par des améliorations des pratiques médicales. / Liver and lung are two closely related organs. In liver transplantation, lung damage, complications, morbidity and mortality can be related to the liver disease of the recipient but also to the donor via the graft, its quality and its preservation. The aim of this manuscript was to study two aspects of these interactions: 1- the impact of acute respiratory failure (defined by the use of mechanical ventilation) on the post-transplantation outcome ii) the consequences of the ischemia-reperfusion injury of the graft on cardiopulmonary parameters in the recipient.In the first study, we investigated the impact of one or more organ failure (cerebral, lungs, kidney, circulation, hepatic and coagulation) on the 90-day mortality post LT. Patients with at least one organ failure had a significant decrease in post LT survival at 90-day (79% versus 96%) and 1 year (70% versus 91%) compared with cirrhotic patients without failure. In a second study, from the same cohort, we developed a model to predict short-term mortality. This model is composed of 6 factors including the existence of organ failure. In the third study, with a largest cohort (Agence de Biomedicine, PHRC “Optimatch”), we have confirmed these first results and we observe that the number at the LT influences the outcome. Decision tree-modeling identified 6 subgroups further classified in 4 increasing risk classes, highlighting the prognostic importance of respiratory failure and renal failure at the LT as well as complex interactions between donor and recipient features.In addition to the quality of the graft, its preservation has an impact on the graft function and on the cardiopulmonary parameters in the recipient. Indeed, in a model of LT in the large animal (pig) we show that the ischemia / reperfusion injuries, generated between the sampling and the implantation, have consequences on graft function, myocardium and lung. These lesions could be subdued according to the preservation technique.These studies demonstrate that during LT the recipient's pulmonary complications and its morbidity are related to the recipient’s pre-existing hepatic disease and to the donor via the graft through ischemia-reperfusion phenomena of the graft.

Le foie a des capacités de régénérations importantes qui lui permettent de reconstituer progressivement sa masse cellulaire suite à une agression. L’induction d’une régénération hépatique est une approche qui a été utilisée dans de nombreux modèles animaux afin de favoriser la prise de greffe hépatocytaire pour le traitement des maladies métaboliques héréditaires hépatiques (MMHH). Par ailleurs, les capacités de régénération du foie sont utilisées en pratique clinique courante dans le cadre de la chirurgie hépatique afin de préparer le foie à une hépatectomie majeure. Les principaux objectifs de ce travail ont été d’étudier des moyens peu invasifs pour induire une importante régénération hépatique dans deux buts précis : i) favoriser la transplantation d’hépatocytes thérapeutiques pour le traitement des MMHH ; ii) élargir les possibilités de prise en charge des patients nécessitant une hépatectomie.Dans un premier temps, nous avons évalué l’effet d’une embolisation portale partielle (EPP) au cours de la transplantation d’hépatocytes dans un des modèles animaux de l’hypercholestérolémie familiale de type IIA, le lapin Watanabe. Dans un deuxième temps, nous avons mis au point chez le rat, une technique d’EPP résorbable répétée visant à entrainer un stimulus répété de régénération hépatocytaire afin d’envisager par la suite l’utilisation de cette technique avant transplantation d’hépatocytes. En parallèle de ces travaux fondamentaux, nous avons évalué en approche clinique l’intérêt de l’EPP résorbable avant hépatectomie majeure. Nos travaux dans le modèle du lapin Watanabe ont montré la faisabilité du protocole, une correction phénotypique in vitro, une amélioration de la prise de greffe hépatocytaire et une expression prolongée du transgène. Notre équipe a développé chez le rat un stimulus additionnel de prolifération hépatocytaire qui permet une augmentation du poids et du volume du foie non embolisé en comparaison à une seule EPP résorbable. Enfin, dans une série rétrospective préliminaire, la technique d’EPP résorbable a été utilisée avant hépatectomie majeure. L’approche a été bien tolérée chez tous les patients et a permis de systématiquement envisager la chirurgie.L’EPP résorbable est une technique peu invasive capable d’induire une régénérative hépatique efficace. Cette approche pourrait permettre notamment d’augmenter les capacités de proliférations hépatiques par la répétition du stimulus d’embolisation. A terme, l’EPP résorbable répétée pourrait permettre de modeler à la demande l’organisation du volume hépatique favorisant ainsi l’hypertrophie de tel ou tel secteur en fonction des besoins. / The liver has an important regenerative capacity allowing progressive reconstitution of the hepatic volume after an aggression. The induction of liver regeneration was used in different animal models in order to increase engraftment during hepatocyte transplantation for the treatment of inherited metabolic liver diseases (IMLD). Furthermore, liver regenerative capacities are used in routine clinical practice before liver surgery in order to prepare the liver for major hepatectomy.The main objective of this doctoral thesis was to evaluate minimally invasive approaches inducing substantial liver regeneration, focusing in two specific aims: i) increasing the engraftment of therapeutic cells for the treatment of IMLD; ii) expanding the therapeutic options for patients requiring an hepatectomy In a first study, we evaluated the impact of a partial portal vein embolization (PVE) during hepatocyte transplantation in the animal model of familial hypercholesterolemia type IIA, the Watanabe rabbit. In a second investigation, we developed an approach of repeated reversible PVE in a rat model to further boost liver hypertrophy, planning to apply this approach in hepatocyte transplantation. In parallel, we evaluated the clinical interest of reversible PVE before major hepatectomy.Our results of PVE during hepatocyte transplantation in the Watanabe rabbit model demonstrated the feasibility of the procedure, in vivo phenotypic correction, increase of liver cell engraftment and stable transgene expression. Our team developed in the rat an additional stimulus of hepatocyte proliferation allowing increase of non-embolized liver lobe weight and volume in comparison to a single reversible PVE. Finally, the reversible PVE approach was evaluated before major hepatectomy in a preliminary retrospective series of 20 patients. The procedure was well tolerated and allowed to plan surgery in all patients.Reversible PVE is a minimally invasive technique allowing to successfully induce liver regeneration. This approach could increase hepatocyte proliferation capacity by using an additional stimulus of repeated embolization. In the future, reversible PVE may allow on demand modeling of liver volumes organization by supporting the hypertrophy of a specific liver lobe when required.

L’objectif de ce travail était d’évaluer, selon une approche épidémiologique et thérapeutique transversale multimodale, les facteurs pronostiques de survie du CHC dans le cadre de sa prise en charge chirurgicale après transplantation hépatique ou résection chirurgicale. La première étape a été de déterminer les données de survie de la littérature après ces deux traitements chirurgicaux. Nous avons donc réalisé une méta-analyse des données de la littérature afin de comparer les résultats de la survie globale et de la survie sans récidive chez les patients transplantés ou réséqués pour CHC. La deuxième étape a consisté à étudier le score AFP, outil utilisé pour la sélection des patients en vue d’une transplantation hépatique, et de son intérêt pronostique sur la survie dans une cohorte de patients traités par une résection chirurgicale pour CHC. Enfin, la troisième étape a été d’étudier l’impact des inégalités socio-économiques, au moyen de l’index de défavorisation développé par notre équipe, sur la survie des patients transplantés pour carcinome hépatocellulaire.La méta-analyse a montré que le bénéfice de la transplantation hépatique pour carcinome hépatocellulaire en termes de survie globale pour les patients dans les critères de Milan, n’avait pas de bénéfice avant 10 ans après la chirurgie contrairement à la survie sans récidive où il existait une différence significative dès 3 ans après la chirurgie.La deuxième étude a cherché à déterminer si le score AFP, outil de sélection des patients pour transplantation hépatique pour CHC était lui aussi un bon outil de sélection pour les patients à opérer d’une chirurgie. Nous avons pu montrer que ce score était prédictif de récidive après résection hépatique et que si les patients étaient dans le score, cette récidive pouvait bénéficier d’un traitement curateur. / The objective of this work was to assess in an epidemiological and a surgical ways prognosis factors of HCC after liver transplantation or liver resection. First step was to determine in a methodological review the overall and disease free survival results of these two techniques. Second step was to use the AFP-score, selection tool for patients with HCC who need liver transplantation in France, as selection tool for a group of patients who underwent surgical resection for transplantable HCC. Final step was to study influence of social deprivation on survival of patients who underwent liver transplantation for HCC in a Nation-wide study.The meta-analysis showed that Liver Transplantation, in patients with HCC meeting the Milan criteria had no benefits before 10 years for OS, compared to Liver resection. For DFS, the benefit is obtain after 3 years.AFP-score is a useful tool for the patient’s management who are suffering from solitary HCC developed on CLD. In patients “in AFP-score”, up-front LR is not associated with a loss of chance, when compare to up-front LT, based on theoretical 5-years OS.European Deprivation Index does not impact mortality after LT for HCC. Number of HCC and time on waiting-list are independent prognostic factors of survival after liver transplantation for HCC.

L’hétérogénéité tumorale (HT) est un trait caractéristique du cancer. Elle peut être rencontrée chez la majorité des tumeurs malignes solides, au travers de la clinique, la biologie, l’histologie, et la génétique. Au-delà de l’hétérogénéité inter-patient, on distingue l’hétérogénéité spatiale, qui regroupe l’hétérogénéité au sein de la tumeur primitive, entre tumeur primitive et métastases, entre métastases, au sein d’une métastase et l’hétérogénéité temporelle, qui fait référence à l’évolution de la tumeur au cours du temps de manière spontanée ou sous l’effet des traitements. L’HT explique la survenue inéluctable de la résistance aux thérapies anticancéreuses actuelles. L’objectif général de cette thèse était d’explorer l’hétérogénéité tumorale au plan clinique, histologique et génétique en utilisant le modèle d’hépatectomies pour métastases d’origine colo-rectales. Dans l’article 1, nous avons étudié la réponse histologique à la chimiothérapie chez des patients opérés de métastases hépatiques colo-rectales après chimiothérapie systémique ou intra-artérielle. Ainsi, nous avons montré que la réponse histologique complète était plus souvent observée après administration d’oxaliplatine par voie intra-artérielle et était associée à un meilleur pronostic. Cependant la réponse histologique complète n’est observée que chez une minorité de patients. Nous avons émis l’hypothèse qu’une réponse histologique incomplète représentent un groupe hétérogène de patients, ayant des pronostics différents. Ceci nous a conduit à proposer dans l’article 2 une méthode reproductible pour évaluer la réponse histologique, incorporant taille et nombre de nodules. La relecture des lames de pièces d’hépatectomie nous a conduit à observer une hétérogénéité de la réponse histologique au sein d’un même patient (hétérogénéité intermétastatique) et de l’aspect histologique (nécrose, fibrose). Nous avons ensuite exploré la valeur pronostique de cette hétérogénéité et chercher à identifier les facteurs prédictifs de cette hétérogénéité. Une réponse dissociée (une différence de réponse histologique > 50% entre deux nodules chez un même patient) a été observée chez 20% des patients et ne modifiait pas le pronostic. Chez les patients ayant une hétérogénéité pathologique, une discordance (mutation et absence de mutation pour les gènes KRAS, BRAF, NRAS et PI3K) entre les métastases a été mis en évidence dans 28% des patients analysés (article 3). Afin d’étudier l’hétérogénéité génétique selon le site tumoral et le type de prélèvements, nous avons utilisé les données disponibles de la plateforme de biologie moléculaire (article 4). Nous avons ainsi mis en évidence que les métastases hépatiques étaient moins souvent mutées pour KRAS, NRAS, BRAF que les tumeurs primitives ou les lésions pulmonaires. Nous avons ensuite recherché une hétérogénéité génétique intra-métastatique pour KRAS, NRAS, BRAF et PI3K au sein d’une métastase hépatique colo-rectale (article 5). Parmi les 54 patients ayant une tumeur unique analysable (2 prélèvements par tumeur), une discordance pour KRAS (N=2) et BRAF (N=1) a été mise en évidence chez 3 patients (5%). L’ensemble de ces travaux confirment que l’HT est observée à travers de nombreux points de vue. L’élaboration de nouvelles stratégies de prise en charge du cancer devra prendre compte cet aspect. / Tumor heterogeneity is a typical feature of cancer. It is observed in the majority of solid malignancies regardless of the point of view: clinical, biological, pathological, and genetic. Different levels of heterogeneity have been described: interpatient, spatial heterogeneity (within the primary tumor, between primary and distant lesion) and temporal heterogeneity (tumor evolution under the influence of treatment). Tumor heterogeneity widely explains the emergence of resistant clones to anticancer drugs. The objective of the current thesis was to explore tumor heterogeneity at a clinical, pathological and genetic level, by using the model of hepatectomy for colorectal liver metastases (CLM).In the article 1, we studied pathological response to chemotherapy in patients operated on for CLM after either systemic or intra-arterial hepatic oxaliplatin-based chemotherapy. We showed that complete pathological response was more often observed after intra-arterial chemotherapy and yield far better outcomes. However, complete response was observed in a minority of patients. We hypothesized that uncomplete pathological response encompass a large group of patients with different oncological outcomes. This lead us to propose a reproducible method (article 2) to assess pathological response, including size and number of nodules. Pathological review found heterogeneity in the response among nodules within the same patients and in the type of pathological features (necrosis, fibrosis). We then explore the prognostic value of pathological heterogeneity and sought to identify predictors of heterogeneity. A dissociated response (difference in pathological response > 50% between two nodules) was observed in XX and did not impact long-term outcomes. IN patients with dissociated response, genetic heterogeneity (mutation and no mutation for KRAS, NRAS, BRAF and PI3K) between metastases was shown in 28% of patients (article 3). To study genetic heterogeneity according to tumor location and the tumor tissue analyzed (specimen, biopsy), we used data from the department of molecular biology (article 4). We found that liver metastases were more often wild type for KRAS, NRAS, BRAF compared to lung metastases or primary tumors. In the article 5, we then sought to evaluate intrametastatic heterogeneity (KRAS, BRAF, NRAS, PI3K) within a single liver metastasis (2 samples per tumor). Among the 54 patients with single lesion analyzed, a discrepancy for KRAS (n=2) and BRAF (n=1) were observed un 3 patients (5%). This work confirms that tumor heterogeneity can be observed at various levels. Elaboration of new therapeutical strategies will have to take this aspect into consideration.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Il est important de connaître le métabolisme stéréosélectif du R,S-propranolol car le pouvoir b-bloquant de l'énantiomère S(-) est environ 100 fois plus puissant que celui de l'énantiomère R(+). La stéréosélectivité du métabolisme des énantiomères du propranolol semble dépendante de la voie d'administration. Ainsi, les surfaces sous la courbe des concentrations plasmatiques (SSCp) de l'énantiomère S(-) suivant l'administration orale et l'injection intraveineuse sont 1,48 et 1,17 fois supérieures à celles de l'énantiomère R(+). Deux hypothèses sont proposées dans le but de connaître les facteurs responsables des différences stéréosélectives dans le métabolisme des énantiomères du propranolol. La première hypothèse est basée sur la capacité des organes extrahépatiques à métaboliser les médicaments. Il a été démontré que les poumons, les reins et les cellules épithéliales de l'intestin contiennent des isoenzymes du cytochrome P-450. Suivant une administration orale, la contribution intestinale au premier passage du propranolol est de 43%, alors que son extraction systémique est de 23%. Nous postulons que le métabolisme préférentiel de l'énantiomère R(+) dans la paroi intestinale est, en grande partie, responsable de la stéréosélectivité suivant l'administration orale. La deuxième hypothèse repose sur le fait que la dose atteignant le foie influence la stéréosélectivité du métabolisme des énantiomères du propranolol. En effet, lorsque 0,1 mg/kg ou 5 mg de propranolol sont injectés par la voie intraveineuse, une quantité maximale de 2 à 3 mg atteint le foie. Par contre, lorsque 40 mg ou plus sont administrés par voie orale, le propranolol traverse les cellules épithéliales de l'intestin et, même en tenant compte de la capacité d'extraction de l'intestin, au moins 25 mg atteindront le foie. Afin de déterminer l'effet de la voie d'administration et de la dose sur la stéréosélectivité du métabolisme des énantiomères du propranolol, des lapins conscients ont reçu des doses variables de R,S-propranolol par voie orale (40, 80 et 120 mg/kg) et intraveineuse (0,5 et 10 mg/kg). Des expériences in vitro ont permis de déterminer la capacité des cellules épithéliales de l'intestin, du foie, des poumons et des reins à métaboliser le R,S-propranolol. L'incubation de chaque énantiomère individuellement a permis de déterminer si l'interaction entre les énantiomères ou la saturation du métabolisme d'un énantiomère pourrait influencer la stéréosélectivité du métabolisme. Suivant l'administration orale de 40 mg/kg et l'injection intraveineuse de 0,5 mg/kg, le métabolisme des énantiomères du propranolol n'est pas stéréosélectif. Les doses orales de 80 et 120 mg/kg génèrent une augmentation non-linéaire des SSCp des deux énantiomères et la SSCp du S(-)-propranolol augmente plus rapidement que celle du R(+)-propranolol, signifiant qu'une stéréosélectivité dans le métabolisme des énantiomères du propranolol apparaît lorsque la dose augmente. Suivant l'administration orale de 120 mg/kg, on observe des concentrations plasmatiques de S(-)-propranolol nettement supérieures à celles de son antipode (p < 0,05). L'injection intraveineuse de 10 mg/kg génère également une cinétique d'ordre zéro, mais dans ce cas, les SSCp du S(-)-propranolol sont inférieures à celles du R(+)-propranolol (p < 0,05). In vitro, seuls le foie et la muqueuse intestinale métabolisent le propranolol. Suivant l'incubation de 5,8 et 58 mM de R,S-propranolol dans les cellules épithéliales de l'intestin, les vitesses d'élimination du R(+)-propranolol sont plus rapides que celles du S(-)-propranolol. Aux concentrations de 5,8 mM dans les cellules hépatiques, un métabolisme rapide sans stéréosélectivité est observé. Par contre, suivant l'incubation de 58 mM de R,S-propranolol, une diminution des vitesses d'élimination des deux énantiomères du propranolol et l'apparition d'un métabolisme préférentiel de l'énantiomère R(+) sont notées. Ces résultats suggèrent que la stéréosélectivité de la cinétique des énantiomères du propranolol est dépendante de la dose dans les cellules hépatiques. Par rapport à ces derniers résultats, l'incubation de 2,9 et 29 mM de chaque énantiomère individuellement dans les cellules épithéliales de l'intestin montre que le métabolisme du S(-)-propranolol est saturé. À une concentration de 2,9 mM dans les cellules hépatiques, les vitesses d'élimination de chaque énantiomère sont le double par rapport au mélange racémique, ce qui signifie que les énantiomères d'un mélange racémique inhibent l'élimination de leur antipode. À une concentration de 29 mM, la saturation de l'élimination de l'énantiomère S(-) et l'apparition d'un métabolisme stéréosélectif sont observées. Nous concluons que l'intestin et le foie sont responsables du métabolisme stéréosélectif des énantiomères du propranolol. La stéréosélectivité dose-dépendante dans les cellules hépatiques est principalement responsable de l'élimination préférentielle du R(+)-propranolol observée in vivo chez le lapin. Finalement, ces résultats démontrent que la stéréosélectivité ne dépend pas d'une différence de clairance intrinsèque pour les deux énantiomères, mais de la saturation du métabolisme du S(-)-propranolol.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2012-2013. / L’obésité et le diabète de type 2 (T2D) sont étroitement associés à la résistance à l’insuline, une maladie métabolique qui se développe suite à un défaut causé par une réduction de la signalisation de l’insuline et de sa clairance. Afin de comprendre la pathogenèse de la résistance à l’insuline plusieurs molécules qui régulent les voies de signalisation ainsi que la clairance sous contrôle du récepteur à l’insuline ont été étudiées, incluant la protéine tyrosine phosphatase (PTP) SHP1 et la molécule carcinoembryonic antigen-related cell adhesion molecule 1 (CEACAM1 or CC1) qui est régulée en aval sous le contrôle de SHP1. Les nombreuses isoformes de CC1 contribuent à différentes fonctions cellulaires. Dans le foie, l’isoforme CC1-L, qui est phosphorylée sur tyrosine (Tyr), joue un rôle métabolique essentiel dans la régulation de la clairance de l’insuline et dans la suppression de l’activité de la synthase des acides gras (FAS). Nous avons démontré que des souris invalidées pour CC1 (Cc1-/-) sous un régime standard faible en gras (SD) développent néanmoins une importante stéatose hépatique qui est démontré par une augmentation de triglycérides, de cholestérol total ainsi que de cholestérol estérifié dans le foie. Sous un régime contenant 55% de gras (HFD) ces mêmes souris démontrent une prédisposition au développement de la stéatose et dysfonction hépatique induite par le régime, indiqués par une accumulation de lipides hépatiques et une augmentation d’enzymes marqueurs de dommage hépatique dans la circulation. La stéatose hépatique dans la souris Cc1-/- est liée à une augmentation significative d’importantes enzymes lipogéniques et de la synthèse du cholestérol qui sont régulés suite à une augmentation de l’activité nucléaire des facteurs de transcription Srebp1c et Srebp2. Comparées aux souris contrôle sauvages (WT) les souris CC1-/- ont démontré une réduction de la clairance de l’insuline, une intolérance au glucose, une résistance à l’insuline hépatique et une augmentation d’expression des activateurs transcriptionels hépatiques PGC-1 et FoxO1. L’absence de CC1 a aussi exacerbé l’intolérance au glucose et la résistance à l’insuline hépatique induite par le régime à haute teneur de gras mais la clairance de l’insuline n’était pas diminuée dans les souris Cc1 -/-. Nos donnés indiquent que CC1 est un important régulateur de la lipogénèse hépatique et que les souris CC1-/- sont prédisposées à développer une stéatose hépatique qui mène à une résistance à l’insuline hépatique et des dommages dans le foie qui sont surtout évidentes sous un régime riche en lipides. Une importante Tyr phosphatase de CC1 est SHP1. Précédemment nous avons démontré que SHP1 est un important régulateur de l’homéostasie du glucose et de la clairance de l’insuline par le foie, cependant son rôle dans l’obésité liée au diabète reste méconnu. Nous rapportons ici que l’expression de SHP1 est significativement augmentée dans les tissus métaboliques de souris obèses sous régime HFD. Nous avons généré des souris invalidées pour SHP1 spécifiquement dans les hépatocytes (Ptpn6H-KO) pour investiguer le rôle de SHP1 dans le développement de la résistance à l’insuline et de la stéatose hépatique. Sous régime HFD les souris Ptpn6H-KO deviennent aussi obèses que les souris non invalidées pour SHP1 (Ptpn6f/f). Malgré ceci les souris Ptpn6H-KO démontrent une amélioration de la glycémie à jeun et une protection contre la résistance à l’insuline induite par l’obésité qui est confirmée par la suppression de la synthèse de glucose hépatique ainsi qu’une amélioration de l’activation du récepteur pour l’insuline avec une augmentation concomitante des voies de signalisation Akt. Il est aussi possible que la clairance de l’insuline accrue qu’on observe dans les souris Ptpn6H-KO soit due à une augmentation de la phosphorylation sur tyrosine de CC1. Les souris obèses Ptpn6H-KO montrent une augmentation de stéatose hépatique qui est le résultat de 1) une augmentation de lipogénèse hépatique associée à une augmentation importante de l’activité et de l’expression de SREBP-1 et des enzymes lipogéniques en aval FAS et ACC, 2) une augmentation de la captation postprandiale des acides gras qui est possiblement liée à une augmentation de l’expression du gène et de l’activité nucléaire de PPARγ, 3) une diminution de la sécrétion des triglycérides et de l’apolipoprotéine B sous le forme de lipoprotéines de très basse densité (VLDL). Étonnamment, malgré le niveau élevé de stéatose hépatique, le profil inflammatoire dans le foie des souris Ptpn6H-KO était similaire ou même amélioré comparé aux souris contrôles Ptpn6f/f et ceci était accompagné d’une diminution de dommage hépatocellulaire. Ces résultats démontrent que SHP1 est un nouveau médiateur de la résistance à l’insuline dans les hépatocytes et contribue à la détérioration du métabolisme du glucose induite par l’obésité. Chez la souris Ptpn6H-KO la stéatose hépatique induite par le régime suggère par ailleurs un autre rôle de SHP1 dans la régulation du métabolisme hépatique des lipides. Malgré le fait que CC1 et SHP1 se retrouvent dans le même complexe que Cdk2 et le récepteur de l’insuline, ils jouent des rôles opposés, CC1 étant un régulateur positif et SHP1 un régulateur négatif de la clairance de l’insuline. Ceci est en accord avec la régulation hépatique par le glucose des voies de signalisation de l’insuline pour ces deux molécules car les souris Cc1-/- démontrent une détérioration du métabolisme du glucose et de la signalisation de l’insuline alors que les souris Ptpn6H-KO démontrent une amélioration. Notre observation de stéatose hépatique chez ces deux modèles animaux suggère que CC1 et SHP1 limitent la synthèse et l’entreposage des lipides hépatiques de façon dépendante ou indépendante de la signalisation de l’insuline. Les résultats de ces études utilisant des modèles invalidés pour CC1 ou SHP1 révèlent des mécanismes du contrôle de la synthèse de glucose hépatique et du métabolisme des lipides qui sont très complexes et distincts. En plus ces résultats nous apportent une compréhension importante de la régulation hépatique de l’action et de la clairance de l’insuline. / Obesity and type 2 diabetes mellitus (T2D) are tightly associated with a common link, insulin resistance, a metabolic disorder developed from defective insulin action involving impaired insulin signaling and clearance. To investigate the pathogenesis of insulin resistance, many molecules modulating its signaling pathways as well as insulin receptor-mediated insulin clearance have been studied, including the protein tyrosine phosphatase (PTP) SHP1 and its regulated downstream molecule carcinoembryonic antigen-related cell adhesion molecule 1 (CEACAM1 or CC1). CC1 in multiple isoforms contributes differentially to various cellular functions, the tyrosine (Tyr)-phosphorylated isoform of CC1 (CC1-L) is known to play an essential metabolic role in the hepatic regulation of insulin clearance and insulin-mediated acute inhibition of fatty acid synthase (FAS) activity. We have found that CC1-deficient (Cc1-/-) mice on standard diet (SD) already develop spontaneous hepatic steatosis with significantly elevated accretion of triglyceride (TG), total and esterified cholesterol. When challenged with a 55% kcal high-fat diet (HFD), these mice show greater susceptibility to the development of diet-induced hepatic steatosis and dysfunction, indicated by higher hepatic lipid content and serum levels of hepatic enzymes as markers of liver damage. Hepatic steatosis in the Cc1-/- mice is linked to a significant increase of key lipogenic (FAS, ACC) and cholesterol synthetic (HMGCR) enzymes, which is a result of increased nuclear activity of their positive gene transcription factors Srebp1c and Srebp2. Compared to their wild-type (WT) littermate controls, Cc1-/- mice exhibited impaired insulin clearance, glucose intolerance, liver insulin resistance, and elevated hepatic key gluconeogenic transcriptional activators Pgc1 and FoxO1. Lack of CC1 also exacerbated the HFD-induced glucose intolerance and hepatic insulin resistance, while insulin clearance was not further deteriorated. These data demonstrate that CC1 is a key regulator of hepatic lipogenesis and that Cc1-/- mice are predisposed to liver steatosis, leading to hepatic insulin resistance and liver damage, particularly when chronically exposed to dietary fat. An important Tyr phosphatase of CC1, SHP1, has been found previously by our lab to regulate glucose homeostasis and liver insulin clearance, but its potential implication in obesity-linked insulin resistance and hepatic steatosis has not yet been examined. We hereby report that SHP1 expression is significantly upregulated in metabolic tissues of HFD-fed obese mice. We have also further investigated the role of hepatocyte SHP1 in promoting insulin resistance and hepatic steatosis by generating hepatocyte-specific SHP1 knockout mice (Ptpn6H-KO). Upon HFD feeding, Ptpn6H-KO mice develop obesity as their Ptpn6f/f littermates. With consistently improved fasting glycemia, these mice are protected from obesity-induced liver insulin resistance as revealed by normalized insulin suppression of hepatic glucose production and hepatic insulin signaling with improved activation of insulin receptor and downstream signaling through Akt. More rapid insulin clearance in Ptpn6H-KO mice due to heightened CC1 tyrosine phosphorylation is also a possible contribution to the improved insulin action. Unexpectedly, obese Ptpn6H-KO mice exhibit enhanced hepatic steatosis. In detailed mechanisms, this is a result of 1) augmented hepatic lipogenesis, marked by upregulated activity and expression of SREBP-1 as well as the downstream regulated lipogenic enzymes such as FAS and ACC, 2) increased postprandial fatty acid uptake, possibly linked to the upregulation of PPAR gene expression and nuclear activity, and 3) decreased postprandial TG output in apolipoprotein B (ApoB)-associated lipoprotein particles, i.e. very low density lipoprotein (VLDL). More interestingly, the steatotic livers of these Ptpn6H-KO mice display comparable or even reduced level of inflammation accompanied by significantly less hepatocellular damage than that in their Ptpn6f/f counterparts. These results present hepatocyte SHP1 as a novel mediator of insulin resistance compromising hepatic glucose metabolism in diet-induced obesity. The enhanced diet-induced hepatic steatosis in Ptpn6H-KO mice provides a new role for SHP1 in liver lipid metabolism and further supports the bifurcation of insulin signaling in the regulation of hepatic glucose and lipid homeostasis or also confirms a possible disconnection between hepatic regulation of glucose and lipid metabolism. Although both CC1 and SHP1 are found in the same complex with Cdk2 and insulin receptor to regulate insulin clearance, they play opposing roles as CC1 is the positive regulator and SHP1 being the negative one. This is in accordance with the hepatic glucoregulation of insulin signaling for both molecules, since Cc1-/- mice show impaired glucose metabolism and insulin signaling whereas Ptpn6H-KO mice exhibit improvement. Interestingly, our observation of hepatic steatosis in both animal models, though with different characteristics, suggests that both CC1 and SHP1 limit hepatic lipid synthesis and storage, dependent or independent of insulin signaling. Findings from these studies using animal models lacking CC1 and SHP1 reveal complex and differential regulatory mechanisms of hepatic glucose and lipid metabolism, and they also provide important understanding of the hepatic regulation of insulin action and clearance.

Il existe un risque épidémiologique 2x supérieur de développer le diabète de type 2 en contexte de Metabolic-Associated Fatty Liver Disease (MAFLD). D'autres données suggèrent aussi un risque de diabète 1 an après un épisode de COVID-19. Une synergie avec la MAFLD pourrait jouer un rôle dans les altérations métaboliques post-COVID. Les mécanismes sous-jacents au risque de diabète de type 2 entraîné par MAFLD et COVID-19 ainsi que l'interaction entre ces deux dernières conditions ne sont pas bien caractérisés à ce jour. Le premier chapitre de ce mémoire a comme objectifs de 1)comparer le métabolisme du glucose chez des individus à risque métabolique sans diabète qui ont et qui n'ont pas la MAFLD et 2)corréler le % de gras hépatique avec les indices du métabolisme du glucose. L'hypothèse étant que les individus avec MAFLD ont un métabolisme du glucose altéré, notamment au niveau de l'insulinorésistance, comparativement à des individus sans MAFLD. Le second chapitre de ce mémoire a comme objectifs de 1)comparer le métabolisme du glucose chez des individus sans diabète à risque métabolique qui ont eu la COVID-19 il y a 9-18 mois ou qui n'ont jamais testé positif à la COVID-19 et 2)comparer la force de corrélation entre le % de gras hépatique et les indices du métabolisme du glucose selon le statut COVID-19. Les hypothèses sont que les individus post-COVID ont une fonction pancréatique et une résistance à l'insuline altérées par rapport aux individus n'ayant jamais testé positifs à la COVID-19. Des hyperglycémies orales provoquées sur 180 minutes avec des prélèvements fréquents de glucose, insuline et c-peptide ont été réalisées pour déterminer l'insulinosensibilité, la sécrétion d'insuline et la fonction des cellules ß pancréatiques. Des imageries par résonance magnétique ont été utilisées pour mesurer le % de grashépatique et pancréatique. L'accumulation de gras hépatique était associée avec une altération de la clairance de l'insuline, de la fonction des cellules ß pancréatiques et de l'insulinosensibilité. L'état post-COVID semble être associé à une diminution de l'insulinosensibilité, mais ces résultats sont très préliminaires. Ces résultats permettent de mieux comprendre comment le diabète de type peut découler de la MAFLD et de la COVID-19.

Les estrogènes confèrent aux femmes une protection cardiovasculaire jusqu’à la ménopause. En effet, la perte des fonctions ovariennes engendre plusieurs désordres du profil lipidique qui s’accompagnent d’une accumulation de triglycérides au foie appelée stéatose hépatique. Le retrait des estrogènes perturbe de nombreuses voies de contrôle de la cholestérolémie, provoquant simultanément une hypercholestérolémie et une stéatose hépatiques. Toutefois, à ce jour, les mécanismes d’action du retrait des estrogènes sur le métabolisme du cholestérol favorisant le stockage de triglycérides au foie demeurent imprécis. À cet égard, les travaux de cette thèse visaient à clarifier l’ensemble des effets du retrait des estrogènes sur le métabolisme du cholestérol pouvant mener à la pathogenèse de la stéatose hépatique. Lors de la première étude, l’ovariectomie (Ovx) chez la rate, un modèle bien établi de la stéatose, avait permis d’identifier la voie d’assemblage des lipoprotéines à très faible densité (VLDL) comme élément contributif à la stéatose. La voie des VLDL reliant étant également une voie de transport du cholestérol, l’étude suivante a été réalisée afin de comprendre le rôle du cholestérol alimentaire sur les lipides hépatiques. Dans cette deuxième étude, le modèle de la diète riche en lipides et en cholestérol (HFHC), aussi reconnu pour induire une stéatose hépatique, a permis d’établir des liens étroits entre le métabolisme du cholestérol et celui des lipides hépatiques. Étonnamment, de manière similaire à l’Ovx, la diète HFHC perturbait la voie d’assemblage des VLDL. En outre, les données recueillies au cours de ces travaux indiquaient qu’une dysrégulation du métabolisme des acides biliaires avait contribué à la sévérité de la stéatose hépatique induite par cette diète HFHC. Dans la continuité de ces deux premiers projets, nous nous sommes intéressés aux effets concomitants du retrait des estrogènes et d’une diète HFHC sur la stéatose hépatique. De manière intéressante, lorsque combinés, l’Ovx et la diète HFHC potentialisaient non seulement l’accumulation de lipides hépatiques, mais également les perturbations moléculaires des voies sous-jacentes à la stéatose, dont l’assemblage des VLDL et de la sécrétion d’acides biliaires. Dans l’ensemble, les données présentées dans la revue de littérature et dans les trois études reliées à cette thèse indiquent qu’une dysrégulation du métabolisme du cholestérol en réponse au retrait des estrogènes entraîne des complications favorisant l’accumulation de lipides dans le foie. / Estrogens confer to women a cardiovascular protection until menopause. Indeed, the loss of ovarian functions leads to several lipid disorders along with hepatic triglycerides accumulation called hepatic steatosis. Estrogen withdrawal disrupts several cholesterol metabolism pathways that results in both hypercholesterolemia and hepatic steatosis. However, to date, the precise mechanisms by which estrogen withdrawal affect cholesterol metabolism pathways that favour lipid storage in the liver are unclear. In this regard, works in the present thesis aimed at elucidate the effects of estrogen withdrawal on cholesterol metabolism involved in hepatic steatosis pathogenesis. In the first study, estrogen withdrawal by ovariectomy (Ovx), a well established model for hepatic steatosis and hypercholesterolemia, had enabled the identification of very low density lipoprotein (VLDL) pathway as a contributory element for hepatic steatosis. Since the VLDL pathway relates lipids and cholesterol metabolism, we conducted the second study to explore the role of dietary cholesterol on hepatic lipids. In the second study, the high fat/high cholesterol (HFHC) diet, also recognized as a model for hepatic steatosis development, was used to explore links between cholesterol metabolism and hepatic fat accumulation. Surprisingly, HFHC diet also disrupted the VLDL pathway. Additionally, data provided in this study indicated that a dysregulation of bile acids metabolism might have contributed to the severity of hepatic steatosis induced by the HFHC diet. As a continuation of these projects, we were interested in the concomitant effects of estrogen withdrawal and HFHC diet on hepatic lipid accretion. Interestingly, when combined, Ovx and HFHC diet not only potentiated hepatic lipid accumulation but also molecular disruptions involved in underlying pathways for hepatic steatosis including the VLDL pathway and bile acid secretion. Overall, data presented in the review of litterature and provided by the three studies related to the present thesis indicate that cholesterol metabolism dysregulation following estrogen withdrawal result in complications that favour hepatic lipid accumulation.