The objective of this study was to investigate primary cilia and their mechanotransduction role in lung adenocarcinoma tumor progression. The main focus investigated the effect of primary cilia on cell cycle progression, survival, adhesion and migration analysis of these cells and the role of sonic hedgehog signaling pathway in mechanotransduction. Human Non-Small Cell Lung Cancer (NSCLC) adenocarcinoma biopsies contain more primary cilia than non-tumor lung sections. To observe the effects of primary cilia presence in lung cancer cells in-vitro, formation of primary cilia is inhibited using small interfering RNA. A549 cells with intact primary cilia observe less cell cycle progression than cells deficient in primary cilia under static and cyclic stretch conditions. Primary cilia cause higher cell survival and adhesion. Increase in cell adhesion also increases the migration and wound closure rates in control samples compared to samples treated with inhibition of IFT88, thereby increasing the metastasis of these cells. Several downstream regulatory genes in sonic hedgehog signaling pathway observe significantly decreased gene expressions in primary cilia deficient cells, thus indicating inefficient mechanotransduction. Therefore, cancer cells need primary cilia to survive, adhere and migrate and continue tumor progression.

Le cancer de vessie représente la sixième cause de mortalité par cancer en France. Son incidence a augmenté ces 20 dernières années, mais les taux de survie restent inchangés. La carcinogénèse vésicale fait intervenir différents mécanismes moléculaires qui agissent en réseau comme c’est le cas dans de nombreux cancers. Le développement récent de nouveaux traitements prenant spécifiquement pour cible certaines voies de signalisation apportent de nouveaux espoirs thérapeutiques. Nous nous sommes intéressés dans ce travail à trois axes de recherche pour tenter d’identifier, dans les carcinomes urothéliaux, de nouveaux marqueurs pronostiques moléculaires et de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles: l’angiogénèse, la voie de signalisation Hedgehog et les microARNs. Nous avons choisi la RT-PCR quantitative en temps réel à grande échelle permettant d’évaluer le niveau d’expression de nombreux gènes, avec une quantification précise et reproductible des transcrits. L’expression de ces gènes a été corrélée aux données de suivi clinique afin d’identifier de nouveaux biomarqueurs moléculaires prédictifs de l’évolution des tumeurs de vessie.Nous avons ainsi pu démontrer que les niveaux d’expression de certains de ces gènes variaient de façon significative dans les tumeurs de vessie, confirmant le rôle de l’angiogénèse dans la carcinogénèse urothéliale, et plus particulièrement de la voie du VEGF, et suggérant une implication majeure de la voie de signalisation Hedgehog et des microARNs. Par ailleurs, nous avons également pu identifier plusieurs biomarqueurs ayant une valeur pronostique en terme de survie globale dans les tumeurs infiltrantes. C’est le cas du VEGF, qui semble être un biomarqueur moléculaire particulièrement intéressant puisqu’il existe des thérapies ciblées spécifiquement dirigées contre ce ligand ou ses récepteurs avec plusieurs essais cliniques actuellement en cours dans le cancer de vessie. C’est également le cas d’une signature moléculaire associant 3 miARNs (miR-9, miR-182 et miR-200b) ayant une valeur péjorative dans les tumeurs infiltrantes, ouvrant la voie vers de nouvelles stratégies thérapeutiques.L’ensemble de ces études confirment l’intérêt majeur d’une meilleure compréhension des bases moléculaires de la carcinogénèse urothéliale vésicale débouchant sur l’utilisation rationnelle de nouvelles thérapies ciblées dans le cancer de vessie, avec l’espoir d’en améliorer la prise en charge et l’évolution. / Bladder cancer is the sixth cause of cancer mortality in France and its incidence is increasing since the last 20 years, with no improvement in survival outcomes. Bladder carcinogenesis involves different molecular mechanisms such as in many cancers. The recent development of new targeted therapies targeting signaling pathways provides new therapeutic hopes.In this work, we choose to study three molecular pathways in order to identify new prognostic markers and new therapeutic targets in urothelial carcinoma: angiogenesis, Hedgehog signaling pathway, and microRNAs. Real-time quantitative RT-PCR was performed to measure simultaneously expression levels of several genes with precise and reproductible RNA quantification. Our results were correlated with clinical outcomes to identify new molecular markers associated with bladder cancer evolution and to guide the potential use of targeted therapies.We were able to demonstrate that expression levels of several transcripts differ significantly in bladder tumors as compared to normal bladder and that some of them may have a prognostic implication. This is the case of VEGF, which appears to be an interesting molecular marker since there are targeted therapies specifically targeting the pathway and several ongoing trials in bladder cancer. The Hedgehog pathway also appears to be altered in bladder tumors, with a ligand-dependent activation. Then, we were able to identify several deregulated microRNAs and describe a molecular 3 miRNA-signature (miR-9, miR-182 and miR-200b) having a prognostic value in muscle-invasive bladder tumors. All these studies confirm the major interest of molecular biology and new targeted therapies in the treatment of bladder cancer, with the hope of improving management and evolution.

La voie de signalisation du morphogène Sonic Hedgehog (Shh) met en jeu des processus complexes étudiés, jusque là principalement, au cours du développement embryonnaire, où Shh est primordial pour le développement du tissu nerveux. Shh transmet son action via le complexe-récepteur Patched/Smoothened (Ptc/Smo) et le facteur de transcription Gli1, et interagit avec la glycoprotéine Hip (Hedgehog interacting protein) proposée comme antagoniste des protéines Hedgehog. Des analyses biochimiques ont permis de montrer qu'en plus de la forme membranaire, une forme soluble de Hip existe, notamment dans le cerveau adulte, et inhibe la voie de signalisation Shh in vitro. Par ailleurs, une cartographie de Hip dans le cerveau de souris embryonnaire (E13.5) et adulte supporte l'hypothèse que Hip interviendrait dans la régulation négative de la voie Shh. Enfin l'expression de Hip dans des cellules exprimant l'enzyme de synthèse de l'oxide nitrique (NO) dans le cerveau mature suggère des interactions entre les voies de signalisation impliquant respectivement Hip et le neuromédiateur gazeux NO. Pour étudier le rôle de Shh in vivo sur les progéniteurs neuraux du cerveau mature, la protéine recombinante ShhN a été injectée par stéréotaxie dans le ventricule latéral (VL) de souris adultes. En plus d'une forte activation de la voie Shh, reflétée par l'augmentation de la transcription de Ptc et Gli1 dans plusieurs régions cérébrales, telles que la zone sous ventriculaire (ZSV), le striatum, le septum latéral, le corps calleux et le cortex cérébral, le nombre de cellules ayant incorporé le marqueur de prolifération Bromodésoxyuridine (BrdU), est augmenté d'un facteur 3-4 dans le corps calleux et le cortex cérébral des souris ayant reçu la protéine Shh en comparaison avec des souris contrôles. Une telle augmentation n'a pas été observée dans la ZSV, une aire de neurogenèse majeure chez l'adulte. Par ailleurs, deux jours après l'injection de ShhN, un nombre significativement plus important de cellules en prolifération exprimant le protéoglycan membranaire NG2, marqueur des précurseurs oligodendrocytaires, est observé dans le cortex cérébral des souris ayant reçu la protéine ShhN. Afin d'analyser l'effet à long terme de la surexpression continue de la protéine Shh, un vecteur adénoviral Ad5-hShh-ires-eGFP destiné à exprimer la forme humaine de la protéine Shh a été développé puis caractérisé in vitro. Ce vecteur a ensuite été délivré dans le VL de cerveau de souris adultes et quatre jours après, la protéine Shh a été détectée dans les régions épendymaire et subépendymaire. Vingt-six jours après l'injection du vecteur Ad5-hShh-ires-eGFP, la voie Shh est toujours active comme révélé par la présence de nombreuses cellules exprimant le transcrit Gli1 dans plusieurs aires cérébrales. Une augmentation de 50% du nombre de cellules BrdU+ exprimant le marqueur oligodendroglial dm20+ est détectée dans le cortex cérébral et le corps calleux des souris ayant reçu le vecteur adénoviral Ad5-hShh-ires-eGFP par rapport aux souris ayant reçu le vecteur contrôle Ad5-eGFP. Dans leur ensemble, ces résultats suggèrent la capacité de la voie Shh à stimuler les cellules oligodendrocytaires pré-matures dans plusieurs régions du cerveau de rongeurs adultes. La modulation de cette voie apparaît donc potentiellement intéressante pour le traitement des maladies affectant le lignage oligodendrocytaire.

Crumbs is a transmembrane protein and apical determinant in Drosophila epithelial cells. Its cytoplasmic tail contains a PDZ and a FERM domain-binding site through which Crumbs interacts with the FERM proteins Yurt, Moesin and Expanded. Recent evidence suggests that Crumbs can also interact with the uncharacterised FERM proteins CG34347 and Cdep. The main objective of my thesis was to generate mutations in CG34347 and Cdep to facilitate the functional analysis of these genes. I generated a mutation for Cdep that remains to be characterised and two mutant lines for CG34347; one lacking the first exon and one lacking the entire gene, using a FRT-based recombination strategy. Both CG34347 mutants cause severe ovarian defects. The most consistent defect is a multilayering of the interfollicular stalk. These defects are also observed when Notch, Hippo, Wingless and Hedgehog signalling pathways are overactive in ovaries suggesting that CG34347 participates in one of those pathways.

Crumbs is a transmembrane protein and apical determinant in Drosophila epithelial cells. Its cytoplasmic tail contains a PDZ and a FERM domain-binding site through which Crumbs interacts with the FERM proteins Yurt, Moesin and Expanded. Recent evidence suggests that Crumbs can also interact with the uncharacterised FERM proteins CG34347 and Cdep. The main objective of my thesis was to generate mutations in CG34347 and Cdep to facilitate the functional analysis of these genes. I generated a mutation for Cdep that remains to be characterised and two mutant lines for CG34347; one lacking the first exon and one lacking the entire gene, using a FRT-based recombination strategy. Both CG34347 mutants cause severe ovarian defects. The most consistent defect is a multilayering of the interfollicular stalk. These defects are also observed when Notch, Hippo, Wingless and Hedgehog signalling pathways are overactive in ovaries suggesting that CG34347 participates in one of those pathways.

We have previously shown that the arcuate organization of cell fates within the ventral midbrain critically depends upon the morphogen, Sonic Hedgehog (SHH), which is secreted from a signaling center located along the ventral midline, called the floor plate (FP). Thus, it is ultimately the specification of the FP that is responsible for the patterning and specification of ventral midbrain cell fates. Interestingly, we have found that the chick midbrain FP can be divided into medial (MFP) and lateral (LFP) regions on the basis of gene expression, mode of induction and function. Overexpression of SHH alone is sufficient to recapitulate the entire pattern of ventral cell fates, although remarkably it cannot induce MFP, consistent with the observation that the MFP is refractory to any perturbations of HH signaling. In contrast, overexpression of the winged-helix transcription factor FOXA2/HNF3[beta]robustly induced the MFP fate throughout ventral midbrain while blocking its activity resulted in the absence of the MFP. Thus, by analyzing the differences between SHH and FOXA2 blockade and overexpression, we were able to attribute functions to each the LFP and the MFP. Notably, we observed that FOXA2 overexpression caused a bending of the midbrain neurepithelium that resembled the endogenous median hinge-point observed during neurulation. Additionally, FOXA2 misexpression led to a robust induction of DA progenitors and neurons that was never observed after SHH expression alone. In contrast, we found that all other ventral cell types required HH signaling directly, at a distance and early on in the development of the midbrain when its tissue size is relatively small. Additionally, HH blockade resulted in increased cell-scatter of the arcuate territories and in the disruption of the regional boundaries between the ventral midbrain and adjacent tissue. Thus, we bring new insight into the mechanism by which midbrain FP is specified and ascribe functional roles to its subregions. We propose that while the MFP regulates the production of dopaminergic progenitors and the changes in cellshape required for bending and shaping the neural tube, the LFP appears to be largely responsible for cell survival and the formation of a spatially coherent pattern of midbrain cell fates. / text

Με την εργασία έγινε μελέτη του σηματοδοτικού μονοπατιού Sonic Hedgehog σε 96 περιστατικά καρκίνου πνεύμονα με τη μέθοδο της ανοσοϊστοχημείας. Επίσης μελετήσαμε την πιθανή συμμετοχή του μεταγραφικού παράγοντα FoxM1 στο καρκίνωμα του πνεύμονα και την πιθανή συσχέτισή του με το μονπάτι του Hedgehog. Έγινε μελέτη της έκφρασης των μορίων Shh, Ptch1, Smo, Gli1, Gli2 και FoxM1. Τα αποτελέσματα αποκάλυψαν μια έντονη έκφραση των μορίων του μονοπατιού και αυξημένα ποσοστά ενεργοποίησής του. Επίσης βρέθηκε στατιστικά σημαντική συσχέτιση με τα πλακώδη καρκινώματα και με τα χαμηλού grade καρκινώματα. Ανάλογη σημαντική συσχέτιση βρέθηκε και με το φύλο,συχνότερα ενεργοποιημένο μονοπάτι στους άντρες. Ακόμα ανιχνεύτηκε μια συσχέτιση της έκφρασης του FoxM1 με το ενεργοποιημένο μονοπάτι. / The hedgehog (HH)-signaling pathway is implicated in developmental processes and its aberrant activation in adult tissues has been associated with malignancy. The aim of this study was to determine the expression pattern of HH-signaling molecules in lung carcinomas, as well as the involvement of the transcription factor FOXM1, that controls cell proliferation, in this process. Paraffin-embedded tissue sections of 96 lung cancer cases and adjacent non-neoplastic lung parenchyma were immunohistochemically analyzed with anti-SHH, anti-Patched1 (PTCH1), anti-Smoothened (SMO), anti-GLI1, anti-GLI2 and anti-FOXM1 antibodies. Correlations of HH molecules with clinicopathological parameters and FOXM1 expression were evaluated. All the HH-signaling molecules examined were overexpressed in lung cancer compared with the adjacent non-neoplastic lung parenchyma. HH pathway activity and expression of PTCH1 and SMO were significantly higher in squamous cell carcinomas compared to other histological types. Activation of HH pathway and PTCH1 expression were correlated with tumor grade being higher in low grade tumors. There was a significant correlation of lymph node metastases with expression of SMO in all histological types and with the gender higher in men. Overexpression of FOXM1 in lung cancer was also significantly correlated with PTCH1, SMO and GLI1 expression. In conclusion, HH-signaling pathway is activated in lung cancer and correlates with histological type, prognostic parameters of the tumors as well as with the increased expression of FOXM1.

Chez les animaux à vision binoculaire, la vision tridimensionnelle permet la perception de la profondeur grâce à l'intégration de l'information visuelle en provenance des deux yeux. La première étape de cette intégration est rendue possible anatomiquement par la ségrégation des axones controlatéraux et ipsilatéraux des cellules ganglionnaires de la rétine (CGR) au niveau du chiasma optique. Les axones controlatéraux croisent la ligne médiane au chiasma en route du nerf optique vers le cerveau. À l’inverse, les axones ipsilatéraux s'écartent du chiasma et continuent dans le tractus optique ipsilatéral, en évitant la ligne médiane vers leurs cibles cérébrales. Les mécanismes moléculaires à la base de ce phénomène ne sont pas complètement compris. Les études présentées dans cette thèse montrent que Boc, le récepteur de Sonic Hedgehog (Shh) dans le guidage axonal, est enrichi dans les CGRs ipsilatérales de la rétine en développement. La présence de Shh sur la ligne médiane, et le mode d'expression complémentaire du récepteur nous ont conduit à émettre l'hypothèse que Shh pourrait repousser les axones ipsilatéraux au niveau du chiasma en activant le récepteur Boc. Conformément à cette hypothèse, nous avons constaté que seulement les CGR exprimant Boc se rétractent in vitro en réponse à Shh et que cette réponse est perdue dans les CGR mutantes pour Boc. In vivo, nous démontrons que Boc est requis pour la ségrégation normale des axones ipsilatéraux au niveau du chiasma optique et, inversement, que l'expression ectopique de Boc dans les CGR contralatérales empêche leurs axones de traverser le chiasma optique. Dans l’ensemble, ces résultats suggèrent que Shh repousse les axones ipsilatéraux au niveau du chiasma optique par son récepteur Boc. Cette première partie de notre travail identifie un nouveau couple ligand-récepteur requis pour la ségrégation des axones au niveau du chiasma optique. Une interaction moléculaire impliquée dans cette ségrégation implique l’éphrine-B2 et ses récepteurs EphB (EphB1). Dans la deuxième partie de notre travail, nous montrons, in vivo, en utilisant des souris doubles et quadruples mutantes pour les récepteurs Boc, EphB1 ou les trois récepteurs EphB, que l’abrogation des deux voies de signalisation Shh et éphrine-B2 conduit à l'absence de projections ipsilatérales. Ceci indique que les deux signalisations agissent de façon indépendante dans des voies parallèles. De manière intéressante, ces souris mutantes ont été utilisées comme modèle génétique pour démontrer des défauts dans la perception de la profondeur de champs chez des animaux dépourvus de projections visuelles ipsilatérales. Ainsi, les travaux présentés dans cette thèse démontrent pour la première fois que la formation des projections rétiniennes ipsilatérales est essentielle à l’établissement de la vision binoculaire et dépend des voies induites par les récepteurs d’éphrine-B2 et Shh. / In animals with binocular vision, three dimensional vision allows perception of depth through the integration of visual information from both eyes. The first step of this integration is possible anatomically with the segregation of contralateral and ipsilateral axons at the optic chiasm. Contralateral axons cross the chiasm midline as they progress from the optic nerve to the optic tract. In contrast, ipsilateral axons deviate from the chiasm and continue in the ipsilateral optic tract. The molecular mechanism underlying this phenomenon is not completely understood. The studies presented in this thesis show that the Sonic Hedgehog (Shh) receptor Boc is enriched in ipsilateral RGCs of the developing retina. Together with the presence of Shh at the midline, this complementary expression pattern led us to hypothesize that Shh might repel ipsilateral RGC axons at the chiasm. Consistent with this hypothesis, we found that only Boc positive RGC axons retract in vitro in response to Shh and that this response is lost in Boc mutant RGCs. In vivo, we show that Boc is required for the normal segregation of ipsilateral axons at the optic chiasm and, conversely, that Boc expression in contralateral RGCs prevents their axons from crossing the optic chiasm. Taken together, these results suggest that Shh repels ipsilateral RGC axons at the optic chiasm via its receptor Boc. This first part of this thesis identifies a novel receptor required for the segregation of axons at the optic chiasm. The other couple ligand-receptor involved in this segregation is the Ephrin-B2/EphB signalling. In the second part of this thesis, I show that in vivo, the abrogation of both signalling pathways using quadruple knockout mice of the receptor Boc and three EphB receptors led to the absence of ipsilateral projections, indicating that Shh and ephrinB2 signalling act independently in two parallel pathways. More importantly, these animals, used as a new genetic model to perform visual tests, had a diminished ability to perceive depth. Thus, this thesis demonstrates for the first time that the establishment of ipsilateral retinal projections, essential for accurate binocular vision and perception of depth, is made possible by the combination of EphB and Shh signalling.

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The parathyroid hormone related protein (PTHrP) and Indian Hedgehog (IHH) are two secreted molecules, acting as paracrine factors during embryonic development and post-natal growth of endochondral bones. PTHrP and IHH are essential factors for the regulation of chondrocyte proliferation and differentiation. However, it has previously been shown that PTHrP and IHH are also expressed in the chick and mouse embryos intramembranous bones, which do not form through a cartilage intermediate and in which chondrocytes are absent. Similarly, the zebrafish orthologs, pthrp1 and ihha, are also expressed during the regeneration of the intramembranous bones of the fin rays of the zebrafish caudal fin. This surprising observation led us to further analyze the expression and function of pthrp1 and ihha in the regenerating fin rays. Gene expression analysis using in situ hybridization shows that pthrp1 is expressed in a stripe of cells located within the domain of expression of ihha in the newly differentiating osteoblasts in the regenerating fin rays. Also, pthrp1 expression is observed at the level of the joints between the bone segments forming the rays and co-localizes with the expression domain of evx1, a transcription factor that has been implicated in the formation of joints in the caudal fin. Furthermore, RT-PCR analyses show that pthrp2 and the pthrp receptors mRNA (pth1r, pth2r and pth3r) are also present in the fin regenerate. Finally, functional analysis shows that the knockdown of pthrp1 or ihha expression by electroporation of morpholinos induces a delay of the regenerative outgrowth of the fin. These results suggest that pthrp1 and ihha may be involved in the regulation of proliferation and differentiation of chondrocyte-like osteoblasts in the fin rays, playing a role similar to that described in the mammalian growth plate of endochondral bones. In addition, pthrp1 is possibly an important factor involved in the formation and maintenance of joints of the dermal bones of the fin rays.