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L’adénovirus a été étudié dans l’optique de développer de nouveaux traitements pour différentes maladies. Les vecteurs adénoviraux (AdV) sont des outils intéressants du fait qu’ils peuvent être produits en grandes quantités (1X1012 particules par millilitre) et de par leur capacité à infecter des cellules quiescentes ou en division rapide. Les AdVs ont subi bon nombre de modifications pour leur permettre de traiter des cellules tumorales ou pour transporter des séquences génétiques exogènes essentielles pour le traitement de maladies monogéniques. Toutefois, les faibles niveaux d’expression du récepteur primaire de l’adénovirus, le CAR (récepteur à l’adénovirus et au virus coxsackie), réduit grandement l’efficacité de transduction dans plusieurs tumeurs. De plus, certains tissus normaux comme les muscles n’expriment que très peu de CAR, rendant l’utilisation des AdVs moins significative. Pour pallier à cette limitation, plusieurs modifications ont été générées sur les capsides virales. L’objectif de ces modifications était d’augmenter l’affinité des AdVs pour des récepteurs cellulaires spécifiques surexprimés dans les tumeurs et qui seraient exempts dans les tissus sains avoisinant. On peut mentionner dans les approches étudiées: l’utilisation de ligands bispécifiques, l’incorporation de peptides dans différentes régions de la fibre ou la substitution par une fibre de sérotypes différents. Notre hypothèse était que les domaines d’interaction complémentaire (K-Coil et ECoil) permettraient aux ligands de s’associer aux particules virales et d’altérer le tropisme de l’AdV. Pour ce faire, nous avons inclus un domaine d’interaction synthétique, le K-Coil,dans différentes régions de la fibre virale en plus de générer des mutations spécifiques pour abolir le tropisme naturel. Pour permettre la liaison avec les récepteurs d’intérêt dont l’EGF-R, l’IGF-IR et le CEA6, nous avons fusionné le domaine d’interaction complémentaire, le E-Coil, soit dans les ligands des récepteurs ciblés dont l’EGF et l’IGF-I, soit sur un anticorps à un seul domaine reconnaissant la protéine membranaire CEA6, l’AFAI. Suite à la construction des différents ligands de même que des différentes fibres virales modifiées, nous avons determiné tout d’abord que les différents ligands de même que les virus modifiés pouvaient être produits et que les différentes composantes pouvaient interagir ensemble. Les productions virales ont été optimisées par l’utilisation d’un nouveau protocole utilisant l’iodixanol. Ensuite, nous avons démontré que l’association des ligands avec le virus arborant une fibre modifiée pouvait entraîner une augmentation de transduction de 2 à 21 fois dans différentes lignées cellulaires. À cause de la difficulté des adénovirus à infecter les fibres musculaires occasionnée par l’absence du CAR, nous avons cherché à savoir si le changement de tropisme pourrait accroître l’infectivité des AdVs. Nous avons démontré que l’association avec le ligand bispécifique IGF-E5 permettait d’accroître la transduction autant dans les myoblastes que dans les myotubes de souris. Nous avons finalement réussi à démontrer que notre système pouvait induire une augmentation de 1,6 fois de la transduction suite à l’infection des muscles de souriceaux MDX. Ces résultats nous amènent à la conclusion que le système est fonctionnel et qu’il pourrait être évalué dans des AdVs encodant pour différents gènes thérapeutiques. / Adenoviruses have been studied as a way to develop new treatments for different diseases. Adenoviral vectors (AdV) are considered interesting tools for this propose, because they can be produced at high titers (1X1012 particles per millilitre) in laboratory and they have the capacity to infect non-dividing and dividing cells. AdV have been often modified in order to obtain the ability to kill tumour cells or to deliver exogenous genetic sequences essential to treat monogenic disease. However, weak expression of the primary adenovirus receptor, the CAR (Coxsackie and adenovirus receptor) reduces greatly the transduction efficiency of AdV for the tumour cells. Moreover, some normal tissues express low amount of CAR, like the skeletal muscle, reducing the appeal of using AdV as a gene delivery vehicle for this tissue. To address this problematic, many modifications were done on the adenoviral capsid. The goal of these modifications were to generate an AdV able to target specific cellular receptors that were expressed in tumour cells but not in normal cells. Several approaches were done to modify the tropism of AdV, such as incubation with a bispecific ligands, incorporation of peptides within the adenoviral fiber structure or substitution of the viral fiber with a different serotype fiber. The hypothesis of my project was to determine if an interaction domain fused within a ligand could bind the complementary domain incorporated on a virus and change the tropism of the AdV. The first step was to include a synthetic interaction domain, the K-Coil, within specific region of the adenoviral fiber, as well as inserting two point mutations to abolish the natural tropism. To target the EGF-R, IGF-IR and the CEA6, we fused the complementary interaction domain, the E-Coil, to the respective ligand known as the EGF and the IGF-I or to a single domain antibody (known as AFAI) that bind specifically to CEA6. The specific interaction between the E-Coil and K-Coil was used to associate the ligand with the fiber in order to retarget the AdV toward the selected receptor. We showed that the different ligands as well as the modified fibers could be produced and that both E-Coil and K-Coil expressing partners could interact together. We optimized the viral production by using an iodixanol purification protocol. More importantly, we clearly demonstrated that the ligand association with the fiber could increase the transduction efficiency between 2 to 21 fold against various tumour cells. The difficulty of adenovirus to infect muscle cells because of the lack of CAR expression brought us to evaluate the potential of our retargeted AdV to increase the transduction for the tissue. We showed that the use of IGF-E5 could increase the transduction efficiency in myoblasts as wells as in myotubes. We finally demonstrated that our retargeting system could increase the transduction efficiency for skeletal muscle by 1,6 fold in new born MDX mice. In conclusion, our results show that the retargeting system is indeed functional. This system could be assessed using vectors that express therapeutic genes.

Le récepteur à l'IGF1 (IGF-1R) ainsi que ses voies de régulation sous-jacentes ont été largement étudié pour leur importance au cours du développement et leur rôle mitotique sur divers types cellulaires. A l'échelle de la peau, l'IGF-1R contribue à l'homéostasie épidermique et est souvent associé au compartiment basal pour son effet pro-prolifératif. Très peu d'études ont montré son implication au niveau de la différenciation épidermique et celles-ci présentent des résultats contradictoires. Au cours du vieillissement, la peau s'amincit et la barrière épidermique présente des défauts de perméabilité. Parallèlement, l'activité de l'IGF- 1R, maximale à l'adolescence, diminue avec l'âge. Cette étude a contribué à éclaircir le rôle de l'IGF-1R sur la différenciation épidermique et à montrer un lien entre vieillissement, perte en qualité de la peau et diminution d'activité de l'IGF-1R. L'élaboration de modèles 2D et 3D mimant le vieillissement par diminution d'activité de l'IGF-1R, nous a permis de confirmer le rôle mitotique de l'IGF-1R sur les kératinocytes et les progéniteurs et de démontrer son effet régulateur sur la différenciation épidermique par augmentation ou diminution de ces marqueurs. L'IGF-1R renforce l'adhésion cellulaire sur différentes matrices, impliquant de possibles interactions avec les intégrines α6 et β1. Ces résultats ont été corrélés aux observations de biopsies de peaux jeunes et âgées. Nous avons aussi montré que l'IGF-1R conférait un état sénescent aux cellules soumises à de fortes doses d'H2O2. Ces travaux montrent ainsi que l'IGF-1R est nécessaire pour le processus de différenciation épidermique et pour en assurer sa protection face au stress oxydant / Insulin-like growth factor 1 receptor (IGF-1R) and its signaling pathway have been widely studied for their growth promoting role on many cell types and their implication in development. On skin, the IGF-1R function has been associated to basal proliferation and contributes to epidermal morphogenesis, but very little is known about its involvement on keratinocytes differentiation and the few studies existing depict contradictory results. IGF-1R activity is maximal during teenage and tend to decrease during aging. Aged skin depicts major thinning and defects in permeability of skin barrier. Our work consisted in clarifying IGF-1R role on epidermal differentiation process and emphasized a correlation between aging, loss of skin quality and IGF-1R activity. By building 2D and 3D aging like models with low IGF-1R activity, we confirmed IGF-1R mitogenic role on both basal and progenitor-like keratinocytes. We demonstrated that IGF-1R activity regulated keratinocytes differentiation by either enhancing or slowing down differentiation markers deposition. More importantly, we highlighted the importance of IGF-1R activity for keratinocytes adhesion on both laminin-332 and collagen I/IV coatings, implying possible interactions with α6 and β1 integrins. This relationship was further correlated on skin biopsies of young and aged donors. In a parallel study, we showed that IGF-1R could induce cell senescence under acute H2O2 stress. Taken together, IGF-1R is necessary for the epidermal differentiation process and protects epidermis from acute oxidative stress induced damages

L’adénovirus a été étudié dans l’optique de développer de nouveaux traitements pour différentes maladies. Les vecteurs adénoviraux (AdV) sont des outils intéressants du fait qu’ils peuvent être produits en grandes quantités (1X1012 particules par millilitre) et de par leur capacité à infecter des cellules quiescentes ou en division rapide. Les AdVs ont subi bon nombre de modifications pour leur permettre de traiter des cellules tumorales ou pour transporter des séquences génétiques exogènes essentielles pour le traitement de maladies monogéniques. Toutefois, les faibles niveaux d’expression du récepteur primaire de l’adénovirus, le CAR (récepteur à l’adénovirus et au virus coxsackie), réduit grandement l’efficacité de transduction dans plusieurs tumeurs. De plus, certains tissus normaux comme les muscles n’expriment que très peu de CAR, rendant l’utilisation des AdVs moins significative. Pour pallier à cette limitation, plusieurs modifications ont été générées sur les capsides virales. L’objectif de ces modifications était d’augmenter l’affinité des AdVs pour des récepteurs cellulaires spécifiques surexprimés dans les tumeurs et qui seraient exempts dans les tissus sains avoisinant. On peut mentionner dans les approches étudiées: l’utilisation de ligands bispécifiques, l’incorporation de peptides dans différentes régions de la fibre ou la substitution par une fibre de sérotypes différents. Notre hypothèse était que les domaines d’interaction complémentaire (K-Coil et ECoil) permettraient aux ligands de s’associer aux particules virales et d’altérer le tropisme de l’AdV. Pour ce faire, nous avons inclus un domaine d’interaction synthétique, le K-Coil,dans différentes régions de la fibre virale en plus de générer des mutations spécifiques pour abolir le tropisme naturel. Pour permettre la liaison avec les récepteurs d’intérêt dont l’EGF-R, l’IGF-IR et le CEA6, nous avons fusionné le domaine d’interaction complémentaire, le E-Coil, soit dans les ligands des récepteurs ciblés dont l’EGF et l’IGF-I, soit sur un anticorps à un seul domaine reconnaissant la protéine membranaire CEA6, l’AFAI. Suite à la construction des différents ligands de même que des différentes fibres virales modifiées, nous avons determiné tout d’abord que les différents ligands de même que les virus modifiés pouvaient être produits et que les différentes composantes pouvaient interagir ensemble. Les productions virales ont été optimisées par l’utilisation d’un nouveau protocole utilisant l’iodixanol. Ensuite, nous avons démontré que l’association des ligands avec le virus arborant une fibre modifiée pouvait entraîner une augmentation de transduction de 2 à 21 fois dans différentes lignées cellulaires. À cause de la difficulté des adénovirus à infecter les fibres musculaires occasionnée par l’absence du CAR, nous avons cherché à savoir si le changement de tropisme pourrait accroître l’infectivité des AdVs. Nous avons démontré que l’association avec le ligand bispécifique IGF-E5 permettait d’accroître la transduction autant dans les myoblastes que dans les myotubes de souris. Nous avons finalement réussi à démontrer que notre système pouvait induire une augmentation de 1,6 fois de la transduction suite à l’infection des muscles de souriceaux MDX. Ces résultats nous amènent à la conclusion que le système est fonctionnel et qu’il pourrait être évalué dans des AdVs encodant pour différents gènes thérapeutiques. / Adenoviruses have been studied as a way to develop new treatments for different diseases. Adenoviral vectors (AdV) are considered interesting tools for this propose, because they can be produced at high titers (1X1012 particles per millilitre) in laboratory and they have the capacity to infect non-dividing and dividing cells. AdV have been often modified in order to obtain the ability to kill tumour cells or to deliver exogenous genetic sequences essential to treat monogenic disease. However, weak expression of the primary adenovirus receptor, the CAR (Coxsackie and adenovirus receptor) reduces greatly the transduction efficiency of AdV for the tumour cells. Moreover, some normal tissues express low amount of CAR, like the skeletal muscle, reducing the appeal of using AdV as a gene delivery vehicle for this tissue. To address this problematic, many modifications were done on the adenoviral capsid. The goal of these modifications were to generate an AdV able to target specific cellular receptors that were expressed in tumour cells but not in normal cells. Several approaches were done to modify the tropism of AdV, such as incubation with a bispecific ligands, incorporation of peptides within the adenoviral fiber structure or substitution of the viral fiber with a different serotype fiber. The hypothesis of my project was to determine if an interaction domain fused within a ligand could bind the complementary domain incorporated on a virus and change the tropism of the AdV. The first step was to include a synthetic interaction domain, the K-Coil, within specific region of the adenoviral fiber, as well as inserting two point mutations to abolish the natural tropism. To target the EGF-R, IGF-IR and the CEA6, we fused the complementary interaction domain, the E-Coil, to the respective ligand known as the EGF and the IGF-I or to a single domain antibody (known as AFAI) that bind specifically to CEA6. The specific interaction between the E-Coil and K-Coil was used to associate the ligand with the fiber in order to retarget the AdV toward the selected receptor. We showed that the different ligands as well as the modified fibers could be produced and that both E-Coil and K-Coil expressing partners could interact together. We optimized the viral production by using an iodixanol purification protocol. More importantly, we clearly demonstrated that the ligand association with the fiber could increase the transduction efficiency between 2 to 21 fold against various tumour cells. The difficulty of adenovirus to infect muscle cells because of the lack of CAR expression brought us to evaluate the potential of our retargeted AdV to increase the transduction for the tissue. We showed that the use of IGF-E5 could increase the transduction efficiency in myoblasts as wells as in myotubes. We finally demonstrated that our retargeting system could increase the transduction efficiency for skeletal muscle by 1,6 fold in new born MDX mice. In conclusion, our results show that the retargeting system is indeed functional. This system could be assessed using vectors that express therapeutic genes.

Responsable de 1,6 million de décès par an dans le monde, le cancer du poumon constitue aujourd’hui la première cause de mortalité par cancer. Les cancers bronchiques non-à-petites cellules représentent 85% des cancers du poumon et ont un pronostic vital très mauvais. Les EGFR-TKI (inhibiteurs de l’activité tyrosine kinase de l’EGFR, gefitinib) constituent un réel progrès thérapeutique pour le traitement des cancers du poumon. Cependant, ces traitements ne sont efficaces que dans un petit sous-groupe de patients. Un des enjeux actuels est donc d’identifier les mécanismes de résistance primaire mis en jeu par les tumeurs.Les récepteurs à activité tyrosine kinase (RTK) activent des voies de signalisation intracellulaires depuis la membrane plasmique. Ces dernières années, une translocation nucléaire des RTK a également été mise en évidence. Ces travaux récents suggèrent que la signalisation nucléaire des RTK pourrait contribuer à la résistance des tumeurs en réponse aux thérapies anti-cancéreuses.Dans l’équipe, il a été montré que l’activation de l’IGF-1R est associée à la progression tumorale des adénocarcinomes pulmonaires et que le gefitinib induit une accumulation nucléaire de l’IGF-1R dans un modèle d’adénocarcinome mucineux. Sur la base de ces résultats, nous avons émis l’hypothèse que l’IGF-1R nucléaire pourrait jouer un rôle dans la résistance aux EGFR-TKI des adénocarcinomes pulmonaires mucineux.Nos résultats indiquent que plus de 70% des adénocarcinomes pulmonaires présentent un marquage nucléaire de l’IGF-1R. A l’aide de différents modèles cellulaires résistants aux EGFR-TKI, nous montrons que le gefitinib induit l’accumulation nucléaire de l’IGF-1R dans les adénocarcinomes pulmonaires mucineux. Cette translocation nucléaire implique l’endocytose clathrines-dépendante de l’IGF-1R et la formation d’un complexe entre l’IGF-1R, l’importine β1 et la pro-amphiréguline. La neutralisation de l’amphiréguline prévient le transport nucléaire de l’IGF-1R et resensibilise les cellules à l’apoptose induite par le gefitinib in vitro et in vivo. L’ensemble de ces résultats identifient le trafic intracellulaire de l’IGF-1R comme un nouveau composant de la réponse aux EGFR-TKI et suggèrent que la signalisation nucléaire IGF-1R/Areg contribue à la progression des adénocarcinomes mucineux sous EGFR-TKI. / Responsible of 1.6 million deaths each year worldwide, lung cancer is today the leading cause of cancer mortality in the world. Non-small-cell lung cancers account for about 85% of lung cancer and have a very bad prognosis (5-year survival rate inferior to 10%). EGFR-TKI (EGFR tyrosine kinase inhibitors, gefitinib) are a real medical advance for lung cancers treatment. However, these treatments are efficient in a small subgroup of patients. So, one of the current issues is to identify primary resistance mechanisms involved in tumors.Tyrosine kinase receptors (RTK) activate intracellular signaling pathways from the plasma membrane. These last years, a nuclear translocation of the RTK was shown. Recent works suggest that RTK nuclear signaling could contribute to tumors resistance in response to anti-cancerous therapies.In our team, it was shown that activation of IGF-1R signaling is associated with lung adenocarcinoma progression and that gefitinib induces IGF-1R nuclear accumulation in a mucinous adenocarcinoma cell line. On the basis of these results, we hypothesize that nuclear IGF-1R could play a role in the resistance of mucinous lung adenocarcinoma to EGFR-TKI.Our results indicate that more than 70% lung adenocarcinoma tumors present a positive IGF-1R nuclear staining. Thanks to EGFR-TKI-resistant cell lines, we show that gefitinib induces the nuclear accumulation of IGF-1R in mucinous adenocarcinoma. This nuclear translocation involves clathrin-mediated endocytosis and a complex between IGF-1R, importin β1 and pro-amphiregulin. Amphiregulin silencing prevents IGF-1R nuclear translocation in response to gefitinib and restores gefitinib-induced apoptosis in vitro and in vivo. Our whole results identify that IGF-1R intracellular trafficking is a new component of response to EGFR-TKI and strongly suggest that a nuclear IGF-1R/amphiregulin signaling contributes to mucinous lung adenocarcinoma progression in response to EGFR-TKI.

Le cancer du sein est un problème majeur de santé publique qui touche 1 femme sur 5. Quatre-vingt percent des cancers sont hormono-dépendants et son traités par hormonothérapies qui cible les oestrogènes ou le récepteur des oestrogènes (ERa) et inhibent leurs effets tumorigènes. En parallèle de la voie génomique des oestrogènes, il existe une voie non génomique dans laquelle ERa recrute Src et PI3K à la membrane, et active des cacades de phosphorylation comme Akt, qui aboutit à la survie et la prolifération des cellules cancéreuses. Notre équipe a montré que la méthylation de l’arginine 260 par les oestrogènes, est un prérequis à la formation du complexe non génomique régulant la prolifération cellulaire. En 2012, l’équipe a montré que la signalisation non génomique des oestrogènes est activée dans les tumeurs mammaires agressives, représentant de nouvelles cibles thérapeutiques. Le crosstalk entre les oestrogènes et les facteurs de croissance impliquant des phosphorylations a été largement décrit. C’est pourquoi nous avons cherché si la méthylation d’ERa sur l’arginine 260 pouvait être impliquée dans ce crosstalk. Parmi plusieurs facteurs de croissance, nous avons mis en évidence que IGF-1 était le seul facteur capable d’induire la méthylation d’ERa de façon oestrogéno-indépendante. En effet, comme pour les oestrogènes, IGF-1 induit une méthylation rapide et transitoire par l’arginine méthyltransférase 1 (PRMT1), et la formation du complexe ERa/Src/PI3K. En utilisant plusieurs approches, nous avons obtenu des résultats intéressants, montrant que PRMT1 probablement via la méthylation d’ERa, joue un rôle crucial dans la signalisation d’IGF-1. D’autre part, nous avons montré qu’IGF1 phosphoryle ERa au niveau de son domaine de liaison à l’ADN, modulant l’interaction son interaction avec IGF-1R. De plus, l’analyse d’une cohorte de 440 tumeurs mammaires a mis en évidence que l’expression d’IGF-1 est corrélée à l’activation de la voie non-génomique des oestrogènes, renforçant les résultats obtenus in vitro et ouvrant de nouvelles perspectives thérapeutiques qui cibleraient les 2 voies de signalisation / Breast cancer is a major health problem currently affecting 1 out of 5 women. Seventy percent of breast cancers are hormone-dependent, and are treated by hormonal therapies targeting estrogen receptor and consequently the inhibition of its pro-tumorigenic effects. In parallel to the genomic estrogen signaling, non-genomic signaling has been described, where ERa recruits Src kinase and PI3K at the plasma membrane and thus activates downstream phosphorylation cascades like AKT, which in turn leads to survival and proliferation of cancer cells. Our team has found that estrogen-induced methylation of arginine 260 of ERa is a prerequisite for the formation of this non-genomic complex, regulating cell proliferation. In 2012, we have shown that this pathway is activated in aggressive breast tumors representing a new potential target for breast cancer therapy. Crosstalk between estrogen and growth factors signaling involving phosphorylation has been largely described. For this reason, we investigated if ERa R260 methylation could be involved in this crosstalk. Among several growth factors, we found that IGF-1 was the only one able to induce methylation of ERa in an estrogen-independent manner. Similarly to estrogen, IGF-1 induces a rapid and transient methylation of ERa by the Protein Arginine Methyltransferase (PRMT1) concomitant with the formation of ERa/Src/PI3K complex. Using several approaches, we found significant results showing that PRMT1 probably via ERa methylation plays a crucial role in IGF-1 signaling. Interestingly, we have recently found also that receptor tyrosine kinase IGF-1R phosphorylates the DNA binding domain (DBD) of ERa that could modulate the latter downstream signaling. In line with these results, we found on TMAs of a cohort of 440 breast tumors that IGF-1 expression is correlated with ERa non-genomic signaling. These results report new insight into estrogen and IGF-1 interference, which open new perspectives of combining therapies targeting the two pathways

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden zentrale Aspekte der Schilddrüsenphysiologie am Beispiel von Iod, TSHR und IGF-IR untersucht. Der Pathologie der Schilddrüsenautonomie liegen konstitutiv aktivierende Mutationen des TSHR zugrunde. Die Prävalenz der Schilddrüsenautonomie ist in Iod armen Regionen deutlich erhöht. Als Ursache für Mutationen im TSHR wird vermehrter oxidativer Stress unter Iodmangel angenommen (Krohn et al. 2007; Maier et al. 2007). Die genauen molekularen Mechanismen konnten bisher noch nicht hinreichend aufgeklärt werden. In diesem Zusammenhang interessierte uns inwiefern eine ausreichende Iodversorgung die Entwicklung bereits autonomer Zellen beeinflussen kann. Das verwendete in vitro Modell der Schilddrüsenautonomie mit konstitutiv aktivierenden Mutationen im TSHR wurde bereits in früheren Arbeiten charakterisiert (Führer et al. 2003). Mit Hilfe von Microarray Untersuchungen und Funktionsanalysen, konnten wir deutliche Genregulationen durch Iod an Hand von normalen und autonomen Thyreozyten erkennen. Besonders auffällig war die differentielle Regulation von Genen, die z.B. in der Proliferation, dem Zellzyklus und metabolischen Prozessen involviert sind. Wesentlich ist, dass trotz einer konstitutiven Aktivierung des TSHR Iod dennoch die Proliferation und Funktion einer frühzeitigen Schilddrüsenautonomie herabsetzt. Die physiologische Rolle des IGF-IR in der Schilddrüsenphysiologie in vivo wurde noch nicht systematisch erforscht. Um die Rolle des IGF-IR in der Schilddrüse im Hinblick auf deren Entwicklung und Metabolismus näher zu untersuchen, wurde ein Mausmodell generiert bei dem der IGF-IR schilddrüsenspezifisch über eine durch den TG Promoter regulierte Cre Rekombinase (Igf1rTgCre) ausgeschaltet wurde. Ziel war es nun zu untersuchen, welche Folgen ein thyreoidaler Igf1r Knockout auf die Funktion, Morphologie und Entwicklung der murinen Schilddrüse und metabolischer Parameter hat. Dieser Knockout zeigte in den Mäusen keine Veränderungen des Schilddrüsengewichtes und der Serum T3 Werte, wobei das Serum T4 nach 8 Wochen leicht absank, nach 4 Monaten aber wieder Normalwerte zeigte. Allerdings waren die Serum TSH Werte bis zu 9fach erhöht. Die Histologie der Igf1r-/- Mäuse zeigten mit einer Rate von 86% papilläre Schilddrüsenhyperplasien sowie eine starke Heterogenität der Follikelstruktur, die auch bei den Igf1r-/- Mäuse zu finden war. Die molekulare Kompensation des Igf1r Knockouts in der Schilddrüse besonders durch TSH konnte durch unsere Untersuchungen nicht hinreichend geklärt werden. Die Daten aus unseren Ergebnissen und eines reversen Mausmodells (Überexpression des IGF-IR und IGF-I) (Clement et al. 2001) weisen daraufhin, dass das IGF-IR Signal weniger essentiell für die Schilddrüsenhormonsynthese ist als für das Aufrechterhalten einer Homöostase und normaler Schilddrüsenmorphogenese.

Le myélome multiple (MM) est caractérisé par une accumulation de plasmocytes tumoraux dans la moelle osseuse. Les cellules de MM (MMC) présentent de nombreuses anomalies cytogénétiques qui ne sont pas suffisantes pour induire la survie et la croissance de ces cellules qui sont dépendantes de l'environnement médullaire. Ce microenvironnement expriment des molécules d'adhésion et synthétisent des cytokines indispensables à la croissance du clone myélomateux. Dix principales familles de facteurs de croissance sont identifiées dans le MM (MGF) mais leur rôle respectif dans cette pathologie n'est pas établi. Ces facteurs de croissance sont produits soit par l'environnement tumoral ou soit par les cellules elle-même. La multiplicité de ces facteurs de croissance rend difficile la compréhension de la biologie du MM et l'émergence du clone tumoral in vivo. L'étude sur la coopération des 5 MGF les plus documentés nous a permis d'identifier l'IGF-1 comme un facteur de croissance majeur du MM : un inhibiteur d'IGF-1R bloque la croissance de 7/8 lignées de MM (HMCL) et la boucle autocrine de l'IGF-1 essentielle à l'activité de croissance de l'IL-6, d'HB-EGF et d'HGF. De plus, nous avons identifié que la présence d'IGF-1R (présent dans 44% des MMC) était un facteur de mauvais pronostic. L'IL-6 qui est le deuxième MGF majeur induit la croissance de 7/8 lignées. L'IL-6R, exprimé dans toutes les MMC, est aussi un facteur de mauvais pronostic quand il a une fortement exprimé dans les MMC de patients. Par la suite, nous avons étudié l'effet de l'insuline, cytokine de forte homologie avec l'IGF-1. Nous avons montré que l'insuline avait le même effet que l'IGF-1. Son activité nécessite l'activation d'IGF-1R qui est transduit par la présence du récepteur hétérodimère IGF-1R/INSR (hybrid-R) à la surface des MMC. L'insuline ne pouvant pas activer l'homodimère IGF-1R à des concentrations physiologiques, ce qui montre que l'hybrid-R confère à l'insuline la capacité à activer l'IGF-1R donc de devenir un MGF. Un inhibiteur ciblant l'IGF-1R mais également l'Hybrid-R en association avec un anti-IL-6 semblerait donc être un traitement prometteur dans la pathologie du MM pour les 44% des patients exprimant l'IGF-1R.

Dysregulation of protein activity, caused by alterations in protein sequence, expression, or localization, is associated with numerous diseases. In order to control the activity of harmful protein entities, affinity ligands such as proteins, oligonucleotides or small molecules can be engineered to specifically interact with them to modulate their function. In this thesis, non-immunoglobulin based affinity proteins known as affibody molecules are used to functionally inhibit proteins important for signaling through pathways that are overactive in different cancers.   In Paper I and Paper II, affibody molecules with high affinity for the receptor tyrosine kinases HER2 or EGFR are expressed in the secretory compartments of model cancer cell lines SKOV3 or A431 using a retrovirus-based gene delivery system. Equipping the affinity proteins with an ER retention tag, the affibody molecules together with their target protein are retained in the secretory compartments as shown by confocal fluorescence imaging. Flow cytometric analysis showed a 60 % or 80 % downregulation of surface located HER2 or EGFR in these cell lines, respectively. A significant decreased in proliferation rate of the cells was also observed, which for EGFR retention could be correlated with inhibition of phosphorylation in the kinase domain. In Paper III, novel affibody molecules interacting with the hormone binding site of the insulin growth factor-1 receptor were generated. One variant had high (1.2 nM) affinity for the receptor and could be used for immunofluorescence analysis and for receptor pull-out from cell lysates. Addition of this affibody molecule to MCF-7 cells had a dose dependent growth inhibitory effect on the cells. In Paper IV, novel affibody molecules against the intracellular oncoproteins H-Ras and Raf-1 were selected and characterized, and they proved to be specific for their target proteins. Mapping experiments showed that the affibody molecules selected against H-Ras interacted at over-lapping epitopes not affecting the interaction between Ras and Raf. In contrast, the predominant variant isolated during selection against Raf-1 could completely inhibit the Ras/Raf interaction in a real-time biospecific interaction analysis.   Taken together, the affibody molecules presented here and the strategies by which they are used to interfere with cancer related proteins and pathways may be valuable tools for further investigation of these systems and may possibly also be used to generate molecules suitable for cancer therapy. / QC 20100818

Affibody molecules are small (7 kDa) affinity proteins of non-immunoglobulin origin that have been generated to specifically interact with a large number of clinically important molecular targets. In this thesis, Affibody molecules have been employed as tracers for radionuclide molecular imaging of HER2- and IGF-1R-expressing tumors, paper I-IV, and for surface knock-down of EGFR, paper V. In paper I, a tag with the amino acid sequence HEHEHE was fused to the N-terminus of a HER2-specific Affibody molecule, (ZHER2), and was shown to enable facile IMAC purification and efficient tri-carbonyl 99mTc-labeling. In vivo evaluation of radioactivity uptake in different organs showed an improved biodistribution, including a 10-fold lower radioactivity uptake in liver, compared to the same construct with a H6-tag. In paper II, it was further shown that an N-terminally placed HEHEHE-tag on ZHER2 provided lower unspecific uptake of radioactivity in liver compared to its H6-tagged counterpart even when radiolabeling was at the C-terminus using alternative chemistries to attach 99mTc, 111In or 125I. In paper III, the H6-tag’s composition and position was varied with regards to charge, hydrophobicity and its C- or N-terminal placement on ZHER2. Among the ten variants investigated, it was found that an N-terminal HEHEHE-tag provided the most favorable overall biodistribution profile and that introduction of hydrophobic and positively charged amino acids provoked liver uptake of radioactivity. In paper IV, the HEHEHE-tag was shown to enable IMAC purification and tri-carbonyl 99mTc-labeling of an IGF-1R-specific Affibody molecule and improved its overall biodistribution when compared to the same construct with a H6-tag. In paper V, the aim was to develop an intracellular receptor-entrapment system to reduce the surface levels of EGFR. An EGFR-specific Affibody molecule was expressed as a fusion to different mutants of an intracellular transport protein in SKOV-3 cells, resulting in a collection of cell lines with 50%, 60%, 80% and 96% reduced surface level of EGFR. Analysis of the proliferation rate of these cell lines showed that a modest reduction (15%) in proliferation occurs between 60% and 80% reduction of the surface level of EGFR. / <p>QC 20130129</p>