Le but des travaux est de caractériser l’influence de la signalisation VEGF, en particulier la signalisation autocrine VEGF, sur la biologie et la sensibilité/résistance aux médicaments anticancéreux de cellules de cancer colorectal. Nous avons souhaité caractériser l’impact de la signalisation autocrine VEGF dans des modèles de CRC avec une résistance naturelle au bevacizumab, un anticorps anti-VEGF. Bien que ce composé soit actif dans le CRC, une sous population de patients ne répondent pas au traitement. Nos résultats montrent une sur régulation de la voie autocrine HIF-VEGF-VEGFR en réponse à une exposition prolongée au bevacizumab dans les cellules bevacizumab résistantes. Si la résistance à cet anticorps est bien établie, d’autres inhibiteur de la voie VEGF restent actifs (comme la petite molécule ciblée nintedanib) et peuvent inhiber la voie mTOR. La signalisation VEGF autocrine joue un rôle dans la survie de cellules de CRC. Chez les sujets résistants au bevacizumab, il serait intéressant d’introduire le nintedanib seul ou en combinaison pour accentuer l’inhibition angiogénique. Une autre combinaison d’agents (anti VEGF(R) et anti EGFR) a montré une efficacité dans des modèles de CRC en préclinique. La combinaison du bevacizumab et d’une petite molécule ciblant EGFR (erlotinib) a montré une plus grande efficacité que le bevacizumab seul dans des modèles de CRC indépendamment du statut KRAS. Le bevacizumab induit une activation de la voie de survie EGFR dans les cellules tumorales et dans les cellules endothéliales associées à la tumeur. Cette activation se trouve diminuée avec l’introduction de l’erlotinib. Les résultats indiquent que la combinaison du bevacizumab et de l’erlotinib sont plus actif en thérapie de maintenance que le bevacizumab seul, même pour les patients mutés KRAS. Ces résultats ont mené à l’étude clinique positive GERCOR phase III DREAM dans le cancer du côlon métastatique. / The aim of the work is to characterize the influence of VEGF signaling , especially autocrine VEGF signaling , the biology and susceptibility / resistance to anticancer drugs of colorectal cancer cells. We wished to characterize the impact of the autocrine VEGF signaling in CRC models with natural resistance to bevacizumab , an anti -VEGF antibody. Although this compound is active in the CRC, a subpopulation of patients do not respond to treatment. Our results show an autocrine regulatory pathway HIF- VEGF- VEGFR in response to prolonged exposure to bevacizumab in bevacizumab resistant cells. If the resistance to the antibody is established, other inhibitos of VEGF pathway remain active (such as small molecule nintedanib ) and can inhibit the mTOR pathway. Autocrine VEGF signaling plays a role in CRC cell survival. In subjects resistant to bevacizumab, it would be interesting to introduce the nintedanib alone or in combination to enhance the angiogenic inhibition. Another combination of targeted agents ( anti-VEGF (R) and anti EGFR) has shown efficacy in preclinical models of CRC. The combination of bevacizumab and a small molecule targeting EGFR (erlotinib) showed greater efficacy than bevacizumab alone in CRC models regardless of KRAS status. Bevacizumab induces activation of the EGFR survival pathway in tumor cells and in endothelial cells associated with the tumor. This activation is decreased with the introduction of erlotinib. The results indicate that the combination of bevacizumab and erlotinib are more active in maintenance therapy than bevacizumab alone, even for patients mutated KRAS . These findings led to the positive Phase III clinical study GERCOR DREAM in metastatic colon cancer.

Le cancer de la prostate est le plus fréquent chez l’homme et se place au 3ème rang des décès par cancer. Les formes métastatiques sont traitées par une castration centrale à base d’agonistes ou d’antagonistes de la LH-RH avec une efficacité limitée, puis avec une chimiothérapie à base de taxanes, ou une hormonothérapies de deuxième génération (abiratérone et enzalutamide) avec une espérance de vie qui ne dépasse pas 36 mois en phase de résistance à la castration. Dans le but d’identifier de nouvelles alternatives, de nombreuses classes thérapeutiques ont été testées, en particulier les inhibiteurs de kinases (IK) avec des résultats décevants. Or, de plus en plus d’IK arrivent sur le marché et il n’existe toujours pas de rationnel préclinique fort pour choisir les molécules à tester dans les futurs essais. Notre travail de Thèse vise à identifier des marqueurs prédictifs de la réponse aux IK dans des modèles de cancer de prostate pour orienter ce choix. Il repose sur une approche in silico utilisant les banques de données du panel des 60 lignées cancéreuses du NCI pour rechercher des corrélations entre l’expression de 92 gènes caractéristiques de la résistance à la castration et la sensibilité aux IK testés dans ce panel. Nous avons mis en évidence une signature de 20 gènes dont l’expression était corrélée à la réponse au vémurafénib et au sélumétinib ciblant respectivement RAF et MEK. Nous avons validé ces corrélations au niveau fonctionnel pour 11 d’entre eux dans les lignées DU145, 22RV1 et LNCaP, leur répression modulant la sensibilité des cellules à ces inhibiteurs. En particulier, la répression du gène ETV1, remanié dans 10% des cancers de prostate, confère une hypersensibilité au vémurafénib et au sélumétinib. En absence de traitement, la répression d’ETV1 induit un blocage en phase G2/M du cycle cellulaire qui est accompagné d’une diminution de la phosphorylation des kinases p38 (et d’une de ses cibles, HSP27) et AKT. En revanche, elle n’entraîne aucune altération de la voie des MAPK, suggérant que le phénotype d’hypersensibilité serait liée à un défaut d’autres voies de signalisation, notamment à une augmentation de l’apoptose que l’on observe dans les cellules 22RV1 traitées au vémurafénib. Parmi les gènes dont l’expression est régulée par ETV1 (identifiés par une approche in silico croisant des données de microarray, de Chip-Seq, et de corrélation dans le panel), nous avons recherché ceux qui pouvaient jouer un rôle dans l’hypersensibilité au vémurafénib des lignées où ETV1 est réprimé. Plusieurs candidats ont été identifiés notamment les gènes de la famille DUSP régulant la phosphorylation de p38. Ces gènes sont en cours de validation. Un volet plus « translationnel » de notre travail a consisté à évaluer, sur la base de nos résultats, des combinaisons de drogues entre inhibiteurs de kinase et inhibiteurs d’ETV1 (YK-279 et BRD32048) ou enzalutamide. Contrairement à nos attentes, aucune sensibilisation au vémurafénib n’a été observée en présence des inhibiteurs d’ETV1. En revanche le vémurafénib potentialise la réponse des cellules LNCaP à l’enzalutamide alors que cette association est antagoniste dans les cellules 22RV1, soulignant l’importance du contexte génétique pour l’utilisation de cette association (lignée 22RV1 : BRAF muté, expression du variant AR-V7, PTEN sauvage ; lignée LNCaP : PTEN muté).Notre travail a donc permis d’identifier une signature de réponse au vémurafénib pour prédire une réponse à cet IK actuellement en essai clinique dans les tumeurs de prostate BRAF mutées. Il a également permis pour la première fois d’établir le rôle fonctionnel d’ETV1 dans la réponse cellulaire au vémurafénib, données qui peuvent être transposées à d’autres types tumoraux où les inhibiteurs de RAF sont utilisés en routine clinique. / Prostate cancer is the most frequent in men and is the third leading cause of death by cancer. Metastatic form of the disease is treated by central castration using LH-RH agonist or antagonists with a limited efficacy, followed by taxane-based chemotherapy or second generation hormone therapies such as abiraterone acetate or enzalutamide. However, overall survival never exceeds 36 months when tumors become resistant to castration. In the search for new alternatives, numerous anticancer drugs from different classes have been tried, in particular kinase inhibitors (KI) but with desapointing results. Yet, increasing number of KI are being approved and there is still no strong preclinical rational to decide which molecule to test in further clinical trials. Our thesis was intended to identify predictive markers to the response to KI in prostate cancer cell models to orient this choice. It relies on an in silico approach based on the use of the NCI60 cell line panel to search for correlations between the expression of 92 genes that are characteristics of castration resistance and the sensitivity to KI that have been tested in the panel. We identified a 20 genes’ signature the expression of which is correlated to the sensitivity to vemurafenib and selumetinib targeting respectively RAF and MEK. We validated these correlations at the functional level for 11 of them in DU145, 22RV1 and LNCaP cell lines, their repression leading to altered sensitivity to these two inhibitors. In particular, repression of the ETV1 transcription factor that is rearranged in 10% of prostate tumors, sensitized cells to vemurafenib and selumetinib. In the absence of drug, ETV1 repression induced a G2/M blockage that was accompanied by a reduced phosphorylation of p38 (and its downstream substrate HSP27) and AKT kinases. Conversely, it did not altered the MAPK pathway, suggesting that hypersensitivity to vemurafenib and selumetinib could be linked to a deregulation of other signaling pathways, in particular to increased apoptosis that was observed in ETV1-repressed 22RV1 cells following treatment with vemurafenib. Among the genes that are regulated by ETV1 (that were identified by an in silico approach using microarray, Chip-Seq and correlations from the NCI60 panel), we identified several candidates that could be involved in the sensitization to vemurafenib when ETV1 is repressed, including genes from the DUSP family that are known to regulate p38 phosphorylation. These genes are currently being validated. A translational part of our thesis was to evaluate drug combinations between kinase inhibitors and either ETV1 inhibitors (YK-279 et BRD32048) or enzalutamide. Unexpectedly, we did not observed a sensitization of prostate cancer cells to vemurafenib by ETV1 inhibitors. Interestingly, we found that vemurafenib could potentiate enzalutamide cytotoxicty in LNCaP cells whereas this association had antagonistic effects in 22RV1 cells, pointing towards the importance of the genetic background to use such associations (BRAF mutated, AR-V7 expression and wild-type PTEN for 22RV1 ; mutated PTEN for LNCaP)Our thesis work has allowed the identification of a predictive signature of response to vemurafenib that is currently tested in BRAF mutated prostate tumors. It also allowed to establish for the first time a functional role of ETV1 in cell response to vemurafenib. These data could potentially being transposed to other cancer types where BRAF inhibitors are routinely used in the clinic.

Les cellules communiquent avec leur environnement par l’intermédiaire d’un réseau de transduction du signal, leur permettant d’interpréter des signaux physico-chimiques et de produire des réponses appropriées. Ce mécanisme est orchestré par des cascades de signalisation, qui jouent le rôle d’émetteurs intracellulaires en transférant des stimuli biochimiques entre la membrane et le noyau. Il a été montré qu’une perturbation peut se propager en amont (et pas seulement en aval) d’une cascade par un phénomène appelé rétroactivité. Notre étude vise à comparer les conditions biochimiques qui favorisent un et/ou l’autre sens de signalisation dans des cascades linéaires. Au moyen d’approches analytiques et numériques, nous avons caractérisé les différents régimes de signalisation résultants, que nous avons résumés avec une représentation graphique compacte. Nous avons également développé le concept de profil d’activation d’une voie de signalisation qui est, pour un stimulus donné, la séquence des protéines activées à chaque niveau de la cascade à l’état stationnaire. Ces séquences correspondent à des morceaux d’orbites d’un système dynamique discret bidimensionnel. A partir de l’étude des portraits de phase, en fonction des paramètres biochimiques, nous avons étudié les propriétés de contraction/expansion autour des points fixes et de leurs bifurcations. Nous avons classifié les niveaux de cascade en trois types et examiné leur impact biologique au sein d’un réseau de signalisation. Cette méthode a également fourni une vision globale de l’interaction entre la signalisation en avant et rétroactive, et de l’amplification du signal le long du profil d’activation de la cascade / Living cells communicate with their external environment, by means of a signal transduction network, which allows them to interpret physico-chemical signals and produce appropriate responses. This complex machinery is orchestrated by signaling cascades, which play the role of intracellular transmitters, by transferring biochemical stimuli between cellular membrane and nucleus. It has been shown that a perturbation can propagate upstream (and not only downstream) a cascade, through a phenomenon called retroactivity. Our investigation aims to compare the biochemical conditions promoting one and/or the other direction of signaling in linear cascades. By means of analytical and numerical approaches, we have answered to this question, by characterizing the arising different signaling regimes, and we have designed a compact graphical representation to relay the gist of such conditions. We have also developed the concept of pathway activation profile which is, for a given stimulus, the sequence of activated proteins at each tier of the cascade, at steady state. Such sequences correspond to pieces of orbits of a two-dimensional discrete dynamical system. From the study of the possible phase portraits, as a function of the biochemical parameters, we focused on the contraction/expansion properties around the fixed points of this discrete map, and their bifurcations. We have deduced a classification of the cascade tiers into three main types, whose biological impact within a signaling network has been examined. This method also provided global insights about the interplay between forward and retroactive signaling, and how signal is amplified along the cascade activation profile

Le cancer de l’ovaire (COv) est le cancer gynécologique le plus létal chez la femme et les traitements existants, chirurgie et chimiothérapie, ont peu évolué au cours des dernières décennies. Nous proposons que la compréhension des différents destins cellulaires tels que la sénescence que peuvent choisir les cellules du cancer de l’ovaire en réponse à la chimiothérapie pourrait conduire à de nouvelles opportunités thérapeutiques. La sénescence cellulaire a été largement associée à l’activité de la protéine TP53, qui est mutée dans plus de 90% des cas de cancer de l’ovaire séreux de haut grade (COv-SHG), la forme la plus commune de la maladie. Dans nos travaux, à partir d’échantillons dérivés de patientes, nous montrons que les cultures primaires du cancer de l’ovaire séreux de haut grade exposées au stress ou à des drogues utilisées en chimiothérapie entrent en senescence grâce à l’activité d’un isoforme du gène CDKN2A (p16INK4A). Dans ces cellules, nous avons évalué les caractéristiques fondamentales de la sénescence cellulaire tels que les altérations morphologiques, l’activité béta galactosidase associée à la sénescence, les dommages à l’ADN, l’arrêt du cycle cellulaire et le phénotype sécrétoire associé à la sénescence. En utilisant des micromatrices tissulaires construites à partir d’échantillons humains de COv-SHG pré- et post-chimiothérapie, accompagnées de leurs données cliniques, nous avons quantifié des marqueurs de sénescence incluant une diminution de la prolifération cellulaire quelques semaines après chimiothérapie. De façon intéressante, l’expression de p16INK4A dans les échantillons de COv-SHG prétraitement corrèle avec une survie prolongée des patientes suite au traitement. Ceci suggère ainsi pour la première fois un impact biologique bénéfique pour la présence de cellules cancéreuses qui sont capable d’activer la sénescence, particulièrement pour le traitement du cancer de l’ovaire. Dans le but de complémenter les thérapies actuelles avec des approches de manipulation pharmacologique de la sénescence, nos résultats suggèrent qu’il serait important de déterminer l’impact positif ou négatif de la sénescence induite par la thérapie sur la progression de la maladie et la survie, pour chaque type de cancer de façon indépendante. / Human ovarian cancer (OvCa) is the deadliest gynecologic malignancy and existing surgical/chemotherapeutic treatment options have been relatively static for decades. We propose that understanding OvCa cell fate decisions taken in response to chemotherapy could guide new therapeutic opportunities. Damage-induced cellular senescence is often associated with TP53 activity, which is heavily mutated in high grade serous (HGS) OvCa (>90%), the most common form of this disease. Here, using patient derived tissues, we show that primary HGS-OvCa cultures predominantly trigger CDKN2A- associated (p16INK4A isoform) senescence following exposure to stress or chemotherapy. Key senescence hallmarks including altered morphology, senescence-associated-Betagalactosidase, DNA damage, cell cycle arrest and the senescence-associated secretory phenotype were evaluated and detected in damaged cells. Using tissue microarrays built from pre- and post-treatment human HGS-OvC tissue samples with accompanying clinical data, we quantified post-treatment hallmarks of senescence including reduced cell proliferation weeks after chemotherapy. Importantly, p16INK4A expression in pretreatment HGS-OvC samples correlated with increased patients survival, suggesting for the first time that senescence-competence in human cancer cells may have a beneficial impact on treatment outcomes for patients. In order to guide the potential improvement of existing human therapies via pharmacological senescence manipulation, our results suggests that it is important to determine for many types of human cancer whether treatment-induced senescence positively or negatively impacts disease progression and patient survival.

Ce manuscrit de thèse concerne le développement d'une stratégie de synthèse multi-étapes de nouveaux composés comportant plusieurs plateformes hétérocycliques (rhodanine, benzimidazole, pyrazole et imidazole) à visée thérapeutique multiple contre la malaria, la leishmaniose, le cancer et les maladies neurodégénératives. Les pharmacomodulations de ces composés ont été élaborées sur la base du modèle de la pentamidine 35 comportant 2 motifs benzamidines (parties « Ouest » et « Est »). En effet, la substitution de sa partie « Ouest » par une plateforme rhodanine ou benzimidazole et de sa partie « Est » par un système aromatique plan ou système azole (pyrazole, imidazole) a permis d’accéder respectivement aux 5-arylidènes rhodanines (50, 58), aux dérivés ''aza'' (99,100) et aux dérivés ''aza azoles'' 174 qui sont des analogues de la pentamidine. Les rendements de ces composés sont respectivement compris entre 26 et 98%, 10 et 93% et 10 et 97%. L’ensemble des composés synthétisés dans les chapitres II, III et IV de ces travaux ont été l'objet d'évaluations pour leur activité antiproliférative sur les lignées cellulaires et pour leur activité inhibitrice sur les protéines kinases. / This thesis manuscript is focused on the development of multi-steps synthesis strategy of new compounds bearing several heterocyclic platforms (rhodanine, benzimidazole, pyrazole and imidazole) for multiple therapeutic use to fight malaria, leishmaniasis, cancer et neurodegenarative diseases. The pharmacomodulations of these compounds were developped from the design of pentamidine 35 which containins 2 fragments benzamidine (parts ''West'' and ''East''). Indeed, the substitution of its part ''West'' by a platform rhodanine or benzimidazole and its part ''East'' by an "azole" aromatic ring system (pyrazole, imidazole) lead respectively to 5-arylidene rhodanines (50, 58), to derivatives ''aza'' (99,100) and to derivatives ''aza azoles'' 174 which are pentamidine analogs. The chemical yields of these compounds are ranging respectively from 26 to 98%, 10 to 93% and 10 to 97%. All the compounds synthesized in the chapters II, III and IV of this research work were evaluated for their antiproliferative activity on tumoral cell lines and for their inhibitory activity on protein kinases.

Depuis la mise en évidence de l’existence des protéines kinases vers la fin des années 1950 cette famille d’enzymes s’est vu attribuer d’importants rôles dans divers mécanismes pathologiques notamment dans des processus de cancérisations. Plus récemment ces enzymes ont été identifiées comme potentiellement impliquées dans d’autres types de maladies telles que les maladies neurodégénératives.Deux projets de recherche seront présentés. Le premier projet expose la conception et la synthèse de nouveaux composés tricycliques de la famille des pyrido[3,4-g]quinazolines. Les propriétés inhibitrices de kinases des premiers dérivés ont été évaluées sur un panel de cinq kinases (CDK5, CK1, GSK3, CLK1 and DYRK1A) connues pour leurs implications dans la maladie d’Alzheimer. L’intérêt de ces nouveaux squelettes tricycliques comme inhibiteurs de kinases a été validé par des activités inhibitrices nanomolaire à l’encontre des kinases DYRK1A et CLK1. D’autre part l’obtention de structures co-crystallographiques d’interaction de deux dérivés avec le site ATP de la kinase CLK1 a permis de rationnaliser la substitution du motif pyrido[3,4-g]quinazoline. Le second projet présente le développement d’un nouveau dérivé de la staurosporine aglycone (K252c) dans lequel la partie lactame a été remplacée par un noyau pyrazole. Une étude préliminaire des propriétés biologiques de l’indolopyrazolocarbazole obtenu met en avant une cytotoxicité, du même ordre de grandeur que K252c, contre les lignées cellulaires K562 (leucémie humaine) et HCT116 (carcinome du colon). En revanche, le composé chef de file s’est révélé être un faible inhibiteur de cibles connues de K252c, les isoformes α and γ de la protéine kinase C et présente un bon potentiel inhibiteur des kinases Pim 1-3. Ce nouveau chemotype pourrait être un inhibiteur de kinases prometteur. / In 1950’s protein kinases were found to play a critical role in cell signaling, rising strong research potential for this enzyme family. Initially investigated for their implications in cancerogenesis they were more recently found to be involved in a wide variety of diseases including neurodegenerative pathologies. Herein will be presented two research projects that offer bright new perspectives for the inhibition of kinases involved whether in neurodegenerative diseases or cancers.First, the design and synthesis of new pyrido[3,4-g]quinazoline derivatives will be described as well as their protein kinase inhibitory potencies toward five CMGC family members (CDK5, CK1, GSK3, CLK1 and DYRK1A) that are known to play a potential role in Alzheimer’s disease. The interest for this original tricyclic heteroaromatic scaffold as modulators of CLK1/ DYRK1A activity was validated by nanomolar potencies. CLK1 co-crystal structures with two inhibitors revealed the binding mode of these compounds within the ATP-binding pocket and led to the synthesis of new diversely substituted pyrido[3,4-g]quinazolines.Then the synthesis of a new derivative of the staurosporine aglycon (K252c), in which the lactam ring was replaced by a pyrazole moiety, will be depicted. The resulting indolopyrazolocarbazole inhibited Pim isoforms 1–3 whereas it did not impair the activity of two known targets of K252c, protein kinase C isoforms α and γ . The lead compound exhibited same cytotoxic activity as K252c toward both human leukemia and colon carcinoma cell lines (K562 and HCT116), strongly suggesting that this new scaffold deserves further investigations for treatment of malignancies associated with kinases activities.