Avec la chimiothérapie et la chirurgie, la radiothérapie fait partie intégrante de l'arsenal thérapeutique pour lutter contre le cancer. Afin de potentialiser l’efficacité des rayonnements ionisants, la radiochimiothérapie s’est développée mais en raison des résultats insuffisants de cette stratégie, de nouvelles voies permettant une modulation de la radiosensibilité tumorale sont évaluées. C’est dans ce contexte d’amélioration de l’efficacité de la radiothérapie que s’inscrit ce travail de thèse. Nous avons évalué l’intérêt thérapeutique de l’association d’inhibiteurs de la réparation de l’ADN à la radiothérapie sur un modèle orthotopique de cancer bronchique et sur un modèle orthotopique de cancer de la tête et du cou. En raison de son rôle prépondérant dans la réparation des cassures simple brin, PARP1 a été ciblé dans un premier temps pour éprouver cette stratégie, à l’aide d’un inhibiteur chimique l’Olaparib. Le rationnel consistait à inhiber la réparation de dommages induits par l’irradiation, pouvant ainsi conduire à la mort des cellules tumorales. Les résultats obtenus in vitro ont montré que l’inhibition de PARP1 permettait en effet de potentialiser les effets de la radiothérapie. Cette association thérapeutique a, par la suite, été évaluée in vivo et a montré une très faible radiosensibilisation, limitée par une toxicité induite par cette association. Afin d’augmenter l’efficacité de cette stratégie thérapeutique, un inhibiteur d’ATR (AZD6738), une des protéines majeures de la réponse aux dommages de l’ADN et au stress réplicatif, a été ajouté à la combinaison initiale. Il a en effet été montré que Chk1, la cible principale d’ATR, était activée dans les cellules traitées avec l’Olaparib et/ou irradiées. Nous avons démontré in vitro et in vivo, que l’AZD6738 améliorait l’efficacité de la combinaison irradiation et Olaparib dans nos deux modèles tumoraux, suggérant le potentiel de cette triple combinaison en clinique. Enfin, en raison du rôle de l’irradiation et de PARP1 dans différents processus immunitaires, nous avons étudié de façon préliminaire l’influence de nos différentes combinaisons thérapeutiques sur l’infiltrat immunitaire tumoral. Sachant que l’efficacité de l’association Olaparib/irradiation avait été démontrée dans des modèles tumoraux implantés en sous-cutané, ce travail de thèse montre l’importance et la pertinence de modèles précliniques plus proches de la pathologie humaine, comme les modèles orthotopiques. En effet, il est très probable que les toxicités observées au cours de ce travail soit la conséquence d’une détérioration avancée des muqueuses présentes dans le champ d’irradiation et que celles-ci ne puissent être observées lors d’irradiation localisée de tumeurs implantées en sous-cutané. / With chemotherapy and surgery, radiotherapy is part of anti cancer therapeutic strategy. To increase ionizing radiations effects, radiochemotherapy has emerged, but because of inefficient results, new pharmacological strategies for modulation of radiosensitization has been assessed. My thesis project is part of this context of improvement of radiotherapy efficiency. We have evaluated therapeutic interest of association of DNA repair inhibitors and radiotherapy on lung cancer model and head and neck cancer model. Because of its implication in single strand break repair, PARP1 has been first, targeted to assess this strategy, with the chemical inhibitor Olaparib. The rational was to inhibit radio-induced damages, leading to cellular death. In vitro, we have demonstrated that Olaparib was promising for enhancing radiation efficacy, but has an in vivo limited radiosensitization, plus we observed with this association a toxicity. Non toxic association has been found by decreasing Olaparib dose, but association efficiency has been limited, meaning that Olaparib, in our model, has a restrained therapeutic index.To increase the efficiency of this combination, we have added an ATR inhibitor (AZD6738), one of the key proteins implicated in response to DNA damages and replicative stress. In fact it has been demonstrated, that ATR main target, Chk1, was activated in Olaparib-treated and/or irradiated cells. We have demonstrated in vitro and in vivo, that AZD6738 improved efficiency of Olaparib and radiotherapy combination in both models, suggesting the potential of this triple combination in clinic.Finally, because of effects of PARP1 and radiation on different immune processes, we have preliminary studied, the influence of this different combinations on immune infiltrate.Knowing that efficiency of the association Olaparib and radiotherapy has already been demonstrated in subcutaneous models, this work has shown the importance and relevance of preclinical models, closer to human pathologies, as orthotopic models. In fact, it is likely that toxicities observed during this work, are the consequence of mucous membrane damaging in the field of irradiation, which cannot be observed with localized irradiation of subcutaneous tumors.