Au cours des dernières décennies, de nombreux composés à activité anti-tumorale agissant sur des cibles thérapeuthiques variées ont été préparés. Parmi ceux-ci, les inhibiteurs de kinases ont démontré leurs activités et ont abouti à la mise sur le marché de nouveaux médicaments utilisés en oncologie. Ainsi, nous nous sommes intéressés à la préparation de nouveaux inhibiteurs de kinases compétitifs de l'ATP à motif indolin-2-one. Dans la première partie bibliographique, les trois grandes familles de kinases ainsi que leur régulation et leur implication dans divers processus cellulaires sont décrites. Ensuite, les principales familles d'inhibiteurs à motif indolin-2-one décrites dans la littérature sont détaillées. Enfin, une description des différentes familles d'inhibiteurs à motif indolin-2-one précédemment préparées au laboratoire ainsi que leur activité biologique est présentée. En tenant compte de ces résultats, la deuxième partie détaille l'étude de relation structure-activité qui a été poursuivie et a permis la préparation de quatre familles de composés : des isoindigos glycosylés acétylés, des 7'-azaisoindigos glycosylés acétylés, des indolin-2-ones substituées en position 3 par des chaînes latérales fonctionnalisées par un groupement alpha-amino-acides et un nouvel hétérocycle de type pyrrolo-alpha-carboline. Dans la dernière partie les activités antiprolifératives sur différentes lignées cellulaires cancéreuses des composés préparés dans le cadre de ce travail, ainsi que leur activité inhibitrice sur diverses kinases sont présentées.

Les DYRKs (dual specificity, tyrosine phosphorylation regulated Kinases) et CLKs (cdc2-like kinases) sont deux familles de kinases du groupe CMGC. Elles sont impliquées dans le développement de la maladie d'Alzheimer et de la trisomie 21. Nous présentons ici une optimisation et une caractérisation biologique détaillée des Leucettines, une famille d’inhibiteurs pharmacologiques de DYRKs/CLKs dérivés de la Leucettamine B, un alcaloïde extrait d'une éponge marine. Nous avons étudié la relation structure/activité de cette classe d'inhibiteurs sur un ensemble de réponses biologiques. Afin d'étudier les cibles potentielles de ces inhibiteurs, nous avons mis en œuvre une méthode de chromatographie d’affinité. La sélectivité de la Leucettine L41, sélectionnée comme représentative des Leucettines, a été étudiée par des essais d'activité et d'interaction de kinases recombinantes in vitro, et des tests de chromatographie d'affinité (Leucettines immobilisées sur billes d'agarose, compétition sur billes d’inhibiteurs non sélectifs). Des approches transcriptomiques et protéomiques ont été utilisées afin de mieux comprendre le mécanisme d'action cellulaire de la Leucettine L41. Ces approches ont confirmé la sélectivité de la Leucettine L41 pour DYRKs et CLKs mais aussi révélé l’existence de cibles secondaires intéressantes. La Leucettine L41 module l'épissage alternatif de pré-ARNm. Elle présente des propriétés neuroprotectrices vis-à-vis de la mort cellulaire induite par le glutamate. Les Leucettines méritent un développement en tant qu'agents thérapeutiques potentiels pour le traitement de la maladie d'Alzheimer et de la trisomie 21. / DYRKs (dual specificity, tyrosine phosphorylation regulated kinases) and CLKs (cdc2-like kinases) are two families of kinases belonging to the CMGC group. They are involved in the development of Alzheimer's disease and Down syndrome. We here present the optimization and a detailed biological characterization of Leucettines, a family of pharmacological inhibitors of DYRKs/CLKs derived from Leucettamine B, an alkaloid produced by a marine sponge. We studied the structure/activity relationship of this class of inhibitors on a set of biological responses. To investigate potential targets of these inhibitors, we implemented an affinity chromatography method. The selectivity of Leucettine L41, selected as a representative Leucettine, was studied by in vitro activity and interaction assays of recombinant kinases and affinity chromatography approaches (Leucettines immobilized on agarose beads, competition on non-selective inhibitors). Transcriptomics and proteomics approaches were used to better understand the cellular mechanism of action of Leucettine L41. These approaches confirmed the selectivity of Leucettine L41 for DYRKs and CLKs but also revealed the existence of interesting secondary targets. Leucettine L41 modulates alternative splicing of pre-mRNAs. It displays neuroprotective properties towards glutamate-induced cell death. Leucettines deserve further development as potential therapeutic agents for the treatment of Alzheimer's disease and Down syndrome.

Le pazopanib est un inhibiteur de tyrosine kinase (ITK) multicible indiqué dans le traitement de cancers du rein métastatiques et de sarcomes des tissus mous métastatiques. Comme les autres ITK, il présente une forte variabilité pharmacocinétique (PK) interindividuelle et ses relations pharmacocinétiques-pharmacodynamiques (PK/PD) en font un candidat de choix pour un suivi thérapeutique pharmacologique, permettant de proposer une dose optimale adaptée à chaque patient. La pratique clinique s'oriente vers une utilisation des ITK en association avec d'autres médicaments anti-cancéreux afin de potentialiser l'activité anti-tumorale. Ainsi, les études de phase I en association prévoient des explorations PK permettant d'évaluer l'existence d'éventuelles interactions PK entre les médicament(s) associé(s). Les données PK issues de deux études de phase I impliquant le pazopanib en association soit avec le bevacizumab, soit avec le cisplatine, ont été analysées. L'analyse PK par méthodologie de PK de population a confirmé la forte variabilité PK interindividuelle du pazopanib et a permis d'identifier les différentes sources de variabilités : inter-, intraindividuelle et variabilité due à une interaction médicamenteuse. Le pazopanib est très fortement lié aux protéines plasmatiques (>99%). L'étude de ses concentrations libres permet d'avoir accès aux concentrations pharmacologiquement actives. Ainsi, une méthode de dialyse à l'équilibre couplée à un dosage par UPLC/MS-MS a été mise au point afin de déterminer la fraction libre plasmatique du pazopanib in vitro et ex vivo. Les relations PK/PD entre concentrations libres et survenue de toxicités par rapport aux concentrations totales ont été étudiées / Pazopanib is a multitarget tyrosine kinase inhibitor (TKI) approved for the treatment of advanced renal cell carcinoma and metastatic soft tissue sarcoma. Like most TKI, pazopanib exhibits a large inter-individual pharmacokinetic (PK) variability, with a 1:8 plasmatic exposure variation factor between individuals. Pharmacokinetic/Pharmacodynamic (PK/PD) relationships suggest that therapeutic drug monitoring would be useful for individualized dosing of this drug. In current clinical practice, TKI are often combined with other anticancer drugs in order to optimise anti-tumour activity. However, therapeutic combinations can potentially lead to drug interactions. Therefore, PK investigations are needed in order to evaluate any PK interaction between each compound. PK data from two different phase I studies evaluating pazopanib in combination either with a cytotoxic, cisplatin, or with another targeted therapy, bevacizumab, were analysed. PK analysis of both studies using a population PK approach, confirmed the high inter-individual PK variability of pazopanib and allowed us to quantify different sources of variability: inter-, intra- patient variability and variability due to drug-drug interactions. Pazopanib is very highly bound to plasma proteins (>99%). Unbound drug concentrations in plasma are thought to be a more reliable indicator of the therapeutic target. Therefore equilibrium dialysis method coupled with UPLC/MS-MS assay has been optimized for the determination of plasma unbound fraction of pazopanib in vitro and ex vivo. PK/PD relationships between unbound plasma concentrations and toxicity in comparison with total plasma concentrations were studied for pazopanib.

ADP-ribosylation factor-1 (ARF1) est une petite GTPase principalement connue pour son rôle dans la formation de vésicules au niveau de l’appareil de Golgi. Récemment, dans des cellules de cancer du sein, nous avons démontré qu’ARF1 est aussi un médiateur important de la signalisation du récepteur du facteur de croissance épidermique (EGFR) contrôlant la prolifération, la migration et l'invasion cellulaire. Cependant, le mécanisme par lequel l’EGFR active la GTPase ainsi que le rôle de cette dernière dans la régulation de la fonction du récepteur demeure inconnue. Dans cette thèse, nous avions comme objectifs de définir le mécanisme d'activation de ARF1 dans les cellules de cancer du sein hautement invasif et démontrer que l’activation de cette isoforme de ARF joue un rôle essentiel dans la résistance de ces cellules aux inhibiteurs de l'EGFR. Nos études démontrent que les protéines d’adaptatrices Grb2 et p66Shc jouent un rôle important dans l'activation de ARF1. Alors que Grb2 favorise le recrutement d’ARF1 à l'EGFR ainsi que l'activation de cette petite GTPase, p66Shc inhibe le recrutement du complexe Grb2-ARF1 au récepteur et donc contribue à limiter l’activation d’ARF1. De plus, nous démontrons que ARF1 favorise la résistance aux inhibiteurs des tyrosines kinases dans les cellules de cancer du sein hautement invasif. En effet, une diminution de l’expression de ARF1 a augmenté la sensibilité descellules aux inhibiteurs de l'EGFR. Nous montrons également que de hauts niveaux de ARF1 contribuent à la résistance des cellules à ces médicaments en améliorant la survie et les signaux prolifératifs à travers ERK1/2, Src et AKT, tout en bloquant les voies apoptotiques (p38MAPK et JNK). Enfin, nous mettons en évidence le rôle de la protéine ARF1 dans l’apoptose en réponse aux traitements des inhibiteurs de l’EGFR. Nos résultats indiquent que la dépletion d’ARF1 promeut la mort cellulaire induite par gefitinib, en augmentant l'expression de facteurs pro-apoptotiques (p66shc, Bax), en altérant le potentiel de la membrane mitochondriale et la libération du cytochrome C. Ensemble, nos résultats délimitent un nouveau mécanisme d'activation de ARF1 dans les cellules du cancer du sein hautement invasif et impliquent l’activité d’ARF1 comme un médiateur important de la résistance aux inhibiteurs EGFR. / The small GTPase ADP-ribosylation factor-1 (ARF1) has been well described for its role in regulating transport within the Golgi. Recently, in breast cancer cells, we have characterized ARF1 as important mediator of epidermal growth factor receptor (EGFR) signals leading to cell proliferation, migration and invasion. However, the mechanisms regulating ARF1 activity downstream of the EGFR had yet to be defined. Here, we aim to characterize these mechanisms of ARF1 activation in invasive breast cancer cells and demonstrate that activated ARF1 plays an essential role in mediating the resistance of breast cancer cells to EGFR tyrosine kinase inhibitors. We show that the adaptor proteins Grb2 and p66Shc regulate EGF-dependent ARF1 activation. While Grb2 was shown to be essential in the recruitment of ARF1 to the EGFR as well as the activation of this small GTPase, p66Shc blocked the recruitment of this Grb2-ARF1 complex to the receptor and thus suppressed EGF-induced ARF1 activation. Additionally, we demonstrate that ARF1 promotes EGFR tyrosine kinase inhibitor resistance in invasive breast cancer cells. Indeed, the depletion of ARF1 was associated with an increased sensitivity to EGFR inhibition. We show that ARF1 promotes resistance by enhancing survival and proliferative signals through Erk1/2, Src and AKT, while blocking the apoptotic p38MAPK and JNK pathways. Furthermore, ARF1 was shown to stabilize EGFR dynamics (Expression, activation, dimerization and down-regulation) in response to treatment with EGFR inhibitors. Finally, we highlight the role of ARF1 in mediating mitochondrial-dependent apoptosis in response to EGFR tyrosine kinase inhibitor treatment. The depletion of ARF1 was shown to promote gefitinib-induced cell death as measured by increase expression of pro-apoptotic factors(p66Shc, Bax), altered mitochondrial membrane potential and cytochrome C release. Together, our results delineate a novel mechanism of ARF1 activation in breast cancer cells and implicate ARF1 activity as an important mediator of EGFR inhibitor resistance further supporting the importance of targeting this GTPase in breast cancer patients.

La technologie iPSC (induced pluripotent stem cells) permet l’obtention d’une source cellulaire illimitée pour la modélisation et la thérapie de maladies génétiques, la médecine régénérative, l’étude pharmacologique et récemment la modélisation et l’étude du cancer. La leucémie myéloïde chronique (LMC) est la pathologie modèle du concept de « cellule souche cancéreuse » : des cellules souches LMC (CS-LMC) s’avèrent résistantes aux inhibiteurs de tyrosine kinases (ITK), traitement conventionnel de ce syndrome myéloprolifératif. Elles sont responsables de la persistance d’une maladie résiduelle et de rechutes lors de l’interruption du traitement. Malheureusement, leur isolement est difficile. Nous proposons dans ce travail de modéliser les CS-LMC par les iPSC LMC. Nous montrons pour la première fois dans les iPSC LMC que BCR-ABL1 réprime l’expression des facteurs clés de la pluripotence (OCT4,NANOG, le cluster miR302-367) via les kinases ERK1/2. Les ITK, en bloquant l’activité deBCR-ABL1, entraîne une hausse des niveaux d’expression de ces marqueurs. L’effet « prosouche» des ITK, découvert dans les iPSC LMC, est également observé lors du traitement de CS-LMC primaires. L’agent thérapeutique pourrait ainsi, en maintenant ou renforçant le compartiment LMC immature, participer paradoxalement à la persistance de la maladie résiduelle. Étonnamment, les ITK augmentent également l’expression des marqueurs« souches » dans les iPSC et CS hématopoïétiques normales. Ce résultat suggère un effet« pro-souche » généralisé à plusieurs types cellulaires. / IPSC (induced pluripotent stem cells) offer renewable source of biologically relevant human cells for genetic diseases modelling and therapy, regenerative medicine, pharmacological study and, recently, cancer research. The proof of « cancer stem cell concept » was established in chronic myeloid leukemia (CML) : CML stem cells (CML-SC) are resistant to treatment (tyrosine kinase inhibitors (TKI)). They are involved in residual disease persistence and relapse when treatment is discontinued in the majority of patients. We modelled CML-SC with CML iPSC. We showed, for the first time, that BCR-ABL1 acts as a repressor of key stemness markers (OCT4, NANOG, miR302-367 cluster) via ERK1/2 in human CML iPSC. By blocking BCR–ABL1 activity, TKI increase pluripotency gene expression. Interestingly, a similar pro-stemness effect was observed during CML-SC treatment. By inducing a more primitive stemness phenotype, TKI could promote residual disease and relapse. Interestingly, an increase of stemness gene expression was also observed during TKI treatment of healthy cells (iPSC and hematopoietic stem cells). These data suggest a global TKI pro-stemness effect in other stem cell types.

Durant la dernière décennie, les inhibiteurs de tyrosine kinases (ITK) ont radicalement changé l’évolution de certains cancers comme la leucémie myéloïde chronique (LMC) ou les tumeurs stromales gastro-intestinales (GIST). Ils sont aujourd’hui largement utilisés dans le traitement de diverses pathologies malignes, permettant un allongement de la survie globale. Cependant, certains patients ne montrent pas d’amélioration au cours du traitement par ITK. Les mécanismes évoqués sont multifactoriels et possèdent une origine pharmacocinétique, pharmacodynamique ou pharmacogénétique. En effet, l’une des causes majeures de variabilité commune à tous ces ITK réside dans un métabolisme impliquant le cytochrome 3A4, dont l’expression est soumise à de nombreux facteurs. L’objectif de cette thèse a été d’approfondir ces mécanismes et d’évaluer certaines stratégies afin d’augmenter l’efficacité de ces médicaments. Ce travail a consisté en premier lieu à développer une méthode chromatographique sensible et rapide permettant le dosage de neufs ITK commercialisés ou en phase avancée de développement. Cet outil, à la base du suivi thérapeutique pharmacologique, a été utilisé dans le cadre de la LMC pour mesurer les concentrations plasmatiques d’imatinib de plus de 3000 patients. Les informations cliniques de ces patients ont été saisies dans une base de données servant de support à l’évaluation de la réponse en fonction de la concentration. Nous avons ainsi confirmé que les patients présentant des concentrations supérieures au seuil d’efficacité de 1000 ng/mL avaient une plus grande probabilité de réponse. Dans la continuité de ce projet, nous avons évalué la relation concentration-efficacité de l’imatinib dans les GIST et trouvé un seuil d’efficacité voisin de 800 ng/mL. Tous les facteurs de variabilités ne sont cependant pas maitrisables avec un dosage plasmatique. La littérature rapporte en effet que certains ITK sont des substrats de transporteurs cellulaires potentiellement impliqués dans la résistance au traitement. Nous avons donc entrepris de doser ces ITK à l’intérieur même des cellules, d’abord in vitro afin d’évaluer ces mécanismes de transport, puis in vivo dans les cellules de patients traités par ces ITK. Un lien a ainsi été montré entre la capacité d’incorporation des molécules et la réponse au traitement. Enfin, le versant pharmacogénétique de l’un de ces transporteurs (MDR1) a été étudié, indiquant une relation entre certains haplotypes ou polymorphismes et la concentration plasmatique d’une part et la réponse à l’imatinib d’autre part. En conclusion, ces différentes stratégies basées sur le dosage plasmatique ou intracellulaire et sur la pharmacogénétique semblent apporter des éléments permettant l’amélioration de la réponse au ITK ou la détection précoce de mauvaise réponse. / During the last decade, tyrosine kinases inhibitors (TKI) have dramatically changed the prognosis of several cancers such as chronic myeloid leukaemia (CML) or gastro-intestinal stromal tumours (GIST). They are widely used in the treatment of various malignant pathologies, leading to a prolonged overall survival. However, some patients do not show improvement when treated with TKI. The supposed mechanisms are multifactorial and could have an origin in pharmacokinetics, pharmacodynamics or pharmacogenomics. Indeed, one of the major reasons of common variability of these TKI involves their metabolism by cytochrome 3A4, whose expression is subjected to many factors. The aim of this thesis was to deepen these mechanisms and to assess some strategies to increase the efficacy of these drugs. This work consisted first in developing a rapid and sensitive chromatographic method allowing determination of nine commercialised (or in advanced clinical development) TKI. Serving as a basis for therapeutic drug monitoring, this was used as part of CML management to measure imatinib plasmatic concentration of more than 3000 patients. The clinical information of these patients was recorded in a database and used as support for the evaluation of the response according to concentration. Thus, we confirmed that patients having concentration higher than the effectiveness threshold of 1000 ng/mL got higher probability of response. In the same way, we assessed relationship between imatinib concentration and efficacy in GIST and found an effectiveness threshold closed to 800 ng/mL. However, several factors of variability remain unmanageable with only plasmatic determination. Indeed, literature reported that some TKI were substrates of cellular transporters, potentially involved in the resistance to treatment. We therefore decided to determine concentration of these TKI into the cells, first in vitro to assess these mechanisms of transport, and then in vivo into the cells of patients treated by these TKI. A link was shown between the incorporation ability of molecules and the response to the treatment. Finally, a pharmacogenetic approach showed a relationship between some haplotypes or polymorphisms of a transporter (MDR1) and plasmatic concentration on one hand, and response to the imatinib on the other hand. In conclusion, these different strategies based on plasmatic or intracellular determination of TKI and on pharmacogenomics contribute to improvement of the response to TKI or early detection of non-response.