Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les patients atteints de MICI (maladie de Crohn et recto-colite hémorragique) présentent souvent des lésions des cellules de l'épithélium intestinal. La rémission de ces maladies nécessite à la fois un arrêt de l'inflammation et une migration des entérocytes pour réparer les dommages épithéliaux. Cette migration cellulaire appelée restitution intestinale requiert des adhérences cellule-MEC et cellule-cellule réalisées par les complexes protéiques associés aux intégrines et cadhérines. Le but de cette thèse a été d'étudier l'impact deSaccharomyces boulardii (Sb) sur la réparation de l'épithélium intestinal lésé. Nous avons montré que le surnageant de Sb contenait des facteurs modulant la restitution de l'épithélium intestinal in vivo et in vitro sans affecter la prolifération des cellules épithéliales. Ces effets motogéniques du surnageant de Sb s'exercent via la modulation des molécules d'adhérence. En effet, le surnageant de Sb augmente l'affinité de l'intégrine α2β1 pour son ligand le collagène de type I mais entre en compétition avec les intégrine αvβ5, pour inhiber l'adhérence des entérocytes sur la vitronectine. Ces modifications de l'adhérence avec la matrice extracellulaire entraînent une régulation des voies de signalisation émanant des intégrines et une réorganisation des plaquesd'adhérence. Ces évènements vont accroître la migration des entérocytes. De plus, nos résultats préliminaires portant sur Sb et l'adhérence cellule-cellule durant la restitution intestinale ont montré une implication de la E-cadhérine dans la migration induite par Sb. / Intestinal epithelial cell damage is frequently seen in IBD patients with ulcerative colitis or Crohn's disease. The remission of these diseases requires both the cessation of inflammation and the migration of enterocytes torepair the damaged epithelium. Adhesions with the ECM and the adjacent cells using complex of proteins associated with integrins and cadherins are necessary for this cell migration called intestinal restitution. Theaim of this thesis was to study the effect of S.boulardii on the resealing of a wound in intestinal epithelia. First of all, we demonstrated that the supernatant of S.boulardii contains factors that modulate intestinal epithelial cell restitution both in vitro and in vivo without affecting cell proliferation. We showed that the motogenic factors of S.boulardii act by modulating adhesion molecules. Indeed, the supernatant of S.boulardii increase the the affinity between 21 and it ligand the collagen type I, but also compete with integrin v5 to block theadhesion of enterocytes on vitronectin. These modifications of adhesion on extracellular matrix lead to aregulation of signaling pathway mediated by integrins, and a reorganization of focal adhesions. These eventscontribute to an increase of the migration of enterocytes. Add to this, our preliminaries results on S.boulardiiand cell-cell adhesion during intestinal restitution show an involvement of E-cadherin in the migrationS.boulardii-induced. With this work, we have demonstrated that heat-sensitive motogenic factors secreted by S.boulardii can enhance intestinal restitution with a dynamic regulation of adhesion between integrin and the ECM.

Le glioblastome (GBM) est la tumeur cérébrale la plus agressive. L’échec thérapeutique s’explique par son caractère hétérogène. Nous étudions l’intégrine α5β1, le récepteur de la fibronectine, dont les travaux du laboratoire ont montré l'implication dans l’agressivité du GBM. Il a été observé que l’expression de l’intégrine α5 est hétérogène entre patients et au sein d’une même tumeur. Nous avons émis l’hypothèse que cette hétérogénéité peut être expliquée par l’existence de différentes cellules souches de GBM (CSGs). Nos travaux montrent que certaines CSGs expriment l’intégrine après différentiation, démontrant une hétérogénéité intertumorale. Une expression hétérogène a également été mise en évidence au sein d’une même lignée, indiquant une hétérogénéité intratumorale. Nos résultats démontrent que les CSGs programmées à exprimer l’intégrine forment des cellules différenciées agressives. Nos données montrent que l’intégrine α5 est impliquée dans l’expansion tumorale mais aussi dans la survie et la migration en présence de fibronectine. Ce travail permet de mieux comprendre l’origine de foyers plus agressifs et souligne l’intérêt de l’intégrine α5β1 comme cible thérapeutique pour une sous-population de patients. / Glioblastoma (GBM) is the most aggressive primary brain tumor. Treatment failure is explained by inter and intratumoral heterogeneity. Our previous results showed that the α5β1 integrin, the fibronectin receptor, is implicated in GBM aggressiveness. We observed that its expression was heterogeneous between patients' tumors but also between different areas in a given tumor. We hypothesized that this heterogeneity may be linked to different glioma stem cells (GSC). We confirmed that α5 expression is induced after differentiation in about half of the cell lines supporting the notion of inter-tumoral heterogeneity. We also observed with single cell-derived clone analysis that intra-tumoral GICs heterogeneity exists. We noticed that when GICs are programmed to express α5 integrin, differentiated cells become more aggressive. Our data support that differentiated cells expressing the integrin have an increased capacity of proliferation and acquire a fibronectin-dependent motility and a resistance phenotype. This work provides a better understanding of the origin of more aggressive foci and highlights the interest of α5β1 integrin as a therapeutic target for a subpopulation of patients.

Le ciblage de la néoangiogenèse tumorale est une voie actuelle de recherche pour le diagnostic et pour le traitement des tumeurs solides. Les cellules endothéliales des néovaisseaux tumoraux surexpriment certains marqueurs spécifiques tels que l'intégrine ΑvΒ3, qui reconnaît spécifiquement les peptides possédant le motif « RGD » (-Arg-Gly-Asp-). Nous avons étudié le potentiel d'un nouveau radiotraceur - le RAFT-RGD - en vue d'imagerie moléculaire nucléaire des néovaisseaux. <br />In vitro, le couplage de 4 c(RGDfK) au RAFT augmente la captation du traceur par les cellules avb3 positives, par rapport au c(RGDfK). De plus, le RAFT-RGD possède une meilleure affinité que le c(RGDfK) et des propriétés d'inhibition de l'angiogenèse similaires. <br />In vivo, l'ensemble des tumeurs, ΑvΒ3 positives et négatives, est visible par imagerie planaire non invasive corps entier, comme en SPECT, dès 30 min post-injection et au-delà de 24 h, grâce à une gamma caméra dédiée au petit animal.<br />Le RAFT-RGD, malgré l'absence d'amélioration du contraste par rapport au cRGD, semble être un traceur prometteur de l'angiogenèse tumorale : il pourrait renseigner sur l'évolution de la pathologie et le suivi de l'efficacité des traitements des tumeurs dans les services de Médecine Nucléaire. De plus, par sa structure chimique, le RAFT-RGD apporte de multiples possibilités de marquage (émetteurs γ et β-), ce qui permet d'envisager des applications intéressantes notamment dans le domaine thérapeutique (radiothérapie interne vectorisée).

L’angiogenèse tumorale réfère à la capacité d’une tumeur à stimuler la formation de nouveaux vaisseaux sanguins. L’induction de l’angiogenèse dépend notamment de la présence de certains récepteurs exprimés à la surface de cellules endothéliales et tumorales. Ces récepteurs sont impliqués dans la formation de nouveaux vaisseaux sanguins mais aussi dans la progression des tumeurs, l’invasion locale des tissus avoisinants et la formation de métastases. Nous nous intéressons ici essentiellement aux récepteurs de type intégrines (et surtout l’intégrine αvß3) ou neuropiline-1 (NRP1).Les intégrines sont des récepteurs transmembranaires décrits initialement parce qu’ils permettent aux cellules d’adhérer et de se déplacer sur la matrice extracellulaire (ECM) en particulier parce qu’elles se lient à la séquence tri-peptidique RGD, mais elles interviennent aussi directement et indirectement dans les échanges biochimiques entre les cellules et leur micro-environnement. NRP1 est un corécepteur du VEGF (vascular endothelial growth factor). Pour cela, NRP1 s’associe au récepteur principal VEGFR2, surexprimé dans les tumeurs et dont l’expression a été corrélée avec l’angiogenèse. Il est très important de noter que l’intégrine αvß3 et le récepteur NRP1 peuvent interagir physiquement et fonctionnellement. Notre hypothèse de travail est alors qu’en bloquant la fonction de ces 2 récepteurs nous pourrons augmenter l’efficacité des thérapies anti-angiogèniques anti-tumorales.Nous avons généré des nanoparticules de silices bifonctionnelles car elles présentent à leur surface à la fois des peptides cycliques cRGD ciblant l’intégrine αvß3 et ATWLPPR qui cible NRP1. Nous avons testé des ratio différents de peptides cRGD et ATWLPPR (100/0, 25/75, 50,75/50/25 et 0/100), et nous avons aussi optimisé le nombre total de ces ligands/NP. Nous avons analysé l’affinité des différentes molécules, leur sélectivité et activité biologique ainsi que leurs propriétés anti-angiogéniques et anti-tumorale en particulier sur des cellules endothéliales humaines (ECs) et sur des lignées de cellules tumorales.Notre étude suggère que ces nanoparticules bifonctionnelles présentent un grand potentiel si leur composition est soigneusement définie. En particulier, elles peuvent présenter des activités extrêmement variables voir opposées suivant la nature et composition de leur surface et de la concentration à laquelle les NPs sont utilisées. En effet, à « haute concentration » en NP, ce qui correspond en fait à une faible concentration en peptides, nous montrons qu’il est possible d’obtenir un effet « pro-angiogénique » lié au recrutement d’autres récepteurs de facteurs de croissance (IGF1-R/IR) qui a priori ne devaient pas intervenir dans notre système, mais semblent pouvoir être fonctionnellement liés aux intégrines et/ou NRP1 en réponse aux particules présentant les 2 peptides cRGD et ATWLPPR. Ces résultats contribuent à expliquer certains échecs thérapeutiques des agents anti-angiogéniques mais nous permettent aussi de proposer des solutions attractives pour la définitions nouveaux agents thérapeutiques. / Tumor angiogenesis refers to the ability of a tumor to stimulate new blood vessels formation. Angiogenesis strongly depends on cell surface receptors and integrin activation to promote tumor progression, local invasion and dissemination. Integrins (especially integrin αvß3) and Neuropilin-1 (NRP1), a co-receptor of VEGFR2, are over-expressed in the tumor vasculature and by tumor cells, and their expression has been correlated with tumor progression. Importantly, integrin αvß3 and NRP1 can physically and functionally interact.The use of dual targeted drugs that block the integrin αvß3 and the NRP1 receptor simultaneously is thus expected to augment the anti-angiogenic and anti-tumor activities, as compared to each “mono-therapy” separately. During my PhD studies, in collaboration with the group of chemists leaded by Pr G. Subra, we generated different batches of bifunctional cRGD/ATWLPPR peptides coated nanoparticles (NPs) targeting integrin αvß3 and NRP1 simultaneously. We introduced different ratio of cRGD and ATWLPPR peptides (100/0, 25/75, 50/50, 75/25 and 0/100), and we also increased the amount of total ligands on the surface of the silica NPs. Systematic studies including molecules' affinity, selectivity, and biological activity as well as anti-angiogenic and anti-tumoral effects were performed on primary endothelial cells (ECs), immortalized ECs and several tumor cells. NPs properties were also evaluated in vivo in a mouse tumor model. We report here that these NPs present highly variable biological activities in ECs and tumor cells depending on the peptides ratio, surface coating of the NPs and on their concentration. In particular, “elevated” concentrations of NPs, which actually correspond to usual concentrations of peptides, can activate an unexpected IGF1-R/IR-AKT signaling pathway that could lead to a counter-productive pro-angiogenic activity (agonist instead of antagonist). This could mimic the conflicting results obtained in clinical trials using Cilengitide, an RGD-presenting peptide, and thus provide new areas of investigations and new possibilities to design active nano-drugs.This work can thus participate to the general effort of our research community to design efficient targeted anti-angiogenic therapies that could be applied in particular for cancer treatment.

Le cancer colorectal est la deuxième cause de décès par le cancer en Amérique du Nord. Il a été démontré que l’intégrine α6β4 est surexprimée dans les tumeurs primaires colorectales et qu’elle a un rôle protumoral. Toutefois, deux variants d’épissage alternatif existe pour la sous-unité intégrine α6 soit, α6A et α6B. Ils possèdent des domaines cytoplasmiques différents laissant croire qu’ils ont également des fonctions différentes. De plus, dans le cancer colorectal humain, une augmentation du ratio des variants α6A/α6B est observée, suggérant ainsi que le variant α6A participerait à la fonction protumorale de l’intégrine α6β4. Toutefois, le rôle précis du variant α6A et sa régulation dans le cancer colorectal humain demeurent inconnus. Les travaux de recherche de cette thèse visent à identifier le rôle du variant α6A dans la carcinogenèse colorectale humaine, en plus de comprendre la régulation de son expression. Dans un premier temps, mes expériences ont confirmé qu’une augmentation du variant α6A est responsable de la surexpression de la sous-unité α6 observée dans le cancer colorectal humain. L’abolition spécifique de ce variant par shARN dans les cellules cancéreuses colorectales humaines a entrainée un ralentissement de la prolifération cellulaire, démontré par les expériences de croissance cellulaire et d’incorporation de BrdU. De plus, cette réduction de la prolifération cellulaire est accompagnée d’une répression importante de la voie Wnt/β-caténine, visualisée par la baisse de la β-caténine active, de sa localisation nucléaire et de son activité transcriptionnelle. La suppression du variant α6A dans les cellules cancéreuses colorectales humaines diminue leur capacité à développer des tumeurs en xénogreffe. Les analyses supplémentaires du mécanisme ont permis de constater que le variant α6A régule la voie Wnt/β-caténine par la dégradation autophagique de la protéine DVL2. De plus, la protéine PRICKLE1, un important médiateur de l’ubiquitination et la dégradation de DVL2, est augmentée par la suppression du variant α6A. Par ailleurs, une forte corrélation positive entre l’expression du variant α6A et MYC a été observée in vitro et in vivo. Mes travaux ont révélé que MYC contrôle l’expression du promoteur de la sous-unité α6 et qu’il favorise l’épissage de l’exon 25. Conséquemment, MYC régulerait l’expression du variant α6A par les facteurs d’épissage ESRP2 et HNRNPA2B1. Ces découvertes démontrent le potentiel de l’utilisation du variant α6A et de son mécanisme comme cible thérapeutique et outil diagnostique.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Résumé : LRP-1 est un récepteur d’endocytose qui fut d’abord associé à des propriétés anti-tumorales via l’internalisation et le catabolisme de protéases matricielles. Cependant, malgré ses capacités à limiter le remodelage de la matrice extracellulaire, LRP-1 peut également coordonner la balance adhérence/dé-adhérence des cellules tumorales afin de favoriser l’invasion. LRP-1 fonctionne ainsi en régulant l’organisation du cytosquelette et le renouvellement des structures d’adhérence grâce à l’activation de la voie MEK/ERK et l’inhibition concomitante de la voie MKK7/JNK. Au cours de ce travail, nous avons cherché à déterminer comment LRP-1 peut réguler le protéome membranaire des cellules tumorales. Nos données révèlent que le taux d’intégrine β1 à la surface de carcinome thyroïdien FTC-133 est augmenté en présence de RAP, un antagoniste de LRP-1. Des immunoprécipitations et des analyses par imagerie confocale montrent que LRP-1 et l’intégrine β1 coexistent au sein des mêmes complexes biomoléculaires. Des tests d’endocytose démontrent que LRP-1 constitue un récepteur d’endocytose de l’intégrine β1 dans les FTC 133 car le nombre d’endosomes contenant l’intégrine β1 est diminué de 30% quand l’endocytose dépendante de LRP-1 est inhibée. Par ailleurs, nos données indiquent que LRP-1 est principalement impliqué dans le recyclage de l’intégrine β1 mais pas dans son ciblage au lysosome. Nous avons ainsi identifié une relation moléculaire privilégiée et originale entre LRP-1 et l’intégrine β1 dans le contexte tumoral. Ces travaux nous ont également incités à initier le développement d’un traceur bimodal original (fluorescence/Raman) permettant de suivre l’endocytose dépendante de LRP 1. / LRP-1 is a large multifunctional endocytic receptor first associated to anti-tumor properties by carrying the uptake and catabolism of extracellular matrix-associated proteinases. However, despite its ability to limit extracellular matrix remodeling, LRP-1 may also coordinate the adhesion/deadhesion balance in malignant cells to support invasion. LRP-1 acts so by regulating the cytoskeleton organization and adhesion structure turnover through the activation of MEK/ERK and concomitant inhibition of MKK7/JNK pathway.During this study, we investigated how LRP-1 is able to regulate the cell-surface proteome in malignant cells. Our data revealed that β1-integrin level is significantly increased at the cell surface of FTC-133 thyroid carcinoma upon treatment with RAP, used as LRP-1 antagonist. Immunoprecipitation experiments and confocal analysis highlight that LRP-1 and β1 integrin coexist at the same biomolecular complexes. Biochemical endocytosis assays demonstrate LRP-1 as a mediator of β1-integrin endocytosis in FTC-133 because the number of endosomes-containing β1-integrin decreases by 30% when LRP-1-mediated endocytosis is inhibited. Moreover, our data indicate that LRP-1 is mainly involved in β1-integrin recycling, but not in lysosome targeting.Overall, we identified an original molecular way between LRP-1 and β1-integrin in the tumor context. These works also allowed to initiate the development of an original bimodal molecular tracker (using both fluorescence and Raman) to study LRP-1-mediated endocytosis.