Ces travaux de thèse portent sur la conception, la synthèse et l'étude biologique de vecteurs peptidiques pour des applications en diagnostic et/ou thérapie du cancer.Nous avons utilisé des châssis cyclodécapeptidiques fonctionnalisés de façon chimiosélective par des éléments de ciblage et des effecteurs. Ces châssis, dotés de quatre ligands c[RGDfK], possèdent une forte affinité pour les récepteurs intégrine avB3 qui sont surexprimés dans de nombreux cancers et par les cellules endothéliales de l'environnement tumoral. Ils sont en revanche peu exprimés par les tissus sain. La présentation multivalente des ligands -RGD- permet également au châssis d'être internalisé par les cellules tumorales.Nous avons donc mis au point des molécules composées du châssis peptidique, de quatre ligands -RGD- pour le ciblage tumoral, et de différents effecteurs pour plusieurs applications. A travers de multiples collaborations, nous avons relié ce vecteur à un agent hautement toxique (cryptophycine), un photosensibilisateur (DHP), un peptide pro-apoptotique (BAX), un complexe de Gallium 68 (pour une étude clinique de phase I pour une application en imagerie TEP). Nous avons également greffé ces châssis présentant quatre motifs -RGD- à des polymères ou à des nanoparticules de silice, tous deux fluorescents.Le projet principal de cette thèse était la conception de vecteurs ciblant deux récepteurs tumoraux de manière simultanée. En plus de cibler l'intégrine avB3, nous avons ciblé le récepteur NRP1 qui est lui aussi surexprimé lors de l'angiogenèse tumorale. Nous avons exploité divers réactions chimiosélectives (oxime, cycloaddition de Huisgen, amidation) pour concevoir des vecteurs fluorescents ciblant l'un des deux récepteurs ou les deux à la fois. Des tests biologiques in vitro et in vivo ont été réalisés. Il s'avère que les composés à double ciblage permettent une très bonne détection de la tumeur, mais non supérieure à des composés à mono ciblage. En revanche, la réponse cellulaire déclenchée par les composés à double ciblage est unique, et totalement différente d'une co-injection. Nous avons plusieurs éléments qui tendent à prouver qu'un complexe NRP1-vecteur-Intégrine se formerait et resterait ancré au niveau de la membrane cellulaire, bloquant son internalisation. / This thesis work is about conception, synthesis and biological activities of peptide vectors for diagnostic and/or therapeutic applications against cancer.We used cyclodecapeptidic scaffolds chemoselectively handled with targeting elements and effectors. Those scaffolds presenting four c[RGDfK] ligands have a strong affinity for integrin avB3 receptors, wich are overexpressed in various cancers and by endothelial cells from the tumor surrounding. They are poorly expressed in healthy tissues. The multivalent presentation of -RGD- motifs higly increases the internalisation of the scaffold by tumor cells. Thus we developed molecules composed by four -RGD- motifs for tumor targeting, and different effectors for various applications. Thanks to multiple collaborations, we linked the vector to a highly cytotoxic compound (cryptophycine), a photosensitiser (DHP), a pro-apoptotic peptide (BAX), a DOTA complex (for 68-Ga complexation, for PET applications). We also grafted the cyclodecapeptide bearing four -RGD- motifs to polymers or silica nanoparticles, both fluorescent.The main project of this thesis was the conception of dual targeting vectors. Our objective was to simultaneously target two receptors overexpressed in the tumor periphery. Beside the targeting of avB3, we decided to target the NRP1 receptor, which is also overexpressed during tumor angiogenesis. We exploited various chemoselective reactions (oxime, huisgen cycloaddition, peptide coupling) to synthesise fluorescent vectors targeting one of the two receptors, or both. In vitro and in vivo biological experiments were realised. We discovered that dual targeting compounds allow a really good tumor detection, but inferior to mono targeting ones. Nevertheless, the cellular answer triggered by dual targeting compounds is totally different from those obtained with other compounds, including co-injection. We found different elements that tend to show that a NRP1-vector-integrin could be formed, and would be blocked inside the cellular membrane, resulting in its internalisation's blocking.

Le muscle squelettique est le réservoir principal d’acides aminés libres de l’organisme. Ainsi, l’atrophie musculaire induite par l’immobilisation peut entraîner un affaiblissement et un allongement des périodes de récupération générant des coûts de santé publique élevés. Une aggravation de l’atrophie caractérise de façon surprenante le muscle tibialis anterior (TA) après le déplâtrage, retardant la récupération. Mon objectif a été de comprendre les mécanismes à l’origine de l’aggravation de l’atrophie du TA pendant les phases précoces de récupération en étudiant i) la structure et le phénotype des muscles, ii) la composition de la matrice extracellulaire (MEC), iii) la protéolyse et l’apoptose, et iv) les processus de signalisation via les intégrines. Des rats ont été soumis à une immobilisation par plâtrage pendant 8 jours d’une des deux pattes arrière, l’autre servant de témoin, et placés en récupération pendant 10 jours. L’aggravation de l’atrophie du TA apparaît dès déplâtrage, corrélée avec i) une baisse de l’aire des fibres associée à leur déformation, ii) une redistribution des isoformes des chaines lourdes de myosines, iii) une augmentation de l’apoptose localisée dans le tissu conjonctif, iv) un épaississement de l’endomysium pendant la remobilisation, v) des adaptations au niveau des processus de remodelage des collagènes, et vi) une activation prononcée et persistante du système protéolytique ubiquitine-protéasome (UPS) et de l’apoptosome. Nous montrons également une élévation des niveaux ARNm dans le TA remobilisé vii) de la ténascine-C et de Sparc dès le déplâtrage, et viii) de marqueurs de l’autophagie à partir du moment où l’atrophie se stabilise. Enfin, nous montrons également une élévation des ARNm dans le TA immobilisé ix) des facteurs myogéniques, et x) des intégrines membranaires et de leurs partenaires pendant l’immobilisation et après le déplâtrage. En conclusion, mon travail de thèse a permis de montrer que l'aggravation de l’atrophie du TA est précoce, associée à un remodelage important de la structure et de la composition de la MEC et du phénotype des fibres musculaires, et pourrait résulter de l’augmentation persistante et prononcée de la voie UPS et de l’apoptose. Ce travail suggère que des modifications au niveau des molécules matricielles pendant la remobilisation pourraient influencer la signalisation dépendante des intégrines et la régénération musculaire. / Skeletal muscle is the main reservoir of body amino acids. Thus, muscle atrophy induced by immobilization can lead to a weakening and to a lengthening of recovery periods, leading to elevated healthcare costs. Surprisingly, a worsening of tibialis anterior (TA) muscle atrophy prevailed after cast removal and thus delayed recovery. The aim of my Ph.D was to understand mechanisms underlying the worsening of TA atrophy during early recovery by studying i) the muscle structure and phenotype, ii) the composition of the extracellular matrix (ECM), iii) proteolysis and apoptosis, and iv) the signaling pathways via integrins. Rats were subjected to hindlimb casting for 8 days of one hindllimb, the other leg served as control, and then were allowed to recover for 10 days. The worsening of TA atrophy appeared immediately after cast removal and correlated with i) a decrease in fiber crosssection area associated to fiber deformation, ii) a redistribution of myosin heavy chain isoforms, iii) an increase in apoptosis localized in the connective tissue, iv) a thickening of the endomysium during remobilization, v) some adaptations in collagen remodeling processes, and vi) a pronounced and sustained activation of the ubiquitin-proteasome proteolytic system (UPS) and of the apoptosome. We also showed an increase in the remobilized TA of mRNA levels vii) of tenascin-C and Sparc immediately after cast removal, and viii) of some autophagy markers, when atrophy stabilized. Finally, we showed an elevation of mRNA levels encoding ix) myogenic factors, and x) transmembrane integrins and their partners during TA immobilization and after cast removal. In conclusion, my Ph.D project showed that the worsening of the TA atrophy occurred early after cast removal, was associated with a significant remodeling of the structure and composition of the ECM and of the phenotype of muscle fibers, and may result from pronounced and sustained increase in the UPS and apoptosis. This work suggests that changes in the matricellular matrix molecules during remobilization could influence integrin-dependent signaling and muscle regeneration.

Les flavonoïdes sont étudiés depuis des années pour leurs propriétés préventives et leur potentiel comme agents thérapeutiques. Plusieurs mécanismes pourraient intervenir dans leur activité anti-cancéreuse dont une inhibition de l'adhérence et de l'étalement cellulaire et une inhibition des propriétés invasives des cellules cancéreuses. Les dérivés de 3-aryl-2-quinolones sont structurellement proches des flavonoïdes et ont été caractérisés comme étant des composés anti-migratoires (Joseph et Al., J.Med.Chem, 2002). Comme la migration cellulaire est hautement dépendante des structures adhésives assemblées par la cellule, nous avons étudié l'activité de ces composés sur les adhérences focales et fibrillaires. Ces larges complexes protéiques impliquent notamment les intégrines et leurs partenaires cytoplasmiques les liant au cytosquelette. Les intégrines permettent à la cellule de percevoir son microenvironnement et de s'y adapter. Les structures d'adhérence contenant les intégrines sont en retour capables de contrôler cet environnement (dégradation matricielle, fibrillogenèse…). Nos travaux montrent que les dérivés de 3-aryl-2-quinolone sont capables d'inhiber l'étalement cellulaire et de provoquer le désassemblage de structures adhésives préalablement établies de façon dose-dépendante et indépendamment de la composition de la matrice extracellulaire. L'activité des composés est finement liée à leur structure et de légères modifications de la composition chimique de leur chaîne latérale peuvent inhiber leur activité. Nous avons pu établir une relation structure-activité pour cette famille de composés et avons étudié les mécanismes moléculaires menant au désassemblage des structures d'adhérences quand les cellules sont traitées par ces molécules. Des études par RMN ont montré une interaction directe entre le chef de file de cette famille de composés et le domaine cytoplasmique des intégrines à chaîne béta 3 et nous avons pu montrer que cette interaction inhibait la liaison sur l'intégrine de l'un de ces activateurs, la kindline. L'agrégation plaquettaire est dépendante de l'activation des intégrines et constitue un excellent système d'étude physiologique pour les inhibiteurs de ces récepteurs. Le chef de file des dérivés de 3-aryl-2-quinolone est capable d'inhiber l'agrégation plaquettaire et la formation du thrombus, ce qui en fait un bon candidat médicament comme anti-thrombotique. / Flavonoïds have been studied for years for their potential chemopreventive and chemotherapeutic action. Several mechanisms might account for their anticancer activity, among which inhibition of cell adhesion and spreading, or inhibition of tumor cell invasion. 3-aryl-2-quinolone derivatives are chemical structures close to flavonoïds and were first designed as anti-migratory agents (Joseph et Al., J.Med.Chem, 2002). As cell migration is highly dependent on the cell adhesion machinery, we decided to investigate the action of these molecules on focal and fibrillar adhesions. These large protein complexes include heterodimeric transmembrane proteins, the integrins, and their cytoplasmic interactors able to link to the cytoskeleton. Integrins allow microenvironment sensing and cellular response to it. Adhesive structures containing integrins are also able to control cell microenvironment (matrix degradation, fibrillogenesis…). Our studies show that 3-aryl-2-quinolone derivatives are able not only to prevent cell spreading but also to disrupt already well-established focal adhesions in a reversible and ECM composition independent manner. The activity of the molecule is closely linked with its structure, as very slight modification of the lateral chain of the compound can totally impair its activity. Our work is focused on establishing a Structure-Activity Relationship of 3-aryl-2-quinolone derivatives and on investigating the molecular mechanisms underlying this activity. Osteoblasts treatment by 3-aryl-2-quinolone derivatives triggers a rapid disassembly of focal and fibrillar adhesions. NMR experiments show a direct interaction between the lead compound of the family and 3 integrin cytoplasmic tail and pull-down assay show that it is able to reduce the interaction between 3 integrin and kindlin, one of its coactivator. As platelet activation is an archetype of 3 integrin activation, we tested the activity of 3-aryl-2-quinolone on this physiological process. Under treatment, platelets failed to become activated and are unable to trigger thrombus formation, providing an interest to the 3-aryl-2-quinolone derivatives as potential anti-thrombotic agents.

Le collagène XIX est un collagène mineur retrouvé dans la zone de certaines membranes basales spécialisées. Notre laboratoire a montré que son domaine NC1(XIX) est une matrikine présentant des propriétés anti-tumorales et anti-angiogéniques. L'objectif de ce travail est d'étudier les mécanismes aboutissant à cette activité anti-tumorale.Lors de l'invasion tumorale, les cellules cancéreuses dégradent la membrane basale permettant la production de matrikines anti-tumorales. Dans un premier temps, nous avons démontré que la plasmine, qui est une des enzymes clé de l'invasion tumorale, clivait l'extrémité C-terminale du collagène XIX, in vitro et ex vivo, et libérait un peptide présentant une séquence proche du peptide NC1(XIX). Une analyse en modélisation moléculaire a retrouvé que ce peptide adoptait localement la même conformation en coude β de type I que le peptide NC1(XIX). Nous avons ensuite montré que ce peptide inhibait la migration des cellules tumorales in vitro et la croissance tumorale in vivo. Ce travail démontre que le collagène XIX est un nouveau substrat de la plasmine. Ce mécanisme pourrait constituer un moyen de défense de l'organisme contre l'invasion tumorale.Les principaux récepteurs des matrikines appartiennent à la famille des intégrines. Dans un modèle de mélanome humain (cellules SK-MEL-28), nous avons caractérisé l'intégrine αvβ3, comme récepteur du peptide NC1(XIX). Nous avons également démontré que la fixation du peptide NC1(XIX) sur l'intégrine αvβ3 induisait une diminution des phosphorylations de FAK sur le résidu de tyrosine 861, de la sous unité p85 de la PI3K sur le résidu de tyrosine 458, de PDK1 sur le résidu de sérine 241, d'Akt sur les résidus de thréonine 308 et de sérine 473, de mTOR sur les résidus de sérine 2448 et 2481, et de GSK3β sur le résidu de sérine 9. L'inhibition de cette voie FAK / PI3K / Akt / mTOR, largement impliquée dans la transduction du signal dans le mélanome peut, en partie, expliquer les effets anti-tumoraux du peptide NC1(XIX).Parallèlement, ce travail nous a permis de mettre au point différentes techniques de PCR, de Western blot et d'ELISA pour quantifier l'expression du collagène XIX et de son peptide NC1(XIX). Cette étape constitue un préalable essentiel pour une application éventuelle en biologie clinique. / Type XIX collagen is a minor collagen localized in specialized basement membranes. Our laboratory demonstrated that its NC1(XIX) domain is a matrikine which presents anti-tumor and anti-angiogenic properties. The aim of this work was to study the mechanisms leading to this anti-tumor activity.During tumor invasion, cancer cells degrade basement membrane components leading to anti-tumor matrikine release. First, we demonstrated that plasmin, a key enzyme in tumor invasion, cleaved the C-terminal domain of type XIX collagen, in vitro and ex vivo, and released a peptide with a sequence in close vicinity to the NC1(XIX) peptide. Molecular modeling studies showed that NC1(XIX) peptide and the released fragment adopted locally the same type I β-turn conformation. Then, we showed that this peptide inhibited migration of tumor cells in vitro and tumor growth in vivo. This study demonstrated that collagen XIX is a novel proteolytic substrate for plasmin. Such release may constitute a defense of the organism against tumor invasion.The main matrikine receptors belong to the integrin family. In a model of human melanoma cells (SK-MEL-28), we characterized αvβ3 integrin as NC1(XIX) peptide receptor. We also demonstrated that the binding of NC1(XIX) peptide on αvβ3 integrin induced a decrease in phosphorylation of FAK tyrosine 861 residue, PI3K p85 tyrosine 458, PDK1 serine 241,Akt threonine 308 and serine 473, mTOR serine 2448 and 2481, and GSK3β serine 9. The decreased activity of this FAK / PI3K / Akt / mTOR pathway, heavily involved in melanoma signal transduction, could explain, at least in part, the antitumor effects of NC1(XIX) peptide.Meanwhile, this work allowed us to develop PCR, Western blot and ELISA to quantify the expression of collagen XIX and its NC1(XIX) peptide. These steps were required for clinical applications.

La survie des patients atteints de cancer et traités avec des thérapies conventionnelles reste faible dans plusieurs types de tumeurs. Récemment, une nouvelle approche immunothérapeutique a été développée pour cibler le système immunitaire au lieu de la tumeur elle-même, afin de restaurer la fonctionnalité des cellules immunitaires et la destruction des cellules cancéreuses. L’immunothérapie ciblant le récepteur inhibiteur PD-1 occupe une place privilégiée dans les thérapies anticancéreuses en raison de sa haute spécificité et de sa faible toxicité par rapport aux thérapies conventionnelles. Cependant, le taux de réponse reste faible avec seulement 20 à 25% de patients répondant à une immunothérapie anti-PD-1. Il est donc important de comprendre les mécanismes associés à la résistance à ces thérapies et d’identifier des biomarqueurs prédictifs de réponse. L'expression du ligand de PD-1, PD-L1, sur les cellules tumorales, la charge mutationnelle tumorale et l'infiltration tumorale par les lymphocytes ont déjà été décrits, mais de nouveaux biomarqueurs sont nécessaires pour mieux déterminer la sous-population de patients susceptible de bénéficier de ces traitements. Au cours de ce travail, nous avons établi une cohorte de 118 patients atteints d'un cancer du poumon non à petites cellules (CBNPC) traités avec une immunothérapie anti-PD-1/PD-L1, et nous avons étudié l'expression de plusieurs biomarqueurs potentiels, en particulier les cellules T mémoires résidentes dans le tissu (TRM) CD8+CD103+. Ces cellules constituent un candidat potentiel car elles représentent une population privilégiée de lymphocytes T CD8 grâce à l’expression de PD-1 et une forte capacité cytotoxique vis-à-vis des cellules tumorales autologues suite à la neutralisation de l’interaction de PD-1 avec PD-L1. Nous montrons qu’une forte infiltration de tumeurs de CBNPC avec des cellules TRM corrèle à une survie sans progression plus élevée (PFS) et une réponse plus efficace à anti-PD-1 que les tumeurs avec une faible infiltration par des TRM. De plus, les tumeurs qui expriment fortement ICAM-1, un ligand de l’intégrine LFA-1 exprimée sur les lymphocytes T CD8, sont hautement infiltrées par des TRM. Par ailleurs, il est bien connu que le signal TGF-β est crucial pour l’induction de CD103 et la formation de TRM CD8+CD103+. Je me suis donc intéressée à l'activation du TGF-β par les intégrines αV exprimée par les cellules tumorales humaines et murines. À l'aide des modèles in vitro et in vivo, nous montrons que les cellules tumorales exprimant les intégrines αV activent le TGF-β et induisent l'expression de CD103 à la fois par les cellules T CD8+ provenant de cellules mononucléées du sang périphérique (PBMC) et de lymphocytes infiltrant la tumeur (TIL). L’expression plus faible de CD103 par les TIL CD8+ de souris greffées avec des tumeurs déficientes pour l’expression d'αV n'a pas d'effet sur le contrôle de la croissance tumorale. De manière intéressante, nous montrons dans des modèles de tumeurs déficientes pour l’expression d’αV, que le traitement avec des anticorps anti-PD-1 bloquants corrèle avec un meilleur contrôle de la croissance tumorale et une meilleure réponse à l'immunothérapie anti-PD-1 qui sont associés à une infiltration plus forte de TIL et un état d'activation plus élevé des TIL CD8+ exerçant une activité cytotoxique spécifique. De plus, une expression élevée de l'intégrine αV dans les tumeurs corrèle avec une réponse plus faible des patients atteints de CBNPC à une immunothérapie anti-PD-1/PD-L1. Ces données montrent comment trois marqueurs distincts, cellules TRM, ICAM-1 et les intégrines αV, régulent le microenvironnement tumoral et l’immunité T CD8 avec des implications potentielles pour potentialiser les réponses aux immunothérapies. / The survival of cancer patients treated with conventional therapies remains low in multiple cancers. Recently, a new immunotherapeutic approach has been developed to target the immune system instead of the tumor itself, in order to restore immune cell functions in cancer destruction. Immunotherapy targeting the T cell inhibitory receptor PD-1 occupies a privileged place in cancer therapy thanks to its high specificity and low toxicity compared to chemotherapies. However, the response rate remains low with only 20-25% of patients responding to anti-PD-1 immunotherapy. An important issue is therefore to understand the mechanisms associated with resistance to these therapies and to identify the predictive biomarkers of response. The expression of the PD-1 ligand, PD-L1, on tumor cells, tumor mutational burden (TMB) and tumor infiltration by lymphocytes have been described to predict the response to immune checkpoint blockade (ICB). However, new biomarkers are needed to better determine patient subpopulation which could benefit from this treatment. To address this question, we established a cohort of 118 non-small cell lung cancer (NSCLC) patients treated with anti-PD-1/PD-L1 immunotherapy and studied the expression of several potential biomarkers. Tissue-resident memory T (TRM) cells are a potential candidate because they represent a distinct population of CD8+ T cells highly expressing integrin αEβ7 (CD103) and PD-1; and showing strong cytotoxic capacity towards autologous tumor cells upon neutralisation of PD-1/PD-L1 interaction. Results from the present study show that high infiltration of TRM cells in NSCLC tumors correlates with higher progression-free survival (PFS) and a better response to anti-PD-1/PD-L1 immunotherapy. Moreover, tumors with high expression levels of ICAM-1, the ligand of integrin LFA-1 expressed on T cells, show higher TRM infiltration. TGF-β is a cytokine directly involved in CD103 induction on activated tumor-specific T cells. Therefore, I also investigated the role of αV integrins in activating TGF-β and thereby in controlling TRM differentiation and anti-tumor T cell immunity. Using human and mouse models, we show that tumor cells expressing αV integrins activate TGF-β, which can in turn induce expression of CD103 on CD8+ T cells in vitro on peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) and in vivo on tumor infiltrating lymphocytes (TIL). However, lower CD103 expression on CD8+ TIL and thus CD103+ TRM cell formation in C57BL/6 mice engrafted with αV-lacking cancer cells had no effect on tumor growth control. Remarkably, αV-deficient tumors responded more effectively to anti-PD-1 immunotherapy than αV-efficient tumors and this response correlates with higher tumor infiltration by activated CD8+ T cells and stronger cytotoxic activity toward autologous cancer cells. Moreover, high expression of αV integrins in NSCLC tumors correlates with worse response to anti-PD-1/PD-L1 immunotherapy. These data show how three distinct markers, TRM cells, ICAM-1, and αV integrins regulate the tumor microenvironment and CD8+ T cell immunity, with potential implications in improving response to ICB immunotherapies.

La recherche actuelle sur le cancer se tourne vers des « stratégies ciblées » afin de développer de nouvelles méthodes diagnostiques plus sensibles et performantes, ainsi que de nouvelles thérapies plus efficaces mais aussi mieux tolérées. Dans ce contexte, nos travaux sont consacrés à la conception de vecteurs synthétiques ciblant un récepteur cellulaire surexprimé par les tumeurs, l'intégrine alphaVbeta3. Ce ciblage permet de concentrer les drogues ou les éléments de détection au niveau tumoral. L'outil utilisé pour la construction chimique de nos vecteurs est un châssis décapeptidique cyclique RAFT (Regioselectively Addressable Functionalized Template) présentant deux domaines indépendants permettant de séparer les deux fonctions du vecteur. Sur un domaine, la fonction de ciblage est assurée par la présentation multivalente de ligands -RGD- spécifiques du récepteur. L'autre domaine du vecteur supporte les molécules d'intérêt à vectoriser : agents thérapeutiques pour limiter la prolifération du foyer malin ou agents de détection pour l'imagerie médicale.

Les cellules musculaires lisses (CML) vasculaires les composants cellulaires principaux de la paroi artérielle, sont exposées constamment aux contraintes mécaniques. Les contraintes mécaniques cycliques régulent de nombreuses fonctions des CML vasculaires via les intégrines. Parmi les intégrines, l'[alpha]v[gamma]3 est non seulement un mécano-transducteur mais aussi le récepteur de la prothrombine à la surface des CML. L?activation de l'intégrine [alpha]v[gamma]3 par les contraintes mécaniques pourrait favoriser l'adhésion des CML à la prothrombine et aussi accélérer la génération de thrombine à la surface des CML. Pour vérifier cette hypothèse, nous avons étudié l'effet des contraintes mécaniques sur la génération de thrombine par les CML et identifié les voies de la signalisation impliquées. Nous avons utilisé un modèle de Flexcell utilisant les CML aortiques de rat, soumises à un étirement cyclique (10%, 1Hz). L'exposition à l'étirement cyclique pendant 1h et 6h induit un phénotype de différenciation et non-apoptotique des CML et une augmentation de l'expression de l'intégrine [alpha]v[gamma]3. Il y a aussi une augmentation de la phosphorylation de Src, FAK, AKT de façon temps dépendant et une augmentation de la phosphorylation de l'ILK à 15 min et du clivage de taline de 5 à 60 min. L'étirement cyclique augmente l'adhésion des CML à la prothrombine et la génération de thrombine avec un effet maximum à 6h de 67% et 30% respectivement. Le peptide mimétique de l'intégrine [alpha]v[gamma]3 (cRGDPV) et le siARN [alpha]v bloquent tous les effets de l'étirement cyclique sur les CML. Le siARN taline inhibe l'expression de la sous-unité [alpha]v et également la phosphorylation de Src, AKT et ILK. Le siARN ILK n'a pas d'effet sur l'expression de l'[alpha]v mais inhibe la phosphorylation d'AKT et le clivage de taline à 6h de l'étirement cyclique. Ainsi, l'étirement cyclique induit une plus forte génération de thrombine par les CML vasculaires via l'activation des voies de signalisation dépendante de l'[alpha]v[gamma]3. Cette étude suggère que la génération de thrombine intravasculaire peut être régulée par des antagonistes de l'intégrine [alpha]v[gamma]3 et peut devenir une nouvelle cible thérapeutique chez les patients avec une pression pulsée élevée / Vascular smooth muscle cells (SMC), the main cellular components of the arterial wall, are constantly exposed to mechanical stretch. Cyclic mechanical stress regulates many functions of vascular SMC via integrins. Among the integrins, [alpha]v[gamma]3 is not only a mechanotransducer but also the receptor of prothrombin in the vascular SMC. Activation of integrin [alpha]v[gamma]3 by mechanical stretch may promote SMC adhesion to prothrombin and also accelerate thrombin generation on the surface of SMC. To test this hypothesis, we have studied the effect of mechanical stretch on the generation of thrombin by SMC and identified possible signaling pathway involved. We used a Flexcell model using rat aortic SMC subjected to cyclic stretch (10%, 1Hz). Exposure to cyclic stretch for 1h and 6h induced a phenotype of differentiation and non-apoptosis of SMC and an increased expression of integrin [alpha]v[gamma]3. There was also an increase in phosphorylation of Src, FAK, and AKT in a time dependent manner, increased phosphorylation of ILK at 15min and the cleavage of talin from 5 to 60min. Cyclic stretch increased the adhesion of prothrombin to the SMC, and thrombin generation with a maximum effect of 67% and 30% respectively. A peptide mimetic of integrin [alpha]v[gamma]3 (cRGDPV) and [alpha]v siRNA both blocked all the effects of cyclic stretch on SMC. A talin siRNA inhibited the expression of [alpha]v and the phosphorylation of Src, AKT and ILK. An ILK siRNA has no effect on the expression of [alpha]v but inhibited the phosphorylation of AKT and the cleavage of talin at 6h of stretch. Thus, cyclic stretch induced a higher thrombin generation by vascular SMC via activation of signaling pathways dependant on [alpha]v[gamma]3. This study suggests that intravascular thrombin generation can be regulated by antagonists of integrin [alpha]v[gamma]3 and can become a new therapeutic target for the patients with a high pulse pressure

L’objectif de cette thèse est de développer l’imagerie de transfert de saturation des agents de contraste lipoCEST pour la détection de l’angiogenèse dans un modèle souris de tumeur cérébrale U87. Un lipoCEST offrant un seuil de sensibilité in vitro de 100 pM est optimisé afin de répondre aux contraintes de l’imagerie CEST in vivo. Grâce à la mise en place d’un dispositif expérimental dédié à l’imagerie CEST, nous évaluons les performances des lipoCEST pour détecter de façon spécifique l’angiogenèse tumorale. Nous montrons pour la première fois qu’il est possible de détecter un lipoCEST in vivo dans un cerveau de souris suite à une injection intraveineuse. De plus, l’utilisation d’un lipoCEST fonctionnalisé avec un peptide RGD permet de cibler spécifiquement l’intégrine ανβ3 surexprimée lors de l’angiogenèse tumorale. L’association spécifique du RGD-lipoCEST est confirmée grâce à des données d’immunohistochimie et de microscopie de fluorescence. Enfin, dans le but de tendre vers un protocole d’imagerie moléculaire par IRM-CEST, nous mettons en place un outil de quantification des lipoCEST. Cet outil repose sur la modélisation des processus d’échange de protons in vivo. Grâce à la prise en compte des inhomogénéités de champs B0 et B1 qui peuvent se révélées être délétères pour le contraste CEST, nous démontrons que la précision de notre outil de quantification est de 300 pM in vitro. La quantification des données CEST acquises chez la souris U87 permet d’estimer à 1,8 nM la concentration maximale en RGD-lipoCEST liés à leur cible moléculaire. / The study aimed at developing saturation transfer imaging of lipoCEST contrast agents for the detection of angiogenesis in a U87 mouse brain tumor model. A lipoCEST with a sensitivity threshold of 100 pM in vitro was optimized in order to make it compatible with CEST imaging in vivo. Thanks to the development of an experimental setup dedicated to CEST imaging, we evaluated lipoCEST to detect specifically tumor angiogenesis. We demonstrated for the first time that lipoCEST visualization was feasible in vivo in a mouse brain after intravenous injection. Moreover, the integrin ανβ3 overexpressed during tumor angiogenesis can be specifically targeted using a functionalized lipoCEST with RGD peptide. The specific association between the RGD-lipoCEST and its target ανβ3 was confirmed by immunohistochemical data and fluorescence microscopy. Finally, in order to tend to a molecular imaging protocol by CEST-MRI, we developed a quantification tool of lipoCEST contrast agents. This tool is based on modeling of proton exchange processes in vivo. By taking into account both B0 and B1 fields inhomogeneities which can dramatically alter CEST contrast, we showed that the accuracy of our quantification tool was 300 pM in vitro. The tool was applied on in vivo data acquired on the U87 mouse model and the maximum concentration of RGD-lipoCEST linked to their molecular targets was evaluated to 1.8 nM.

L’élucidation des mécanismes permettant l’optimisation de la réponse immunitaire antitumorale correspond à un enjeu majeur pour le développement de stratégies d’immunothérapie efficace. En effet, les réponses immunitaires antitumorales se traduisent rarement par l’éradication de la tumeur. Dans ce contexte, les travaux antérieurs de mon équipe ont démontré que l’interaction de l’intégrine αE(CD103)β7, souvent exprimée par les lymphocytes infiltrant la tumeur (TIL), avec son ligand E-cadhérine, à la surface des cellules tumorales épithéliales, joue un rôle majeur dans la potentialisation de l’activité lytique des cellules T en induisant la polarisation et l’exocytose des granules cytotoxiques. Nos résultats ont indiqué aussi que le TGF-β1, souvent abondant dans les tumeurs, joue un rôle déterminant dans cette induction suite à l’engagement du récepteur des cellules T. Dans ce contexte, nous avons cherché à comprendre les mécanismes de régulation du gène ITGAE qui codent la sous-unité alphaE de l’intégrine CD103. Nos résultats ont montré que les facteurs transcriptionnels Smad2, Smad3 et NFAT-1 sont impliqués dans la régulation de l’expression de la sous-unité αE(CD103). En effet, une costimulation avec du TGF-β1 recombinant et un anticorps anti-CD3 d’un clone T CD103- induit l’expression de cette intégrine qui est accompagnée d’une translocation dans le noyau de Smad2, Smad3 et NFAT-1 qui sont cytoplasmiques à l’état basal. L’inhibition spécifique de ces facteurs transcriptionnels inhibe l’expression de CD103 et abroge le potentiel lytique du clone T vis à vis de sa cible tumorale autologue. De plus, nous avons identifié deux séquences régulatrices du gène ITGAE humain, un promoteur proximal et un enhancer. Par ailleurs, mon équipe a récemment montré que l’interaction de CD103 à la surface des TIL avec une molécule E-cadhérine recombinante est suffisante pour induire la polarisation des granules cytolytiques par un mécanisme dépendant de la PLC-g1 et ERK et que cette intégrine possède non seulement une fonction d’adhérence, mais aussi une fonction de costimulation du signal TCR des TIL antitumoraux. Nous avons cherché à mieux comprendre la signalisation de l’intégrine CD103, en identifiant les domaines intracytoplasmiques de la sous-unité αE impliqués dans son activation. Nous avons ainsi construit une protéine de fusion CD103-GFP et plusieurs mutants du domaine intracytoplasmique de la sous-unité αE qui ont été ensuite transfectés dans la lignée Jurkat Tag CD103-/beta7+. Nos résultats ont montré que le domaine intracytoplasmique de la chaîne alphaE n’est pas nécessaire à la reconnaissance du ligand, la E-cadhérine. Par contre, nous avons montré que ce domaine est impliqué dans le phénomène de clustering de l’intégrine et dans sa polarisation à la zone de contact avec des billes couvertes avec la E-cadhérine-Fc. Nous avons identifié un domaine de 8 acides aminés (ESIRKAQL), contenant une sérine en position 1163 potentiellement phosphorylable, et qui est indispensable pour la signalisation de l’intégrine. De plus, nos travaux ont montré que ce domaine ESIRKAQL, est nécessaire pour la phosphorylation de la ERK1/2 et PLC-g1. Ainsi, une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires régulant les fonctions de CD103 pourrait contribuer au développement et à l’amélioration de la réponse antitumorale exercée par les CTL. / The elucidation of mechanisms for optimizing the antitumor immune response is a major challenge for the development of strategies for effective immunotherapy. Indeed, the anti-tumor immune responses rarely result in the eradication of the tumor. In this context, the previous work of my team have shown that the interaction of integrin αE(CD103)β7, often expressed by tumor infiltrating lymphocytes (TIL) with its ligand E-cadherin at the cell surface tumor epithelial cells, plays a major role in the potentiation of the lytic activity of T cells by inducing polarization and exocytosis of cytotoxic granules. Our results also indicated that TGF-β1, often abundant in tumors, plays a key role in the induction due to the commitment of the T cell receptor. In this context, we sought to understand the mechanisms regulating ITGAE gene encoding the subunit αE of integrin. Our results showed that the transcription factors Smad2, Smad3 and NFAT-1 are involved in regulating the expression of subunit αE(CD103)β7. Indeed, costimulation with recombinant TGF-β1 and anti-CD3 antibody induces on T cell clone CD103- the expression of this integrin ant the translocation into the nucleus of Smad2, Smad3 and NFAT-1 that are cytoplasmic at baseline. Specific inhibition of these transcription factors inhibits the expression of CD103 and repeals the lytic potential of cloned T with respect to the autologous tumor target. In addition, we identified two regulatory sequences of human ITGAE gene, proximal promoter and enhancer. In addition, my team has recently shown that the interaction of CD103 on the surface of TIL with a recombinant molecule E-cadherin is sufficient to induce the polarization of cytolytic granules by ERK and PLC-γ1 pathway thus this integrin has not only a function of adherence, but also a function of costimulatory signal TCR of TIL. We sought to better understand the signaling of integrin CD103, by identifying the cytoplasmic domains of the subunit αE involved in its activation. We have constructed a fusion protein CD103-GFP and several mutants of intracytoplasmic domain of the subunit αE which were then transfected into the Jurkat Tag cell line CD103-/ β7+. Our results showed that the intracytoplasmic domain of CD103 is not necessary for ligand recognition, E-cadherin. By cons, we have shown that this area is involved in the phenomenon of clustering of integrin and its polarization to the contact area with balls covered with E-cadherin-Fc. We have identified a range of 8 amino acids (ESIRKAQL) containing a potentially phosphorylatable serine in position 1163, which is essential for integrin signaling. In addition, our work has shown that this area ESIRKAQL is necessary for the phosphorylation of ERK1/2 and PLC-g1. Thus, a better understanding of the molecular mechanisms that regulate the functions of CD103 may contribute to the development and improvement of the antitumor response exerted by CTL .

L'objectif ici était de développer une méthode de détection des tumeurs cérébrales via des agents de contraste pour l'IRM du 19F à 7 teslas. Nous évaluons en particulier le potentiel de cette méthode à mettre en évidence l'angiogenèse tumorale à l'aide d'agents de contraste fonctionnalisés avec le peptide RGD et ciblant l'intégrine ανβ3, biomarqueur surexprimé à la surface des néo-vaisseaux irriguant la tumeur. Du fait des basses concentrations locales en agent de contraste, les efforts portent dans un premier temps sur l'optimisation d'une séquence multi échos de spin dédiée à l'imagerie du PFOB (perfluorooctyl bromure), perfluorocarbure biocompatible choisi pour constituer la base de nos agents de contraste. Nous montrons qu'un paramétrage minutieux de cette séquence permet la suppression de la J-modulation et un rehaussement du T2, conduisant à une excellente sensibilité in vitro. La séquence est ensuite testée pour des mesures d'oxygénation dans le foie et la rate chez la souris, après injection d'une émulsion de PFOB. Les résultats indiquent une très bonne précision des mesures après injection d'une seule dose d'émulsion. Notre séquence est également utilisée pour réaliser une étude de biodistribution dynamique, permettant de suivre l'accumulation des nanoparticules d'émulsion dans le foie et la rate juste après injection. Nous montrons par ailleurs qu'il est possible d'évaluer la furtivité d'émulsions contenant différentes quantités de PEG (Poly Ethylène Glycol) en ajustant les données expérimentales sur un modèle pharmacocinétique empirique. La séquence est enfin utilisée pour détecter des nanoparticules d'émulsions fonctionnalisées pour cibler l'intégrine ανβ3 dans un modèle souris U87 de glioblastome. Nous comparons les concentrations en agent de contraste obtenues dans la tumeur avec une émulsion contenant le peptide RGD, et une émulsion contrôle. Les résultats indiquent des concentrations significativement plus élevées avec l'émulsion RGD qu'avec l'émulsion contrôle, supposant un ciblage spécifique d'ανβ3 par les nanoparticules fonctionnalisées. Un dernier chapitre est dédié à une nouvelle méthode de spectroscopie de diffusion en 19F, dont le but est d'éliminer le signal vasculaire provenant des nanoparticules de PFOB circulantes afin d'évaluer le signal ne provenant que des particules liées.