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Les ADN circulants extracellulaires (ADNcf) sont considérés comme des biomarqueurs potentiels non invasifs de la progression tumorale. Ils présentent l'avantage d'être porteurs des altérations génétiques des tumeurs dont ils sont issus. Les connaissances sur les formes, les mécanismes de libération et les actions biologiques des ADNcf sont cependant encore peu caractérisées.Nous avons émis l'hypothèse que se focaliser sur l'étude de la structure et des origines des ADNcf issus des tumeurs permettrait d'ouvrir de nouvelles perspectives d'applications en génomique personnalisée.Nos travaux ont démontré à l'aide d'un animal modèle que les ADNcf issus des tumeurs de cancers colorectaux sont hautement fragmentés à des tailles inférieures à 145 bp. Cette observation a été confirmée sur plasma humain en réalisant par AFM la première image directe d'ADNcf issu de tumeurs. Nous avons déterminé que les proportions d'ADNcf mutés varient fortement dans la circulation sanguine, mais que près d'un tiers des individus présentaient des proportions d'ADNcf mutés supérieures à 25 % de tous les ADNcf retrouvés dans le sang. Ces découvertes nous ont permis de participer au développement d'une méthode d'analyse spécifique des ADNcf du plasma permettant de déterminer par Q-PCR la concentration en ADNcf, sa fragmentation ainsi que la présence des mutations KRAS et BRAF. Cette méthode a été validée cliniquement sur 79 échantillons de patients atteints de cancer colorectal métastatique en la comparant avec une concordance de 96 % à la technique de référence clinique utilisant l'ADN de tissu tumoral. L'utilisation des ADNcf en tant que « biopsie liquide » devrait être un biomarqueur central dans l'approche de génomique personnalisée des années à venir et les résultats de ces travaux de thèse participer au développement de cette nouvelle approche. / Cell-free circulating DNA (cfDNA) are considered as potentials non invasive biomarkers of tumor progression. They present the advantage to exhibit the genetic alterations from their tumor of origin. Knowledge on the forms, mechanism of release, and biological effect of cfDNA are however still less characterized. We have hypothesized that focalizing on the study of cfDNA structure and origin will open new perspectives of application in personalized genomic. Our works demonstrated, with an animal model, that cfDNA from colorectal cancer tumor are highly fragmented at size lower than 145 bp. This observation was confirmed on human plasma with AFM by realizing the first direct picture of tumor-derived cfDNA. We have determined that cfDNA proportion highly varied in bloodstream, but more than a third of individual exhibit proportions larger than 25 % of blood total cfDNA.These discoveries let us participate to the development of a specific analysis method of plasma cfDNA owing to determinate by Q-PCR the cfDNA concentration, its fragmentation and the presence of KRAS and BRAF mutation. This method has been clinically validated on 79 samples of metastatic colorectal cancer patients by comparing it, with a concordance of 96 %, with the technique of reference using DNA from tumoral tissue.cfDNA could be used as « liquid biospy » and could be a central biomarker in the personalized genomic for the future years, and this thesis work participate to the development of this new approach.

O Adenocarcinoma ductal pancreático (ADP) é o tumor pancreático mais comum e apresenta um dos piores prognósticos. A primeira alteração crítica que desencadeia o processo de progressão tumoral, é a ativação desregulada do gene KRAS, na qual está presente em 90% dos casos. Várias iniciativas terapêuticas buscaram como alvo direto a atividade da oncoproteína RAS, sem no entanto, obter resultados satisfatórios. Desta forma, a investigação de moléculas efetoras downstream às vias reguladas por RAS, poderiam resultar em estratégias mais eficazes. Dentre estas moléculas efetoras estão as MAPKs, que modulam diversos processos celulares essenciais para o desenvolvimento tumoral, onde a cascata RAS/RAF/MEK/ERK representa uma importante via canônica de transdução de sinais. A transdução de sinais desta via pode ser favorecida por proteínas conhecidas como proteínas de arcabouço, como SHOC2, funcionando como uma plataforma para ligação de RAS-RAF-1 e consequentemente potencializando sua ligação. KRAS, têm sido associado à regulação de vias metabólicas importantes, como a glicólise que interferem diretamente na capacidade de proliferação e sobrevivência celular, para o estabelecimento e manutenção da biologia tumoral. Assim, o objetivo deste trabalho foi investigar o papel da proteína SHOC2 na indução do estresse oxidativo e capacidade de sobrevivência de linhagens celulares de ADP. Foram realizados os ensaios de morte celular por apoptose, avaliação da capacidade clonogênica e quantificação dos níveis de glutationa e quantificação da produção de espécies reativas de oxigênio. As linhagens celulares MIA PaCa2 e PANC-1 apresentaram uma redução significativa da capacidade de formação de colônias. A taxa de apoptose induzida pelo tratamento com Gemcitabina não diferiu entre as linhagens modificadas para silenciar a função de SHOC2. No ensaio da quantificação dos níveis de glutationa e na produção de espécies reativas de oxigênio, os resultados não foram concordantes com o esperado. Para análise dos níveis proteicos de p-ERK1/2, podemos observar uma redução na sua expressão, mesmo se mostrando de maneira sutil. Os resultados sugerem que pode haver alguma relação entre o silenciamento de SHOC2, estresse oxidativo e sobrevivência, porém existem outras vias alternativas modulando este processo. / Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is the most common pancreatic tumor and has one of the worst prognoses. The first critical change that triggers the process of tumor progression is the dysregulated activation of the KRAS gene, in which it is present in 90% of cases. Several therapeutic initiatives aimed directly at the activity of the RAS oncoprotein, without, however, obtaining satisfactory results. Thus, investigating downstream effector molecules on RAS-regulated pathways could result in more effective strategies. Among these effector molecules are MAPKs, which modulate several cellular processes essential for tumor development, where the RAS / RAF / MEK / ERK cascade represents an important canonical pathway for signal transduction. Signal transduction of this pathway may be favored by proteins known as scaffold proteins, such as SHOC2, serving as a platform for RAS-RAF-1 binding and hence potentiating its interaction. KRAS, have been associated with the regulation of important metabolic pathways, such as glycolysis, for the establishment and maintenance of tumor biology. Thus, the objective of this work was to investigate the role of SHOC2 in the induction of oxidative stress and survival capacity of ADP cell lines. Cell death assays were performed by apoptosis, and quantification of glutathione levels and the production of reactive oxygen species were performed. MIA PaCa2 and PANC-1 cell lines showed a reduction in colony formation capacity. Gemcitabine-mediated cell death by apoptosis has not been induced after SHOC2 knockdown. Also, the measurement of reactive oxygen species and quantification of glutathione levels did not reveal any change mediated by SHOC2. The analysis of ERK1 / 2 activation has shown a discrete reduction in its expression. The results suggest that there may be some relationship between SHOC2 silencing, oxidative stress and survival, but there are other alternative pathways modulating this process which needs claryfication.

As neoplasias induzidas pela forma oncogênica da KRAS são doenças muito comuns, para as quais não existem terapias efetivas. Uma inibição direta da KRAS falhou em ensaios clínicos e esforços intensos tem sido feitos para identificar alvos de KRAS importantes para a oncogênese. Uma via promissora regulada por KRAS, que tem sido pouco explora a é a via dos microRNAs (miRNAs). Nossa meta foi identificar miRNAs regulados pela KRAS em células pulmonares e pancreáticas, que possam contribuir para o fenótipo oncogênico. Para alcançar esta meta nós usamos duas abordagens: (1) Nós investigamos o miRNA 486-5p como um alvo de KRAS em câncer de pâncreas e de pulmão. A expressão deste miRNA havia sido correlacionada positivamente com a presença de mutações em KRAS em pacientes portadores de câncer de cólon; (2) Nós usamos uma plataforma de microarranjo para identificar miRNAs diferencialmente expressos entre células humanas primárias imortalizadas pulmonares ou pancreáticas e suas linhagens isogênicas transformadas por KRAS. Na primeira abordagem, conseguimos mostrar que a expressão do miRNA 486-5p está correlacionada ao status de KRAS em células primárias pulmonares, mas não em células primárias pancreáticas. Além disso, geramos células pulmonares tanto com ganho e perda de função de KRAS e demonstramos que KRAS regula a expressão do miRNA 486-5p. Também de terminamos uma correlação negativa entre a expressão de KRAS e a expressão do alvo do miRNA 486-5p FoxO1, um supressor tumoral. Para avaliar como o miRNA 486-5p afeta as propriedades oncogênicas induzidas por KRAS, nós transfectamos oligonucleotídeos inibitórios para o miRNA 486-5p em células pulmonares positivas para mutações em KRAS. A inibição da expressão do miRNA 486-5p levou a uma redução da clonogenicidade e viabilidade celulares. Esta redução não está associada a um aumento de morte celular, mas a uma redução da proliferação celular. Interessantemente, a transfecção de oligonucleotídeos mímicos do miRNA 486-5p em células pulmonares negativas para mutações em KRAS ou em células com perda de função de KRAS por RNAi levou a um aumento da proliferação e clonogenicidade. Estes dados indicam que o miRNA 486-5p, não só é um alvo de KRAS em câncer de pulmão, mas também age como um oncomiR contribuindo para a proliferação celular induzida por KRAS. Na nossa segunda abordagem, nós identificamos 17 miRNAs com expressão aumentada e 3 com expressão diminuída em células primárias pancreáticas expressando KRAS oncogênica. Destes, 9 miRNAs foram foram também identificados por metanálise de dados de microarranjo publicados comparando amostras tumorais pancreáticas com amostras não tumorais. Apesar do experimento de microarranjo com as linhagens primárias pulmonares não ter produzido resultados estatisticamente significativos após a correção por FDR, uma tendência à expressão diferencial foi observada para vários miRNAs e nós validamos por qPCR a expressão diferencial dos miRNAs 720 e 139-3p. Em conclusão, nós conseguimos identificar miRNAs regulados pela KRAS tanto em células pulmonares, quanto pancreáticas. Um melhor entendimento das suas funções biológicas, bem como dos alvos por eles regulados nestes contextos, pode revelar novas vias para a exploração terapêutica. / KRAS-induced lung cancer is a very common disease, for which there are currently no effective therapies. Direct targeting of KRAS has failed in clinical trials and intense efforts are underway to identify KRAS targets that play a crucial role in oncogenesis. One promising KRAS-regulated pathway that has so far been overlooked is the micro RNA (miRNA) pathway. Our goal was to identify miRNAs regulated by oncogenic KRAS in lung and pancreatic cells that could contribute to the oncogenic phenotype. In order to achieve this goal we used two different approaches: (1) We investigated miRNA 486-5p as a KRAS target in lung and pancreatic cancer. The expression of this miRNA had been correlated to the presence of KRAS mutations in colon cancer patients; (2) we used a microarray platform to identify differentially expressed miRNAs between immortalized human primary pulmonary or pancreatic epithelial cell lines and their isogenic K-Ras-transformed counterparts. In our first approach, we were able to show that mi486-5p expression correlates with KRAS status in lung primary cells, but not in pancreatic primary cells. Furthermore, we generated lung cancer cells with either gain-of-function or loss-of-function of KRAS and demonstrated that KRAS regulates miRNA 486-5p in these cells. We also found, in all lung cell models analyzed, a negative correlation between expression of KRAS and expression of miR-486-5p target FoxO1, a tumor suppressor. In order to evaluate how miR-486-5p affects KRAS-induced oncogenic properties, we transfected miR-486-5p inhibitor oligonucleotides into KRAS-positive lung cancer cell lines. Inhibition of miR-486-5p expression leads to reduced clonogenic growth and viability. This reduction is not associated with increased cell death, but with decreased cell proliferation. Interestingly, transfection of miR-486-5p double-stranded RNA mimic oligonucleotides in to KRAS negative lung cancer cell lines or into cells with loss-of-function of KRAS by RNAi leads to enhanced proliferation and clonogenicity. These results indicate, not only that miR-486-5p is a KRAS target in lung cancer, but also that miR-486-5p acts as an oncomiR contributing to KRAS-induced cell proliferation. In our second approach, we identified 17 upregulated microRNAs and 3 downregulated microRNAs in the primary pancreatic cell line expressing KRAS. Of these, 9 miRNAs were also identified by a metanalysis of published microarray datasets comparing pancreatic cancer patient samples to non-cancerous pancreatic tissues. Even though our array experiment in the primary pulmonary cells did not produce statistically significant results after FDR correction, differential expression trends were seen for many miRNAs and we validated miRNAs 720 and 139-3p as differentially expressed. In conclusion we were able to identify miRNAs regulated by KRAS both in lung and pancreatic cancer cells. Further understanding of their biological function, as well as the targets they regulate in these settings, could uncover novel pathways for therapy design.

Mutações ativadoras no gene KRAS são prevalentes em cancer de pulmão e a as vias de sinalização de RAS estão aumentadas em células iniciadoras de tumor (CITs), que são definidas como células autorrenováveis capazes de iniciar a formação tumoral, sustentar o crescimento tumoral e promover a disseminação tumoral. Entretanto, terapias direcionadas a RAS não foram efetivas até hoje e a identificação de alvos de KRAS que contribuam para o fenótipo oncogênico é necessária. Como a quinase Aurora A (AURKA) já foi implicada, tanto na oncogênese induzida por KRAS, quanto em promover a função das CITs, nós hipotetizamos que a inibição das vias de AURKA seria detrimental para a função de CITs pulmonares portadoras de KRAS oncogênica, desta forma diminuindo o comportamento maligno do câncer de pulmão. Para avaliar a função das CITs, nós usamos ensaios de crescimento de tumoresferas que permitem o crescimento seletivo de CITs in vitro. As linhagens pulmonares positivas para KRAS H358 e A549 formaram tumoresferas em cultura de baixa aderência e, quando comparadas às linhagens parentais, às células oriundas de tumoresferas apresentaram maior capacidade clonogênica in vitro e maior tumorigenicidade in vivo. Além disso, uma análise por qPCR revelou que as células oriundas de tumoresferas possuem expressão aumentada de fatores de células tronco, uma característica de CITs. Em seguida, nós inibimos a AURKA nas linhagens pulmonares positivas para KRAS H358 e A549 por interferência de RNA (RNAi) ou com um inibidor das quinases Aurora (AI II). A inibição de AURKA diminuiu a formação de tumoresferas e o crescimento destas em culturas seriadas, além de reduzir a capacidade clonogênica das células oriundas de tumoresferas. Estes resultados indicam que a AURKA é importante para a autorrenovação e a oncogenicidade de CITs, e que a AURKA induz o fenótipo tronco-tumoral, o que é corroborado pelo achado de que a inibição de AURKA nas tumoresferas reduz a expressão de fatores de célula tronco. Um destes fatores regulados por AURKA é o marcador de superfície de célula tronco CD24. De fato, quando comparadas às células cultivadas de forma aderente, as células oriundas de tumoresferas apresentam maior número de células positivas para CD24 (CD24+) e estes números são reduzidos pelo tratamento com AI II. Finalmente, nós purificamos células H358 CD24+ por citometria de fluxo e mostramos que, quando comparadas às células negativas para CD24, as células CD24+ apresentam maior capacidade de formar tumoresferas em culturas seriadas, e o tratamento com AI II inibe preferencialmente a capacidade de células CD24+ de formarem tumoresferas. Nossos resultados sugerem que uma terapia baseada na inibição de AURKA pode reduzir o número e função de CITs pulmonares portadoras de KRAS oncogênica e, portanto, pode representar uma estratégia terapêutica atraente para reduzir a recidiva e metástase no câncer de pulmão induzido por KRAS. / Activating mutations in KRAS are prevalent in lung cancer and RAS sinaling is enhanced in cancer initiating cells (CICs), which are defined as self-renewing tumor cells able to initiate tumor formation, sustain tumor growth and drive tumor dissemination. However, therapies targeted to oncogenic RAS have been ineffective to date and identification of KRAS targets that impinge on the oncogenic phenotype is warranted. Because Aurora kinase A (AURKA) has been implicated both in RAS oncogenesis and in promoting CIC function, we hypothesized that targeting AURKA pathways would impair KRAS-positive lung CIC function, thereby decreasing lung cancer malignant behavior. To evaluate CIC function, we used tumorsphere assays that allow selective growth of CICs in vitro. KRAS positive lung cancer H358 and A549 cells formed tumorspheres under low attachment conditions, and, when compared to the parental cell lines, sphere-forming cells had increased clonogenic ability in vitro and increased tumorigenicity in vivo. In addition, qPCR analysis revealed that tumorsphere cells displayed increased expression of stem cell factors, a hallmark of CICs. Next, we targeted AURKA in KRAS positive lung cancer H358 and A549 cells by RNA interference (RNAi) or with an Aurora inhibitor (AI II). AURKA targeting decreased tumorsphere formation and growth in serial cultures and reduced clonogenic growth of tumorsphere-forming cells. These results indicate that AURKA is important for CIC selfrenewal and oncogenicity and that AURKA induces a CIC phenotype, which is further underscored by the finding that AURKA targeting in tumorspheres decreases expression of stem cell factors. One such factor shown to be regulated by AURKA is the stem cell surface marker CD24. In fact, when compared to adherent cultures, A549 and H358 tumorspheres display increased numbers of CD24-positive (CD24+) cells and these numbers are reduced by AI II treatment. Finally we purified H358 CD24+cells by flow cytometry and showed that, when compared to CD24-negative cells, CD24+ cells have increased ability to form tumorspheres in serial cultures, and AI II treatment preferentially reduced the ability of CD24+ cells to form tumorspheres. Our results suggest that AURKA inhibition therapy can reduce the number and function of KRAS-positive lung CICs, and, therefore might be an attractive therapeutic strategy to reduce recurrence and metastasis in KRAS-induced lung cancer.

Mutações ativadoras no gene KRAS são prevalentes em cancer de pulmão e a as vias de sinalização de RAS estão aumentadas em células iniciadoras de tumor (CITs), que são definidas como células autorrenováveis capazes de iniciar a formação tumoral, sustentar o crescimento tumoral e promover a disseminação tumoral. Entretanto, terapias direcionadas a RAS não foram efetivas até hoje e a identificação de alvos de KRAS que contribuam para o fenótipo oncogênico é necessária. Como a quinase Aurora A (AURKA) já foi implicada, tanto na oncogênese induzida por KRAS, quanto em promover a função das CITs, nós hipotetizamos que a inibição das vias de AURKA seria detrimental para a função de CITs pulmonares portadoras de KRAS oncogênica, desta forma diminuindo o comportamento maligno do câncer de pulmão. Para avaliar a função das CITs, nós usamos ensaios de crescimento de tumoresferas que permitem o crescimento seletivo de CITs in vitro. As linhagens pulmonares positivas para KRAS H358 e A549 formaram tumoresferas em cultura de baixa aderência e, quando comparadas às linhagens parentais, às células oriundas de tumoresferas apresentaram maior capacidade clonogênica in vitro e maior tumorigenicidade in vivo. Além disso, uma análise por qPCR revelou que as células oriundas de tumoresferas possuem expressão aumentada de fatores de células tronco, uma característica de CITs. Em seguida, nós inibimos a AURKA nas linhagens pulmonares positivas para KRAS H358 e A549 por interferência de RNA (RNAi) ou com um inibidor das quinases Aurora (AI II). A inibição de AURKA diminuiu a formação de tumoresferas e o crescimento destas em culturas seriadas, além de reduzir a capacidade clonogênica das células oriundas de tumoresferas. Estes resultados indicam que a AURKA é importante para a autorrenovação e a oncogenicidade de CITs, e que a AURKA induz o fenótipo tronco-tumoral, o que é corroborado pelo achado de que a inibição de AURKA nas tumoresferas reduz a expressão de fatores de célula tronco. Um destes fatores regulados por AURKA é o marcador de superfície de célula tronco CD24. De fato, quando comparadas às células cultivadas de forma aderente, as células oriundas de tumoresferas apresentam maior número de células positivas para CD24 (CD24+) e estes números são reduzidos pelo tratamento com AI II. Finalmente, nós purificamos células H358 CD24+ por citometria de fluxo e mostramos que, quando comparadas às células negativas para CD24, as células CD24+ apresentam maior capacidade de formar tumoresferas em culturas seriadas, e o tratamento com AI II inibe preferencialmente a capacidade de células CD24+ de formarem tumoresferas. Nossos resultados sugerem que uma terapia baseada na inibição de AURKA pode reduzir o número e função de CITs pulmonares portadoras de KRAS oncogênica e, portanto, pode representar uma estratégia terapêutica atraente para reduzir a recidiva e metástase no câncer de pulmão induzido por KRAS. / Activating mutations in KRAS are prevalent in lung cancer and RAS sinaling is enhanced in cancer initiating cells (CICs), which are defined as self-renewing tumor cells able to initiate tumor formation, sustain tumor growth and drive tumor dissemination. However, therapies targeted to oncogenic RAS have been ineffective to date and identification of KRAS targets that impinge on the oncogenic phenotype is warranted. Because Aurora kinase A (AURKA) has been implicated both in RAS oncogenesis and in promoting CIC function, we hypothesized that targeting AURKA pathways would impair KRAS-positive lung CIC function, thereby decreasing lung cancer malignant behavior. To evaluate CIC function, we used tumorsphere assays that allow selective growth of CICs in vitro. KRAS positive lung cancer H358 and A549 cells formed tumorspheres under low attachment conditions, and, when compared to the parental cell lines, sphere-forming cells had increased clonogenic ability in vitro and increased tumorigenicity in vivo. In addition, qPCR analysis revealed that tumorsphere cells displayed increased expression of stem cell factors, a hallmark of CICs. Next, we targeted AURKA in KRAS positive lung cancer H358 and A549 cells by RNA interference (RNAi) or with an Aurora inhibitor (AI II). AURKA targeting decreased tumorsphere formation and growth in serial cultures and reduced clonogenic growth of tumorsphere-forming cells. These results indicate that AURKA is important for CIC selfrenewal and oncogenicity and that AURKA induces a CIC phenotype, which is further underscored by the finding that AURKA targeting in tumorspheres decreases expression of stem cell factors. One such factor shown to be regulated by AURKA is the stem cell surface marker CD24. In fact, when compared to adherent cultures, A549 and H358 tumorspheres display increased numbers of CD24-positive (CD24+) cells and these numbers are reduced by AI II treatment. Finally we purified H358 CD24+cells by flow cytometry and showed that, when compared to CD24-negative cells, CD24+ cells have increased ability to form tumorspheres in serial cultures, and AI II treatment preferentially reduced the ability of CD24+ cells to form tumorspheres. Our results suggest that AURKA inhibition therapy can reduce the number and function of KRAS-positive lung CICs, and, therefore might be an attractive therapeutic strategy to reduce recurrence and metastasis in KRAS-induced lung cancer.

Weltweit hat das duktale Adenokarzinom des Pankreas (PDAC) unter den Krebserkrankungen die schlechteste Prognose. Aufgrund der unspezifischen Symptome wird die Erkrankung meist erst in einem lokal fortgeschrittenem Stadium diagnostiziert, wenn eine kurative Tumorresektion nicht mehr möglich ist und es bereits zur Metastasierung gekommen ist. Trotz intensiver klinischer Forschung wird mit bisherigen Therapieansätzen wie zum Beispiel Gemcitabin (auch in Kombination mit nab-Paclitaxel) nur eine geringfügige Verbesserung des medianen Überlebens erzielt. Diese Therapieresistenz gegenüber Gemcitabin wurde in in vitro Versuchen mit verschiedenen humanen PDAC-Zelllinien bestätigt. Die zusätzlich behandelte nichttumorigene Pankreasdukt-Zelllinie HDPE-E6E7 zeigte hingegen eine starke Sensitivität gegenüber dem Chemotherapeutikum. Ursächlich beteiligt an der generellen Resistenz dieser Tumore gegenüber Chemo- und Strahlentherapie sind verschiedene Apoptose-Evasionsmechanismen. Diese sind vor allem durch ein Ungleichgewicht pro- und antiapoptotischer Faktoren bedingt (Lowe 2004). Zusätzlich fördern KRAS-Mutationen, die nahezu universell in allen PDACs vorliegen, die Proliferation der Tumorzellen und unterstützen die Apoptose-Dysregulation durch eine verstärkte Expression antiapoptotischer Proteine. Nach umfangreichen Literaturrecherchen (Werner 2011a, Werner 2011b) wurden verschiedenste PDAC-Zelllinien hinsichtlich ihrer Expression von Apoptose-assoziierten Genen analysiert. Untersucht wurden diesbezüglich verschiedene humane PDAC-Zelllinien, aber auch Primärzellkulturen (PaCaDD-Zellen), die in unserem Labor per Outgrowth-Methode aus Patiententumorgewebe etabliert wurden. Ergänzend wurden murine Zelllinien analysiert, die aus einem genetischen PDAC-Mausmodell (KRASG12D; P53R172H; PDX1 CRE) stammen. Normiert bezüglich der Expression der HDPE-E6E7-Zellen wurde eine vielfältige, sehr heterogene Dysregulation von verschiedenen, mit der Apoptose assoziierten Proteinen festgestellt. Per siRNA-basiertem Knockdown wurden verschiedene Kandidatengene hinsichtlich ihrer funktionellen Bedeutung für die Zellproliferation und Apoptose-Induktion näher charakterisiert. In einem dynamischen Prozess wurde eine multimodale Therapie entwickelt, bei der fünf antiapoptotische Zielgene (BCLXL, FLIP, MCL1L, SURVIVIN und XIAP) kombiniert mit KRAS als zentralem Onkogen simultan in ihrer Expression inhibiert wurden. Ziel war es, hierdurch sowohl die extrinsische als auch intrinsische Apoptose zu normalisieren und eine möglicherweise durch Caspase-Inhibitoren blockierte Signaltransduktion zu ermöglichen. Ein zusätzlicher Knockdown von KRAS sollte einer Gegenregulierung dieser Therapie vorbeugen und die gesteigerte Proliferation der Tumorzellen unterbinden. Dieser so genannte SGS6-Therapieansatz zeigte in vitro in allen fünf getesteten humanen sowie in zwei murinen Zelllinien eine starke Apoptose-Induktion und Verminderung der Zellzahl. Durch Zweit-siRNAs wurde die spezifische Wirksamkeit der Knockdowns bestätigt und zelluläre off-target-Effekte wurden ausgeschlossen. Auch in vivo wurde in einem subkutanen Allograftmodell mit dem SGS6-Therapiekonzept eine starke Tumorreduktion erzielt. Die analoge Untersuchung der nichttumorösen Pankreasdukt-Zelllinie HDPE-E6E7 zeigte, dass die SGS6-Therapie deutlich spezifischer für die Krebszellen war verglichen zur Behandlung mit Gemcitabin.

As neoplasias induzidas pela forma oncogênica da KRAS são doenças muito comuns, para as quais não existem terapias efetivas. Uma inibição direta da KRAS falhou em ensaios clínicos e esforços intensos tem sido feitos para identificar alvos de KRAS importantes para a oncogênese. Uma via promissora regulada por KRAS, que tem sido pouco explora a é a via dos microRNAs (miRNAs). Nossa meta foi identificar miRNAs regulados pela KRAS em células pulmonares e pancreáticas, que possam contribuir para o fenótipo oncogênico. Para alcançar esta meta nós usamos duas abordagens: (1) Nós investigamos o miRNA 486-5p como um alvo de KRAS em câncer de pâncreas e de pulmão. A expressão deste miRNA havia sido correlacionada positivamente com a presença de mutações em KRAS em pacientes portadores de câncer de cólon; (2) Nós usamos uma plataforma de microarranjo para identificar miRNAs diferencialmente expressos entre células humanas primárias imortalizadas pulmonares ou pancreáticas e suas linhagens isogênicas transformadas por KRAS. Na primeira abordagem, conseguimos mostrar que a expressão do miRNA 486-5p está correlacionada ao status de KRAS em células primárias pulmonares, mas não em células primárias pancreáticas. Além disso, geramos células pulmonares tanto com ganho e perda de função de KRAS e demonstramos que KRAS regula a expressão do miRNA 486-5p. Também de terminamos uma correlação negativa entre a expressão de KRAS e a expressão do alvo do miRNA 486-5p FoxO1, um supressor tumoral. Para avaliar como o miRNA 486-5p afeta as propriedades oncogênicas induzidas por KRAS, nós transfectamos oligonucleotídeos inibitórios para o miRNA 486-5p em células pulmonares positivas para mutações em KRAS. A inibição da expressão do miRNA 486-5p levou a uma redução da clonogenicidade e viabilidade celulares. Esta redução não está associada a um aumento de morte celular, mas a uma redução da proliferação celular. Interessantemente, a transfecção de oligonucleotídeos mímicos do miRNA 486-5p em células pulmonares negativas para mutações em KRAS ou em células com perda de função de KRAS por RNAi levou a um aumento da proliferação e clonogenicidade. Estes dados indicam que o miRNA 486-5p, não só é um alvo de KRAS em câncer de pulmão, mas também age como um oncomiR contribuindo para a proliferação celular induzida por KRAS. Na nossa segunda abordagem, nós identificamos 17 miRNAs com expressão aumentada e 3 com expressão diminuída em células primárias pancreáticas expressando KRAS oncogênica. Destes, 9 miRNAs foram foram também identificados por metanálise de dados de microarranjo publicados comparando amostras tumorais pancreáticas com amostras não tumorais. Apesar do experimento de microarranjo com as linhagens primárias pulmonares não ter produzido resultados estatisticamente significativos após a correção por FDR, uma tendência à expressão diferencial foi observada para vários miRNAs e nós validamos por qPCR a expressão diferencial dos miRNAs 720 e 139-3p. Em conclusão, nós conseguimos identificar miRNAs regulados pela KRAS tanto em células pulmonares, quanto pancreáticas. Um melhor entendimento das suas funções biológicas, bem como dos alvos por eles regulados nestes contextos, pode revelar novas vias para a exploração terapêutica. / KRAS-induced lung cancer is a very common disease, for which there are currently no effective therapies. Direct targeting of KRAS has failed in clinical trials and intense efforts are underway to identify KRAS targets that play a crucial role in oncogenesis. One promising KRAS-regulated pathway that has so far been overlooked is the micro RNA (miRNA) pathway. Our goal was to identify miRNAs regulated by oncogenic KRAS in lung and pancreatic cells that could contribute to the oncogenic phenotype. In order to achieve this goal we used two different approaches: (1) We investigated miRNA 486-5p as a KRAS target in lung and pancreatic cancer. The expression of this miRNA had been correlated to the presence of KRAS mutations in colon cancer patients; (2) we used a microarray platform to identify differentially expressed miRNAs between immortalized human primary pulmonary or pancreatic epithelial cell lines and their isogenic K-Ras-transformed counterparts. In our first approach, we were able to show that mi486-5p expression correlates with KRAS status in lung primary cells, but not in pancreatic primary cells. Furthermore, we generated lung cancer cells with either gain-of-function or loss-of-function of KRAS and demonstrated that KRAS regulates miRNA 486-5p in these cells. We also found, in all lung cell models analyzed, a negative correlation between expression of KRAS and expression of miR-486-5p target FoxO1, a tumor suppressor. In order to evaluate how miR-486-5p affects KRAS-induced oncogenic properties, we transfected miR-486-5p inhibitor oligonucleotides into KRAS-positive lung cancer cell lines. Inhibition of miR-486-5p expression leads to reduced clonogenic growth and viability. This reduction is not associated with increased cell death, but with decreased cell proliferation. Interestingly, transfection of miR-486-5p double-stranded RNA mimic oligonucleotides in to KRAS negative lung cancer cell lines or into cells with loss-of-function of KRAS by RNAi leads to enhanced proliferation and clonogenicity. These results indicate, not only that miR-486-5p is a KRAS target in lung cancer, but also that miR-486-5p acts as an oncomiR contributing to KRAS-induced cell proliferation. In our second approach, we identified 17 upregulated microRNAs and 3 downregulated microRNAs in the primary pancreatic cell line expressing KRAS. Of these, 9 miRNAs were also identified by a metanalysis of published microarray datasets comparing pancreatic cancer patient samples to non-cancerous pancreatic tissues. Even though our array experiment in the primary pulmonary cells did not produce statistically significant results after FDR correction, differential expression trends were seen for many miRNAs and we validated miRNAs 720 and 139-3p as differentially expressed. In conclusion we were able to identify miRNAs regulated by KRAS both in lung and pancreatic cancer cells. Further understanding of their biological function, as well as the targets they regulate in these settings, could uncover novel pathways for therapy design.

Les inhibiteurs de tyrosine kinase (ITK) du récepteur à l’Epidermal Growth Factor (EGFR) constituent un nouveau traitement du cancer bronchique non à petites cellules (CBNPC), particulièrement efficace chez les patients porteurs d’une mutation d’EGFR (EGFR M+). Néanmoins, certains de ces patients peuvent avoir une résistance primaire à ces traitements, et les autres développent inéluctablement une rechute correspondant au phénomène de résistance acquise. L’objectif de ce travail était d’étudier les mécanismes de résistances primaire et acquise chez les patients avec CBNPC EGFR M+.Nous avons montré que le statut mutationnel de KRAS était le même dans la tumeur primitive et les métastases dans la majorité des cas de CBNPC. Dans quelques cas cependant, le statut différait entre tumeur primitive et métastase, ce qui soulève la question d’une dissociation de la réponse aux ITK, les mutations de KRAS étant associées à une résistance primaire au traitement.Nous avons par ailleurs mis en évidence la fréquente inactivation de la voie p53, soit par mutation de TP53 soit par diminution d’expression de p14arf, dans les tumeurs EGFR M+, qui pourrait être une des causes des variations de réponse aux ITK chez les patients EGFR M+. Enfin, nous avons montré que la résistance à deux ITK de nouvelle génération, PF299804 et WZ4002, passait par un phénomène en deux étapes impliquant d’une part l’activation de la voie IGF1R, via la diminution de l’expression d’IGFBP3, et d’autre part celle de la voie des MAP kinases. Ces travaux pourraient déboucher sur des stratégies thérapeutiques innovantes chez les patients présentant une résistance acquise aux ITK de nouvelle génération. / Epidermal Growth Factor Receptor (EGFR) Tyrosine Kinase Inhibitors (TKI) provide clinical efficacy in Non Small Cell Lung Cancer (NSCLC) patients, especially in the presence of an EGFR mutation. However, some EGFR mutated patients display primary resistance to EGFR TKI, and the others will ultimately develop acquired resistance. We focused our work on mechanisms of primary and acquired resistance in EGFR mutated NSCLC.We first showed that KRAS mutational status is the same in primary NSCLC and matched metastases in most of the cases. However, in some patients, we found a discordant KRAS status between primary tumors and metastases, which could translate into a discordant response to EGFR TKI, since KRAS mutations are associated with resistance to EGFR TKI.We also showed that EGFR mutated tumors are associated in most of the cases with an inactivation of the p53 pathway, either through a TP53 mutation or through loss of expression of p14arf, which could account for some of the variations observed in the response to TKI in EGFR mutated patients.Last, we showed that acquired resistance to two new generation EGFR TKI, PF299804 and WZ4002, occurred through a multistep process involving activation of the IGF1R pathway through downregulation of IGFBP3 and activation of the MAP kinase pathway. These results provide new insights into the treatment of NSCLC in EGFR mutated patients with acquired resistance to new generation TKI.

Die Behandlung von Krebserkrankungen wurde in den letzten Jahren von zwei großen Trends beeinflusst. Statt zytotoxischer Therapien, wurden zielgerichtete monoklonale Antikörper entwickelt. Zudem verstärkten sich die Bemühungen in der Entwicklung prädiktiver Biomarker, die die Stratifizierung von Patienten vor der Behandlung ermöglichen. Obwohl hunderte von zielgerichteten Krebsmedikamenten entwickelt wurden, erreichten nur wenige davon eine Zulassung. Grund hierfür ist die noch hohe Ausfallrate bei der „Übersetzung“ von vielversprechenden präklinischen Daten, die mit Krebs-Zelllinien und Xenograft-Modellen von Krebs-Zelllinien erlangt wurden, in positive klinische Phase II- und Phase III-Daten. Das Ziel der Forschung ist es, neue zielgerichtete Therapien und gleichzeitig prädiktive Marker, mit Hilfe von verbesserten präklinischen Tumormodellen zu entwickeln. Ein Panel von 133 Xenograftmodellen aller vier UICC-Stadien wurde etabliert. Zur Überprüfung dieses Modells wurde die Wirksamkeit von Cetuximab, Bevacizumab und Oxaliplatin getestet. Für dieses Experiment benutzten wir 67 Xenograft-Modelle, die aus chemonaiven CRC-Patienten entwickelt wurden. Die Behandlung mit einer Cetuximab-Monotherapie ergab eine objektive Ansprechrate von 27%. Dank dieser hohen Ansprechrate, konnten wir das verfügbare Tumorgewebe zur Vorhersage der Reaktion auf die Anti-EGFR-Antikörper in den Xenograft-Modellen verwenden. Wir untersuchten die Genauigkeit von Mutations-Markern (KRAS, BRAF und PIK3CA) kombiniert mit RNA-Expressionsdaten von Amphiregulin und Epiregulin. Weiterhin wurden neue prädiktive Marker-Kombinationen, basierend auf einer mRNA- und microRNA- Expressionsanalyse, ermittelt. Aufgrund der erfolgreichen Nachbildung der klinischen Situation in unserem Panel von Xenograft-Modellen, zeigt dieser Modellansatz vielversprechendes Potenzial für eine zukünftige Anwendung in der Erprobung neuartiger Krebsmedikamente und der Entwicklung von prädiktiven Biomarkern. / Over the last ten years two major trends have influenced drug development. Instead of cytotoxic therapies a variety of targeted monoclonal antibodies have been developed. In parallel, higher attention has been paid to the identification and validation of predictive markers, which allow the stratification of patients prior to the treatment. Hundreds of targeted cancer drugs have been developed, but only a few have been approved. Despite these two trends, there is still a high rate of failure in translating promising preclinical data obtained with cancer cell lines and xenograft models derived from cancer cell lines into positive clinical phase II and phase III data. The goal of the scientific community is to develop novel targeted therapies and predictive biomarkers using better preclinical tumour models. To bridge the gap between preclinical and clinical development a panel of 133 patients-derived CRC xenografts of all four UICC stages was established. An efficacy of cetuximab, bevacizumab and oxaliplatin was tested in the subset of 67 models. In the treatment experiment with cetuximab monotherapy an objective response rate of 27% was obtained. This high response rate allowed the use of the tumour tissues for evaluating molecular markers for predicting response to the anti-EGFR antibody in the xenograft models. The accuracy of three mutation markers including KRAS, BRAF and PIK3CA was investigated in combination with RNA expression levels of two EGFR ligands – amphiregulin and epiregulin. Novel predictive markers panels based on gene expression profiling of mRNA and microRNA were also tested and compared with the established biomarkers. Successful reconstruction of the clinical situation in the panel of xenograft models proves their potential for future use in testing of novel anti-cancer drugs. Moreover, their broad molecular characterization allows the simultaneous development of predictive biomarkers along with the testing of novel cancer drugs.