Mast cells (MCs) are long-lived immune cells, which were reported to play an important role in initiating innate and adaptive immune responses against various infections. MCs accumulate in high numbers in the stroma and at the invasion front of various human cancers, suggesting a possible contribution by MCs to tumour growth. Experimental studies using crosses of MC-deficient Kit-mutant mouse strains with mouse models of epithelial cancers have provided evidence for important MC tumour-promoting functions. However, the complex alterations of the immune system that characterize Kit-mutant mice in addition to their MC deficiency, limit the interpretation of these findings. Numerous key observations made in Kit mutant mice were not reproduced in novel, Kit-independent mouse models of MC deficiency. Thus, the impact of MCs on tumour biology remains unclear. The aim of this study is to clarify the contribution of MCs to the biology of Human papilloma virus (HPV)-induced skin cancer in a Kit-independent mouse model of MC deficiency. In K14-HPV16 transgenic mice, HPV oncogenes are constitutively expressed in the epidermis resulting in epidermal hyperplasia with 100% penetrance and squamous cell carcinoma in about 50% of the animals. A cross to a Kit-mutant line suggested that MCs are important tumour promoters in this model. We crossed K14-HPV16 mice to M5Cre R-DTA line, in which MCs are constitutively depleted with high efficiency and selectivity. Unexpectedly, the loss of MCs neither affected keratinocyte proliferation indices nor altered keratinocyte apoptosis at any stage of HPV-induced neoplasia. Furthermore, the loss of MCs did not result in any detectable changes in composition and gene expression of the inflammatory hematopoietic cell infiltrate in the tumour stroma. This shows that, contrary to current belief, MCs have no important function in orchestrating the tumour micro milieu. In keeping with this finding, MC deficiency resulted in no detectable difference in the incidence growth or grading of SSC in K14-HPV16 transgenic mice. Collectively, these results show that, despite their high density in HPV-induced neoplasia, MC have no role in cancerogenesis or neoplastic progression in the K14-HPV16 mouse model. Our findings also emphasize the importance of novel Kitindependent mouse models in the investigation of MC in vivo functions.

Hintergrund: Circa ein Drittel der Patientinnen und Patienten mit fortgeschrittenen Krebserkrankungen ist von psychischen Komorbiditäten betroffen und circa die Hälfte weist eine psychische Belastung im klinisch signifikanten Bereich auf. Zur psychotherapeutischen Behandlung dieser Patientengruppe stehen unterschiedliche psychotherapeutische Interventionen zur Verfügung. Die CALM-Therapie, eine manualisierte Kurzintervention im Einzelsetting, ist eine dieser Interventionen. Hier bilden vier Module, welche auf den wichtigsten Anliegen und Belastungsfaktoren von Patientinnen und Patienten mit fortgeschrittenen Krebserkrankungen basieren, den inhaltlichen Rahmen. Ziel: Die Treatment Integrity beschreibt das Maß, inwieweit eine psychotherapeutische Intervention wie vorgesehen umgesetzt wurde. Für eine fundierte Interpretation psychotherapeutischer Interventionseffekte sind Kenntnisse über die Treatment Integrity entscheidend. Die vorliegende Arbeit untersuchte Teilaspekte der Treatment Integrity durchgeführter CALM-Therapien im Vergleich zu durchgeführten konventionellen psychoonkologischen Therapien, um einen Beitrag zu einer fundierten Interpretation von Interventionseffekten der CALM-Therapie zu leisten. Methoden: Transkriptionen von zwei CALM-Therapien und zwei Therapien einer konventionellen psychoonkologischen Intervention wurden anhand einer qualitativen Inhaltsanalyse nach P. Mayring untersucht. Im Zentrum stand hierbei ein selbst entwickeltes Kategoriensystem zur Analyse des gesamten Textmaterials. Zusätzlich wurden Auffälligkeiten bezüglich Ansprachen von Themenbereichen der CALM-Module unsystematisch beobachtet. Ergebnisse: Die Inhalte der untersuchten CALM-Therapien bezogen sich durchschnittlich zu 99,54% und die der konventionellen psychoonkologischen Therapien durchschnittlich zu 98,71% auf die Themenbereiche der CALM-Module. Die ermittelten Werte für einzelne Therapiesitzungen lagen für CALM-Sitzungen zwischen 98,12% und 100% und für Sitzungen der konventionellen psychoonkologischen Therapie zwischen 96,20% und 100%. Unsystematisch beobachtete Auffälligkeiten zeigten, dass die Themenbereiche der CALM-Module zum Teil sehr spezifisch durch die CALM-Therapeutinnen und -Therapeuten angesprochen und vernetzt wurden. Schlussfolgerung: Unter Berücksichtigung von methodischen Grenzen zeigte sich bezüglich des Anteils von Themenbereichen der CALM-Module innerhalb der beiden untersuchten Therapiegruppen kein maßgeblicher Unterschied. Zusätzlich liefert die vorliegende Arbeit Hinweise für einen spezifischen therapeutischen Umgang mit den Themenbereichen der CALM-Module innerhalb der untersuchten CALM-Therapien. Um ermittelte Interventionseffekte der CALM-Therapie fundiert interpretieren zu können, sollten zukünftige Untersuchungen unterschiedliche Umgangsweisen von Therapeutinnen und Therapeuten der beiden Therapiegruppen mit den Themenbereichen der CALM-Module genauer in den Blick nehmen. / Background: Around one third of patients with cancer is suffering from mental disorders and around one half meets criteria for psychological distress in the clinical range. Various psychotherapeutic interventions are available for the psychotherapeutic treatment of this population of patients. The CALM intervention, a manualized brief individual psychotherapy, is one of these interventions. Four modules, which are based on the most important concerns and sources of distress in advanced cancer populations, form the content framework. Aim: Treatment Integrity describes the extent to which a psychotherapeutic intervention was implemented as intended. Knowledge of Treatment Integrity is essential for a well-founded interpretation of effects of a psychotherapeutic intervention. This study aimed to examine partial aspects of the Treatment Integrity of CALM sessions compared to sessions of a usual psycho-oncological intervention in order to contribute to a well-founded interpretation of specific effects of the CALM intervention. Methods: Transcriptions of two complete CALM therapies and two complete therapies of a usual psycho-oncological intervention were examined using a qualitative content analysis according to P. Mayring. Here, a self-developed system of categories for the analysis of the entire text formed the center. In addition, distinctive features in addressing topics of the CALM modules were observed unsystematically. Results: The content of the examined CALM sessions referred in 99.54%, on average, to the topics of the CALM modulesand , while the content of the usual psycho-oncological sessions referred in 98.71%, on average, to these topics. Determined values for individual sessions ranged between 98.12% and 100% for CALM sessions and between 96.20% and 100% for usual psycho-oncological sessions. Observed distinctive features showed that topics of the CALM modules were sometimes addressed and crosslinked very specifically by the CALM therapists. Conclusion: Taking methodical limits into account, there was no significant difference between the examined CALM session and the sessions of the usual psycho-oncological intervention concerning the percentage of topics of the CALM modules. In addition, the present study provides information for a specific therapeutic handling of topics of the CALM modules within the examined CALM sessions. In order to be able to interpret measured effects of the CALM intervention in a well-founded manner, future examinations should take a closer look at the different ways therapists of both interventions are dealing with the topics of the CALM modules.

Ziel dieser Arbeit war es, die Auswirkungen der Änderungen der Therapiestandards in der Behandlung des Kolonkarzinoms und die Auswirkungen der Einführung der Vorsorgekoloskopie auf die Überlebensraten der Patienten mit Kolonkarzinom zu untersuchen. Die umfassende Analyse der therapieabhängigen Überlebensraten von 1016 Patienten mit Kolonkarzinom aus 20 Jahren zeigt eine Verbesserung der Überlebenswahrscheinlichkeit durch den Einsatz adjuvanter Therapie und multimodaler Therapieregime. Durch Neuerungen in der Therapie konnten die 5-Jahres-Überlebensraten seit Anfang der 90er Jahre nahezu verdoppelt werden. Als wichtigste Prädiktoren für das Langzeitüberleben stellten sich das Alter der Patienten bei Erstdiagnose, das UICC Stadium und die Art der adjuvanten Therapie heraus. Der Überlebenszeit verlängernde Effekt war für den Einsatz der heutigen Standardtherapie mit 5-Flourouracil (5-FU) schon signifikant und zeigt sich für die Kombination mit neueren Medikamenten, insbesondere Oxaliplatin, noch deutlicher. Neue Operationstechniken, Fortschritte in der Metastasenchirurgie, ein optimiertes supportives Management und weitere Erkenntnisse onkologischer Prinzipien beeinflussten die erzielten Erfolge synergistisch. Das Gesamtüberleben der Patienten, die per Vorsorgekoloskopie detektiert werden ist besser als das der Patienten, die aufgrund klinischer Symptome diagnostiziert werden. Neben dem signifikanten Überlebensvorteil der Früherkennungs-Patienten, der sich durch die niedrigeren UICC Stadien in dieser Gruppe ergibt, finden sich auch Trends bezüglich eines besseren Outcomes dieser Patienten innerhalb der selben UICC Stadien. Die Patienten, deren Tumor im Rahmen des Screenings detektiert wurde, waren signifikant jünger, wiesen signifikant weniger Begleiterkrakungen auf und zeigten signifikant niedrigere Tumorstadien. Eine adjuvante Therapie wurde in der Screening-Gruppe signifikant häufiger durchgeführt. Mehr als einer von fünf tumorbedingten Todesfällen der Patienten, die augrund von Symptomen diagnostiziert wurden, hätte in dieser Studienpopulation verhindert werden können, wenn eine routinemäßige Vorsorgekoloskopie durchgeführt worden wäre. Das Fazit lautet: die Vorsorgekoloskopie ist effektiv. Die Tumorgenese kann durch Entfernung von Voräuferläsionen durchbrochen werden, Tumoren können in frühen asymptomatischen Stadien detektiert werden. Screeningprogramme sollten erweitert werden, um die Inzidenz und die Mortalität von Darmkrebs weiter zu senken. / The aim of this work was to investigate the impact of changes in the standards of therapy in the treatment of colon carcinoma and the impact of the introduction of screening colonoscopy on the survival rates of patients with colon carcinoma. The comprehensive analysis of the therapy-dependent survival rates of 1016 colon cancer patients over 20 years shows an improvement in the probability of survival through the use of adjuvant therapy and multimodal therapy regimens. Thanks to innovations in therapy, the 5-year survival rates have almost doubled since the early 1990s. The most important predictors of long-term survival were the age of the patients at initial diagnosis, the UICC stage and the type of adjuvant therapy. The survival-prolonging effect was already significant for the use of today's standard therapy with 5-Flourouracil (5-FU) and is even more evident when combined with newer drugs, especially oxaliplatin. New surgical techniques, advances in metastatic surgery, optimized supportive management and further findings of oncological principles synergistically influenced the successes achieved. The overall survival of patients detected by preventive colonoscopy is better than that of patients diagnosed with clinical symptoms. In addition to the significant survival advantage of screening patients resulting from the lower UICC stages in this group, there are also trends towards a better outcome of these patients within the same UICC stages. The patients whose tumor was detected in the screening were significantly younger, had significantly fewer concomitant lesions and showed significantly lower tumor stages. Adjuvant therapy was significantly more frequent in the screening group. More than one in five tumor-related deaths of patients diagnosed on the basis of symptoms could have been prevented in this study population if routine screening colonoscopy had been performed. The conclusion is that screening colonoscopy is effective. Tumour genesis can be interrupted by removing precursor lesions, and tumours can be detected in early asymptomatic stages. Screening programs should be expanded to further reduce the incidence and mortality of colorectal cancer.

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The Myb-MuvB (MMB) multiprotein complex is a master regulator of cell cycle-dependent gene expression. Target genes of MMB are expressed at elevated levels in several different cancer types and are included in the chromosomal instability (CIN) signature of lung, brain, and breast tumors. This doctoral thesis showed that the complete loss of the MMB core subunit LIN9 leads to strong proliferation defects and nuclear abnormalities in primary lung adenocarcinoma cells. Transcriptome profiling and genome-wide DNA-binding analyses of MMB in lung adenocarcinoma cells revealed that MMB drives the expression of genes linked to cell cycle progression, mitosis, and chromosome segregation by direct binding to promoters of these genes. Unexpectedly, a previously unknown overlap between MMB-dependent genes and several signatures of YAP-regulated genes was identified. YAP is a transcriptional co-activator acting downstream of the Hippo signaling pathway, which is deregulated in many tumor types. Here, MMB and YAP were found to physically interact and co-regulate a set of mitotic and cytokinetic target genes, which are important in cancer. Furthermore, the activation of mitotic genes and the induction of entry into mitosis by YAP were strongly dependent on MMB. By ChIP-seq and 4C-seq, the genome-wide binding of MMB upon YAP overexpression was analyzed and long-range chromatin interaction sites of selected MMB target gene promoters were identified. Strikingly, YAP strongly promoted chromatin-association of B-MYB through binding to distal enhancer elements that interact with MMB-regulated promoters through chromatin looping. Together, the findings of this thesis provide a so far unknown molecular mechanism by which YAP and MMB cooperate to regulate mitotic gene expression and suggest a link between two cancer-relevant signaling pathways. / Der Myb-MuvB (MMB) Multiproteinkomplex spielt eine wichtige Rolle in der Expression Zellzyklus abhängiger Gene, welche erhöhte Expressionsraten in verschiedenen Krebsarten aufweisen und Teil der sogenannten chromosomalen Instabilitätssignatur (CIN) von Lungen-, Gehirn- und Brusttumoren sind. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Deletion von LIN9, einer zentralen Untereinheit des MMB-Komplexes, in primären Lungenkarzinomzellen der Maus zu starken Proliferationsdefekten und Anomalitäten des Zellkerns führt. Analysen des gesamten Transkriptoms mit Hilfe von RNA-Seq ergaben, dass der MMB-Komplex die Expression einer Gruppe von Genen reguliert, die mit dem Voranschreiten des Zellzyklus, der Mitose und der Trennung der Chromosomen in Verbindung stehen. Die Regulation dieser Gene erfolgt durch direkte Bindung des MMB-Komplexes an die dazugehörigen Promotoren, wie die Analyse der genomweiten DNA-Bindung des MMB-Komplexes durch ChIP-Seq erkennbar werden ließ. Weiterhin wurde in dieser Arbeit eine neuartige Interaktion zwischen MMB und YAP, einem transkriptionellen Co-Aktivator und Effektorprotein des Hippo-Signalweges, gefunden. Die Dysregulation von Hippo/YAP ist an der Entstehung verschiedener Tumorentitäten beteiligt. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass YAP mit Untereinheiten von MMB interagiert und dass beide Signalwege ein überlappendes Set von Zielgenen, die für die Entstehung von Tumoren relevant sind, regulieren. Es konnte außerdem nachgewiesen werden, dass YAP den MMB-Komplex benötigt, um die Expression mitotischer Gene zu aktivieren und dass der durch YAP induzierte Eintritt in die Mitose vom MMB-Komplex abhängig ist. In einem weiteren Teil der Arbeit wurden mittels ChIP-Seq und 4C-Seq Chromatin-Interaktionen von Promotoren der MMB-Zielgene mit weiter entfernt liegenden Bereichen des Genoms identifiziert. Hierbei konnte festgestellt werden, dass YAP die Bindung der MMB-Untereinheit B-MYB an die Promotoren der MMB-Zielgene verstärkt, indem es an weiter entfernte Enhancer bindet. Diese von YAP gebundenen Enhancer interagieren über Schleifenbildung des Chromatins mit den Promotoren MMB-regulierter Gene. Zusammengefasst konnten die Ergebnisse dieser Arbeit einen bisher unbekannten molekularen Mechanismus für die gemeinsame Regulation von Genen durch den MMB Komplex und YAP enthüllen und somit einen Zusammenhang zwischen zwei krebsrelevanten Signalwegen aufdecken.

The incidence of cancer cases is rising steadily, while improved early detection and new cancer-specific therapies are reducing the mortality rate. In addition to curing cancer or prolonging life, increasing the quality of life is thus an important goal of oncology, which is why the burdens of cancer and treatment are becoming more important. A common side effect of cancer and its therapy is cancer-related fatigue, a tiredness that manifests itself on physical, emotional and cognitive levels and is not in proportion to previous physical efforts. Since the etiology of fatigue has not yet been fully clarified, symptom-oriented therapy is preferable to cause-specific therapy. In addition to activity management, sleep hygiene, and cognitive behavioral therapy, mind-body interventions such as yoga are recommended for reducing fatigue. Previous studies with small sample sizes were able to examine the efficacy of yoga regarding fatigue predominantly in patients with breast cancer. Long-term effects of yoga have rarely been studied and there have been no attempts to increase long-term effects through interventions such as reminder e-mails. This dissertation takes a closer look at these mentioned aspects of the study sample and long-term effects. An 8-week randomized controlled yoga intervention was conducted, including patients with different cancer types reporting mild to severe fatigue. Following the 8-week yoga therapy, a randomized group of participants received weekly reminder e-mails for 6 months for regular yoga practice, whereas the control group did not receive reminder e-mails. The first paper is a protocol article, which addresses the design and planned implementation of the research project this dissertation is based upon. This serves to ensure better replicability and comparability with other yoga studies. Due to a very low consent rate of patients in the pilot phase, it was necessary to deviate from the protocol article in the actual implementation and the planned inclusion criterion of fatigue >5 was reduced to fatigue >1. The second paper examines the efficacy of the eight-week yoga intervention. Patients in the intervention group who participated in the yoga classes seven times or more showed a significantly greater reduction in general and physical fatigue than those who participated less often. The efficacy of yoga was related to the number of attended yoga sessions. Women with breast cancer who participated in yoga reported greater reductions in fatigue than women with other cancer types. There was also an improvement for depression and quality of life after eight weeks of yoga therapy compared to no yoga therapy. These results imply that yoga is helpful in reducing depression and cancer-related fatigue, especially in terms of physical aspects and improving quality of life. The third paper focuses on the efficacy of reminder e-mails in terms of fatigue and practice frequency. Patients who received reminder e-mails reported greater reductions in general and emotional fatigue, as well as significant increases in practice frequency, compared to patients who did not receive reminder e-mails. Compared to fatigue scores before yoga, significantly lower fatigue and depression scores and higher quality of life were reported after yoga therapy and at follow-up six months later. Weekly e-mail reminders after yoga therapy may have positive effects on general and emotional fatigue and help cancer patients with fatigue establish a regular yoga practice at home. However, higher practice frequency did not lead to higher improvement in physical fatigue as found in Paper 2. This may indicate other factors that influence the efficacy of yoga practice on physical fatigue, such as mindfulness or side effects of therapy. This research project provides insight into the efficacy of yoga therapy for oncology patients with fatigue. It is important that such interventions be offered early, while fatigue symptoms are not too severe. Regular guided yoga practice can reduce physical fatigue, but subsequent yoga practice at home does not further reduce physical fatigue. Reminder emails after completed yoga therapy could only reduce patients' emotional fatigue. It may be that physical fatigue was reduced as much as possible by the previous yoga therapy and that there was a floor effect, or it may be that reminder emails are not suitable as an intervention to reduce physical fatigue at all. Further research is needed to examine the mechanisms of the different interventions in more detail and to find appropriate interventions that reduce all levels of fatigue equally. / Die Anzahl der Krebs-Neuerkrankungen steigt stetig, während durch verbesserte Früherkennung und neue krebsspezifische Therapien die Sterberate sinkt. Neben der Heilung von Krebs oder Verlängerung der Lebenszeit ist somit eine Erhöhung der Lebensqualität wichtige Aufgabe der Onkologie, weshalb Nebenwirkungen der Krebsbehandlung näher betrachtet werden müssen. Eine häufige Folge von Krebserkrankungen und deren Therapie ist die krebsbedingte Fatigue, eine Müdigkeit, die sich auf physischer, emotionaler und kognitiver Ebene zeigt und nicht im Verhältnis zu vorhergehenden Anstrengungen steht. Da die Ätiologie der Fatigue bisher nicht vollständig geklärt ist, ist eine symptomorientierte Therapie der ursachenspezifischen Therapie vorzuziehen. Neben Aktivitätsmanagement, Schlafhygiene und kognitiver Umstrukturierung werden Mind-Body-Interventionen wie Yoga zur Reduktion von krebsbedingter Fatigue empfohlen. Bisherige Studien mit geringer Stichprobengröße konnten die Wirksamkeit von Yoga hinsichtlich Fatigue überwiegend bei Brustkrebspatientinnen überprüfen. Langfristige Effekte von Yoga wurden nur selten überprüft. Es gibt bisher keine Interventionen, wie beispielsweise Erinnerungs-E-Mails, die darauf zielen, derartige langfristige Effekte zu erhöhen. In dieser Dissertation werden auf die Aspekte Stichprobe und langfristige Effekte, näher eingegangen. Es wurde eine achtwöchige randomisierte, kontrollierte Yoga-Intervention durchgeführt, die in die Stichprobe alle PatientInnen mit onkologischen Erkrankungen einschloss, die leichte bis schwere Fatigue berichteten. Im Anschluss an die achtwöchige Yogatherapie erhielt eine randomisierte Gruppe der Teilnehmenden für sechs Monate wöchentliche Erinnerungs-E-Mails für die regelmäßige Yogapraxis, die die Kontrollgruppe nicht erhielt. Das erste Paper befasst sich als Protokollartikel genauer mit dem Aufbau und der geplanten Durchführung des gesamten Forschungsprojekts. Dies dient der Sicherung einer besseren Replizierbarkeit und Vergleichbarkeit mit anderen Yogastudien. Aufgrund einer sehr geringen Zustimmungsrate der PatientInnen in der Pilotphase musste vom Protokollartikel abgewichen werden und das geplante Einschlusskriterium der Fatigue >5 auf Fatigue >1 gesetzt werden. Das zweite Paper beschäftigt sich mit der Wirksamkeit der achtwöchigen Yoga-Intervention. PatientInnen in der Interventionsgruppe, die sieben Mal oder häufiger an der Yogaintervention teilgenommen haben, zeigten eine signifikant stärkere Reduktion der allgemeinen und physischen Fatigue als die PatientInnen der Kontrollgruppe. Die Wirksamkeit der Yoga-Intervention stand im Zusammenhang mit der Anzahl der teilgenommenen Yogastunden. Frauen mit Brustkrebs, die am Yoga teilnahmen, berichteten eine stärkere Reduktion der Fatigue als Frauen mit anderen Krebsarten. Auch für Depression und Lebensqualität konnte durch die achtwöchige Yogatherapie eine Verbesserung erzielt werden. Diese Ergebnisse implizieren, dass Yoga hilfreich ist, krebsbedingte Fatigue zu reduzieren, vor allem hinsichtlich physischer Aspekte. Das dritte Paper beschäftigt sich mit der Wirksamkeit von Erinnerungs-E-Mails hinsichtlich der Fatigue und Übungshäufigkeit. PatientInnen, die Erinnerungs-E-Mails erhielten, berichteten von einer stärkeren Reduktion der allgemeinen und emotionalen Fatigue, sowie einer signifikanten Erhöhung der Übungshäufigkeit. Im Vergleich zu den Werten vor der Yogatherapie wurden nach Yogatherapie und im Follow-Up sechs Monate später signifikant geringere Fatigue und Depressionswerte sowie eine höhere Lebensqualität berichtet. Wöchentliche Erinnerungs-E-Mails nach einer Yogatherapie können positive Effekte auf die allgemeine und emotionale Fatigue haben und KrebspatientInnen mit Fatigue helfen, eine regelmäßige Yogapraxis zu Hause zu etablieren. Eine höhere Übungshäufigkeit führte jedoch nicht zu einer höheren Verbesserung der physischen Fatigue, wie es in Paper 2 zu finden war. Dies kann auf andere Faktoren hindeuten, die die Wirksamkeit der Yogapraxis auf die physische Fatigue beeinflussen, wie Achtsamkeit oder Nebenwirkungen der Therapie. Dieses Forschungsprojekt gibt Aufschluss über die Wirksamkeit der Yogatherapie bei onkologischen PatientInnen mit Fatigue. Wichtig ist, dass derartige Interventionen früh angeboten werden, solange die Fatigue-Symptomatik nicht stark ausgeprägt ist. Regelmäßige geleitete Yogapraxis kann die physische Fatigue verringern, anschließend mehr Yogapraxis zu Hause reduzierte jedoch die physische Fatigue in diesem Forschungsprojekt nicht mehr weiter. Erinnerungs-E-Mails nach abgeschlossener Yogatherapie wirkten sich nur positiv auf die emotionale Fatigue der PatientInnen aus. Dies kann daran liegen, dass physische Fatigue durch die vorhergehende Yogatherapie bereits so stark wie möglich reduziert wurde und ein Boden-Effekt vorlag oder auch daran, dass die Erinnerungs-E-Mails als Intervention zur Reduktion von physischer Fatigue nicht ausreichend geeignet sind. Weitere Forschung ist notwendig, um die Mechanismen der verschiedenen Interventionen genauer zu überprüfen und geeignete Interventionen zu entwickeln, die alle Ebenen der Müdigkeit gleichermaßen reduzieren.

Cancer is one of most challenging diseases to understand and treat due to its complex nature. Various innovative approaches are used in cancer research to analyse biological data and to provide better therapeutic strategies. Web-tools incorporating biological analyses enable easy access to computational tools and cancer genomics data, serving as a bridge between computational biology and clinical practices. These tools have recently accelerated the discovery of new biomarkers and therapeutic targets for different cancer diseases. This thesis explores the integration of multiple computational tools in network research by providing two new R/Shiny web-tools for an integrated analysis of protein-interactions and cellular network dynamics for healthy state and different disease state, emphasizing cancer research. The PRO-Simat (PROtein Simulation Analysis Tool) and Cat-E (Cancer Target Explorer) web-tools are developed to advance cancer research, with a particular emphasis on pancreatic cancer, which is characterized by a low five-year survival rate of about 13%, highlighting the need for innovative research approaches. The main goal of this thesis is to contribute significantly to the development of more effective treatment strategies, ultimately aiming to improve patient outcomes and quality of life. PRO-Simat, which is freely available at http://prosimat.bioinfo-wuerz.eu, stands out as a significant advancement in bioinformatics, providing a comprehensive platform for simulating and analysing protein interaction networks. It features a vast integrated database with over 8 million protein-protein interactions across 32 model organisms, including the human proteome. Using the Jimena framework, it allows for dynamics network simulations, gene ontology enrichment, and pathway engineering. This tool enables researchers to visualize complex protein interactions and conduct in-depth analysis, which is crucial for understanding the molecular mechanisms underlying various diseases, including cancer. Use cases demonstrating the main applications of PRO-Simat explored differentiation pathways in \textit{Bacillus subtilis}, enhanced oncolytic properties of vaccinia virus, and control optogenetic nucleotide processing networks for DNA storage. Cat-E is designed as a user-friendly interface (https://cat-e.bioinfo-wuerz.eu/) for analysing and interpreting cancer-related omics data. It aggregates diverse datasets from sources like OvirusTDB, TCGA, DrugBANK, and PubChem. This tool supports a wide range of analyses, including differential gene expression, metabolic pathway exploration, and survival analysis. Through practical case studies, including lung adenocarcinoma, Cat-E provides an invaluable resource for researchers, clinicians, and students, helping in the identification of novel diagnostic markers and therapeutic targets across different cancer types. By using PRO-Simat and Cat-E, the thesis presents new insights into key pathways and molecular markers significant for cancer, illustrating how computational modelling combined with genomic data can reveal important molecular interactions and their changes over time including activation, inhibition and signaling cascades involved in health but also various disease states, stressing cancer (Cat-E). The development of PRO-Simat and Cat-E does not only facilitate the understanding of disease mechanisms but also support the progress of personalized medicine approaches in allowing to explore future cancer treatment strategies. The thesis emphasizes the potential of these tools to transform cancer research by providing deep insights into molecular mechanisms of disease and offering new targets for therapeutic intervention strategies. This demonstrates a strong commitment to addressing urgent tasks in cancer research and future clinical application, potentially leading to powerful advancements in the fight against pancreatic cancer. / Krebs ist eine der schwierigsten Krankheiten, die es zu verstehen und zu behandeln gilt, da sie sehr komplex ist. In der Krebsforschung werden verschiedene innovative Ansätze verwendet, um biologische Daten zu analysieren und bessere therapeutische Strategien zu entwickeln. Web-Tools, die biologische Analysen beinhalten, ermöglichen einen einfachen Zugang zu computergestützten Werkzeugen und Krebsgenomikdaten und dienen als Brücke zwischen computergestützter Biologie und klinischer Praxis. Diese Werkzeuge haben in letzter Zeit die Entdeckung neuer Biomarker und therapeutischer Ziele für verschiedene Krebserkrankungen beschleunigt. Diese Arbeit erforscht die Integration mehrerer Berechnungswerkzeuge in der Netzwerkforschung, indem sie zwei neue R/Shiny Web-Tools für eine integrierte Analyse von Protein-Interaktionen und zellulären Netzwerkdynamiken für den gesunden Zustand und verschiedene Krankheitszustände bereitstellt, mit Schwerpunkt auf der Krebsforschung. Die Web-Tools PRO-Simat (PROtein Simulation Analysis Tool) und Cat-E (Cancer Target Explorer) wurden entwickelt, um die Krebsforschung voranzubringen, mit besonderem Schwerpunkt auf Bauchspeicheldrüsenkrebs, der durch eine niedrige Fünf-Jahres-Überlebensrate von etwa 13% gekennzeichnet ist, was die Notwendigkeit innovativer Forschungsansätze unterstreicht. Das Hauptziel dieser Arbeit ist es, einen wesentlichen Beitrag zur Entwicklung effektiverer Behandlungsstrategien zu leisten, um letztlich die Ergebnisse und die Lebensqualität der Patienten zu verbessern. PRO-Simat, das unter http://prosimat.bioinfo-wuerz.eu frei verfügbar ist, stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Bioinformatik dar und bietet eine umfassende Plattform für die Simulation und Analyse von Proteininteraktionsnetzwerken. Es verfügt über eine umfangreiche integrierte Datenbank mit über 8 Millionen Protein-Protein-Interaktionen in 32 Modellorganismen, einschließlich des menschlichen Proteoms. Unter Verwendung des Jimena-Frameworks ermöglicht es dynamische Netzwerksimulationen, die Anreicherung von Gen-Ontologien und das Pathway Engineering. Dieses Tool ermöglicht es Forschern, komplexe Proteininteraktionen zu visualisieren und eingehende Analysen durchzuführen, was für das Verständnis der molekularen Mechanismen, die verschiedenen Krankheiten, einschließlich Krebs, zugrunde liegen, entscheidend ist. Anwendungsfälle, die die Hauptanwendungen von PRO-Simat demonstrieren, sind die Erforschung von Differenzierungswegen in Bacillus subtilis, die Verbesserung der onkolytischen Eigenschaften von Vaccinia-Viren und die Steuerung optogenetischer Nukleotidverarbeitungsnetzwerke für die DNA-Speicherung. Cat-E ist als benutzerfreundliche Schnittstelle (https://cat-e.bioinfo-wuerz.eu/) für die Analyse und Interpretation von krebsbezogenen Omics-Daten konzipiert. Es aggregiert verschiedene Datensätze aus Quellen wie OvirusTDB, TCGA, DrugBANK und PubChem. Dieses Tool unterstützt eine breite Palette von Analysen, einschließlich der differenziellen Genexpression, der Erforschung von Stoffwechselwegen und der Überlebensanalyse. Anhand praktischer Fallstudien, darunter das Adenokarzinom der Lunge, stellt Cat-E eine unschätzbare Ressource für Forscher, Kliniker und Studenten dar und hilft bei der Identifizierung neuartiger diagnostischer Marker und therapeutischer Ziele für verschiedene Krebsarten. Durch den Einsatz von PRO-Simat und Cat-E werden in dieser Arbeit neue Einblicke in wichtige Signalwege und molekulare Marker, die für Krebs von Bedeutung sind, vorgestellt. Dabei wird gezeigt, wie die computergestützte Modellierung in Verbindung mit genomischen Daten wichtige molekulare Interaktionen und deren Veränderungen im Laufe der Zeit aufdecken kann, einschließlich Aktivierung, Hemmung und Signalkaskaden, die bei Gesundheit, aber auch bei verschiedenen Krankheitszuständen, insbesondere Krebs, eine Rolle spielen (Cat-E). Die Entwicklung von PRO-Simat und Cat-E erleichtert nicht nur das Verständnis von Krankheitsmechanismen, sondern unterstützt auch den Fortschritt der personalisierten Medizin, indem sie die Erkundung künftiger Krebsbehandlungsstrategien ermöglicht. Die Arbeit unterstreicht das Potenzial dieser Software-Werkzeuge, die Krebsforschung voran zu bringen, indem sie tiefe Einblicke in molekulare Krankheitsmechanismen gewähren und neue Ansatzpunkte für therapeutische Interventionsstrategien bieten. Dies zeigt unser starkes Engagement für dringende Aufgaben in der Krebsforschung und für künftige klinische Anwendungen, die möglicherweise zu großen Fortschritten im Kampf gegen Bauchspeicheldrüsenkrebs führen können.

Le cycle de Krebs occupe une place centrale dans le métabolisme cellulaire et est le point de jonction de nombreuses voies essentielles. Depuis le début des années 2000, un lien a été démontré entre l’apparition de certains cancers et des mutations affectant des gènes codant pour des enzymes du cycle de Krebs, i.e., la succinate déshydrogénase, la fumarase ou les iso-enzymes 1 et 2 de l'isocitrate déshydrogénase (IDH). Les mutations des gènes IDH sont présentes dans 15 à 20 % des leucémies myéloïdes aigues (LAM) et jusqu'à 80 % dans certains gliomes. Ces mutations affectent le site actif des enzymes et elles induisent une néo-fonction enzymatique qui se traduit par la production et l'accumulation d'un oncométabolite : le stéréoisomère D du 2-hydroxyglutarate (D-2-HG) responsable de dérégulations énergétiques et épigénétiques au sein de la cellule. Afin de mieux comprendre les mécanismes mis en jeu entre ces anomalies et la pathologie humaine, mon travail de thèse a impliqué le développement de différentes méthodes analytiques : - tout d'abord une méthode robuste de séparation et de quantification des stéréoisomères D et L par dérivation chirale du 2-HG, ceci en GC tandem MS, - également par GC tandem MS, des méthodes métabolomiques ciblées à haute spécificité pour l'analyse de plus de 120 composés d'intérêt clinique, - des méthodes analytiques à haute résolution et non-ciblées (masse exacte; n=360 composés) adaptées à l'étude de cellules, - et des méthodes d'étude de flux métaboliques sur culture cellulaire basées sur l'analyse des dérivés de traceurs marqués aux isotopes stables. Le développement de ces méthodes m'a permis d'obtenir les résultats suivants. J'ai démontré l'importance du D-2-HG comme marqueur de la présence de mutations IDH1/2 dans une large cohorte de patients leucémiques, à la fois pour le diagnostic et pour le suivi des patients sous traitement. Notre étude pilote a conduit à utiliser ce paramètre en pratique hospitalière courante dans le laboratoire de chimie analytique de l'institut Gustave Roussy (IGR; Villejuif). L'étude de profils métaboliques associés aux mutations affectant les enzymes IDH2 et succinate déshydrogénase nous a permis d'identifier des mécanismes compensatoires du dysfonctionnement du cycle de Krebs, par exemple la sur-activation de la pyruvate carboxylase. Nous avons par ailleurs montré que ces mécanismes ne sont que partiellement efficaces; ils pourraient ainsi servir de cibles thérapeutiques. Une mutation du gène IDH2 (R140Q) est retrouvée chez des patients atteint de LAM et chez des patients possédant une acidurie D-2-hydroxyglutarique, maladie héréditaire du métabolisme extrêmement rare. Un inhibiteur spécifique de l'enzyme IDH2 possédant la mutation R140Q est actuellement testé comme traitement dans un essai clinique à l'IGR pour les patients leucémiques. Nous avons étudié les effets de ce composé sur des fibroblastes de notre patient atteint d'acidurie D-2-hydroxyglutarique. Nous avons confirmé ses effets sur l'enzyme IDH et observé des effets secondaires sur le métabolisme des lipides et du cycle de Krebs, à la fois dans les fibroblastes témoin et du patient. Cet inhibiteur étant connu pour avoir des effets sur la différenciation cellulaire, nos résultats pourraient permettre d'expliquer les mécanismes impliqués. Ce travail a apporté de nouveaux outils pour l'exploration des maladies métaboliques traditionnelles ainsi que de certains types de cancers, et il met en avant de nouvelles illustrations de la puissance de l'approche métabolique pour identifier des points d'intervention et de surveillance thérapeutique personnalisée des patients ("théranostique"). / The Krebs cycle has a central role in cellular metabolism and is at the junction of many essential pathways. Since 2000, a link has been shown between the development of particular cancers and mutations affecting genes coding for several Krebs cycle enzymes, i.e., succinate dehydrogenase, fumarase or iso-enzymes 1 and 2 of the isocitrate dehydrogenase (IDH). The IDH mutations are found in 15 to 20 % of acute myeloid leukemias and up to 80% of specific gliomas. These mutations affect the enzyme active site and are responsible for an neomorphic activity that is the production and accumulation of a putative oncometabolite : the D stereoisomer of the 2-hydroxyglutarate (D-2-HG) which is linked to energetic and epigenetic deregulations in the cell. To better understand the mechanisms between these abnormalities and human pathology, my PhD work involved the development of different analytical tools : - First of all, a robust method of separation and quantification of the stereoisomers D and L by chiral derivatization of the 2-HG, in tandem mass spectrometry, - GC tandem MS was also used to develop targeted metabolomic methods with high specificity for the analysis of more than 120 compounds of clinical interest, - An analytical non-targeted method using high mass resolution (exact mass; n=360 compounds) adapted to the study of fibroblast cells, - and finally, methods for the study of metabolic flux in culture cell based on derivatives of stable labeled tracers. The development of these methods led to the following results. I highlight the importance of the D-2-HG as a biomarker of the presence of IDH1/2 mutations in a large cohort of leukemic patients, for the diagnostic and the follow-up of patients under treatment. Our pilot study was the starting point for routine usage of this test in the clinical setting at the Institut Gustave Roussy (IGR; Villejuif). The study of metabolic profiles related to the mutations affecting IDH enzymes and succinate dehydrogenase allowed us to identify compensatory mechanisms of the dysfunction of the Krebs cycle, notably, the overactivation of pyruvate carboxylase. Moreover, we have shown that because these mechanisms are only partially efficient; they have potential to provide therapeutic targets. An IDH2(R140Q) mutation is shared between patients with AML and patients with D-2-hydroxyglutaric aciduria, a very rare hereditary disease of the metabolism. A specific inhibitor of the IDH2 enzyme mutant for R140Q is currently used in a clinical trial at the IGR institute. We studied the effects of this compound in fibroblasts of our aciduria patient. We confirmed the expected effect in the IDH enzyme and also observed moderate off-target effects concerning the lipid and the Krebs cycle metabolism, both in control and patient fibroblasts. Because this inhibitor is known to have effects in the cellular differentiation, our results could explain the underlying mechanisms. This work provides new tools for the exploration of traditional inherited metabolic diseases, as well as particular cancers, and illustrates the power of the metabolic approach to identify therapeutic targets and for the personalized monitoring of patients ("theranostics").

Le cycle de Krebs occupe une place centrale dans le métabolisme cellulaire et est le point de jonction de nombreuses voies essentielles. Depuis le début des années 2000, un lien a été démontré entre l’apparition de certains cancers et des mutations affectant des gènes codant pour des enzymes du cycle de Krebs, i.e., la succinate déshydrogénase, la fumarase ou les iso-enzymes 1 et 2 de l'isocitrate déshydrogénase (IDH). Les mutations des gènes IDH sont présentes dans 15 à 20 % des leucémies myéloïdes aigues (LAM) et jusqu'à 80 % dans certains gliomes. Ces mutations affectent le site actif des enzymes et elles induisent une néo-fonction enzymatique qui se traduit par la production et l'accumulation d'un oncométabolite : le stéréoisomère D du 2-hydroxyglutarate (D-2-HG) responsable de dérégulations énergétiques et épigénétiques au sein de la cellule. Afin de mieux comprendre les mécanismes mis en jeu entre ces anomalies et la pathologie humaine, mon travail de thèse a impliqué le développement de différentes méthodes analytiques : - tout d'abord une méthode robuste de séparation et de quantification des stéréoisomères D et L par dérivation chirale du 2-HG, ceci en GC tandem MS, - également par GC tandem MS, des méthodes métabolomiques ciblées à haute spécificité pour l'analyse de plus de 120 composés d'intérêt clinique, - des méthodes analytiques à haute résolution et non-ciblées (masse exacte; n=360 composés) adaptées à l'étude de cellules, - et des méthodes d'étude de flux métaboliques sur culture cellulaire basées sur l'analyse des dérivés de traceurs marqués aux isotopes stables. Le développement de ces méthodes m'a permis d'obtenir les résultats suivants. J'ai démontré l'importance du D-2-HG comme marqueur de la présence de mutations IDH1/2 dans une large cohorte de patients leucémiques, à la fois pour le diagnostic et pour le suivi des patients sous traitement. Notre étude pilote a conduit à utiliser ce paramètre en pratique hospitalière courante dans le laboratoire de chimie analytique de l'institut Gustave Roussy (IGR; Villejuif). L'étude de profils métaboliques associés aux mutations affectant les enzymes IDH2 et succinate déshydrogénase nous a permis d'identifier des mécanismes compensatoires du dysfonctionnement du cycle de Krebs, par exemple la sur-activation de la pyruvate carboxylase. Nous avons par ailleurs montré que ces mécanismes ne sont que partiellement efficaces; ils pourraient ainsi servir de cibles thérapeutiques. Une mutation du gène IDH2 (R140Q) est retrouvée chez des patients atteint de LAM et chez des patients possédant une acidurie D-2-hydroxyglutarique, maladie héréditaire du métabolisme extrêmement rare. Un inhibiteur spécifique de l'enzyme IDH2 possédant la mutation R140Q est actuellement testé comme traitement dans un essai clinique à l'IGR pour les patients leucémiques. Nous avons étudié les effets de ce composé sur des fibroblastes de notre patient atteint d'acidurie D-2-hydroxyglutarique. Nous avons confirmé ses effets sur l'enzyme IDH et observé des effets secondaires sur le métabolisme des lipides et du cycle de Krebs, à la fois dans les fibroblastes témoin et du patient. Cet inhibiteur étant connu pour avoir des effets sur la différenciation cellulaire, nos résultats pourraient permettre d'expliquer les mécanismes impliqués. Ce travail a apporté de nouveaux outils pour l'exploration des maladies métaboliques traditionnelles ainsi que de certains types de cancers, et il met en avant de nouvelles illustrations de la puissance de l'approche métabolique pour identifier des points d'intervention et de surveillance thérapeutique personnalisée des patients ("théranostique"). / The Krebs cycle has a central role in cellular metabolism and is at the junction of many essential pathways. Since 2000, a link has been shown between the development of particular cancers and mutations affecting genes coding for several Krebs cycle enzymes, i.e., succinate dehydrogenase, fumarase or iso-enzymes 1 and 2 of the isocitrate dehydrogenase (IDH). The IDH mutations are found in 15 to 20 % of acute myeloid leukemias and up to 80% of specific gliomas. These mutations affect the enzyme active site and are responsible for an neomorphic activity that is the production and accumulation of a putative oncometabolite : the D stereoisomer of the 2-hydroxyglutarate (D-2-HG) which is linked to energetic and epigenetic deregulations in the cell. To better understand the mechanisms between these abnormalities and human pathology, my PhD work involved the development of different analytical tools : - First of all, a robust method of separation and quantification of the stereoisomers D and L by chiral derivatization of the 2-HG, in tandem mass spectrometry, - GC tandem MS was also used to develop targeted metabolomic methods with high specificity for the analysis of more than 120 compounds of clinical interest, - An analytical non-targeted method using high mass resolution (exact mass; n=360 compounds) adapted to the study of fibroblast cells, - and finally, methods for the study of metabolic flux in culture cell based on derivatives of stable labeled tracers. The development of these methods led to the following results. I highlight the importance of the D-2-HG as a biomarker of the presence of IDH1/2 mutations in a large cohort of leukemic patients, for the diagnostic and the follow-up of patients under treatment. Our pilot study was the starting point for routine usage of this test in the clinical setting at the Institut Gustave Roussy (IGR; Villejuif). The study of metabolic profiles related to the mutations affecting IDH enzymes and succinate dehydrogenase allowed us to identify compensatory mechanisms of the dysfunction of the Krebs cycle, notably, the overactivation of pyruvate carboxylase. Moreover, we have shown that because these mechanisms are only partially efficient; they have potential to provide therapeutic targets. An IDH2(R140Q) mutation is shared between patients with AML and patients with D-2-hydroxyglutaric aciduria, a very rare hereditary disease of the metabolism. A specific inhibitor of the IDH2 enzyme mutant for R140Q is currently used in a clinical trial at the IGR institute. We studied the effects of this compound in fibroblasts of our aciduria patient. We confirmed the expected effect in the IDH enzyme and also observed moderate off-target effects concerning the lipid and the Krebs cycle metabolism, both in control and patient fibroblasts. Because this inhibitor is known to have effects in the cellular differentiation, our results could explain the underlying mechanisms. This work provides new tools for the exploration of traditional inherited metabolic diseases, as well as particular cancers, and illustrates the power of the metabolic approach to identify therapeutic targets and for the personalized monitoring of patients ("theranostics").

Le cycle de Krebs occupe une place centrale dans le métabolisme cellulaire et est le point de jonction de nombreuses voies essentielles. Depuis le début des années 2000, un lien a été démontré entre l’apparition de certains cancers et des mutations affectant des gènes codant pour des enzymes du cycle de Krebs, i.e., la succinate déshydrogénase, la fumarase ou les iso-enzymes 1 et 2 de l'isocitrate déshydrogénase (IDH). Les mutations des gènes IDH sont présentes dans 15 à 20 % des leucémies myéloïdes aigues (LAM) et jusqu'à 80 % dans certains gliomes. Ces mutations affectent le site actif des enzymes et elles induisent une néo-fonction enzymatique qui se traduit par la production et l'accumulation d'un oncométabolite : le stéréoisomère D du 2-hydroxyglutarate (D-2-HG) responsable de dérégulations énergétiques et épigénétiques au sein de la cellule. Afin de mieux comprendre les mécanismes mis en jeu entre ces anomalies et la pathologie humaine, mon travail de thèse a impliqué le développement de différentes méthodes analytiques : - tout d'abord une méthode robuste de séparation et de quantification des stéréoisomères D et L par dérivation chirale du 2-HG, ceci en GC tandem MS, - également par GC tandem MS, des méthodes métabolomiques ciblées à haute spécificité pour l'analyse de plus de 120 composés d'intérêt clinique, - des méthodes analytiques à haute résolution et non-ciblées (masse exacte; n=360 composés) adaptées à l'étude de cellules, - et des méthodes d'étude de flux métaboliques sur culture cellulaire basées sur l'analyse des dérivés de traceurs marqués aux isotopes stables. Le développement de ces méthodes m'a permis d'obtenir les résultats suivants. J'ai démontré l'importance du D-2-HG comme marqueur de la présence de mutations IDH1/2 dans une large cohorte de patients leucémiques, à la fois pour le diagnostic et pour le suivi des patients sous traitement. Notre étude pilote a conduit à utiliser ce paramètre en pratique hospitalière courante dans le laboratoire de chimie analytique de l'institut Gustave Roussy (IGR; Villejuif). L'étude de profils métaboliques associés aux mutations affectant les enzymes IDH2 et succinate déshydrogénase nous a permis d'identifier des mécanismes compensatoires du dysfonctionnement du cycle de Krebs, par exemple la sur-activation de la pyruvate carboxylase. Nous avons par ailleurs montré que ces mécanismes ne sont que partiellement efficaces; ils pourraient ainsi servir de cibles thérapeutiques. Une mutation du gène IDH2 (R140Q) est retrouvée chez des patients atteint de LAM et chez des patients possédant une acidurie D-2-hydroxyglutarique, maladie héréditaire du métabolisme extrêmement rare. Un inhibiteur spécifique de l'enzyme IDH2 possédant la mutation R140Q est actuellement testé comme traitement dans un essai clinique à l'IGR pour les patients leucémiques. Nous avons étudié les effets de ce composé sur des fibroblastes de notre patient atteint d'acidurie D-2-hydroxyglutarique. Nous avons confirmé ses effets sur l'enzyme IDH et observé des effets secondaires sur le métabolisme des lipides et du cycle de Krebs, à la fois dans les fibroblastes témoin et du patient. Cet inhibiteur étant connu pour avoir des effets sur la différenciation cellulaire, nos résultats pourraient permettre d'expliquer les mécanismes impliqués. Ce travail a apporté de nouveaux outils pour l'exploration des maladies métaboliques traditionnelles ainsi que de certains types de cancers, et il met en avant de nouvelles illustrations de la puissance de l'approche métabolique pour identifier des points d'intervention et de surveillance thérapeutique personnalisée des patients ("théranostique"). / The Krebs cycle has a central role in cellular metabolism and is at the junction of many essential pathways. Since 2000, a link has been shown between the development of particular cancers and mutations affecting genes coding for several Krebs cycle enzymes, i.e., succinate dehydrogenase, fumarase or iso-enzymes 1 and 2 of the isocitrate dehydrogenase (IDH). The IDH mutations are found in 15 to 20 % of acute myeloid leukemias and up to 80% of specific gliomas. These mutations affect the enzyme active site and are responsible for an neomorphic activity that is the production and accumulation of a putative oncometabolite : the D stereoisomer of the 2-hydroxyglutarate (D-2-HG) which is linked to energetic and epigenetic deregulations in the cell. To better understand the mechanisms between these abnormalities and human pathology, my PhD work involved the development of different analytical tools : - First of all, a robust method of separation and quantification of the stereoisomers D and L by chiral derivatization of the 2-HG, in tandem mass spectrometry, - GC tandem MS was also used to develop targeted metabolomic methods with high specificity for the analysis of more than 120 compounds of clinical interest, - An analytical non-targeted method using high mass resolution (exact mass; n=360 compounds) adapted to the study of fibroblast cells, - and finally, methods for the study of metabolic flux in culture cell based on derivatives of stable labeled tracers. The development of these methods led to the following results. I highlight the importance of the D-2-HG as a biomarker of the presence of IDH1/2 mutations in a large cohort of leukemic patients, for the diagnostic and the follow-up of patients under treatment. Our pilot study was the starting point for routine usage of this test in the clinical setting at the Institut Gustave Roussy (IGR; Villejuif). The study of metabolic profiles related to the mutations affecting IDH enzymes and succinate dehydrogenase allowed us to identify compensatory mechanisms of the dysfunction of the Krebs cycle, notably, the overactivation of pyruvate carboxylase. Moreover, we have shown that because these mechanisms are only partially efficient; they have potential to provide therapeutic targets. An IDH2(R140Q) mutation is shared between patients with AML and patients with D-2-hydroxyglutaric aciduria, a very rare hereditary disease of the metabolism. A specific inhibitor of the IDH2 enzyme mutant for R140Q is currently used in a clinical trial at the IGR institute. We studied the effects of this compound in fibroblasts of our aciduria patient. We confirmed the expected effect in the IDH enzyme and also observed moderate off-target effects concerning the lipid and the Krebs cycle metabolism, both in control and patient fibroblasts. Because this inhibitor is known to have effects in the cellular differentiation, our results could explain the underlying mechanisms. This work provides new tools for the exploration of traditional inherited metabolic diseases, as well as particular cancers, and illustrates the power of the metabolic approach to identify therapeutic targets and for the personalized monitoring of patients ("theranostics").