Le cancer est la cause la plus fréquente de décès dans le monde, avec 8,2 millions de décès par an. Des études génomiques à grande échelle ont montré que chaque tumeur est caractérisée par un profil génomique unique, conduisant au développement de la médecine de précision, où le traitement est adapté aux altérations génomiques de la tumeur du patient. Dans le cancer du sein précoce HR+/HER2-, les caractéristiques clinicopathologiques des patientes, bien qu’elles aient une valeur pronostique claire, ne sont pas suffisantes pour expliquer entièrement le risque de rechute à distance. L'objectif principal de ce projet de thèse était de déterminer les altérations génomiques impliquées dans la rechute à distance, en plus des paramètres cliniques des patientes, en utilisant des méthodes statistiques et informatiques. Ce projet a été réalisé à partir de données cliniques et génomiques (nombre de copies et mutations) issues des études PACS04 et METABRIC.Dans la première partie de mon projet de thèse, j’ai tout d’abord évalué la valeur pronostique du nombre de copies de gènes prédéfinis (FGFR1, Fibroblast Growth Factor Receptor 1 ; CCND1, Cyclin D1 ; ZNF217, Zinc Finger protein 217 ; ERBB2 ou HER2, Humain Epidermal Growth Factor) ainsi qu’un panel de mutations de gènes « driver ». Les résultats de l’étude PACS04 ont montrés que l’amplification de FGFR1 augmente le risque de rechute à distance alors que les mutations de MAP3K1 diminuent le risque de rechute. Ensuite, un score génomique fondé sur FGFR1 et MAP3K1 a été créé et a permis de déceler trois niveaux de risques de rechute à distance : risque faible (patientes ayant une mutation du gène MAP3K1), risque modéré (patientes n’ayant pas d’altération du nombre de copies de FGFR1 et n’ayant pas de mutation de MAP3K1) et risque élevé (patientes ayant une amplification de FGFR1 et n’ayant pas de mutation de MAP3K1). Enfin, ce score génomique a été validé sur une base de données publique, METABRIC. Dans la seconde partie de mon projet de thèse, de nouveaux biomarqueurs génomiques pronostiques de la survie ont pu être identifiés grâce aux méthodes pénalisées de type LASSO, prenant en compte la structure en bloc des données.Mots-clés : Altération du nombre de copies, mutations, cancer du sein, biomarqueurs, méthode de sélection de variables, réduction de dimension, modèle de Cox / Cancer is the most frequent cause of death in the world, with 8.2 million death / year. Large-scale genome studies have shown that each cancer is characterized by a unique genomic profile. This has led to the development of precision medicine, which aims at targeting treatment using tumor genomic alterations that are patient-specific. In hormone-receptor positive/human epidermal growth factor receptor-2 negative early breast cancer, clinicopathologic characteristics are not sufficient to fully explain the risk of distant relapse, despite their well-established prognostic value. The main objective of this thesis project was to use statistical and computational methods to assess to what extent genomic alterations are involved in distant breast cancer relapse in addition to classic prognostic clinicopathologic parameters. This project used clinical and genomic data (i.e., copy numbers and driver gene mutations) from the PACS04 and METABRIC trial.In the first part of my thesis project, I first evaluated prognostic value of copy numbers of predefined genes including FGFR1, Fibroblast Growth Factor Receptor 1; CCND1, Cyclin D1; ZNF217, Zinc Finger Protein 217; ERBB2 or HER2, Human Epidermal Growth Factor, as well as a panel of driver gene mutations. Results from the PACS04 trial showed that FGFR1 amplification increases the risk of distant relapse, whereas mutations of MAP3K1 decrease the risk of relapse. Second, a genomic score based on FGFR1 and MAP3K1, allowed to identify three levels of risk of distant relapse: low risk (patients with a MAP3K1 mutation), moderate risk (patients without FGFR1 copy number aberration and without MAP3K1 mutation) and high risk (patients with FGFR1 amplification and without MAP3K1 mutation). Finally, this genomic score was validated in METABRIC, a publicly available database. In the second part of my thesis project, new prognostic genomic biomarkers of survival were identified using penalized methods of LASSO type, taking into account the block structure of the data.Keywords: Copy number aberrations (CNA), mutations, breast cancer (BC), biomarkers, variable selection methods, dimension reduction, cox regression

Un nouveau paradigme tente de s’imposer en oncologie ; identifier les anomalies moléculaires dans la tumeur d’un patient, et proposer une thérapie ciblée, en relation avec ces altérations moléculaires. Nous discutons ici des altérations moléculaires considérées pour une orientation thérapeutique, ainsi que de leurs méthodes d’identification : parmi les altérations recherchées, les anomalies de nombre de copies tiennent une place importante, et nous nous concentrons plus précisément sur leur identification par hybridation génomique comparative (aCGH). Nous montrons, d’abord à partir de lignées cellulaires caractérisées, que l’analyse du nombre de copies par aCGH n’est pas triviale et qu’en particulier le choix de la centralisation peut être déterminant ; différentes stratégies de centralisation peuvent conduire à des profils génomiques différents, certains aboutissant à des interprétations erronées. Nous montrons ensuite, à partir de cohortes de patients, qu’une conséquence majeure est de retenir ou non certaines altérations actionnables dans la prise de décision thérapeutique. Ce travail nous a conduit à développer un workflow complet dédié à l’analyse aCGH, capable de prendre en charge les sources de données les plus courantes. Ce workflow intègre les solutions discutées, assure une entière traçabilité des analyses, et apporte une aide à l’interprétation des profils grâce à des solutions interactives de visualisation. Ce workflow, dénommé rCH, a été implémenté sous forme d’un package R, et déposé sur le site Bioconductor. Les solutions de visualisation interactives sont disponibles en ligne. Le code de l’application est disponible pour une installation sur un serveur institutionnel. / In oncology, a new paradigm tries to impose itself ; analyzing patient’s tumors, and identifying molecular alterations matching with targeted therapies to guide a personalized therapeutic orientation. Here, We discuss the molecular alterations possibly relevant for a therapeutic orientation, as well as the methods used for their identification : among the alterations of interest, copy number variations are widely used, and we more specifically focus on comparative genomic hybridization (aCGH). We show, using well characterized cell lines, that identification of CNV is not trivial. In particular, the choice for centralizing profiles can be critical, and different strategies for adjusting profiles on a theoretical 2n baseline can lead to erroneous interpretations. Next, we show, using tumor samples, that a major consequence is to include, or miss, targetable alterations within the decision procedure. This work lead us to develop a comprehensive workflow, dedicated to aCGH analysis. This workflow supports the major aCGH platforms, ensure a full traceability of the entire process and provides interactive visualization tools to assist the interpretation. This workflow, called rCGH, has been implemented as a R package, and is available on Bioconductor. The interactive visualization tools are available on line, and are ready to be installed on any institutional server.

1ère partie: Bien que les patients pédiatriques présentent généralement des taux de survie élevés, environ 20% d’entre eux ne peuvent être guéris avec des approches thérapeutiques standards, principalement ceux souffrant de sarcomes métastatiques, neuroblastomes, tumeurs cérébrales et tumeurs rares. Afin d’établir de nouvelles modalités thérapeutiques en identifiant des facteurs moléculaires qui puissent être ciblés par des approches pharmacologiques, les essais cliniques MOSCATO-01 (Molecular Screening for Cancer Treatment Optimization, NCT01566019) et MAPPYACTS (NCT02613962) ont été respectivement initiés en 2011 et en 2016. Une caractérisation moléculaire systématique des biopsies tumorales de patients avec des tumeurs réfractaires ou en rechute a été réalisée afin de pouvoir proposer des traitements ciblés. Chez 75 patients pédiatriques inclus dans MOSCATO-01 avec des cancers solides comprenant des tumeurs cérébrales, nous avons mis en oeuvre des approches d’hybridation génomique comparée (CGH), de séquençage d’un panel de mutations présélectionnées et de séquençage des exomes et transcrits. Des altérations génomiques pouvant être ciblées ont été identifiées dans 60% des cas, incluant des variations du nombre de copies (42%), des mutations (33%), et des transcrits de fusion (2%). Ces altérations affectent des voies de signalisation oncogéniques majeures, incluant des récepteurs tyrosine kinases et leurs cibles. Des mutations germinales ont été identifiées chez 10% des patients. Quatorze patients ont reçu 17 traitements ciblés; une réponse objective ou une maladie sans progression a été observée chez 5 patients. Nos résultats montrent qu’une approche de médecine de précision peut être envisagée et que des altérations ciblables sont présentes dans les cancers pédiatriques. Les obstacles à franchir concernent l’identification et la sélection des cibles, et la mise en pratique clinique des approches thérapeutiques.2ème partie: Les sarcomes épithélioïdes, des tumeurs très rares, affectent tous les groupes d’âge, dont les adolescents, et présentent à la fois des caractères épithéliaux et mésenchymateux. Comme les tumeurs rhabdoïdes affectant les jeunes enfants, les sarcomes épithélioïdes sont caractérisés par des altérations de SMARCB1, un membre central du complexe de remodelage de la chromatine SWI/SNF. Le phénotype agressif et l’implication fréquente des RTKs dans ces deux tumeurs ainsi que leur similarité (épi-)génétique nous ont conduit à approfondir les relations fonctionnelles entre la régulation des RTKs, la signalisation cellulaire, et les effets de la modulation épigénétique. Des lignées cellulaires de chacun des types de tumeurs ont été étudiées pour déterminer la réponse à l’inhibition pharmacologique des RTKs et des HDAC, ainsi que mTOR et EZH2. La sensibilité la plus grande in vitro a été observée avec le Panobinostat, un inhibiteur de HDAC. Le Panobinostat induit la mort cellulaire et inverse partiellement la transition épithéliale-mésenchymateuse, qui pourrait être corrélée à une régulation différentielle des RTKs EGFR et FGFR2. Comme souvent observé dans le traitement des tumeurs solides par les seuls inhibiteurs de HDAC, le Panobinostat est associé à une inhibition modérée de la croissance tumorale in vivo dans un modèle de sarcome épithélioïde. La combinaison de l’inhibition des HDAC et de l’EGFR augmente la sensibilité vis-à-vis de cette dernière à la fois dans les sarcomes épithélioïdes et les tumeurs rhabdoïdes et représente une stratégie prometteuse pour le traitement des tumeurs solides. / Part 1: Although pediatric cancer patients have high survival rates, 20% cannot be cured with standard therapeutic regimens, predominantly those with metastatic sarcomas, neuroblastomas, malignant brain tumors and rare tumor types. To provide a new rationale for treatment definition by identifying new molecular targets that can be pharmacologically addressed, the Molecular Screening for Cancer Treatment Optimization (MOSCATO-01/NCT01566019) and the MAPPYACTS (NCT02613962) trials are running at Gustave Roussy since 2011 and 2016, respectively. Patients with relapsed or refractory malignancies are undergoing biopsy or surgical intervention at treatment failure for molecular characterization that allows the suggestion of a targeted treatment. In 75 pediatric patients with solid malignancies including brain tumors included in MOSCATO-01, we developed further the initial CGHarray and targeted gene sequencing panel, to whole-exome and RNA sequencing which is currently employed in the international follow-up trial MAPPYACTS. Actionable genomic alterations were identified in 60%, representing a copy number change in 42%, a mutation in 33% and a fusion transcript in 2%. Pathway allocation showed that these targets mainly affected prominent oncogenic signaling pathways including receptor tyrosine kinases and associated downstream signaling. Germline alterations were identified in 10% of patients. Fourteen patients received 17 targeted treatment approaches; objective response or prolonged stable disease was seen in five patients. Our results showed that this approach is safe and feasible in minors and that actionable alterations are present. Significant challenges were encountered in pipeline workflows, target definition, interpretation and selection, and clinical implementation.Part 2: Epithelioid sarcoma is an exceedingly rare soft tissue sarcoma occuring in all age groups, including adolescents and displays both epithelial and mesenchymal features. As rhabdoid tumors, a deleterious entity affecting very young children, epithelioid sarcoma is characterized by alterations affecting core SWI/SNF chromatin remodeling complex member SMARCB1. The aggressive phenotype and frequent involvement of receptor tyrosine kinases in both epithelioid sarcoma and rhabdoid tumor as well as their (epi-)genetic parallels led us to take deeper insight into the relation between tyrosine kinase regulation, signaling and effects of epigenetic modulation. Cell lines of both tumor types were studied in order to determine response to pharmacological inhibition by receptor tyrosine kinase and HDAC inhibitors as well as by agents inhibiting mTOR and EZH2. Both tumor types displayed highest in-vitro sensitivity towards pan-HDAC inhibitor panobinostat. Panobinostat sufficiently induced cell death and partially reversed epithelial-to-mesenchymal transition which could be related to differential regulation of receptor tyrosine kinases EGFR and FGFR2. As often observed in treatment of solid tumors with single agent HDAC inhibitors, panobinostat led to slight tumor growth inhibition in an in-vivo epithelioid sarcoma model. The combination of HDAC and EGFR inhibition increased sensitivity towards the latter in both epithelioid sarcoma and rhabdoid tumor and might be a promising strategy to sufficiently translate HDAC inhibitors into clinics for solid tumors.

Le gène INTS11 est une sous-unité catalytique du complexe Integrator qui joue un rôle central dans le traitement de divers ARN naissants. Récemment, des patients présentant des mutations de perte de fonction dans le gène INTS11 ont été signalés comme ayant des problèmes neurodéveloppementaux graves, des problèmes ataxiques et des retards de développement globaux. À ce jour, aucune mutation dans INTS11 n'a été liée à des maladies humaines, et aucune preuve ne soutient leur rôle dans des problèmes neurodéveloppementaux. Par conséquent, nous avons développé un modèle INTS11 knock-out (KO) F0 CRISPRant chez le poisson-zèbre pour caractériser fonctionnellement les mutations de perte de fonction de ce gène in vivo. Nos larves INTS11-KO présentent une accumulation accrue de snARN mal traités, confirmant la perturbation de la fonction du gène. De plus, les larves INTS11-KO meurent prématurément à 14 jours et présentent un phénotype comportemental aberrant, similaire à d'autres modèles génétiques de poisson-zèbre des troubles neurodéveloppementaux. Aussi, les larves INTS11-KO présentent une réduction de la taille du cerveau avec une réduction du contenu neuronal. Enfin, nos résultats d'immunomarquage ont révélé une réduction de la taille du cervelet chez les larves INTS11-KO. Dans l'ensemble, ces données soutiennent le rôle d'INTS11 dans le développement cérébral et sont cohérentes avec les retards neurodéveloppementaux décrits chez les patients présentant des mutations délétères dans ce gène. Notre étude montre comment des organismes modèles simples tels que le poisson-zèbre peuvent aider à caractériser l'étiologie génétique des troubles génétiques. Les résultats de nos recherches pourraient contribuer à des diagnostics plus précis et ouvrir la voie à la découverte de mécanismes pathogènes clés qui pourraient être exploités pour le développement de traitements pour les patients présentant des mutations dans INTS11. / The INTS11 gene is a catalytic subunit of the Integrator complex that plays a central role in processing various nascent RNAs. Recently, patients with loss-of-function mutations in the INTS11 gene have been reported to have severe neurodevelopmental issues, ataxic problems, and global developmental delays. To date, mutations in INTS11 have not been linked to human diseases, and no evidence supports their role in neurodevelopmental problems. Therefore, we developed an ints11 F0 CRISPRant knock-out (KO) model in zebrafish to functionally characterize loss-of-function mutations in this gene in vivo. Our ints11-KO larvae exhibited an increased accumulation of unprocessed snRNAs, confirming the disruption of the ints11 function. Moreover, ints11-KO larvae die prematurely by 14 days of age and display an aberrant behavioural phenotype, similar to other zebrafish genetic models of neurodevelopmental disorders. Furthermore, ints11-KO larvae show reduced brain size with reduced neuronal content. Finally, immunostaining results revealed a reduction in cerebellum size in our ints11-KO. Altogether, these data support the role of INTS11 in brain development and are consistent with the neurodevelopment delays described in patients with deleterious mutations in this gene. Our study shows how simple model organisms like zebrafish can help characterize the genetic etiology of genetic disorders. The results from our research could aid in more accurate diagnoses and open the path to unveiling key pathogenic mechanisms that could be leveraged for the development of treatment for patients with mutations in INTS11.

Les biomarqueurs sanguins peuvent être utilisés pour définir le pronostic des patients ou permettre de déterminer les altérations moléculaires des cancers, et peut-être pouvoir guider les traitements de thérapies ciblées.Les cellules tumorales circulantes sont le reflet de la cascade métastatique et de la progression tumorale. La détection et la caractérisation des CTC est un domaine clé de la recherche dans le cancer. Cependant, il n’existe pas de méthode standard pour la détection des CTC, et le premier objectif de notre étude a été de comparer deux systèmes de détection des CTC basé sur l’expression de l’antigène EpCAM (CellSearch), ou la taille des cellules (ISET). Nos résultats montrent qu’il existe une bonne corrélation pour la détection des CTC dans les cancers du sein ou de la prostate, mais pas dans les cancers bronchiques. Ces résultats suggèrent qu’il est nécessaire de développer d’autres techniques de détection des CTC pour l’énumération et la caractérisation pour permettre une médecine de précision.A ce jour il n’existe aucun marqueur validé pour prédire l’efficacité des antiangiogéniques. Les CEC et CEP sont des marqueurs prometteurs. Dans notre étude, nous avons fait l’hypothèse que les CEC et les CEP pouvaient être pronostic de la survie des patients inclus dans les études de phases précoces. Nos résultats montrent qu’un taux élevé de CEP est associé à un mauvais pronostic, et que les CEP pourraient permettre de mieux sélectionner les patients. En conclusion, les marqueurs sanguins comme les CTC, les CEC ou les CEP peuvent être utilisés comme des facteurs pronostiques ou permettre une caractérisation moléculaire, et être une partie intégrante des programmes de médecine de précision. / Non-inasive biomarkers detected in the blood could be use for risk) stratification or molecular classification in advanced cancer patients, and could be a guide for molecular targeted therapies. Circulating tumor cells reflect the metastatic cascade and the cancer progression. The detection and molecular characterization of circulating tumor cells (CTCs) are a key area of translational cancer research. However, there is no universal method to detect CTC, and the primary objective of our study was to compare CTC detection systems based on the expression of the EpCAM antigen (CellSearch assay) or on cell size (ISET assay). Our results showed concordant results in CTC detection in breast and prosatet cancer patients, but not in lung cancer patients. These results suggest that we need to develop other CTC-detection techniques CTC for enumeration and characterization in order to to contribute to guiding specific targeted.To date, no biomarker has been validated for the prediction of efficacy of antiangiogenic agents in patients with advanced cancer. CEC and CEP counts have recently emerged as a potential candidate. In our study, we hypothesised that CEC and CEP are prognostic in patients enrolled in phase I. Our results showed that High CEP levels are associated with poor prognostics and could provide a new tool for patient selection in early anticancer drug trials.In conclusion, non invasive biomarkers such as CTC or CEC, CEP detectable in the blood could be used in the clinic as prognostic factors or surrogates for traditional tumor biopsies, and be a major component of precision medicine.

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Les biomarqueurs sanguins peuvent être utilisés pour définir le pronostic des patients ou permettre de déterminer les altérations moléculaires des cancers, et peut-être pouvoir guider les traitements de thérapies ciblées.Les cellules tumorales circulantes sont le reflet de la cascade métastatique et de la progression tumorale. La détection et la caractérisation des CTC est un domaine clé de la recherche dans le cancer. Cependant, il n'existe pas de méthode standard pour la détection des CTC, et le premier objectif de notre étude a été de comparer deux systèmes de détection des CTC basé sur l'expression de l'antigène EpCAM (CellSearch), ou la taille des cellules (ISET). Nos résultats montrent qu'il existe une bonne corrélation pour la détection des CTC dans les cancers du sein ou de la prostate, mais pas dans les cancers bronchiques. Ces résultats suggèrent qu'il est nécessaire de développer d'autres techniques de détection des CTC pour l'énumération et la caractérisation pour permettre une médecine de précision.A ce jour il n'existe aucun marqueur validé pour prédire l'efficacité des antiangiogéniques. Les CEC et CEP sont des marqueurs prometteurs. Dans notre étude, nous avons fait l'hypothèse que les CEC et les CEP pouvaient être pronostic de la survie des patients inclus dans les études de phases précoces. Nos résultats montrent qu'un taux élevé de CEP est associé à un mauvais pronostic, et que les CEP pourraient permettre de mieux sélectionner les patients. En conclusion, les marqueurs sanguins comme les CTC, les CEC ou les CEP peuvent être utilisés comme des facteurs pronostiques ou permettre une caractérisation moléculaire, et être une partie intégrante des programmes de médecine de précision.

Le design standard des essais randomisés de phase III suppose le recrutement d'un grand nombre de patients pour assurer un risque α de 0.025 unilatéral et une puissance d'au moins 80%. Ceci s'avérer difficile dans les maladies rares, ou encore si le traitement cible une population spécifique définie par un sous-type moléculaire rare. Nous avons évalué par simulation la performance d'une série d'essais randomisés. Au terme de chaque essai, s'il est associé à une amélioration significative, le traitement expérimental devient le contrôle de l'essai suivant. Les designs ont été évalués pour différents taux de recrutement, différentes sévérités de la maladie, et différentes distributions hypothétiques des effets d'un futur traitement. Nous avons montré, que sous des hypothèses raisonnables, une série d'essais de plus petite taille et avec un risque α relâché est associée à un plus grand bénéfice à long terme que deux essais de design standard. Nous avons enrichi cette approche avec des designs plus flexibles incluant des analyses intermédiaires d'efficacité et/ou futilité, et des designs adaptatifs à trois bras avec sélection de traitement. Nous avons montré qu'une analyse intermédiaire avec une règle d'arrêt pour futilité était associé à un gain supplémentaire et à une meilleure maitrise du risque, contrairement aux règles d'arrêt pour efficacité qui ne permettent pas d'améliorer la performance. Les séries d'essais à trois bras sont systématiquement plus performants que les séries d'essais à deux bras. Dans la troisième de la thèse, nous avons étudié les essais randomisés évaluant un algorithme de traitement plutôt que l'efficacité d'un seul traitement. Le traitement expérimental est déterminé selon la mutation. Nous avons comparé deux méthodes basées sur le modèles de Cox à effets aléatoires pour l'estimation de l'effet traitement dans chaque mutation : Maximum Integrated Partial Likellihood (MIPL) en utilisant le package coxme et Maximum H-Likelihood (MHL) en utilisant le package frailtyHL. La performance de la méthode MIPL est légèrement meilleure. En présence d'un effet traitement hétérogène, les deux méthodes sousestime l'effet dans les mutations avec un large effet, et le surestime dans les mutations avec un modeste effet. / Large sample sizes are required in randomized trials designed to meet typical one-sided α-level of 0.025 and at least 80% power. This may be unachievable in a reasonable time frame even with international collaborations. It is either because the medical condition is rare, or because the trial focuses on an uncommon subset of patients with a rare molecular subtype where the treatment tested is deemed relevant. We simulated a series of two-arm superiority trials over a long research horizon (15 years). Within the series of trials, the treatment selected after each trial becomes the control treatment of the next one. Different disease severities, accrual rates, and hypotheses of how treatments improve over time were considered. We showed that compared with two larger trials with the typical one-sided α-level of 0.025, performing a series of small trials with relaxed α-levels leads on average to larger survival benefits over a long research horizon, but also to higher risk of selecting a worse treatment at the end of the research period. We then extended this framework with more 'flexible' designs including interim analyses for futility and/or efficacy, and three-arm adaptive designs with treatment selection at interim. We showed that including an interim analysis with a futility rule is associated with an additional survival gain and a better risk control as compared to series with no interim analysis. Including an interim analysis for efficacy yields almost no additional gain. Series based on three-arm trials are associated with a systematic improvement of the survival gain and the risk control as compared to series of two-arm trials. In the third part of the thesis, we examined the issue of randomized trials evaluating a treatment algorithm instead of a single drugs' efficacy. The treatment in the experimental group depends on the mutation, unlike the control group. We evaluated two methods based on the Cox frailty model to estimate the treatment effect in each mutation: Maximum Integrated Partial Likellihood (MIPL) using package coxme and Maximum H-Likelihood (MHL) using package frailtyHL. MIPL method performs slightly better. In presence of a heterogeneous treatment effect, the two methods underestimate the treatment effect in mutations where the treatment effect is large, and overestimates the treatment effect in mutations where the treatment effect is small.

La dégénérescence maculaire liée à l’âge (DMLA) est la première cause de cécité dans les pays industrialisés. C’est une maladie complexe et multifactorielle ayant des conséquences majeures sur la qualité de vie des personnes atteintes. De nombreux facteurs de risque, génétiques et non génétiques, jouent un rôle important dans la pathogénèse des stades avancés de la DMLA. Les modèles de prédiction développés à ce jour reposent sur un nombre limité de ces facteurs, et sont encore peu utilisés dans la pratique clinique.Ce travail de thèse avait pour premier objectif d’identifier de nouveaux biomarqueurs circulants du risque de DMLA. Ainsi, à partir d’une étude post-mortem basée sur une approche de lipidomique, nous avons identifié les composés lipidiques sanguins les plus prédictifs des concentrations rétiniennes en acides gras polyinsaturés omégas 3 (AGPI w-3). Nous avons développé un modèle de prédiction basé sur 7 espèces de lipides des esters de cholestérol. Ce modèle, obtenu en combinant pénalisation et réduction de la dimension, a ensuite été validé dans des études cas-témoins de DMLA et dans un essai clinique randomisé de supplémentation en AGPI w-3. Ces biomarqueurs pourraient être utiles pour l’identification des personnes à haut risque de DMLA, qui pourraient ainsi bénéficier d’une supplémentation en AGPI w-3.Le deuxième objectif de cette thèse était de développer un modèle de prédiction du risque de progression vers une DMLA avancée à partir de facteurs de risque génétiques, phénotypiques et environnementaux. Une originalité de notre travail a été d’utiliser une méthode de régression pénalisée – un algorithme d’apprentissage automatique – dans un cadre de survie afin de tenir compte de la multicollinéarité entre les facteurs de risque. Nous avons également pris en compte la censure par intervalle et le risque compétitif du décès via un modèle à 3 états sain-malade-mort. Nous avons ensuite validé ce modèle sur une étude indépendante en population générale.Il serait intéressant de valider ce modèle de prédiction dans d’autres études indépendantes en y incluant les biomarqueurs circulants identifiés à partir de l’étude de lipidomique effectuée dans le cadre de cette thèse. Le but final serait d’intégrer cet outil prédictif dans la pratique clinique afin de rendre la médecine de précision une réalité pour les patients atteints de DMLA dans le futur proche. / Age-related macular degeneration (AMD) is the leading cause of blindness in industrialized countries. AMD is a complex and multifactorial disease with major consequences on the quality of life. Numerous genetic and non-genetic risk factors play an important role in the pathogenesis of the advanced stages of AMD. Existing prediction models rely on a restricted set of risk factors and are still not widely used in the clinical routine.The first objective of this work was to identify new circulating biomarkers of AMD’s risk using a lipidomics approach. Based on a post-mortem study, we identified the most predictive circulating lipids of retinal content in omega-3 polyunsaturated fatty acids (w-3 PUFAs). We combined penalization and dimension reduction to establish a prediction model based on plasma concentration of 7 cholesteryl ester species. We further validated this model on case-control and interventional studies. These biomarkers could help identify individuals at high risk of AMD who could be supplemented with w-3 PUFAs.The second objective of this thesis was to develop a prediction model for advanced AMD. This model incorporated a wide set of phenotypic, genotypic and lifestyle risk factors. An originality of our work was to use a penalized regression method – a machine learning algorithm – in a survival framework to handle multicollinearities among the risk factors. We also accounted for interval censoring and the competing risk of death by using an illness-death model. Our model was then validated on an independent population-based cohort.It would be interesting to integrate the circulating biomarkers identified in the lipidomics study to our prediction model and to further validate it on other external cohorts. This prediction model can be used for patient selection in clinical trials to increase their efficiency and paves the way towards making precision medicine for AMD patients a reality in the near future.

Les leucémies myéloïdes aiguës (LMA) consistent en un groupe de cancers agressifs causés par une accumulation de mutations génétiques et épigénétiques survenant dans les cellules souches ou progénitrices de la moelle osseuse. Il s’agit d’un groupe de maladies très hétérogène, caractérisé par un grand nombre de combinaisons d’altérations qui perturbent à la fois les voies de signalisation qui y sont exprimées, leur sensibilité aux différents traitements et le pronostic des patients. Le déploiement des technologies de séquençage de nouvelle génération au courant de la dernière décennie a permis l’exploration à une échelle sans précédent du paysage mutationnel et transcriptomique de différents cancers, incluant les LMA. Dans le cadre de nos travaux, nous avons voulu tester l'hypothèse selon laquelle les LMA se déclinent en plusieurs sous-groupes génétiques caractérisés chacun par des mutations distinctes et une expression génique dérégulée, ainsi qu’une réponse différentielle à des molécules qui pourraient représenter de nouvelles stratégies thérapeutiques. Nous avons testé cette hypothèse au sein de la cohorte Leucegene, qui comprend un grand nombre de LMA primaires analysées par le séquençage du transcriptome, et nous avons analysé les différences entre les différents sous-groupes en les analysant un à la fois. Cette étude des différents sous-groupes nous a permis de disséquer le profil génomique, transcriptomique et les sensibilités aux petites molécules de sept sous-groupes génétiques, représentant environ la moitié des cas de LMA de l’adulte. Notre approche a permis de découvrir plusieurs nouvelles mutations spécifiques aux différents sous-groupes, dont certaines ont été validées dans des cohortes indépendantes. Nous avons également confirmé que les gènes différentiellement exprimés dans les sous-groupes sont plus informatifs que les signatures d'expression non supervisées pour identifier les biomarqueurs de la maladie. Nous avons ainsi identifié dans la majorité des sous-groupes des gènes représentant un biomarqueur d'intérêt, ayant une pertinence fonctionnelle ou pronostique. Ces données ont également mené à des criblages chimiques ciblés qui ont identifié de nouvelles vulnérabilités dépendant du contexte génétique. Au-delà de ces observations, nos travaux pourraient avoir une portée translationnelle tandis que le séquençage de nouvelle génération est de plus en plus utilisé en clinique. La combinaison avec d’autres modalités de séquençage et l’incorporation de technologies émergentes aideront à poursuivre la dissection génomique, transcriptomique et chimique de la LMA et l’approche utilisée pourra même éventuellement s’appliquer à d’autres types de cancers. / Acute myeloid leukemias (AML) are a group of cancers caused by an accumulation of genetic and epigenetic mutations occurring in the stem or progenitor cells of the bone marrow. They represent a very heterogeneous group of diseases, characterized by a large number of combinations of alterations which disrupt to varying degrees key networks in these cells, their sensitivity to treatments and the prognosis of the patients. The deployment of next-generation sequencing technologies over the past decade has enabled exploration on an unprecedented scale of the mutational and transcriptomic landscape of various cancers, including AML. As part of our work, we tested the hypothesis according to which AMLs comprise several genetic subgroups, each characterized by distinct mutations and deregulated gene expression profiles, as well as a differential response to molecules that could represent novel therapies. We tested this hypothesis in the Leucegene cohort, which includes a large number of primary AMLs analyzed by transcriptome sequencing, which we explored one subgroup after the other, dissecting the genomic, transcriptomic or small molecule sensitivities profile of seven AML subgroups representing approximately half of adult AML cases. Our approach has allowed us to discover several new mutations specific to different subgroups, some of which have been validated in independent cohorts. We also confirmed that genes differentially expressed in subgroups are more informative than unsupervised expression signatures, and we identified genes representing potential biomarkers, or having a functional or prognostic relevance in the majority of subgroups. Generated data also led to targeted chemical screens performed on primary AML cells, which identified new context-dependent vulnerabilities. Beyond these observations, our work could have a translational scope while next-generation sequencing is paving its way in the clinic. The combination with other Omics and the incorporation of emerging technologies will help to further the multi-dimensional dissection of these groups and additional ones, as the presented approach could be applied to additional disease subsets and cancer types.