Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / L'asthme est une maladie pulmonaire très présente dans la population générale. Un sous-groupe de ces asthmatiques est atteint de la forme sévère de la maladie. Ces patients réfractaires aux traitements courants de l'asthme peuvent bénéficier de thérapies biologiques, à condition de remplir certains critères. Les anticorps monoclonaux sont des thérapies ciblées ayant fait leur apparition dans le continuum du traitement de l'asthme au cours de la dernière décennie. Avec la disponibilité grandissante de ces traitements, la médecine de précision devient l'objectif ultime du traitement de l'asthme, c'est-à-dire de sélectionner le bon traitement à donner au bon patient, au bon moment. Pour ce faire, il est nécessaire de définir des endotypes d'asthme distinctifs, soit des sous-groupes homogènes de patients permettant de facilement les classifier et ainsi, de cibler la thérapie qu'il leur convient. Les biomarqueurs occupent un rôle très important dans cette classification. En effet, ces marqueurs de l'inflammation renseignent sur l'état du patient et sur son type d'inflammation. Actuellement, les marqueurs inflammatoires disponibles sont limités et le mécanisme d'action de certains est encore peu compris. Quant à elle, la cascade inflammatoire de l'asthme est très complexe et sa compréhension demeure imparfaite. Elle est principalement décrite sur des modèles murins, mais peu sur des humains. L'étude faisant l'objet de ce mémoire décrit un sous-groupe de patients asthmatiques sévères sous thérapies biologiques (anticorps anti-interleukine 5) qui présentent une hausse inexpliquée de leur fraction expirée d'oxyde nitrique (FeNO), un biomarqueur inflammatoire couramment utilisé pour le suivi de ces patients. Ce phénomène met de l'avant les lacunes dans la compréhension de la cascade inflammatoire de l'asthme et de ses possibles mécanismes compensatoires, et soulève des questionnements quant à l'usage potentiellement inadéquat de certains biomarqueurs inflammatoires pour le suivi de certains sous-types inflammatoires. Les hypothèses générées par cette étude ouvrent la porte à de futures études mécanistiques qui permettront d'étudier ces potentielles voies inflammatoires compensatoires. Éventuellement, ceci permettra de mieux comprendre l'effet des thérapies biologiques sur l'inflammation en asthme et sur les biomarqueurs. Cela permettra aussi un usage plus adéquat des biomarqueurs en clinique. En parallèle à cette étude, notre laboratoire conduit d'autres études en lien avec la médecine de précision, notamment une revue systématique sur les biomarqueurs en asthme, ainsi qu'une série de cas rétrospective sur la population atteinte de maladie pulmonaire obstructive chronique sous thérapies anti-IL5/IL5R. Ces études portant sur la médecine de précision permettront ultimement une prise en charge plus adéquate des sujets asthmatiques sévères bénéficiant de thérapies ciblées. / Asthma is a common lung disease in the general population. A subset of these asthma patients has a severe form of the disease. These patients, who are refractory to usual asthma treatments, can benefit from biological therapies. Monoclonal antibodies are targeted therapies that have emerged in the asthma treatment continuum over the past decade. With the increasing availability of these treatments, precision medicine is becoming the ultimate goal of asthma treatment - selecting the right treatment, for the right patient at the right time. To do so, it is necessary to define distinctive asthma endotypes, which are homogeneous subgroups of patients. This allows to classify them and thus, to better target the therapy that suits them. Biomarkers play a very important role in this classification. Indeed, these inflammatory markers provide information on the patient's condition and type of inflammation. Currently, the inflammatory markers available are limited and the mechanism of action of some is still poorly understood. Also, the asthma inflammatory cascade is very complex, and its understanding remains imperfect since it is mainly described based on murine models. The main study of this document aims to describe a subgroup of severe asthma patients on biological therapies (anti-interleukin 5 antibodies) who present an unexplained increase in their fractional exhaled nitric oxide (FeNO), a biomarker commonly used for the patient's follow-up. This phenomenon highlights the gaps in the understanding of the asthma inflammatory cascade and its possible compensatory mechanisms, as well as the perhaps inadequate use of certain inflammatory biomarkers in patient's follow-up. The hypotheses generated by this study open the door to future mechanistic studies, which will make it possible to study these potential compensatory inflammatory pathways. Eventually, this will lead to a better understanding of the effect of biological therapies on asthma inflammation and on biomarkers. It will also allow a more appropriate use of biomarkers in clinical practice. At the same time, our laboratory is conducting other studies related to precision medicine, such as a systematic review with meta-analysis on asthma biomarkers, as well as a retrospective case series on a population suffering from chronic obstructive pulmonary disease under anti-IL5/IL5R therapies. These studies on precision medicine will ultimately allow a better management of asthma patients treated with targeted therapies.

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.

La dystrophie myotonique de type 1 (DM1) est la myopathie la plus courante chez les adultes. Il s'agit d'une maladie multisystémique touchant donc plusieurs systèmes tels que les systèmes nerveux, cardiaque, digestif, endocrinien, et notamment le muscle squelettique, sur lequel les présents travaux se concentrent. En effet, dans le contexte de cette maladie le muscle squelettique est gravement affaibli : les personnes atteintes souffrent d'atrophie musculaire et subissent une perte progressive de la force musculaire maximale. Pour contrer ces déficiences, le renforcement musculaire est une stratégie thérapeutique prometteuse. L'exercice est sécuritaire et efficace pour augmenter la force musculaire en DM1, mais pour l'instant, les mécanismes biologiques sous-jacents demeurent inconnus. L'étude pilote des travaux présentés dans ce mémoire a montré des gains importants de la force musculaire et de la capacité fonctionnelle chez 11 hommes atteints de DM1 qui ont participé à un programme d'entraînement musculaire supervisé de 12 semaines. Dans le cadre de cette maitrise, afin d'identifier les mécanismes sous-jacents impliqués dans ces gains cliniques, des échantillons musculaires collectés chez les participants avant et après l'entraînement ont été étudiés. L'analyse protéomique a démontré que plusieurs fonctions moléculaires et processus biologiques ont été améliorés par le programme d'entraînement. Plus précisément, la modulation du protéome par l'exercice était liée au métabolisme énergétique, à la myogenèse, l'immunité, la contraction musculaire, la signalisation de l'insuline et l'apoptose. Ces résultats suggèrent que l'adaptation musculaire est possible en DM1 aux niveaux cliniques et biologiques. Finalement, l'identification de biomarqueurs musculaires par la protéomique pourrait permettre de jeter les bases de la médecine de précision afin d'améliorer les soins thérapeutiques à venir en DM1. / Myotonic dystrophy type 1 (DM1) is the most common myopathy in adults. It is a multisystemic disease affecting several systems such as the nervous, cardiac, digestive, endocrine systems, and in particular the skeletal muscle, on which my work focuses. Indeed, the skeletal muscle is severely weakened: affected individuals suffer from muscle atrophy and experience a progressive loss of maximum muscle strength. To counter these deficiencies, muscle strengthening is a promising therapeutic strategy. Exercise is safe and effective to increase muscle strength in DM1 but for now, the underlying biological mechanisms remain unknown. The pilot study of the works here presented showed significant gains in muscle strength and functional capacity of 11 men with DM1 who participated in a 12-week supervised strength training program. To identify the underlying mechanisms involved in these clinical gains, muscle samples collected from participants before and after training were studied. Proteomics analysis showed that several molecular functions and biological processes were improved by the training program. Specifically, the modulation of the proteome through exercise was related to energy metabolism, myogenesis, immunity, muscle contraction, insulin signaling, and apoptosis. These results suggest that muscle adaptation is possible in DM1 at the clinical and biological levels. Finally, the identification of muscle biomarkers by proteomics could lay the foundations of precision medicine to improve future therapeutic treatments in DM1.

L'accident vasculaire cérébral (AVC) est une cause importante d'invalidité dans le monde. Parmi les déficiences sensorimotrices de l'AVC, l'hémiparésie spastique est la plus fréquente au membre supérieur et engendre une perte de force et de dextérité qui limite les activités quotidiennes des personnes atteintes. La stimulation magnétique transcrânienne (TMS) est un outil permettant d'étudier le fonctionnement cérébral après un AVC, plus particulièrement en termes de réorganisation bihémisphérique et la TMS répétée (rTMS) est une approche utilisée pour influencer la plasticité cérébrale. Étant donné l'hétérogénéité des lésions, les récents modèles de récupération post-AVC suggèrent que les interventions de neurostimulation non invasive soient adaptées à la lésion, plus particulièrement à la présence ou l'absence de substrat fonctionnel de l'hémisphère lésé (HL), appelé réserve structurale (RS). Le présent projet visait à déterminer si l'individualisation de l'approche en rTMS permettait d'induire une plasticité préférentielle selon la présence ou l'absence d'une RS. La première étude vérifiait d'abord les différences de fonctionnement neurophysiologiques entre les participants avec RS, sans RS et contrôles. La deuxième étude investiguait la plasticité induite par trois protocoles de rTMS (inhibiteur, excitateur et placebo) appliqués sur le M1 non-lésé et a montré que l'intégrité de l'hémisphère lésé avait un impact sur les effets induits et devrait donc être prise en compte pour le choix d'un protocole appliqué à plus long terme. La troisième étude avait comme objectif d'individualiser une approche en neurostimulation pour l'amélioration de la fonction du membre supérieur chez un participant au stade chronique post-AVC. Cette dernière étude a montré que l'inhibition de l'hémisphère non-lésé par rTMS induisait une plasticité à l'origine d'améliorations motrices dans le cas où il y a suffisamment de tissu fonctionnel du côté lésé. / Stroke is a major cause of disability worldwide. Among the sensorimotor impairments following a stroke, spastic hemiparesis is the most common in the upper limb and results in a loss of strength and dexterity that limits the daily life of those affected. Transcranial magnetic stimulation (TMS) is used to study brain function after a stroke, specifically in terms of bihemispheric reorganization, and repeated TMS (rTMS) is an approach used to influence brain plasticity. Given the heterogeneity of lesions, recent models of post-stroke recovery suggest that noninvasive brain stimulation (NIBS) should be tailored to the lesion, specifically to the functional substrate in the lesioned hemisphere, called structural reserve (SR). The present project aimed to determine whether individualizing rTMS approach would induce preferential plasticity according to the presence or absence of SR in the lesioned hemisphere. The first study tested the neurophysiological differences between participants with and without SR as well as in control subjects. The second study investigated the plasticity induced by three rTMS protocols (inhibitory, excitatory and sham) applied on the unlesioned M1 and showed that the integrity of the injured hemisphere had an impact on the effects induced and should therefore be taken into account for the choice of a long-term intervention. The third study aimed to individualize a rTMS approach for the improvement of upper limb function in a chronic post-stroke participant. This last study showed that inhibition of the unlesioned hemisphere by rTMS induced plasticity leading to motor improvements in presence of functional tissue in the lesioned hemisphere (SR).

La médecine personnalisée est un domaine en pleine croissance, qui met l'accent sur l'utilisation de l'historique des informations individuelles des patients afin d'optimiser des stratégies de traitement adaptées à chaque patient ou groupe de patients ayant les mêmes caractéristiques. Plusieurs méthodes d'estimation dites de stratégies de traitement adaptatives (ATS) existent, telles que les méthodes Q-learning, DWOLS et G-estimation. Ces méthodes nécessitent des interactions entre toutes les caractéristiques pertinentes des patients et le traitement pour produire des estimations non biaisées. En pratique, il n'est pas toujours désirable d'établir des règles de décisions adaptatives dépendant de plusieurs variables. De nouvelles méthodes d'estimation plus réalistes, appelées méthodes de stratégies de traitement partiellement adaptatives (PATS) ont été conçues, par exemple la méthode CE-DWOLS. Elles permettent de personnaliser les décisions de traitements à l'aide d'un sous-ensemble de caractéristiques des patients. Notre objectif est de savoir s'il y a un intérêt statistique à utiliser les PATS. Pour cela, nous comparons la puissance statistique et la valeur entre les méthodes Q-learning et DWOLS des ATS et la méthode CE-DWOLS des PATS. Plus précisément, des études de simulations ont été effectuées considérant neuf scénarios produisant chacun 1000 réplications de la puissance et la valeur de ces méthodes d'estimation. Les résultats de nos simulations montrent que la méthode CE-DWOLS des PATS bénéficie d'une plus grande puissance statistique à détecter des termes d'interaction covariable-traitement que les méthodes Q-learning et DWOLS des ATS. Par contre, la valeur des PATS optimales estimées par la méthode CE-DWOLS est en moyenne inférieure à celles des ATS optimales estimées avec les méthodes Q-learning et DWOLS. Les valeurs des PATS optimales sont aussi plus variables que celles des ATS. Enfin, une application sur des données réelles issues de la banque de données du cancer du sein du Centre des Maladies du Sein (CSM) a été réalisée. Il en ressort qu'en ce qui concerne la puissance, la méthode Q-learning des ATS performe mieux que les méthodes DWOLS des ATS et CE-DWOLS des PATS. Quant à la variabilité de la valeur, la méthode CE-DWOLS des PATS montre une plus grande variabilité par rapport aux méthodes des ATS. En conclusion, les résultats de notre étude indiquent que les bénéfices d'utiliser les PATS plutôt que les ATS sont variables, à la fois en termes de puissance statistique que de valeur des stratégies optimales estimées. / Personalized medicine is a growing field that focuses on using individual patient information history to optimize treatment strategies tailored to each patient or group of patients with the same characteristics. Several so-called adaptive treatment strategy (ATS) estimation methods exist, such as Q-learning, DWOLS, and G-estimation methods. These methods require interactions between all relevant patient characteristics and treatment to produce unbiased estimates. In practice, it is not always desirable to establish adaptive decision rules that depend on multiple variables. New, more realistic estimation methods, called partially adaptive treatment strategies (PATS) methods, have been developed, for example the CE-DWOLS method. These methods allow treatment decisions to be personalized using a subset of patient characteristics. Our objective is to find out whether there is statistical value in using PATS. To do so, we compare the statistical power and value between the Q-learning and DWOLS methods of ATS and the CE-DWOLS method of PATS. Specifically, simulation studies were performed considering nine scenarios each producing 1000 replications of the power and value of these estimation methods. Our simulation results show that the PATS CE-DWOLS method enjoys greater statistical power in detecting covariate-treatment interaction terms than the Q-learning and DWOLS methods of ATS. On the other hand, the value of optimal PATS estimated by the CE-DWOLS method is on average lower than those of optimal ATS estimated with the Q-learning and DWOLS methods. The values of the optimal PATS are also more variable than those of the ATS. Finally, an application on real data from the breast cancer database of the Breast Disease Center (BDC) was performed. It was found that with respect to power, the ATS Q-learning method performed better than the ATS DWOLS and PATS CE-DWOLS methods. As for the variability of the value, the PATS CE-DWOLS method shows greater variability compared to the ATS methods. In conclusion, the results of our study indicate that the benefits of using PATS rather than ATSs are variable, both in terms of statistical power and the value of the estimated optimal strategies.

Le manque de diversité des données génomiques empêche les chercheur.e.s d'étudier les associations entre les profils génétiques, la présentation des maladies et la réponse aux thérapies innovantes. Ces innovations pourraient donc avoir des conséquences néfastes pour une partie importante de la population en raison d'informations génomiques inexactes et incomplètes. Parallèlement à ce phénomène, on assiste également à une réintroduction du concept de race dans les études en génomique, ce qui semble poser un problème éthique et scientifique quant à la manière de catégoriser les populations étudiées. Comprendre les déterminants du manque de diversité dans la recherche en génomique est donc un impératif scientifique, clinique et social. La plupart des recherches sur ce sujet ont été menées à l'extérieur du Canada et les résultats peuvent ne pas être généralisables en raison des différences sociales et structurelles entre les pays. À la lumière des théories postcoloniales, l'objectif de ce projet est donc de parvenir à une compréhension des facteurs propres au contexte canadien qui influencent la participation des personnes racisées dans la recherche en génomique à partir de la perspective des chercheur.e.s dans le domaine. Au total, 13 entrevues semi-dirigées ont été menées auprès d'une population adulte ayant mené des recherches dans le domaine de la génomique au Canada et pouvant communiquer en français ou en anglais. Le corpus de données a ensuite fait l'objet d'une analyse thématique. Nos résultats ont montré que la faible participation des personnes racisées pouvait s'expliquer en partie par le découpage géographique des institutions de recherche et la mésadaptation des recherches par rapport aux populations recherchées. Pour pallier cette situation, une rupture avec les pratiques coloniales du milieu de la recherche scientifique et un plus grand engagement des communautés étudiées seraient nécessaires. En outre, les politiques ÉDI ne semblent pas être suffisantes pour répondre à ce même problème. Finalement, il semble exister un lien entre la manière de catégoriser les populations étudiées et la participation qui démontre une nécessité d'engager une discussion plus large sur la catégorisation dans le milieu de la recherche en génomique. / The lack of diversity in genomic data prevents researchers from studying associations between genetic profiles, disease presentation and response to innovative therapies. These innovations could therefore have harmful consequences for a significant proportion of the population due to inaccurate and incomplete genomic information. Parallel tothis phenomenon, we are also witnessing a reintroduction of the concept of race in genomic studies, which raises ethical and scientific questions about how to categorize the populations studied. Understanding the determinants of the lack of diversity in genomics research is therefore a scientific, clinical and political imperative. Most research on this subject has been conducted outside Canada, and results may not be generalizable due to social and structural differences between countries. In light of postcolonial theories, the aim of this project is to gain an understanding of the factors specific to the Canadian context that influence the participation of racialized people in genomics research, from the perspective of researchers in the field. A total of 13 semi-structured interviews were conducted with an adult population having conducted genomics research in Canada, and able to communicate in French or English. The corpus of data was then subjected to thematic analysis. Our results showed that the low participation of racialized people could be explained in part by the geographic breakdown of research institutions and the mismatch between research and the target populations. To remedy this situation, it would be necessary to break with the colonial practices of the scientific research community and to increase the commitment with the communities studied. In addition, DEI policies do not seem to be sufficient to address the same problem. Finally, there appears to be a link between the way in which study populations are categorized and participation, demonstrating a need for a broader discussion of categorization in the genomics research community.

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.