Les facteurs de transcription inducteurs de la transition épithélio-mésenchymateuse (EMT) sont fréquemment réactivés de manière aberrante dans de nombreux cancers. Dans les carcinomes, ils favorisent dans les étapes précoces le développement tumoral en inhibant les systèmes de sauvegarde tels que la sénescence ou l'apoptose et à terme dans les étapes finales, promeuvent la formation de métastases. Dans le cadre du mélanome nous avons mis en évidence des fonctions antagonistes de ces facteurs : il était connu que ZEB2 et SNAIL2 sont impliqués dans la délamination de la crête neurale et la détermination mélanocytaire mais de manière inattendue ZEB2 et SNAIL2 sont aussi exprimés dans les mélanocytes adultes normaux et leur expression est diminuée au cours de la progression maligne, au profit des facteurs ZEB1 et TWIST1. Ce changement de profil d'expression est un facteur de mauvais pronostic pour les patients. Mes travaux ont permis de montrer que cet effet antagoniste passe par la régulation de MITF, le facteur clef du développement mélanocytaire. ZEB2 et SNAIL2 exercent une fonction oncosuppressive en activant l'expression de MITF et en promouvant la différenciation mélanocytaire. Au contraire, ZEB1 et TWIST1 jouent un rôle oncogénique en inhibant MITF et favorisent l'acquisition de propriétés de cellules souches. J'ai poursuivi l'étude de la fonction oncogénique de Twist1 in vivo dans un modèle murin de mélanome induit par l'oncogène BRAFV600. J'ai ainsi mis en évidence que l'expression conjointe de Twist1 et de BRAFV600 entraîne la formation de mélanomes agressifs, dédifférenciés et invasifs. Enfin, j'ai analysé et caractérisé l'implication de ces facteurs dans le processus de résistance aux thérapies ciblées anti-BRAF dans les mélanomes BRAFV600E. J'ai démontré que ZEB1 peut contribuer à la résistance aux inhibiteurs de BRAF. En effet, l'expression de ZEB1 est augmentée dans des cellules de mélanomes résistantes (innée ou acquise), par rapport aux cellules sensibles. Tandis que l'expression de ZEB1 favorise l'émergence de cellules résistantes, cibler ZEB1 augmente la sensibilité des cellules à l'inhibiteur de BRAF et resensibilise les cellules résistantes, mettant en évidence l'intérêt de cette combinaison d'un point de vue thérapeutique / Embryonic transcription factors inducers of Epithelial to Mesenchymal Transition (EMT-TFs) are frequently and aberrantly reactivated in many cancers. In carcinomas they promote, in early stage, tumor development by inhibiting the failsafe programs of the cell like senescence and apoptosis, and in final stages, they promote metastases formation. In melanoma we highlighted antagonist’s functions of these factors: it was known that ZEB2 and SNAIL2 were involved in delamination of neural crest cells and melanocytes determination but unexpectedly, ZEB2 and SNAIL2 are also expressed in normal adult melanocytes and their expression is decreased during malignant progression, for the benefit of ZEB1 and TWIST1 factors. This change in expression profiling is a factor of poor prognosis for patients. The results I provide show that this antagonistic effect might go through the regulation of MITF, the key factor in the development of melanocytic. ZEB2 and SNAIL2 exert an oncosuppressive function by activating the expression of MITF and promoting melanocytic differentiation. On the contrary, ZEB1 TWIST1 plays an oncogenic role in inhibiting MITF and promotes the acquisition of stem cells properties. In order to go deeper in the study of TWIST1 oncogenic functions, I used an in vivo Melanoma murine model induced by the BRAFV600 oncogene. I thus put in evidence that the combined expression of TWIST1 and BRAFV600 leads to the formation of aggressive, dedifferentiated and invasive melanoma. Finally, I analyzed and characterized the involvement of these factors in the process of resistance to targeted therapies against BRAFV600E melanomas. I demonstrated that ZEB1 may contribute to BRAF inhibitors resistance. Indeed, ZEB1 expression is increased in resistant (innate or acquired) melanomas cells, compared to sensitive cells. While ZEB1 expression promotes the emergence of resistant cells, targeting ZEB1 increases the sensitivity to BRAF inhibitor and sensitizes resistants cells, highlighting the interest of this combination from a therapeutic point of view

Le traitement du mélanome métastatique a été révolutionné par le développement de thérapies ciblées, qui ont montré un bénéfice significatif sur la survie globale. En particulier, l'inhibition de la sérine-thréonine kinase BRAF, mutée dans 60% des mélanomes, par le Vémurafénib (PLX4032), a montré un gain de survie de 6 à 8 mois comparée à la chimiothérapie de référence, la Dacarbazine. Cependant, une très faible proportion de patients répond sur le long terme. En effet, la majorité des patients développent un échappement thérapeutique dans un délai médian de 6 mois. Des mécanismes cellulaires ont été mis en évidence dans l'apparition de cette résistance acquise, notamment l'implication de MITF, un facteur de transcription majeur des mélanocytes, ainsi que des modifications de l'expression de plusieurs membres de la famille de Bcl-2. Cependant, une meilleure compréhension des mécanismes de résistance aux thérapies anti-BRAF semble essentielle, tout comme l'utilisation de nouvelles approches thérapeutiques combinées afin d'optimiser l'efficacité des traitements et la durée du bénéfice clinique. Notre groupe a récemment identifié des altérations du métabolisme du céramide et de l'un de ses dérivés, la Sphingosine 1-phosphate (S1P), dans les cellules de mélanome humain comparé à des mélanocytes sains. En effet, nous avons montré que la S1P lyase (SPL), qui dégrade irréversiblement la S1P est sous exprimée. Au contraire, l'expression de la sphingosine kinase 1 (SK1), qui produit la S1P, est augmentée dans les cellules de mélanome, conséquence directe de la mutation BRAF. Ces perturbations ont pour effet d'augmenter les niveaux de S1P. Ce lysophospholipide favorise la survie cellulaire ainsi que la résistance vis-à-vis d'agents thérapeutiques dans diverses cellules tumorales. L'objectif de cette thèse a été d'évaluer si le métabolisme de la S1P peut moduler la résistance acquise des cellules de mélanome humain aux inhibiteurs de BRAF. Nous avons montré que la surexpression de la SPL ou l'inhibition pharmacologique de la SK1 (SKI-I) sensibilise les mélanomes métastatiques à l'apoptose induite par la thérapie ciblée. Ce phénomène est associé à une diminution de MITF et de l'une de ses cibles directes, la protéine anti-apoptotique Bcl-2. La diminution d'expression protéique de MITF peut être réversée par un traitement de S1P exogène. De plus, nous avons montré pour la première fois une augmentation de l'expression des récepteurs 1 et 3 à la S1P (S1PR1 et S1PR3), dans les cellules de mélanome présentant une résistance acquise au PLX4032. Ces modifications sont associées à l'expression accrue de MITF. La surexpression de la SPL, le traitement par le SKI-I ou par des inhibiteurs ciblant les S1PR1 et S1PR3, surmonte la résistance acquise de ces cellules au PLX4032 via la diminution d'expression des S1PRs, de MITF, et de Bcl-2. Par conséquent, en contrôlant l'expression de protéines clés de la survie et de la résistance, le métabolisme de la S1P représente une nouvelle approche thérapeutique pour améliorer l'efficacité des thérapies ciblées. / The treatment of metastatic melanoma has changed considerably in recent years with the development of targeted therapies, which have shown a significant benefit in overall survival. In particular, the inhibition of the frequently mutated serine-threonine kinase BRAF, by Vemurafenib (PLX4032) showed that survival rates increase by 6 to 8 months compared to standard chemotherapy, Dacarbazine. However, a very small proportion of patients will respond to the long term, and the majority of patients relapses in a median of 6 months. Cellular mechanisms have been identified in the appearance of this acquired resistance, including the involvement of MITF, a major transcription factor of melanocytes, as well as changes in the expression of several members of Bcl-2 family. However, a better understanding of these mechanisms seems essential, as is the use of new therapeutic strategies to optimize treatment efficacy and duration of clinical benefit. Our group recently showed some alterations of ceramide metabolism and its derivative sphingosine 1-phosphate (S1P) in human melanoma cells compared to healthy melanocytes. For instance, S1P lyase (SPL), which degrades S1P, is under-expressed. Conversely, sphingosine kinase 1 (SK1), which produces S1P, is over-expressed in tumor cells, as a direct result of BRAF mutation. These alterations increases the levels of S1P. This lysophospholipid promotes cell survival and the resistance to therapeutic agents in a variety of tumor cells. This PhD project aimed at defining whether S1P metabolism could modulate the resistance of human melanoma cells to PLX4032. Here, we show that SPL overexpression or pharmacological inhibition of SK1 by SKI-I sensitizes metastatic melanoma cells to PLX4032-induced apoptosis. This phenomenon is associated with a decreased expression of the master regulator of melanocyte differentiation MITF as well as its direct cellular target Bcl-2. The decrease in MITF protein can be reversed by treating cells with exogenous S1P. Interestingly, we also report for the first time an increased expression of SK1 as well as the S1P receptors, S1PR1 and S1PR3, in melanoma cells with acquired resistance to PLX4032 as compared to sensitive counterparts. These modifications are associated with high expression of MITF. Overexpression of SPL, treatment with SKI-I or antagonists of S1PR1 ans S1PR3, strongly overcomes acquired resistance to PLX4032 through a decrease in the expression of S1PR, MITF as well as Bcl-2. Thus, by controlling the expression of key proteins in melanoma cell survival and resistance, S1P metabolism could represent a new therapeutic approach to enhance the effectiveness of targeted therapies.

Les fibroblastes associés au cancer (CAF) jouent un rôle central dans un processus complexe d'interaction entre les tumeurs et le stroma et favorisent la croissance tumorale. Des preuves émergentes suggèrent que ces fibroblastes sont impliqués dans l'altération de la réponse immune anti-tumorale. Cependant, les mécanismes immuno-modulateurs sous-jacents dépendants de ces fibroblastes ne sont encore que très partiellement définis. Au cours de ma thèse, j’ai mis en évidence que les fibroblastes associés au mélanome diminuent la susceptibilité des cellules tumorales de mélanome à la lyse induite par les cellules Natural killer (NK) par un mécanisme dépendant de la sécrétion de métalloprotéinases matricielles (MMPs) actives. Cette sécrétion de MMPs réduit l'expression de deux ligands du récepteur activateur NKG2D, MICA/B, à la surface des cellules tumorales et diminue par conséquent l'activité cytotoxique des cellules NK dépendante de NKG2D contre les cellules tumorales de mélanome. D’autre part, grâce à une approche génomique globale, mon travail a montré que l’hypoxie au sein du stroma tumoral pourrait augmenter les capacités immuno-modulatrices des CAFs en modifiant l’expression d’un ensemble de gènes qui codent pour des protéines immunosuppressives. L’ensemble de ces résultats démontrent donc que les CAFs sont des déterminants essentiels modifiant la susceptibilité des cellules tumorales aux cellules tueuses mais qu’il existerait également un dialogue entre le microenvironnement hypoxique et les CAFs leur permettant d’augmenter leur potentiel immunosuppresseur. / Cancer-associated fibroblasts (CAF) play a central role in a complex process of interaction between tumors and stroma and promote tumor growth. Emerging evidence suggest that these fibroblasts are involved in the alteration of the anti-tumor immune response. However, the underlying immunomodulatory mechanisms dependent on these fibroblasts are still only partially defined. During my thesis, I demonstrated that melanoma-associated fibroblasts decrease the susceptibility of melanoma tumor cells to Natural killer (NK) cell lysis through a mechanism dependent on the secretion of active matrix metalloproteinases (MMPs). This secretion of MMPs reduces the expression of the two NKG2D ligands, MICA/B at the surface of the tumor cells and consequently decreases the NKG2D-dependent cytotoxic activity of NK cells against melanoma tumor cells. On the other hand, using a global genomic approach, my results suggested that hypoxia within the tumor stroma could increase the immunomodulatory capacities of CAFs by modifying the expression of a set of genes that encode for immunosuppressive proteins. Together, our results show that CAFs are essential determinants modifying the susceptibility of tumor cells to killer cells but that there is also a crosstalk between the hypoxic microenvironment and the CAFs allowing them to increase their immunosuppressive potential.

L'immunothérapie basée sur le blocage des points de contrôle immunitaire (ICBs) est un traitement prometteur pour les patients atteints de mélanome ; cependant, seule une petite sous-population en tire un bénéfice à long terme. Un des défis pour améliorer l'efficacité et étendre le bénéfice des ICBs aux patients non répondeurs est de concevoir des approches innovantes permettant de transformer les tumeurs dites "froides ou désertes pour les cellules immunitaire" en tumeurs dites "chaudes ou infiltrées par les cellules immunitaires" qui sont éligibles aux ICBs. Nous avons étudié l'impact du ciblage du gène de l'autophagie Beclin1 sur le paysage immunitaire des tumeurs de mélanome B16-F10. Nos résultats ont démonté que ce ciblage inhibait significativement la croissance tumorale B16-F10 et augmentait l'infiltration des leucocytes CD45+. Le phénotypage immunitaire a révélé une augmentation de l'infiltration de cellules NK (Natural Killer) actives, de macrophages inflammatoires et résidents de type 1, de cellules dendritiques et de lymphocytes T CD8+ actifs. L’inhibition de la croissance tumorale Becn1- n'était plus observée par la déplétion des CD8+ de l'hôte, soulignant ainsi leur rôle dans le contrôle du développement de ces tumeurs. Nos résultats ont démontré que La régulation du paysage immunitaire des tumeurs Becn1- était associée à une modulation du réseau de cytokines/chémokines dans le microenvironnement tumoral (TME). Ainsi, les tumeurs Becn1- présentaient une signature de cytokines inflammatoires (comprenant CCL5, CXCL10 et IFNg) qui pourrait être responsable de l'établissement de microenvironnement inflammatoire permissif aux cellules CD8. Nous avons révélé que la surexpression de l'IFNg dans le TME des tumeurs Becn1- était responsable de l'induction de PD-L1 sur les cellules tumorales par la voie d'activation JAK/STATs. En conclusion, cette étude met en évidence Beclin1 comme une cible majeure, capable d'induire l'infiltration des cellules effectrices immunitaires dans les mélanomes en induisant une signature inflammatoire. Elle fournit également la preuve de concept pour combiner des inhibiteurs d'autophagie avec les ICBs comme une approche de pointe pour améliorer leur efficacité. / Immune Checkpoint Blockades (ICBs)-based immunotherapy has emerged as a promising treatment for melanoma patients; however only a small subset of patients reaps a long term benefit. One of the major challenges to enhance the efficacy and extend the benefit of ICBs to non-responder patients is to design innovative approaches allowing the switch of “immune desert cold tumors” to “immune infiltrated hot tumors" which are eligible for ICB-based therapies. Here, we investigated the impact of targeting the early autophagy gene Beclin1 on the immune landscape of B16-F10 melanoma tumors. We found that targeting Beclin1 (Becn1-) significantly inhibited B16-F10 tumor growth and increased the infiltration of CD45+ leukocytes into the tumor bed. Immune phenotyping revealed an increased infiltration of active Natural Killer (NK) cells, inflammatory and resident type 1 macrophages, dendritic cells, and active CD8+ T lymphocytes. The inhibition of Becn1- tumor growth was no longer observed by depleting host CD8+ T cells, thus highlighting their major role in the control of Becn1- B16-F10 tumor development. We showed that Beclin1-dependent regulation of the immune landscape was associated with profound modulation of the cytokine/chemokine network in the tumor microenvironment (TME). Importantly, we revealed that Becn1- tumors displayed an inflammatory cytokine signature (comprised, but not restricted to, CCL5, CXCL10 and IFNg) that could be responsible for the switch from cold non T-inflamed to hot T-inflamed tumors. Mechanistically, we reported that the overexpression of IFNg in Becn1- TME was responsible for the induction of Programed Death ligand-1 (PD-L1) on tumor cells through the activation of JAK/STATs pathway. Overall, this study highlights Beclin1 as a valuable target, able to drive immune effectors cells into the melanoma tumors by inducing an inflammatory signature. This study provides the proof of concept for combining drugs inhibiting early autophagy process along with ICBs as a cutting-edge approach to improve their efficacy.

Résumé : L’immunothérapie anti-PD1 est à l’origine de résultats cliniques impressionnants dans le traitement de certains cancers comme le mélanome métastatique ou le lymphome Hodgkinien. Néanmoins, les rechutes sont fréquentes et certaines tumeurs y sont d’emblée résistantes. Par ailleurs, l’étude du complexe d’initiation de la traduction eIF4F gagne de plus en plus d’intérêt dans le domaine du cancer. En effet, eIF4F joue un rôle fondamental dans la biologie des cancers grâce au contrôle sélectif de la synthèse de protéines impliquées dans le développement tumoral.Dans cette étude, nous montrons que l’inhibition du complexe eIF4F, en plus d’avoir un effet antitumoral directe via l’inhibition de la croissance tumorale in-vitro, a une action indirecte grâce à l’inhibition de l’expression de PD-L1 sous IFN-g, évitant ainsi le blocage des lymphocytes cytotoxiques suite à l’engagement PD-1/PD-L1. Dans un modèle murin de mélanome, nous avons montré une inhibition de la croissance tumorale grâce à l’inhibition de l’expression de PD-L1, uniquement dans des souris immunocompétentes, montrant ainsi le rôle fondamental du système immunitaire. Nous avons ensuite identifié la voie de régulation de PD-L1 par eIF4F via une régulation traductionnelle de l’ARNm de STAT1, principal facteur de transcription de PD-L1 sous IFN-g.Cette étude apporte une nouvelle preuve de l’intérêt des inhibiteurs d’eIF4F dans le cancer en démontrant leur effet immunothérapeutique via l’inhibition de PD-L1, évitant ainsi l’interaction PD-1/PD-L1 qui conduit à l’échappement des tumeurs. Ces résultats ouvrent la voie vers de nouvelles stratégies dans la lutte contre le cancer. / The eukaryotic translation initiation complex eIF4F is subject of an increased interest in the field of cancer. This heterotrimeric complex, comprising the RNA helicase eIF4A, the cap-binding protein eIF4E and the scaffold protein eIF4G, is known to be more abundant and active in tumor cells than non-malignant counterparts.In a previous work, we showed that this complex is implicated in the resistance to melanoma-targeted therapies (Boussemart et al, Nature 2014). Furthermore, it is implicated in the resistance to various chemotherapies. Thus, agents targeting the eIF4F complex appear as promising tools in the field of cancer therapy.On the other hand, immunotherapy, by (re)stimulating and enhancing the host immune system against tumors is giving good clinical results in oncology treatment and appears nowadays as the most promising approach to fight cancer, especially anti-PD1 treatment. Even though immunotherapy has demonstrated remarkable results in curing some established cancers, such as advanced melanoma or Hodgkin’s lymphoma, many tumors relapse or fail to respond. It is thus important to still look for a new strategy enhancing the efficacy of actual treatments. Here, we propose to study the impact of inhibiting the eIF4F complex on the tumor-specific immune response.

La choroïde ou uvée, située entre la rétine et la sclérotique, est une membrane vasculaire qui tapisse la paroi de l’œil, son rôle est d’assurer l’apport en nutriment de la rétine et de l’iris. Ce tissu peut être le siège de nombreuses tumeurs, bénignes ou malignes. Le mélanome de la choroïde est la tumeur intra-oculaire la plus fréquente de l’adulte mais les facteurs de risque sont mal connus: l’exposition aux ultraviolets n’est pas clairement établi dans la genèse de la tumeur, de même que l’âge ou le sexe.L’énucléation a longtemps été considérée comme la seule option thérapeutique, mais depuis de nombreuses années, des techniques dites conservatrices de l’œil se sont développées. Des études ont montré qu’il n’y a pas de différence significative de survie entre les patients ayant subis une énucléation et les patients traités avec des méthodes conservatrices. De plus, à ce jour, aucune thérapie adjuvante n’a montré son efficacité après le traitement du mélanome oculaire primaire. En effet, malgré un traitement initial bien adapté, la moitié des patients va récidiver sur le mode métastatique. Environ 30\% des patients récidivent dans les 5 ans, ce chiffre augmente jusqu’à 50\% à 15 ans.L’œil étant dépourvu de structures lymphatiques, la diffusion métastatique du melanome uvéal se fait par voie hématogène. Le foie est le site privilégié de développement de métastases, faisant toute la gravité du pronostic. La médiane de survie après apparition de métastases est de 2 à 6 mois en l’absence de traitement. Il peut exister de façon plus anecdotique des métastases pulmonaires, ganglionnaires, osseuses ou cutanées.Sur un plan génétique, les critères les plus fréquemment détectés pour le mélanome uvéal sont la perte du chromosome 3 et le gain du 8q. Plusieurs études montrent dans beaucoup de cas des aberrations chromosomiques non aléatoires sur les chromosomes 1, 3, 6 et 8 et que la perte du chromosome 3 et le gain du 8q sont associés significativement à une survie réduite et au développement de métastase. Plusieurs rapports suggèrent deux entités distinctes de mélanome uvéal (avec et sans monosomie du chromosome 3) qui ne peuvent pas être différenciées du fait de leur aspect clinico-pathologique similaire.Afin d’améliorer le diagnostic et le traitement du mélanome de la choroïde, nous proposons d’effectuer des analyses d’expression et du nombre de copie d’ADN de ce mélanome particulier, avec pour objectifs : l’identification des gènes liés à l’apparition de métastase pour classer les patients à haut risque afin qu’ils puissent bénéficier d’une immunothérapie adjuvante spécifique, la caractérisation de ces gènes au niveau moléculaire, et l’étude du potentiel de ces gènes en tant que cibles thérapeutiques.Dans ce manuscrit je décrirai en détail le lignage mélanocytaire afin de comprendre les particularités du mélanome de la choroïde par rapport au mélanome cutané, puis j'aborderai l'importance des approches haut débit dans l'étude des cancers et les techniques d'analyse bioinformatiques utilisées. Je présenterai ensuite les différents résultats obtenus comme la mise en évidence d'une phosphatase, PTP4A3, qui semble avoir de l'importance dans le développement métastatique du mélanome de la choroïde. / The choroid is a layer of highly vascularised tissue surrounding the eye. Choroidal blood nourishes the retinal pigment epithelium and the photoreceptors on the outer layer of the retina. Uveal melanoma occurs to the detriment of uveal melanocytes (located in the iris, ciliary body and choroid) and is the most common intraocular malignancy in adults. The etiological factors involved in the process of malignant transformation are poorly understood. There is a doubtful role of environmental factors such exposure to sunlight, age or sexe in the emergence of uveal melanoma.The management of uveal melanomas has greatly evolved, moving towards more focused and conservative treatments (such as observation, photocoagulation, thermotherapy, radiotherapy). According to literature, there is no significant difference in survival between patients treated with enucleation and those treated with conservative methods. To date, no adjuvant therapy has proven effective following the initial treatment of ocular melanoma. The metastatic pattern for uveal melanoma differs from that of skin melanoma and is usually located in the liver. About 50\% of patients will develop metastases after a median time of three years, and will ultimately die of their disease. Once the disease becomes metastatic, median survival ranges from two to six months, and only 15\% of the patients survive more than one year. Surgical resection of metastases is feasible only if occurring in limited areas. Genetic differences may be the origin of the various types of melanoma and their different features. Multivariate analyses of genomic imbalances, showed that cutaneous and uveal melanomas presnted different copy number changes. The most frequently detected imbalances in uveal melanoma is the loss of chromosome 3 and gain of 8q. Further studies revealed that most cases show non-random chromosomal aberrations of chromosomes 1, 3, 6 and 8 and that the loss of chromosome 3 and gain of 8q were significantly associated with overall survival and the development of metastases. Some reports suggested two distinct entities of uveal melanoma (with or without chromosome 3 monosomy) previously unrecognized because of their similar clinicopathological features. In order to improve diagnosis and treatment of uveal melanoma, we propose to perform transcriptome and DNA copy number analysis with following objectives : identify genes linked to metastasis behaviour to identify high risk patients who could take advantage of specific adjuvant therapy ; characterize these genes at molecular level ; study if these genes could be powerful therapeutic target.In this thesis, I will describe the melanocyte lineage in order to understand differences observed between cutaneous and uveal melanoma, then I will discuss the importance of high-throughput approaches in the study of cancer and bioinformatics analysis techniques used. I will finally present the different results as the significance of a phosphatase, PTP4A3, which seems to be relevant in metastatic behaviour in uveal melanoma.

Depuis 2011, pas moins de 7 nouvelles thérapies ont été acceptées pour le traitement du mélanome métastatique. Ces nouvelles thérapies, composées de 4 inhibiteurs de B-Raf et MEK et de 3 anticorps, ont amélioré significativement la durée de vie des patients. Néanmoins, la forme résistante de la maladie est toujours problématique et aucun traitement à l’heure actuelle ne permet d’éradiquer la maladie. Dans ce contexte, ces travaux présentent la synthèse et la caractérisation de nouveaux dérivés 4-phényl-2-aminothiazole, actifs contre les formes résistantes du mélanome. 3 points structuraux clés ont été modulés : les extrémités (position 2 du thiazole et positions 3 et 4 du noyau phényle) et le coeur bis-aryle du squelette. Les analogues synthétisés ont été évalués sur des cellules A375 de mélanome pour étudier les relations structure-activités de cette nouvelle série de dérivés. Des dérivés jusqu’à 10 fois plus actifs que le hit initial ont été développés. La cible moléculaire de cette nouvelle série a été identifiée et le mode d’action caractérisé. Il s’agit de GRP78, une protéine chaperonne dont l’inhibition provoque un fort niveau d’activation de la voie de l’unfolded protein response, menant à la mort cellulaire par un mécanisme concomitant d’apoptose et d’autophagie. Ce mode d’action innovant permet à cette série d’être active contre plusieurs formes de cancers (mélanome, pancréas, LMC, colon etc.) indépendamment du statut mutationnel. A l’issue de ces travaux, un potentiel candidat clinique a été identifié et pourrait être évalué ultérieurement pour le traitement de cancers résistants et agressifs / Since 2011, 7 new anti-melanoma therapies have been approved. They are composed of 4 B-Raf or MEK inhibitors and 3 antibodies, and allowed considerable improvements in the patients’ life span. Nevertheless, the treatment of the resistant form of the melanoma is still an unmet challenge. In this context, this manuscript reports the synthesis and the characterization of new 4-phenyl-2-aminothiazole derivatives active against resistant melanoma. We focused our attention on the modification of the position 2 of the thiazole, the positions 3 and 4 of the phenyl ring, and finally the bis-aryl core. Several derivatives were synthetized and assessed against A375 melanoma cells to depict the structure-activity relationship studies of this new series. Thus, we succeeded in a 10-fold improvement in cytotoxic activity against cancer cells compared with the initial hit, reaching a 0.5 μM EC50 against A375 cell line. Strikingly, lead derivative exerted strong in vivo anti-tumoral activity in mice tumor xenograft experiments. This new series of compound inhibits GRP78, a chaperone protein, resulting in the strong activation level of unfolded protein response and leading to cell death by concomitant apoptotic and autophagy mechanisms. This innovative mode of action confers to our compounds a high cytotoxic activity on various cancer cells (melanoma, pancreatic, CML, colon etc.), regardless to their mutational status. Ultimately, we found a potential clinical candidate that could embody a new solution for the treatment of resistant and aggressive forms of cancer

Contexte : Le mélanome est un cancer agressif chez l’homme, développé aux dépens des mélanocytes. L’identification de la mutation BRAF conditionne la prescription d’une thérapie ciblée. L’objectif de ce travail a été de mettre au point dans les tissus tumoraux et dans le sang (cellules tumorales circulantes, ADN libre tumoral plasmatique) des approches technologiques de biologie moléculaire et d’immunohistochimie (IHC) pour identifier des biomarqueurs prédictifs d’une réponse ou de résistance thérapeutique. Nous montrons que l’IHC BRAF (clone VE1, Roche, Ventana) pourrait remplacer l’analyse en biologie moléculaire dans certaines indications, notamment sur un matériel tumoral de petite taille. Parallèlement, nous montrons que la présence de cellules mélanocytaires circulantes [détectées par cytomorphologie (Technique ISET)] chez des patients atteints de mélanome métastatique est un facteur prédictif indépendant de mauvais pronostic de la survie globale. Enfin, nous montrons que le système Biocartis Idylla™ (processus automatisé couplant l’extraction, le séquençage et l’analyse de l’ADN) est sensible et spécifique pour la détection plasmatique des mutations BRAF et NRAS et que cette technique pourrait être indiquée dans le suivi de la maladie résiduelle (apparition de résistance) après traitement des patients atteints de mélanomes métastatiques. Conclusion : L’identification des biomarqueurs tissulaires et sanguins (BRAF, NRAS et CTC) permettent : 1- Une optimisation des délais diagnostiques de la mutation BRAF/NRAS – 2) L’identification de facteurs de mauvais pronostic – 3) De détecter une récidive précoce et de suivre la maladie résiduelle après traitement / Background: Knowledge of the BRAFV600E status is mandatory in metastatic melanoma patients (MMP). Molecular biology is currently the gold standard method for status assessment. The aim of this work was to assess and compare several methods of molecular biology and immunohistochemistry (IHC) in tissue and blood (cell-free circulating tumor DNA, circulating tumor cell (CTC)) to identify predictive biomarkers of response or resistance to targeted treatment. Results: We showed that BRAFV600 IHC could be a substitute for molecular biology in the initial assessment of the BRAFV600E status in MPP. We also found that the presence of circulating tumor cell detetcted by a cytomorphological approach ISET (Isolation by Size of Epithelial Tumor Cell – Rarecells Diagnostics, Paris, France) in MMP is an independent predictor of shorter survival. Then, in a monocentric study conducted at the University of Nice Hospital, we evaluated a novel and fully automated CE-IVD PCR-based system (IdyllaTM, Biocartis, Mechelen, Belgium) for plasmatic BRAF and NRAS mutation detection. We showed that this technology is highly sensitive and specific and provide promising potential to assess tumor progression, identify targets for therapy, and evaluate clinical response to treatment. In conclusion, identification of tissue and blood biomarkers with these technologies allow a quick turnaround-time to BRAF/NRAS diagnosis and improve monitoring of treatment response and development of resistance in metastatic melanoma patients

\ / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le mélanome uvéal (MU) est une tumeur maligne intraoculaire rare qui touche environ 500 français par an. Malgré un traitement efficace de la tumeur primaire, la moitié des patients développent des métastases principalement hépatiques dans les années qui suivent le diagnostic. En dépit des nombreux efforts réalisés, les thérapies systémiques adjuvantes restent peu efficaces sur le MU métastatique. L’identification de gènes pronostiques et/ou causals du développement métastatique pourrait ainsi permettre des avancées considérables dans la compréhension de cette pathologie et le développement de nouvelles thérapies. Notre laboratoire a identifié la surexpression du gène codant la protéine tyrosine phosphatase PRL-3/PTP4A3 comme hautement prédictive du risque métastatique et du devenir des patients atteints de MU. Sa surexpression est également décrite dans de nombreux autres types de cancers humains métastatiques. La surexpression de PRL-3 dans des cellules de MU augmente significativement la migration cellulaire in vitro et l’invasion in vivo de manière dépendant de son activité catalytique, ce qui suggère un rôle direct de PRL-3 dans le processus métastatique du MU. De plus, nous avons montré qu’empêcher l’ancrage membranaire de PRL-3 en utilisant un inhibiteur de farnésylation (FTI-277) abolit la migration induite par PRL-3 dans les cellules de MU, ce qui révèle l’importance de son ancrage membranaire pour la migration cellulaire. Le but de ma thèse a été d’identifier et de caractériser des substrats cellulaires, et plus particulièrement membranaires, de PRL-3 qui seraient impliqués dans le processus métastatique du MU. Mes résultats montrent que la surexpression de PRL-3 dans des cellules de MU, empêchent l’adhérence des cellules au collagène I et la maturation de structures d’adhérence (FAs) en anneaux impliquant l’intégrine β1 (Itg β1), de manière dépendante de son activité catalytique et de son ancrage membranaire. Nous avons également montré que PRL-3 interagit avec l’Itg β1 et la déphosphoryle sur son motif de phosphorylation intracytoplasmique riche en S/T (T788 et T789), dont l’état de phosphorylation est connu pour réguler l’adhérence cellulaire. Ainsi, mes travaux de recherche ont permis d’identifier PRL-3 comme régulateur des structures d’adhérence à la matrice extracellulaire (MEC) au travers de la régulation de l’Itg β1 et potentiellement de la kinase FAK. De plus, dans les FAs nous avons observé que PRL-3 régule spécifiquement l’agrégation de l’Itg β1 mais pas celle de l’Itg β3, ainsi nous émettons l’hypothèse que cette régulation par PRL-3 serait différentielle entre les intégrines et dépendante de la MEC. Dans le MU, la migration accrue des cellules par PRL-3 peut également être expliquée par une accumulation de la métalloprotéase MT1-MMP/MMP14 à la surface des cellules. Cette protéine transmembranaire est responsable de la dégradation de différents substrats de la MEC et peut-être trouvée dans les FAs. Un travail auquel j’ai contribué, a montré que PRL-3 favoriserait l’accumulation de MMP14 à la membrane plasmique par l’accélération de son trafic vésiculaire. Enfin durant la dernière année de ma thèse, nous avons entrepris de tester les effets de la pentamidine, un antiparasitaire aux propriétés anti-cancéreuses, sur l’inhibition de l’activité de PRL-3. In vivo, la pentamidine induirait une inhibition moyenne de la croissance tumorale dans un modèle de xénogreffes murins de MU et de métastases. Les essais in vitro sont encore en cours. / Uveal Melanoma (UM) is a rare tumor that affects around 500 French people each year. Despite a successful treatment of the primary tumor, 50% of patients develop metastasis primarily to the liver in the years following diagnosis. Currently, systemic adjuvant therapy has been unsuccessful for effective treatment. As such, identifying genes involved in both prognosis and metastasis is important for a better understanding of this disease and in turn for designing better treatment strategies. Our group previously identified that overexpression of the gene encoding PRL-3/PTP4A3, a protein tyrosine phosphatase, is highly correlated with metastatic tumor progression and predicts poor prognosis in patients with UM. It is also known that PRL3 is implicated in the metastatic process of various cancers. Overexpression of PRL-3, but not the inactive mutant of PRL3 (C104S), in an ocular melanoma cell line significantly increased cell migration in vitro and invasion in vivo, suggesting a direct role of PRL3 in the metastatic process in UM. We also showed that FTI-277, a farnesyltransferase inhibitor that prevents PRL-3 anchorage to the plasma membrane, abolishes PRL-3-induced UM cell migration on collagen I, suggesting that PRL-3 anchorage is important for cell migration. The aim of my thesis was to identify intracellular, and in particular, membrane substrates that could play a role in UM metastasis. My results show that PRL3 overexpression in UM cells prevents both the spreading of cells to the extracellular matrix (ECM), and the formation of large focal adhesions structures (FA) involving integrin β1 (Itg b1).These biological effects are PRL-3-activity and anchorage dependent. We show that PRL-3 interacts with and dephosphorylates Itg b1 on cytoplasmic threonine 788 and 789, residues that are known to be involved in cell adhesion. Our results identify PRL-3 as a new regulator of cell adhesion structures to the ECM via the regulation of Itg b1 and most likely the focal adhesion kinase (FAK). In FA, we observed that PRL-3 specifically regulates the aggregation of Itg b1 but does not affect integrin β3, so we suppose that this regulation could be specific to certain integrins. In UM cells, the PRL-3-induced cell migration could also be explained by membrane accumulation of the metalloprotease MT1-MMP/MMP14 in the presence of PRL3. This transmembrane proteinase is responsible for ECM degradation and can be found in FA. Moreover, we demonstrated that the vesicular trafficking of MT1-MMP is accelerated in the presence of active PRL-3 but not in presence of the inactive mutant of PRL-3 (C104S). During the last year of my thesis, another aspect of my PhD project was to study the biological effect of pentamidine, an antiparasitic which is known to inhibit the phosphatase activity of PRLs in vitro. In vivo, we show that pentamidine treatment induces a decrease of tumor growth in a UM patient-derived xerograph model. Overall, the results of my thesis suggest that PRL-3 plays an important role in UM metastasis.