L'implication des métalloprotéases de la matrice extracellulaire (MMPs) lors de plusieurs étapes de la progression tumorale, telles que l'angiogenèse, l'invasion et la prolifération des cellules tumorales est clairement établie. Une MMP de forme membranaire, la MT1-MMP, est reconnue pour jouer un rôle clé dans ces processus. Elle est responsable de l'activation de la proMMP-2, dégrade plusieurs composantes de la matrice extracellulaire, induit la formation de réseaux de type capillaires, augmente le potentiel migratoire des cellules endothéliales et tumorales et joue un rôle dans la signalisation cellulaire. La surexpression de la MT1-MMP, fréquente chez les cellules cancéreuses, induit des changements dans la morphogenèse, l'adhésion et la migration des cellules, mais le mécanisme impliqué demeure encore mal compris. La kinase d'adhésion focale (FAK), principale protéine responsable de la régénération des complexes d'adhésion focale, est aussi impliquée dans la formation et la progression tumorale. L'objectif de cette étude était de déterminer si la MT1-MMP s'associe à FAK ainsi qu'à d'autres protéines des complexes d'adhésion et de déterminer le rôle que jouent ces associations, particulièrement lors du phénomène de l'angiogenèse. L'approche expérimentale utilise des immunoprécipitations sur des lysats de protéines isolées de lignées cellulaires endothéliales (HUVEC et BAEC). Les données obtenues démontrent une forte association de la MT1-MMP avec FAK, p130cas, Src et vinculine, mais pas avec les protéines actine et paxilline. Ces interactions sont dépendantes de stimulations à la sphingosine-1-phosphate (S1P) et au facteur de croissance de l'endothélium vasculaire (VEGF). Les domaines structuraux de la MT1-MMP nécessaires aux associations dépendent du temps de stimulation des cellules. En effet, la portion catalytique a été trouvée essentielle aux associations décrites lors de stimulations de courtes durées (5 minutes) à la S1P, alors que la portion cytoplasmique semble jouer un rôle prédominant lors de stimulations de 48 heures en présence de sérum et avec surexpression de Src. Il a également été observé que la cavéoline-1 agit comme régulateur négatif de ces associations. En bref, la MT1-MMP s'associe avec plusieurs composantes des complexes d'adhésion focale, ce qui suggère qu'elle permet la régénération de ces structures cellulaires. Le résultat global obtenu, au niveau de la cellule, est une migration cellulaire accrue et une induction de l'angiogenèse chez les cellules endothéliales. En perspective, des études de colocalisation en microscopie sont également envisagées. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : cancer, angiogenèse, MT1-MMP, complexes d'adhésion focale, cavéoline-1

L'angiogenèse, soit la formation de nouveaux vaisseaux sanguins à partir de capillaires préexistants, est un processus essentiel au développement et à la croissance des tumeurs. Bon nombre de protéines ont été étudiées afin d'élucider les voies de signalisation impliquées dans l'angiogenèse, dont la métalloprotéase membranaire de type 1 (MT1-MMP). Cette protéine est reconnue pour jouer un rôle crucial dans la migration cellulaire, détruisant la matrice extracellulaire pour permettre aux cellules de migrer et ce, dans différents types cellulaires. Cependant, les mécanismes impliqués dans le contrôle de son activité demeurent incompris. Dans la présente étude, nous avons observé, en utilisant des procédures d'immunoprécipitation et de microscopie confocale, que la stimulation des cellules endothéliales de veines ombilicales humaines (HUVECs) avec la sphingosine-1-phosphate (S1P), un lipide qui induit la migration des cellules endothéliales (CEs), provoque le transfert de la MT1-MMP à la périphérie cellulaire et son association avec p130Cas (Crk-associated substrate). p130Cas est une protéine d'arrimage impliquée dans les voies de signalisation de la motilité cellulaire et est également reconnue pour se relocaliser dans des replis membranaires suite à une stimulation à la S1P. Ces résultats suggèrent fortement que l'identification du complexe MT1-MMP/p130Cas au front principal des CEs migrantes pourrait être un mécanisme efficace par lequel la protéolyse péricellulaire est reliée à l'activation des voies de signalisation, permettant la migration coordonnée des CEs au cours de l'angiogenèse. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Angiogenèse, MT1-MMP, p130Cas, Migration, Sphingosine 1-phosphate.

Durant la progression du cancer, les cellules tumorales doivent envahir les tissus afin de se propager dans l'organisme. Pour ce faire, elles sécrètent ou expriment à leur surface des métalloprotéases matricielles, des enzymes capables de dégrader les composants de la matrice extracellulaire. Parmi ces enzymes, la métalloprotéase matricielle de type membranaire 1 (la MTI-MMP) joue un rôle primordial dans la progression tumorale. La MTI-MMP dégrade de nombreux composants de la matrice extracellulaire et des protéines de surface. Grâce à son activité protéolytique, la MTI-MMP joue un rôle important dans les différentes étapes de la progression tumorale. En effet, la MTl-MMP est importante dans l'angiogenèse tumorale, la formation de nouveaux capillaires à partir de vaisseaux pré-existants, car elle permet aux cellules endothéliales d'envahir la matrice extracellulaire. La MTI-MMP est également impliquée dans l'invasion tumorale et la formation de métastases. Bien que l'activité protéolytique de la MTI-MMP soit importante pour ses fonctions, plusieurs études ont démontré la participation de la séquence cytoplasmique de l'enzyme dans la migration et l'invasion tumorales. Toutefois, les mécanismes par lesquels le domaine intracellulaire de la MTI-MMP contribue aux fonctions de l'enzyme n'ont pas encore été élucidés. La présente thèse avait pour objectif principal d'étudier les mécanismes menant à l'implication du domaine cytoplasmique de la MTI-MMP dans la progression tumorale. Le premier objectif des travaux de recherche présentés dans cette thèse était d'identifier et de caractériser la phosphorylation de la MTI-MMP dans sa portion cytoplasmique. Pour ce faire, nous avons utilisé la mutagenèse dirigée afin d'identifier le site de phosphorylation de la MTI-MMP. Nos résultats démontrent que la MTI-MMP est phosphorylée sur son unique résidu tyrosine 573 situé dans la portion intracellulaire de l'enzyme. Cette phosphorylation a été confirmée par l'utilisation d'anticorps reconnaissant spécifiquement les formes phosphorylées de la MTI-MMP. De plus, la phosphorylation de cette enzyme requiert la présence de la kinase Src. La stimulation des cellules tumorales avec un facteur chimioattracteur induit la phosphorylation de la MTI-MMP endogène dans les cellules tumorales et endothéliales. Nous avons également montré que la phosphorylation de la MTI-MMP sur son résidu tyrosine intracellulaire est importante pour la migration des cellules tumorales et endothéliales. Le second objectif de cette thèse était d'étudier l'implication de la phosphorylation de la MTI-MMP dans la prolifération des cellules dans des matrices tridimensionnelles in vitro ainsi que dans la croissance tumorale in vivo. Nous avons constaté que la phosphorylation est importante pour la croissance des cellules tumorales dans des matrices tridimensionnelles alors qu'elle ne l'est pas dans des matrices en deux dimensions. Également, la phosphorylation de la MTI-MMP est nécessaire aux propriétés tumorigènes des cellules tumorales, à savoir la capacité de ces dernières à envahir de denses barrières de collagène fibrillaire et à former des colonies dans l'agar mou. Fait intéressant, nous avons constaté que l'inhibition de la phosphorylation de la MTI-MMP empêche la formation de xénogreffes chez la souris, suggérant que la MTl-MMP phosphorylée joue un rôle essentiel dans les mécanismes menant au développement tumoral. Le troisième objectif de cette thèse était de vérifier si la MTI-MMP phosphorylée était nécessaire pour la progression tumorale au niveau clinique. Nous avons donc étudié des spécimens provenant de biopsies de patients atteints de neuroblastome. Nos résultats ont démontré que la MTI-MMP phosphorylée était exprimée surtout dans les cas de neuroblastome avec un mauvais pronostic, alors que les cas qui avaient un bon pronostic exprimaient peu la MTI-MMP. Ces données indiquent que la phosphorylation de la MTI-MMP pourrait jouer un rôle important dans le développement du neuroblastome. Compte tenu du rôle majeur de la MTI-MMP phosphorylée dans la progression tumorale, le quatrième objectif de ces travaux de recherche était de concevoir une molécule pouvant inhiber la phosphorylation de la MTl-MMP afin de réduire le développement tumoral. Nous avons donc développé l'ACM-14, un peptide correspondant à la séquence cytoplasmique de la MTl-MMP dans laquelle la tyrosine a été remplacée par une phénylalanine et couplé à une séquence perméable aux cellules. Nos résultats démontrent que ACM-14 réduit la phosphorylation de la MTl-MMP et retarde par conséquent la croissance tumorale in vivo. En somme, les travaux présentés dans cette thèse apportent de nouvelles informations quant à l'implication du domaine intracellulaire de la MTI-MMP dans la progression tumorale. Les résultats présentés vont contribuer au développement et à l'élaboration de nouvelles stratégies afin d'inhiber le développement du cancer. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Cancer, Invasion tumorale, MTI-MMP, Phosphorylation, Traitement du cancer.

La contribution des cellules souches au développement tumoral est une percée conceptuelle récente dans notre compréhension des mécanismes moléculaires et cellulaires impliqués dans la carcinogenèse. En ce sens, il est reconnu depuis quelques années qu'une sous-population de cellules souches mésenchymateuses (MSC) mobilisables en réponse à des facteurs de croissance tumoraux pourrait contribuer au développement tumoral. Les recherches rapportées dans ce mémoire nous ont permis d'étudier certains partenaires clé dans la régulation de la migration et de la survie cellulaire des MSC. L'observation préalable d'une modulation conjointe de l'expression d'une métalloprotéase matricielle de type membranaire (MT1-MMP) et du transporteur microsomal de glucose-6-phosphate (G6PT) nous a permis d'évaluer la contribution respective de ces joueurs dans la signalisation affectant la chimiotaxie des cellules souches ainsi que des cellules tumorales cérébrales. De plus, nous avons évalué l'impact de certains « mannosides » synthétisés en vue de cibler spécifiquement les fonctions de surfaces de MT1-MMP et qui pourraient être à l'origine de nouvelles approches thérapeutiques anticancéreuses affectant le recrutement des cellules souches au foyer tumoral. Finalement, l'importance de l'axe de signalisation MT1-MMP/G6PT dans la mobilisation du calcium intracellulaire en réponse à la sphingosine-1-phosphate, un lipide bioactif synthétisé par des niveaux d'expression élevés de sphingosine-kinase retrouvé au niveau tumoral, permet également de concevoir le ciblage effectif de l'un ou l'autre de ces partenaires dans la progression tumorale. L'ensemble de nos résultats permettra de mieux comprendre les phénomènes régulant la survie et le recrutement des MSC aux sites de foyers tumoraux, en plus de fournir de précieux renseignements sur un nouvel axe original de signalisation liant les fonctions de MT1-MMP à celles, inattendues, de G6PT. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Cellules souches, Cancer, MT1-MMP, G6PT, Sphingosine-1-phosphate.

Durant la progression tumorale cérébrale, les cellules envahissent le tissu environnant, afin de s'y infiltrer. Pour ce faire, elles sécrètent ou expriment à leur surface des métalloprotéases matriciel1es (MMPs), capables de dégrader les composants de la matrice extracellulaire. Parmi ces MMPs, la MMP membranaire de type 1 (MT1-MMP) joue un rôle crucial dans l'acquisition du potentiel invasif des cellules tumorales cérébrales. La MT1-MMP dégrade de nombreux composants de la matrice extracellulaire et des protéines de surface. Grâce à son activité protéolytique, la MT1-MMP joue ainsi un rôle important dans les différentes étapes de la progression tumorale cérébrale incluant l'angiogenèse. Le ciblage pharmacologique des fonctions de MT1-MMP serait donc une approche thérapeutique efficace dans le traitement de gliomes. Bien que l'activité protéolytique de la MT1-MMP demeure sa fonction la plus importante, plusieurs études tendent à démontrer que la portion cytoplasmique de l'enzyme contribue à l'induction de signaux intracellulaires possiblement impliqués dans la chimio et la radiorésistance à la thérapie des gliomes. Parmi les marqueurs associés à cette résistance et surexprimés dans les gliomes hautement malins, il y a la cyclooxygénase-2 (Cox-2). Toutefois, le mécanisme moléculaire reliant l'activité intracellulaire de MT1-MMP à l'expression de Cox-2 demeure incompris. La première partie de mon mémoire a pour objectif d'étudier le ciblage pharmacologique des fonctions de MT1-MMP par l'actinonine, un inhibiteur sélectif de l'aminopeptidase N/CD13 et des MMPs solubles, dans les cellules de glioblastome U87. Nous y montrons que l'actinonine inhibe l'activation de la proMMP-2 induite par la concanavaline-A (ConA), une condition expérimentale connue pour induire l'expression de MT1-MMP dans les cel1ules U87. De plus, grâce à l'analyse de l'expression génique de MT1-MMP, l'actinonine n'a pas modulé l'expression de MT1-MMP induite par la ConA, suggérant que les effets de l'actinonine sont post-transcriptionnels. Nos résultats positionnent l'actinonine comme un possible candidat thérapeutique ciblant MT1-MMP. La deuxième partie de mon mémoire s'est orientée sur l'axe MT1-MMP/Cox-2 dans les glioblastomes U87. Nos observations préalables d'une modulation conjointe de l'expression de MT1-MMP et de Cox-2 dans les cellules isolées de glioblastomes humains U87 induite par la ConA nous ont permis d'évaluer le rôle de la ConA dans le déclenchement des processus cellulaires pro-inflammatoires qui régulent l'expression de Cox-2. Nous avons trouvé que le traitement avec la ConA, ou la surexpression directe de MT1-MMP recombinante conduit à l'induction de Cox-2 via une voie de signalisation impliquant NF-kB/IKKy. Collectivement, les résultats présentés dans ce mémoire apportent de nouvelles informations quant à l'implication du domaine intracellulaire de la MT1-MMP dans le phénotype pro-inflammatoire des cellules cancéreuses cérébrales. Ceci inspirera la conception de nouvel1es stratégies de thérapie pouvant combiner l'action des inhibiteurs de MT1-MMP à celle des drogues anti-inflammatoires pour le traitement de gliomes. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : MT1-MMP, Concanavaline-A, Actinonine, Cox-2, Inflammation, Glioblastome

L'implication de la Membrane Type-Matrix Metalloproteinase (MT1-MMP) dans la progression du cancer a été grandement étudiée dans la dernière décennie. Elle possède une vaste variété de substrats, incluant des composants de la matrice extracellulaire, des cytokines et des récepteurs membranaires. Nos résultats identifient le marqueur de cellules souches (CSC) CD133 comme une nouvelle cible de l'activité protéolytique de la MT1-MMP. Des essais d'immunoprécipitation et de clivage in vitro effectués à l'aide de protéines recombinantes ont démontré que la MT1-MMP interagit physiquement avec CD133 et clive son domaine N-terminal à la position 30KAWN↓Y34. De plus, cette interaction semble commencer au niveau intracellulaire, dans le réticulum endoplasmique, avant l'activation de la proMT1-MMP et avant la maturation complète de CD133; toutefois, seulement la forme mature de CD133 peut être clivée. Ces résultats représentent la première interaction protéine-protéine connue de CD133, dont la fonction cellulaire demeure incomprise. Des expériences supplémentaires pourraient mener à une meilleure compréhension de cette protéine et de son rôle dans la biologie des CSCs. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : MT1-MMP, CSC, N-terminal, réticulum endoplasmique

Le glioblastome multiforme (GBM) est une tumeur primaire du cerveau dont le pronostic est très sombre, en raison de son caractère infiltrant, de la radiorésistance de ses cellules et de la faible biodisponibilité encéphalique des molécules chimiothérapeutiques. De plus, les cellules souches mésenchymateuses (MSC) de la moelle osseuse sont recrutées au site tumoral et supportent la néovascularisation et le microenvironnement inflammatoire. Ces cellules ont la capacité de se mobiliser et de migrer vers la tumeur, en plus de s'adapter aux conditions hypoxiques tumorales. La métalloprotéase MT1-MMP est principalement responsable du phénotype migratoire des cellules de GBM et des MSC. Toutefois, le développement d'inhibiteurs de la fonction catalytique des métalloprotéases s'est révélé un échec en clinique et n'a pas réussi à améliorer la survie des patients atteints de GBM. De plus en plus d'évidences expérimentales démontrent de nouvelles fonctions non-protéolytiques des métalloprotéases et l'étude de ces fonctions permettra d'envisager de nouvelles stratégies thérapeutiques. Considérant le rôle que joue le stress du réticulum endoplasmique (RE) dans l'induction de l'apoptose, que les cellules de GBM sont constitutivement stressées et surexpriment une grande quantité de MT1-MMP qui transit par le RE, nous avons émis l'hypothèse que MT1-MMP peut jouer un rôle de premier plan dans le contrôle de la balance survie/mort des cellules de GBM. De plus, considérant le recrutement des MSC au site tumoral hypoxique, leur migration en partie dépendante du domaine cytoplasmique de MT1-MMP et leur contribution à la progression tumorale du glioblastome, nous avons émis l'hypothèse que l'hypoxie et le facteur de transcription HIF-1 régulent l'expression de protéines de signalisation intracellulaires responsables de la signalisation par le domaine cytoplasmique de MT1-MMP et de la migration des MSC. Nos résultats documentent deux nouvelles fonctions non-protéolytiques associées à MT1-MMP. D'une part, l'inhibition pharmacologique du trafic vésiculaire ou la simulation des interactions avec la matrice extracellulaire impose un grand stress endoplasmique et stimule l'apoptose par la voie UPR, mais la répression génique de MT1-MMP permet de renverser ce stress et la signalisation pro-apoptotique qui en découle, mettant en évidence le rôle primordial de MT1-MMP dans ces processus. La balance entre les signaux pro- et anti-apoptotiques découlant de la voie UPR est finement régulée et MT1-MMP participe à cette « décision cellulaire ». Enfin, il existe un axe de signalisation HIF-1/MT1-MMP/3BP2, dans les MSC, qui leur permet de se mobiliser et de migrer. La protéine adaptatrice 3BP2, connue pour son rôle dans la mobilisation des cellules inflammatoires, joue le rôle de médiateur de la signalisation migratoire des MSC en aval de MT1-MMP, en réponse à l'hypoxie. En plus de ses fonctions catalytiques, la MT1-MMP est dotée de fonctions signalétiques dans le contrôle de la survie et de la migration cellulaire. Le ciblage de ces nouvelles fonctions signalétiques de MT1-MMP pourrait être une stratégie prometteuse pour le traitement du GBM. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : glioblastome, cellules souches mésenchymateuses, hypoxie, MT1-MMP, stress du réticulum endoplasmique.

Favorisant plusieurs altérations physiologiques et autres conditions telle l'instabilité génomique, l'inflammation chronique joue un rôle central de l'initiation jusqu'au développement du cancer. Cette condition requiert la contribution de plusieurs types cellulaires et de médiateurs inflammatoires telle que la protéine transductrice du signal et activatrice de la transcription 3 (STAT3). Cette dernière est un médiateur majeur dans l'induction et le maintien d'un microenvironnement tumoral inflammatoire. En effet, la phosphorylation de STAT3 est essentielle à la régulation et à la transcription de plusieurs facteurs de croissance et cytokines incluant la cyclooxygénase-2 (COX)-2 et l'interleukine-6 (IL6), mais par son rôle de transducteur, elle répond aussi à plusieurs stimuli tant endogènes qu'environnementaux. Une des voies les plus importantes à cet effet est celle de JAK/STAT3. Une boucle rétroactive d'activation de STAT3 alimente d'ailleurs les processus impliqués dans le développement tumoral comme la prolifération, l'anti-apoptose, l'angiogenèse et la métastase. Les objectifs de notre étude sont, dans un premier temps, d'évaluer les effets de 5 polyphénols connus pour leur propriété anti-angiogénique; la lutéoline (Lut), l'apigénine (Api), l'épigallocatéchine gallate (EGCG), la delphinidine (Dp) et l'acide éllagique (EA), sur différentes étapes de l'angiogenèse déclenchée par l'IL-6 et d'en déterminer le mécanisme d'action au niveau moléculaire. Dans un deuxième temps, nous avons évalué chez les cellules souches mésenchymateuses (MSC) ayant un phénotype pro-inflammatoire induit par la concanavaline A (ConA), l'implication de la métalloprotéinase membranaire matricielle de type-1 (MT1-MMP) dans l'activation de STAT3 et l'expression de COX-2. Les résultats ont montré principalement que la Lut et l'Api inhibent très significativement la prolifération, la migration et la tubulogenèse des cellules endothéliales (EC) induite par l'IL-6 via la voie JAK/STAT3. En deuxième lieu, chez les MSC, la MT1-MMP semble être un contributeur important dans le phénotype pro-inflammatoire et implique également la voie JAK/STAT3. De façon inattendue l'inactivation de STAT3 potentialise l'expression de COX-2. Étant donné que les MSC sont recrutées aux sites inflammatoires de plusieurs cancers, ces résultats confirment l'importance de la MT1-MMP dans la régulation de la signalisation intracellulaire pro-inflammatoire des MSC. L'action double de STAT3 régulé par la MT1-MMP, montre son rôle majeur comme contributeur dans l'équilibre de l'expression de COX-2. Ce mécanisme permettrait ainsi aux MSC de s'adapter au microenvironnement inflammatoire pro-tumoral. Connaissant la diversité des polyphénols d'origine alimentaire et leur potentiel anti-inflammatoire, anti-angiogénique et anticancéreux on a aussi montré dans le cadre de cette étude que le potentiel de l'activité anti -inflammatoire de la Lut et d'Api permet, en partie d'expliquer leur activité anti-angiogénique et anti-cancer. Ainsi, ces flavones pourraient non seulement servir de base de recherche d'agents thérapeutiques anti-angiogéniques minimisant la résistance aux agents chimiothérapeutiques, mais aussi mettre en lumière le rôle majeur de l'alimentation dans la prévention du cancer. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : STAT3, MT1-MMP, angiogenèse, inflammation, IL6, COX-2