Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L'antigène de prolifération cellulaire Ki-67 est exprimé de manière constitutive dans les cellules de mammifères. Ki-67 est régulièrement utilisé en tant que marqueur de prolifération cellulaire pour classer les tumeurs. Cependant, malgré son utilisation fréquente en histopathologie, ses fonctions sont encore mal caractérisées. Mes travaux de thèse ont eu pour objectif d'améliorer la compréhension des fonctions biologiques de Ki-67 ainsi que d’étudier l’importance de son expression dans l’initiation et la progression des cancers. Nous avons montré que Ki-67 était dispensable à la prolifération cellulaire. Quant aux souris mutantes Ki-67, elles ne présentaient aucune anomalie de développement, étaient fertiles et vieillissaient normalement. Néanmoins, l’expression de Ki-67 s’est révélée être requise pour l’organisation de l'hétérochromatine dans les cellules prolifératives. En étudiant le contrôle de l'expression de Ki-67, nous avons pu mettre en évidence que les différents niveaux d’expression de Ki-67, souvent observés dans les lignées cellulaires transformées ou non, les tissus et les échantillons de tumeurs des patients, seraient expliqués par une régulation via la machinerie du cycle cellulaire.En utilisant nos souris mutantes Ki-67, nous avons également montré que l’absence de Ki-67 permettait de protéger les souris contre la carcinogenèse intestinale dans les deux différents modèles expérimentaux utilisés. De plus, l'analyse de la conséquence de l'ablation de Ki-67 dans la lignée tumorale murine, 4T1, a révélé que Ki-67 est requis pour le maintien des propriétés souches de ces cellules cancéreuses. En outre, la déplétion de Ki-67 a fortement affecté la croissance des tumeurs et la formation de métastases pulmonaires chez les souris. De façon similaire, l'absence de Ki-67 a fortement altéré le développement des xénogreffes de la lignée MDA-MB-231 dans des souris immuno-déficientes. De plus, le séquençage de l'ARN dans les cellules 4T1 a révélé l’existence d’altérations importantes au niveau transcriptomique, suite à la déplétion de Ki-67.L’ensemble de ces résultats suggère une implication spécifique de Ki-67 dans l'initiation et la progression tumorale et que Ki-67 serait une cible thérapeutique potentielle et intéressante dans le traitement du cancer. / The cell proliferation antigen Ki-67 is constitutively expressed in cycling mammalian cells and is widely used as a cell proliferation marker to grade tumours. Despite its use in cancer histo-pathology its functions are poorly understood. The aim of this project is to improve understanding of Ki-67 functions and its requirements in cancer initiation and progression. We found that Ki-67 is dispensable for cell proliferation and Ki-67 mutant mice did not exhibit any developmental abnormalities, and were fertile and aged well. Although Ki-67 was uncoupled from cell proliferation, Ki-67 was found to promote heterochromatin organization in proliferating cells. Studying Ki-67 expression control, we have found that cell cycle regulation accounts for Ki-67 variability levels in normal human cells, proliferating tissues in mice, human cancer cell lines and caner patients.Using our Ki-67 mutant mice, we found that Ki-67 depletion can protect mice from intestinal carcinogenesis in two different experimental models used. Moreover, analysis of the consequence of Ki-67 ablation in the mouse breast cancer cell line, 4T1 has revealed its requirements for the maintenance of the stem-like proprieties of these cancer cells. More importantly, Ki-67 depletion strongly affects 4T1 tumour growth and formation of lung metastases in vivo. Similarly, Ki-67 absence strongly impaired the development of the TNBC-derived MDA-MB-231 xenografts in vivo. Moreover, comparison of Ki-67 dependent alterations in gene expression in 4T1 cells by RNA sequencing revealed widespread transcriptome changes following Ki-67 depletion. Together, these results suggest a specific involvement of Ki-67 in cancer initiation and progression and may constitute a potential therapeutic target in cancer therapy.

La maladie de Huntington (MH) est une maladie neurodégénérative autosomale dominante causée par une expansion anormale de CAG dans le gène codant la huntingtine (HTT) qui se traduit dans la protéine HTT par une répétition de polyglutamine, entrainant la mort neuronale. Néanmoins, la MH entraine aussi le développement de symptômes périphériques comme la HTT est une protéine exprimée de façon ubiquitaire. Notamment, la MH a été associé à une plus faible incidence des cancers, mais les mécanismes sous-jacents ne sont pas décrits. Nous avons étudié le rôle de HTT mutée et sauvage dans le cancer du sein, où la protéine est fortement exprimée. Des modèles murins de cancer du sein (MMTV-PyVT et MMTV-ErbB2) exprimant la HTT mutée (souris knock-in transportant 111 GAC) développent des tumeurs mammaires agressives par rapport aux souris exprimant la HTT sauvage. La transition épithéliale-mésenchymateuse est accélérée avec une augmentation de la motilité cellulaire ainsi que de la formation de métastases. Ces tumeurs accumulent le récepteur tyrosine-kinase HER2 à la membrane, en raison d'un défaut d'endocytose dynamine-dépendante en présence de la HTT mutée. La signalisation accrue de HER2 est responsable de l'agressivité des tumeurs exprimant la HTT mutée, comme en témoigne le traitement trastuzumab, un anticorps dirigé contre HER2 qui restaure la motilité et l'invasion des cellules tumorales porteuses de la mutation responsable de la MH. La HTT sauvage a elle-même un rôle protecteur dans le cancer, retardant l’apparition des métastases en raison d'un potentiel rôle dans l’adhésion intercellulaire. Ainsi, notre travail met en évidence des rôles clés de la HTT mutée et sauvage au cours de la progression du cancer du sein. / Huntington disease (HD) is an autosomal dominant neurodegenerative disorder caused by an abnormal CAG expansion in the huntingtin (HTT) gene. The corresponding polyglutamine expansion in the HTT protein causes specific neuronal death, but the consequences of HTT mutation in other tissues are less well understood. Nevertheless, HD mutation causes peripheral symptoms as HTT is an ubiquitous protein. HD was associated to lower cancer incidence, however, the mechanisms behind this effect were not described. Here we have studied the role of wild-type and mutant HTT in breast cancer, where we found the protein to be highly expressed. We demonstrate that mouse breast cancer models (MMTV-PyVT and MMTV-ErbB2) expressing mutant HTT (knock-in mice carrying 111 CAGs) develop aggressive mammary tumors as compared to control mice. Epithelial-to-mesenchymal transition is enhanced with subsequent increased cell motility and metastasis. These tumors accumulate tyrosine-kinase receptor HER2 at the membrane, due to a dynamin-dependent endocytosis defect in the presence of mutant HTT. HER2 enhanced signaling is responsible for the aggressiveness of the mutant HTT expressing tumors, as demonstrated by Trastuzumab treatment, an antibody against HER2 that restores motility and invasion in tumor cells carrying HD mutation. The wild-type HTT has itself a protective role in cancer, inhibiting metastasis due to a possible role in cellular junction maintenance. Thus, our work unravels a key role of HTT in breast cancer progression, with the mutant HTT triggering the development of aggressive and metastatic tumors.

Le cancer de l’endomètre est le plus fréquent des cancers gynécologiques pelviens. L’envahissement ganglionnaire constitue l’un des principaux facteurs pronostiques mais le rôle des curages ganglionnaires reste débattu.Nous avons construit le score PREGE (Prédiction du Risque d’Envahissement Ganglionnaire dans le cancer de l’Endomètre), à partir d’une base de données de près de 20000 cancers de l’endomètre, après la sélection de caractéristiques individuelles (race et âge) et tumorales définitives, obtenues sur la pièce d’hystérectomie (type, grade et extension locale) significativement associées à l’existence de métastase ganglionnaire. Le score PREGE a été validé sur une base de données multicentrique française (AUC dans les populations de développement et de validation de 0,80 et 0,79 respectivement). Le score était correctement calibré.En utilisant les données préopératoires (IRM et biopsie d’endomètre), les capacités de discrimination du score PREGE étaient conservées. Différents seuils d’intérêt pour la décision clinique ont été définis. Avec un seuil de 100 points, la valeur prédictive négative était de 100%.Dans aucun quantile du score PREGE, la survie spécifique n’était supérieure chez les patientes ayant eu une lymphadénectomie. Toutefois, avec un seuil prédit d’envahissement ganglionnaire supérieur à 20%, nous avons mis en évidence un bénéfice de la lymphadénectomie emportant au moins 10 ganglions.L’utilisation du score PREGE pour la sélection des patientes atteintes d’un cancer de l’endomètre candidates à une lymphadénectomie pourrait permettre de réduire le recours à cette intervention morbide sans altérer la survie spécifique / Endometrial cancer is the most common malignancy of the female genital tract. Lymph node metastasis is one of the most important prognostic factors. However, the therapeutic role of lymphadenectomy is still debated.We developed the score PREGE, able to predict lymph node metastasis based on pathological hysterectomy characteristics in endometrial cancer. Data from almost 20,000 patients who underwent hysterectomy and lymphadenectomy were analyzed and significant prognostic features were selected: final pathological characteristics (histologic type, grade and primary site tumoral extension) and patients’ characteristics (age and race). In a French multicentric cohort, the nomogram showed good discrimination (AUC=0.79 ) and was well calibrated.Lymph node metastasis prediction by the score using preoperative data was as accurate as that obtained using the final tumor characteristics. With a cut-off value of 100 points for the total score, the negative predictive value was 100%.Patients were clustered into quintiles according to their lymph node metastasis probability. The cancer related survival was compared based on whether patients underwent lymphadenectomy. In the five quintile groups, the specific survival rate was significantly higher in the patients who did not undergo lymphadenectomy. However, when lymph node letastatic probabilityexceeded 20%, specific survival was higher in patients in whom at least 10 lymph nodes were removed.PREGE score could be useful to select few patients who will really benefit from lymphadenectomy and avoid lymphadenectomy in most patients with endometrial cancer

La variabilité spatiale et temporelle des biomarqueurs entre tumeur primitive et métastase est une question clé à une époque où une meilleure individualisation des thérapeutiques est vivement attendue par les cliniciens, les chercheurs et les patients. Le projet de la thèse est de préciser les profils moléculaires différentiels entre tumeur primitive et métastases. Des échantillons conservés congélation issus de deux cohortes de patients ont été considérés : cancer bronchique non à petites cellules (15 patients) et cancer colorectal (13 patients, dont 11 patients avec contrôle de tissus sains). Ces prélèvements ont été analysés par séquençage haut débit et en expression génique afin d'étudier l'hétérogénéité tumorale lors de la progression métastatique et ainsi que les voies potentiellement impliquées dans le processus métastatique.Une forte conservation des profils génomiques est observée à la première progression métastatique pour les gènes récurrents des cancers bronchiques non à petites cellules et des cancers colorectaux. Si les études d'expression génique ne permettent pas de mettre en évidence de profil spécifique de la métastase, elles apportent des éléments utiles sur la conservation de certaines voies importantes dans les processus oncogéniques, identifient des gènes d'intérêt particulier dans l'étude de la progression métastatique et soulignent l'impact de l'effet tissu pour les analyses d'expression. / The question of spatial and temporal variability of biomarkers in solid tumors is a key issue in an era where personalized therapy is strongly advocated by clinicians, researchers and patients. The purpose of the work is to compare molecular profiles of primary tumor and matched metastasis in order to precise tumor heterogeneity during metastatic progression and to investigate pathways potentially involved in the metastatic process.Frozen samples from two cohorts of patients were considered: non-small cell lung cancer (15 patients) and colorectal cancer (13 patients, 11 patients with healthy control tissues). These samples were analyzed by high-throughput sequencing and gene expression. Highly conserved genomic profiles were observed in the first metastatic progression for known recurrent genes in non-small cell lung cancer and colorectal cancer. If gene expression studies do not highlight specific profile of metastasis, they provide useful data on the conservation of some important oncogenic pathways; identify genes of interest in the study of metastatic progression and highlight the putative impact of the effect of healthy tissue for expression analysis.

Le contrôle post-transcriptionnel de l'expression des gènes représente un vaste ensemble de processus biologiques autour de la machinerie des ARNm, jouant un rôle majeur dans la création de la diversité du répertoire protéique. La dérégulation de ces processus, générant un phénotype altéré, pourrait contribuer à la progression tumorale dans les cancers du sein. Nos travaux se sont axés sur l'étude de l'épissage alternatif des pré-ARNm et la dérégulation de la machinerie de l'épissage dans la progression métastatique des cancers du sein. Dans un modèle murin de carcinome mammaire, nous avons identifié des variants d'épissage spécifiquement associés au potentiel métastatique. Dans une large cohorte de patientes, nous avons montré que l'expression de certains de ces variants dans des tumeurs est associée à un pronostic défavorable. Enfin, nous avons caractérisé le profil d'expression des protéines régulatrices de l'épissage dans plusieurs séries de cancer du sein. Cette étude offre de nouvelles connaissances et perspectives pour le développement de biomarqueurs de la progression tumorale. / Alternative RNA processing is a mechanism that plays a critical role for creation of protein diversity through selective inclusion or exclusion of RNA sequences during post-transcriptional control of gene expression. We hypothesized that alteration in this process might contribute greatly to tumour development and progression in breast cancer. The aim of our study was to identify and characterize defects in alternative splicing during breast tumour progression. In a murine model, we could identify specific mRNA splicing variants associated with metastatic development. In a large cohort of breast cancer patients, expression of a subset of these variants was correlated to poor prognosis. Finally, we characterised the expression profile of a large panel of proteins of the splicing machinery in breast cancer. Our study provides new insights in the understanding of mechanisms leading to tumour progression and perspectives for the development of new biomarkers and therapies.

Le mélanome cutané est l'un des cancers les plus agressifs et mortel capables de dissémination métastatique à distance. L’intravasation cellules tumorales dans le vaisseau sanguin dans les tumeurs primaires et l'extravasation sont des étapes importantes dans la formation de métastases. Ces étapes impliquent la perturbation de la barrière endothéliale par des cellules tumorales afin de faciliter leur migration transendothéliale et la colonisation métastatique. Cependant, le processus par lequel les cellules tumorales modulent l'intégrité des jonctions vasculaires est encore mal compris. Afin de déterminer les facteurs de perméabilité sécrétés par les cellules métastatiques, nous avons identifié la protéine matricielle SPARC comme un facteur critique contribuant à la perméabilité vasculaire et l'extravasation des cellules tumorales. Nous montrons que SPARC sécrété par les cellules de mélanome induit une perméabilité vasculaire via l'ouverture des jonctions intercellulaires des monocouches endothéliales et entraîne la migration transendothéliale de cellules de mélanome. In vivo, l’extinction de SPARC mène à une diminution drastique dans la colonisation à court et long terme des poumons et de la perméabilité des capillaires pulmonaires. A l’inverse, sa surexpression augmente les capacités d’extravasation et les métastases. / Cutaneous melanoma is one of the most aggressive cancers capable of distant and lethal metastatic spread. Tumor cell intravasation into blood vessel at primary tumor sites and subsequent extravasation are critical steps in the formation of metastases. These steps entail disruption of the endothelial barrier by tumor cells to facilitate their transendothelial passage and metastatic seeding. However, the way by which tumor cells modulate vascular junction integrity is still poorly understood. In an attempt to determine permeability factors secreted by metastatic cells, we identified the matricellular protein SPARC as a critical signaling factor that contributes to elevated vascular permeability and tumor cell extravasation. We show that SPARC released by melanoma cells enhances vascular leakiness by inducing opening of intercellular junctions of endothelial monolayers and drives melanoma cell transendothelial migration. In vivo vascular permeability and metastatic assays demonstrate that SPARC deficiency abrogates tumor-induced permeability of lung capillaries and prevents extravasation from blood vessels and metastasis, whereas overexpression of SPARC increases the lung metastatic potential of melanoma cells. Mechanistically, SPARC-induced endothelial gap formation and transmigration is dependent on vascular cell adhesion molecule (VCAM1) and p38 MAPK signaling pathway in endothelial cells. Importantly, blocking VCAM1 impedes melanoma cell extravasation. The clinical relevance of our findings is highlighted by the high levels of SPARC detected in tumor cells from human pulmonary melanoma lesions.

Le cancer colo-rectal (CCR) est, avec 36500 nouveaux cas par an, au premier rang des cancers en France. Le traitement est avant tout chirurgical et son pronostic reste sombre avec 40 % de survie à 5 ans tous stades confondus. L'apparition de métastases hépatiques (MH) constitue un facteur pronostique essentiel et représente la première cause de mortalité chez ces patients.<br />Le facteur tissulaire (FT), récepteur cellulaire du facteur VII (FVII) de la coagulation possède un rôle majeur dans l'angiogénèse et le potentiel invasif des CCR. Le FT participe à l'angiogénèse par l'intermédiaire de sa voie protéolytique (thrombine) ou directement par le complexe FT-FVIIa. Il est exprimé par les cellules tumorales coliques et sa corrélation avec la croissance tumorale colique est démontrée.<br />Nous avons analysé l'effet de l'inhibition de la voie du FT par un inhibiteur compétitif du facteur VIIa (FFR-VIIa) dans un modèle expérimental syngénique de MH induites chez le rat BDIX. Nous avons pu montrer que cette inhibition s'opposait au développement de MH lorsque le FFR-VIIa était injecté très précocement dans le processus métastatique, au stade micrométastatique. A l'inverse, lorsque le FFR-VIIa était injecté plus tardivement, au stade de macrométastases hépatiques, nous n'avons pas observé d'effet anti-tumoral. Le FFR-VIIa a également été sans effet anti-tumoral dans un modèle de tumeurs sous cutanées.<br />En conclusion, l'effet anti-tumoral du FFR-VIIa dans notre modèle pourrait être dû à une absence d'adhésion des cellules tumorales dans le foie. Nos résultats suggèrent que l'activité protéolytique du complexe FT-FVIIa est une cible thérapeutique dans le cancer du colon, mais soulève de nombreuses questions quant aux mécanismes et aux conditions d'efficacité des traitements ciblant ce complexe. D'autres mécanismes tels qu'une induction de l'apoptose dans les cellules tumorales devront être explorés. Enfin, une étude clinique visant à corréler le taux de FT circulant au stade TNM du CCR est en cours.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

La prostate est entourée de tissu adipeux périprostatique (TAPP), séparée de celui-ci uniquement par une fine barrière de collagène appelée la capsule prostatique. En clinique, l'infiltration du TAPP par des cellules tumorales est l'un des principaux critères histologiques de mauvais pronostic suggérant que le TAPP (en particulier les adipocytes) pourrait être un acteur clé de l'agressivité du cancer de la prostate. Dans un premier temps, nous avons identifié une chimiokine adipocytaire (CCL7) et un de ses récepteur (CCR3) qui contribuent à la dissémination des cellules cancéreuses à l'extérieur de la prostate. En effet, à travers des approches in vitro et in vivo, nous avons montré que l'inhibition de l'axe CCR3/CCL7 diminue la dissémination locale du cancer de la prostate avec un effet plus prononcé en conditions d'obésité. De plus, l'expression de ce récepteur est associée à l'agressivité tumorale et à la rechute chez les patients. Au-delà de la dissémination locale, une des complications du cancer de la prostate les plus graves et les plus dures à traiter reste la dissémination métastatique osseuse. Fort des résultats obtenus dans la première partie de notre travail, nous avons voulu savoir si les adipocytes médullaires présents au niveau du site métastatique osseux étaient capable d'attirer les cellules tumorales par les mêmes mécanismes que le TAPP. En utilisant des échantillons d'adipocytes médullaires issus de patients lors d'approches in vitro, nous avons pu montrer que les adipocytes médullaires présentent un phénotype différent de ceux du TAPP et qu'ils sécrètent la chimiokine CCL7 en quantité bien plus élevée. Cette dernière va ainsi induire la migration des cellules tumorales prostatiques vers le site osseux suivant un axe CCR3/CCL7. En inhibant cet axe, nous avons pu montrer in vivo et in vitro le potentiel de cet axe comme cible thérapeutique, puisqu'il nous a permis d'empêcher spécifiquement la formation de métastases osseuses. Nous avons pu confirmer l'importance de l'axe CCR3/CCL7 dans le cancer de la prostate métastatique par des méta-analyses cliniques et des études sur des tumeurs de patients. Enfin, nous avons pu montrer que les modifications physiopathologiques des adipocytes comme l'obésité et le vieillissement tous deux considérés comme des facteurs de risque du cancer de la prostate, augmentent fortement la migration induite par les adipocytes médullaires. En conclusion, nos résultats montrent que les adipocytes périprostatiques et médullaires sont capables d'influencer la progression du cancer de la prostate en favorisant, via la sécrétion de chimiokines, le franchissement de la capsule prostatique puis la dissémination métastatique osseuse. L'ensemble de ces mécanismes est amplifié en conditions d'obésité ou de vieillissement ce qui permet de proposer de nouveaux mécanismes moléculaires à l'émergence de cancers plus agressifs chez ces patients. Ainsi notre travail a permis d'identifier l'axe CCR3/CCL7 comme un axe majeur dans la dissémination du cancer de la prostate induite par le tissu adipeux, intervenant aussi bien au niveau local qu'au niveau métastatique. / Prostate is surrounded by periprostatic adipose tissue (PPAT), only separated by a thin layer of collagen called prostatic barrier. Infiltration through PPAT and prostatic barrier crossing by tumor cells are known as major histological and clinical bad prognosis factors. These observations suggest a key role of PPAT (and mainly adipocytes) in prostate cancer development and invasiveness. First, we identified a chemokine secreted by adipocytes (CCL7) and its associated receptor (CCR3) that contribute to local dissemination of prostate cancer cell and lead them to leave the prostate. Thus, using in vitro and in vivo approach, we showed that the inhibition of CCR3/CCL7 axis decreases local dissemination of prostate cancer with an enhanced effect in obesity context. Moreover, CCR3 expression has been associated to tumor aggressiveness and relapse on patient samples. Beyond local dissemination, bone metastasis is one of the major and deadliest complication of prostate cancer, with only few treatments available. Regarding results obtained in our first work on local dissemination, we focused on medullary adipocytes contained in bone marrow and study whether or not they could chemoattract prostate cancer cells just as PPAT in local dissemination. Using medullary adipocytes samples from patients and in vivo approach, we showed that medullary adipocytes expressed a unique phenotype different from PPAT adipocytes and that they secrete high level of CCL7. This chemokine will lead to directed migration of prostate cancer cells towards bone metastatic site through CCR3/CCL7 axis. By inhibiting this axis, we observed a specific inhibition of bone metastases formation both in vitro and in vivo, highlighting the therapeutic potential of this axis. We confirmed the main impact of CCR3/CCL7 axis in prostate cancer metastases, using clinical meta-analysis and studies on tumors from patients. Finally, we showed that physiopathological modifications of adipocytes, such as obesity and aging, which are both considered as prostate cancer bad prognosis factors, increase the chemoattraction of prostate cancer cells induced by medullary adipocytes secretions. As a conclusion, our results highlight that periprostatic adipocytes and medullary adipocytes can influence prostate cancer progression by secreting chemokines and leading to prostatic barrier crossing and bone metastatic dissemination. These mechanisms are enhanced in obesity and aging context. This allow us to suggest a new molecular mechanisms enhancing cancer aggressiveness. Thus, our work allowed us to identify CCR3/CCL7 axis as a major axis in the dissemination of prostate cancer induced by adipocytes secretions, acting on both local and metastatic level.