Les métastases sont à l'origine dans 90% des cas du décès des patients et sont donc un enjeu thérapeutique majeur. Les traitements anti-angiogéniques qui inhibent la vascularisation tumorale et augmentent l'hypoxie ont une efficacité limitée en clinique. Des liens ont été établis entre l'hypoxie et le changement métabolique des cellules tumorales, l'augmentation des cellules souches cancéreuses, la transition épithélio-mésenchymateuse et la résistance aux traitements mais également la dissémination métastatique. Ces observations nous ont poussés à réévaluer le rôle de l'hypoxie dans la dissémination métastatique du cancer du sein, en nous focalisant sur l'étude du premier inhibiteur endogène de l'angiogenèse identifié, la Thrombospondine 1 (TSP1). En clinique, nous avons observé que l'expression de la TSP1 est corrélée aux marqueurs d'agressivité et qu'elle augmente avec le grade tumoral. Dans un modèle orthotopique de tumeurs mammaires métastatiques, nous avons montré que l'inhibition de la TSP1 réduit fortement l'EMT, l'invasion et les métastases pulmonaires alors même que la vascularisation de la tumeur primaire est densifiée et plus fonctionnelle, réduisant l'hypoxie. Pour déterminer le rôle de la TSP1 dans la survenue des métastases, nous avons effectué des mutations ponctuelles de ce gène dans le domaine d'activation du TGFbéta ou dans celui de la liaison au CD36 qui médie majoritairement les propriétés anti-angiogéniques de la TSP1. La mutation de l'une ou l'autre de ces séquences entraîne une diminution drastique des métastases pulmonaires. Ce travail nous conduit à proposer un nouveau concept thérapeutique, visant à normaliser la vascularisation tumorale et à réduire l'hypoxie par une stratégie "anti-antiangiogénique" basée sur l'inhibition de la TSP1. Cette stratégie devrait inhiber la dissémination métastatique et favoriser la pénétration des traitements chimiothérapeutiques et augmenter l'efficacité de la radiothérapie, dépendante de la présence d'oxygène. / Metastasis are responsible for 90% of cases of patients death and so represent a major therapeutic challenge in oncology. Anti-angiogenic treatments, which inhibit tumor vascularization and increase hypoxia, have limited clinical efficiency. This inefficiency could be a consequence of hypoxia. Indeed, links have been established between hypoxia and: metabolic changes in tumor cells, increase in cancer stem cells, epithelial-mesenchymal transition and resistance to treatment. Experimental and clinical evidence also suggest that hypoxia may directly induce metastatic dissemination. These observations led us to reassess the role of hypoxia in metastatic dissemination by focusing on the study of the first identified endogenous angiogenic inhibitor, the Thrombospondin 1 (TSP1). TSP1 is also an activator of latent TGFbéta. The aim of this work was to study the role of TSP1 in tumor progression and dissemination of metastatic breast cancer. In clinic, we observed that the expression of TSP1 is correlated with markers of aggressiveness and that it increases with tumor grade. In an orthotopic model of metastatic breast tumors, we have shown that inhibition of TSP1 strongly reduce EMT, invasion and lung metastasis meanwhile the vascularization of the primary tumor is densified and more functional, thus reducing hypoxia. To determine the role of TSP1 in the occurrence of metastasis, we generate point mutations of this gene in TGFbéta activation domain or in the binding domain to CD36 that predominantly mediates the anti-angiogenic properties of TSP1. Mutations of either of these sequences result in a drastic decrease in lung metastasis, which confirms the importance of TGFbéta in metastatic dissemination. Our results also demonstrate a direct link between hypoxia and metastasis: the inactivation of anti-angiogenic properties of TSP1, which increases tumor perfusion and decreases hypoxia without affecting primary tumor growth, blocks metastatic dissemination even though the cells have the ability to migrate. This work led us to propose a new therapeutic concept aiming to normalize tumor vascularization and reduce hypoxia by an "anti-antiangiogenic" strategy based on TSP1 inhibition. This strategy should inhibit metastatic spreading, promote the diffusion of chemotherapeutic treatments and increase the efficiency of radiotherapy, dependent on oxygen presence.

La métastase peut être considérée comme le produit final d’un processus à la fois biologique mécanique et chimique où les cellules cancéreuses disséminent dans l’organisme pour envahir un nouvel organe à distance en s’établissant dans un nouvel microenvironnement tissulaire. Bien que les métastases soient la principale cause de décès liée au cancer, les principaux mécanismes impliqués dans ce processus restent à élucider. La communauté scientifique manque de techniques d’imagerie adaptées pour disséquer avec la plus haute résolution possible le comportement des cellules tumorales in vivo. Par conséquent, le but principal de ma thèse a été de développer une approche d’imagerie intravitale non-invasive appliquée à la souris. Cette approche a été inclue dans le développement d’un protocole de microscopie corrélative intravitale permettant l’étude de cellules tumorales à différentes échelles dans leur environnement naturel. Ce protocole a été utilisé dans l’étude de cellules invasives tumorales uniques dans l’oreille et le cerveau de la souris. Le but était de décrire les détails des protrusions cellulaires ainsi que les interactions cellule-matrice lors de l’invasion et l’intravasation de cellules cancéreuses. / Metastasis can be considered as the end product of a multistep bio-mechano-chemical process where cancer cells disseminate to anatomically distant organs and home and establish themselves in a new tissue microenvironment. Although metastasis is the leading cause of cancer-related death, the main cellular mechanisms enabling this process remain to be elucidated. Importantly, the scientific community lacks adapted imaging technologies to accurately dissect, at the highest resolution possible, tumor cell behavior in vivo. Therefore, the main goal of my PhD thesis was to develop an intravital and non-invasive imaging approach to track tumor progression in the living mouse. This approach was included in the development of an intravital Correlative Light and Electron Microscopy protocol allowing to track tumor cells at different scales in their natural environment. It was used to study single invasive tumor cells in the mouse ear and brain and to describe the details of cell protrusions and cell-matrix interactions during invasion and intravasation of cancer cells.

Le carcinome à cellules claires du rein (ccRCC) est une tumeur très hétérogène. Le taux de métastase est de l’ordre de 50% et les métastases des ccRCC sont peu fréquemment opérées. L’objectif de la thèse est d’une part d’analyser les facteurs prédictifs de métastases dans la tumeur primitive, et d’autre part de comparer le phénotype des tumeurs primitives et de leurs métastases dans le ccRCC par différentes approches histopathologiques et génomiques. Parmi les facteurs prédictifs de métastases, la nouvelle classification OMS/ISUP remplace l’ancienne classification de Fuhrman. L’intérêt pronostique de la nécrose tumorale est également mis en évidence. Une tumeur avec un grade donné associée à la présence de nécrose a un pronostic qui se rapproche d’une tumeur de grade plus élevé sans nécrose. Le pourcentage des cellules de grade 4 pourrait également contribuer à la stratification pronostique des patients. Une différence de survie avec un pronostic défavorable est observée pour les tumeurs dont le pourcentage des cellules de grade 4 est plus élevé (>50% vs. <10%). Au niveau moléculaire le statut du gène VHL, gène suppresseur de tumeur inactivé par un « double hit », est impliqué dans le pronostic des patients. Les ccRCC sans aucune altération de VHL sont des tumeurs plus agressives, qu’il convient d’isoler. Il existe une similarité morphologique et immunohistochimique entre les métastases et la composante de plus haut grade des tumeurs primitives correspondantes. Le profil chromosomique des métastases n’est pas totalement superposable à celui des tumeurs primitives. Il existe anomalies cytogénétiques récurrentes dans des métastases de ccRCC à des sites différents (+2p, +3q, +5, +8q, +12, +20). L’hétérogénéité tumorale retrouvée au niveau des tumeurs primitives est également retrouvée au niveau des métastases sous forme d’hétérogénéité inter- et intra-métastatique. L’analyse combinée des profils génomiques et transcriptomiques de 14 échantillons prélevés au sein d’un ccRCC primitif et de ses métastases ont permis d’identifier trois classes de clones tumoraux distincts, ne suivant aucune logique géographique. Enfin il semble exister un phénomène de multi-colonisation, qui implique non pas un, mais plusieurs clones tumoraux qui pourraient agir conjointement dans le processus métastatique. / Clear cell renal cell carcinoma (ccRCC) is a heterogeneous tumor. The metastatic rate is 50% and metastases are only rarely surgically excised. The objective of this thesis was to analyze the predictive factors of metastasis in the primary tumor on one hand; and to compare primary and metastatic phenotypes on the other hand. We combined different histopathological and genomic approaches. Considering prognostic factors, the new WHO/ISUP classification replaces the previous Fuhrman grade. The interest of tumor necrosis is also highlighted. A tumor of a certain grade with necrosis has a prognosis that is close to a tumor of higher grade without necrosis. The percentage of grade 4 cells could additionally help in stratifying patients. A significant difference in survival is observed between tumors with more than 50% grade 4 cells and tumors with less than 10%. At a molecular level, the VHL gene status (tumor suppressor gene inactivated by a double hit) could be implicated in the prognosis of patients. ccRCCs with no alteration of the gene are more aggressive tumors that need to be identified. There exists a morphological and immunohistochemical similarity between metastases and the high-grade component in corresponding primary tumors. Moreover, the chromosomal profile of metastases differs from those of the corresponding primary tumors. Recurrent cytogenetic events are observed in different metastatic sites (+2p, +3q, +5, +8q, +12, +20). The tumor heterogeneity phenomenon in primary tumors is also observed in metastases with inter- and intra- metastatic heterogeneity. The combined analysis of transcriptomic and genomic analyses of 14 specimens extracted from a single ccRCC and its metastases divided samples into three classes of sub-clones with no spatial link. We observe a multi-colonization process that implies not only one but several tumor clones that could cooperate in the metastatic process.

Ce travail porte sur la tétraspanine Co-029/Tspan8 et son rôle dans la progression tumorale dans le cancer du côlon. Les tétraspanines constituent une famille de glycoprotéines membranaires qui ont la propriété de s’associer directement à d’autres protéines membranaires pour former des complexes primaires. Ces complexes primaires s’assemblent ensuite pour former des complexes d’ordre secondaire réalisant ainsi une compartimentation membranaire, appelée « Tetraspanin Web » ou microdomaines enrichis en tétraspanines. De nombreuses études cliniques et expérimentales ont établi une corrélation entre le niveau d'expression de certaines tétraspanines et la progression tumorale, notamment la formation de métastases.L’objectif de ce travail était de faire avancer la compréhension du mécanisme par lequel la tétraspanine Co-029/Tspan8 peut moduler l’action d’autres molécules de surface comme des récepteurs de facteurs de croissance ou des molécules d’adhérence sur la migration cellulaire, nécessaire à l’invasion et au processus métastatique. Nous avons utilisé comme outils cellulaires, des lignées n’exprimant pas ou peu de Co-029/Tspan8 et les mêmes lignées transduites exprimant fortement cette tétraspanine. Nous avons identifié de nombreux partenaires de Co-029/Tspan8 par co-immunoprécipitation, pontage covalent et spectrométrie de masse (SM), en particulier EGFR, CD44 et ECE1.L’EGFR dans les cellules inhibe la migration cellulaire seulement quand Co-029/Tspan8 est exprimé, ce qui a été démontré par l’inhibition d’expression par ARN interférence ou l’utilisation des inhibiteurs de l’EGFR comme AG-1478 ou le Cetuximab. Cet effet est supprimé soit par la double inhibition d’EGFR et Co-029/Tspan8 ou par traitement simultané avec l’anticorps anti-Co029. Nous avons observé, d’une part une nette augmentation de l’association d’EGFR aux complexes à tétraspanines en présence de Co-029/Tspan8 et, d’autre part une augmentation de la phosphorylation d’EGFR (pEGFR) suggérant un mécanisme possible impliquant la signalisation de ce récepteur.Nous avons également observé que l’effet de CD44 sur la migration de cellules isolées est dépendante de Co-029/Tspan8. Comme de nombreux types de tumeurs, ainsi que leurs métastases expriment des niveaux élevés de variants de CD44 tels que le cancer gastro-intestinal ou le cancer du sein, nous avons étudié les isoformes de CD44 associées au Co-029/Tspan8. Nous avons retrouvé les peptides des exons variables v8-v10 de CD44 par immunoprécipitation de CD44 sur notre modèle cellulaire exprimant Co-029/Tspan8 après analyse en spectrométrie de masse. CD44 v8-v10 correspond à des produits des 3 derniers exons de la région variable de CD44. D’autre part, pour étudier si l'effet de CD44 pouvait être médié par une interaction avec EGFR, nous avons mesuré le niveau de pEGFR dans les cellules traitées par ARN interférence ciblant CD44. Nous avons observé qu’une réduction de l'expression de CD44 était accompagnée d’une réduction de 50% de pEGFR spécifiquement dans les cellules exprimant Co-029/Tspan8.Finalement, l’analyse des complexes à tétraspanines en spectrométrie de masse nous a permis de découvrir un nouveau partenaire de Co-029/Tspan8, l’enzyme de conversion de l’endothéline de type 1 (ECE1). Il s’agit d’une une enzyme membranaire de la famille des métallopeptidases à Zn qui génère la forme active de l’endothéline. Il est exprimé dans différents types de cancer et est associé à un phénotype invasif. Sa présence dans les complexes à tétraspanines dépend de Co-029/Tspan8 et cette association augmente son activité de clivage de la Big-endothéline, précurseur de l’endothéline. Nous avons étudié la relation fonctionnelle entre Co-029/Tspan8 et ECE1 dans des tissus digestifs normaux en comparant des souris sauvages et des souris dont nous avons inactivé le gène Co-029/Tspan8. / This work deals with the tetraspanin Co-029/Tspan8 and its role in tumor progression in colon cancer. Tetraspanins are a family of glycoproteins that have the property to associate directly with other membrane proteins to form primary complexes. These primary complexes then assemble into secondary order complexes realizing a membrane compartmentalization, called "Tetraspanin Web " or Tetraspanins Enriched Microdomains. Numerous clinical and experimental studies have established a correlation between the expression level of certain tetraspanins and tumor progression, including metastasis.The objective of this work was to advance the understanding of the mechanism by which the tetraspanin Co-029/Tspan8 can modulate the action of other surface molecules such as receptors for growth factors or adhesion molecules on cell migration, required for invasion and metastasis. We use as cellular tools, lines expressing little or no Co-029/Tspan8 and the same transduced cell lines strongly expressing this tetraspanin. We have identified several partners for Co-029/Tspan8 by co-immunoprecipitation, cross-linking and mass spectrometry (MS), particularly EGFR, CD44 and ECE1.EGFR expression in cells inhibits cell migration only when Co-029/Tspan8 is expressed, which was demonstrated by the inhibition of expression by RNA interference or the use of EGFR inhibitors such as AG-1478 or cetuximab. This effect is reversed either by dual inhibition of EGFR and Co-029/Tspan8 or by co-treatment with anti-Co029 antibody. We have observed, on the one hand a marked increase in the association of EGFR with tetraspanins complexes in the presence of Co-029/Tspan8 and, secondly an increase in the phosphorylation of EGFR (pEGFR) suggesting a mechanism linked to signaling of this receptor.We also observed that the CD44 effect on migration of isolated cells is dependent on Co-029/Tspan8. As many types of tumors and their metastases express high levels of CD44 variants such as gastrointestinal cancer or breast cancer, we studied CD44 isoforms associated with the tetraspanin Co-029/Tspan8. We found the peptides variable exons v8-v10 of CD44 by immunoprecipitation of CD44 in our cellular model expressing Co-029/Tspan8 after mass spectrometry analysis. CD44 v8-v10 corresponds to products of the last 3 exons of the variable region of CD44. On the other hand, to investigate whether the effect of CD44 could be mediated by interaction with EGFR, we measured the level of pEGFR in cells treated by RNA interference targeting CD44. We observed that a reduction in CD44 expression was accompanied by a 50% reduction of pEGFR specifically in cells expressing Co-029/Tspan8.Finally, the analysis of tetraspanin complexes by mass spectrometry allowed us to find a new partner of Co-029/Tspan8, the type 1 endothelin-1 converting enzyme (ECE1). It is a membrane enzyme of the family of Zn dependent metallopeptidases which generates the active form of endothelin. It is expressed in various types of cancer and is associated with an invasive phenotype. Its presence in the tetraspanin complexes depends on the presence of Co-029/Tspan8 and this association increases its cleavage activity of Big-endothelin, the endothelin precursor. We investigated the functional relationship between Co-029/Tspan8 and ECE1 in normal digestive tissues by comparing wild-type mice and mice in which we inactivated the Co-029/Tspan8 gene.

Une personne sur trois sera diagnostiquée d'un cancer au cours de sa vie. Malgré les progrès importants dans le développement de traitements anti-cancéreux, de nombreux défis restent à relever pour les scientifiques. Certains des cancers les plus fréquents (sein, prostate, poumon) produisent souvent des métastases osseuses lorsqu'ils atteignent un stade avancé. En plus d'être associées à un pronostic pauvre, ces métastases provoquent chez les patients des douleurs qui figurent parmi les plus difficiles à traiter. Notre étude visait à développer un modèle animal qui serait le plus représentatif possible de la réalité clinique et ce, afin d'évaluer le potentiel de nouveaux traitements anti-douleurs. Nous avons donc mis au point un modèle d'injection de cellules mammaires syngéniques dans le fémur du rat. La tumeur s’est développée sur une période de 3 semaines et sa progression a été suivie à l'aide d’une évaluation comportementale et de différentes techniques d’imagerie (pCT, IRM et TEP). Nous avons pu détecter l'apparition de douleur à l'aide de plusieurs tests comportementaux à partir du jour 14 après l'implantation des cellules tumorales. L'imagerie par résonance magnétique nous a cependant permis de détecter l'apparition d'une tumeur dans la moelle osseuse à partir du jour 8 et la tomodensitométrie a permis de suivre la progression de la dégradation osseuse à partir de ce stade précoce. L’utilisation de divers traceurs de l'activité métabolique tumorale et osseuse en TEP a également permis d'analyser les effets du développement de la tumeur sur l’environnement osseux. Le volume de la tumeur et l'état de dégradation de l'os extraits de la prise d'image ont été corrélés aux niveaux de douleur mesurés chez les animaux. La mise en place de ces outils ouvre la voie à une évaluation améliorée du potentiel de traitements analgésiques ou anticancéreux dans ce modèle. Nous avons donc amorcé une étude portant sur la neurotensine et ses récepteurs NTS1 et NTS2. Nous avons pu observer que l’injection intrathécale de plusieurs analogues de la neurotensine a un bon potentiel analgésique dans notre modèle. Ces analogues et d'autres qui seront testés dans l'avenir pourraient représenter une avenue intéressante pouvant servir de complément aux thérapies actuelles. [symboles non conformes]

La huntingtine (HTT) est une protéine d’échafaudage participant à des fonctions indispensables au bon fonctionnement cellulaire. Elle est codée par le gène HTT qui présente une répétition polymorphique de triplet CAG. Une répétition excédant 35 CAG dans la HTT est à l’origine de la maladie de Huntington, une maladie neurodégénérative héréditaire sévère. Ainsi, bien que d’expression ubiquitaire, la HTT est principalement étudiée dans le système nerveux. Par exemple, ses implications dans le tissu mammaire, en condition normale et pathologique, sont inconnues. Nous avons observé que la forme mutante de la HTT accélère le développement de cancer du sein et en accentue la sévérité et que la forme sauvage est impliquée dans le développement normal de la glande mammaire. Mon projet principal de thèse était de caractériser le rôle de la HTT, de sa phosphorylation à la sérine 421 (S421-P-HTT) ainsi que du polymorphisme des répétitions CAG dans les cancers du sein.En utilisant des modèles cellulaires et murins et par des études d’expression chez des patientes atteintes d’un cancer du sein, j’ai observé que l’expression de la HTT et de la S421-P-HTT corrèlent avec le stade de différenciation tumorale. Au niveau moléculaire, la HTT régule, par sa phosphorylation à la S421, l’expression et la localisation d’une des protéines des jonctions serrées, ZO1 et module ainsi l’adhésion intercellulaire. ZO1 colocalise avec la S421-P-HTT aux jonctions intercellulaires et forme un complexe avec la HTT. La perte d’expression de HTT est pro-Métastatique chez la souris et est moindre dans les cancers du sein métastatiques. De plus, les niveaux d’expression de HTT et de ZO1 sont diminués en parallèle dans les carcinomes humains de bas grades.J’ai également montré que le polymorphisme CAG présent dans la HTT sauvage joue un « double emploi » : tandis que de longues répétitions protègent de l’apparition de cancers, elles accentuent sa sévérité lorsque la maladie se développe. Dans le sous-Type HER2 spécifiquement, la longueur de la répétition CAG est un facteur pronostic indépendant du développement de métastases.Ainsi, ces travaux ont permis de mettre en évidence un rôle clé pour la HTT au cours de la progression tumorale mammaire, et devraient conduire à une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires impliqués dans le développement de métastases dans le cancer du sein. / Huntingtin (HTT) is a scaffold protein involved in numerous cellular mechanisms essentials for appropriate physiological functions. HTT is encoded by HTT gene which carries a polymorphic repetition of CAG triplet. When the CAG repetition exceeds 35, it leads to Huntington’s disease, a hereditary severe neurodegenerative disorder. While HTT expression is ubiquitous, it is mainly studied in nervous system. For example, HTT roles in breast physiology and cancer are unknown. We demonstrated that mutant HTT accelerates breast tumor and metastasis development and that wild-Type HTT is involved in normal mammary gland development. My main project was to characterize the roles of HTT and of its phosphorylation at S421 (S421-P-HTT) and that of the polymorphic CAG length in mammary carcinomas.First, leaning on cellular and murine models as well as on expression studies in breast cancer patients, I observed that HTT and S421-P-HTT expression correlates with tumoral differentiation stage. At the molecular level, HTT regulates through its phosphorylation at S421, the expression and localization of ZO1, a marker of intercellular junction and therefore modulates intercellular adhesion. ZO1 colocalizes with S421-P-HTT specifically at tight junctions and forms a complex with HTT. Loss of HTT is itself pro-Metastatic in mice and is decreased in metastatic human breast cancer. Moreover, HTT and ZO1 are concomitantly downregulated in low-Grade human carcinomas.On the other hand, the polymorphism of CAG repetitions in HTT has a dual-Purpose: while long repetitions protect against cancer development, it increases its severity once cancer is developed. In HER2 subtype specifically, HTT appears as an independent prognostic factor of metastasis development.Thus, these studies point out a key function of HTT outside the brain during mammary carcinoma progression and should lead to a better understanding of molecular mechanisms involved in metastasis development.

La protéine kinase dépendante de l’ADN (DNA-PK) est une sérine-thréonine kinase qui est un élément essentiel dans la voie de réparation de l’ADN endommagé par recombinaison non-homologue (non-homologous end-joining; NHEJ). DNA-PK est également impliquée dans de nombreux processus cellulaires autre que la réparation de l'ADN. Plusieurs travaux ont montré que les protéines impliquées dans la réparation des dommages de l'ADN tels que BRCA-1, MRN-11, PARP-1 et également de DNA-PK jouent un rôle important dans la métastase du cancer. Dans ce travail, nous nous sommes concentrées sur le rôle de DNA-PK dans les métastases du mélanome. Dans un premier temps, en utilisant les molécules Dbait 32Hc comme un moyen d'activer DNA-PK dans le noyau et le cytoplasme, nous avons identifié plusieurs nouvelles cibles cytoplasmiques de DNA-PK, dont la vimentine. Nous avons montré que DNA-PK phosphoryle la vimentine sur Ser459 et que cette forme phosphorylée est la plupart du temps située au niveau des protrusion cellulaires des cellules migratrices. Nous avons ensuite démontré que la vimentine-Ser459-P induite par le traitement de Dbait32Hc participe à l'inhibition de l'adhésion et la migration cellulaire. Ainsi, cette approche a conduit à l'identification de nouvelles cibles cytoplasmiques de DNA-PK et a révélé un lien entre la signalisation des dommages de l'ADN et le cytosquelette. Ensuite, nous avons montré que DNA-PK joue un rôle important dans la migration et invasion cellules en régulant la sécrétion des facteurs associés à la métastase. Nous avons montré que l'absence ou l’inhibition de DNA-PK conduit à une régulation négative des facteurs pro-métastatique sécrétés et à la régulation positive de facteurs anti-métastatiques sécrétés tels que les inhibiteurs des métalloprotéinases matricielles. Nous avons confirmé le rôle de DNA-PK in vivo dans l'implantation de la tumeur primaire et dans la formation des métastases. Ainsi, nos études ont évalué le rôle de DNA-PK sur le contrôle du microenvironnement de la tumeur par le contrôle de la sécrétion de facteurs importants pour la métastase. En résumé, nos résultats mettent en évidence l'importance de la DNA-PK comme cible de traitement anti-métastatique. / The DNA-dependent protein kinase (DNA-PK) is a serine/threonine protein kinase, which is a critical component of the DNA-damage repair pathways through non-homologous end-joining (NHEJ). Besides DNA repair, it is also involved in numerous cellular pathways. Emerging results show that proteins involved in DNA damage repair such as BRCA-1, MRN-11, PARP-1 and also DNA-PK could play a role in cancer metastasis. In the current study, we demonstrated the role of DNA-PK in melanoma metastasis. Firstly using Dbait 32Hc molecules as a tool for specifically activating DNA-PK in a nucleus and cytoplasm, we identified several new cytoplasmic targets of DNA-PK including vimentin. We established that DNA-PK phosphorylates vimentin on Ser459 and that this phosphorylation was mostly located at cell protrusions of melanoma migratory cells. Following this, we confirmed that vimentin-Ser459-P induced by Dbait 32Hc treatment participates to the inhibition of cell adhesion and migration. Thus, this approach led to the identification of downstream cytoplasmic targets of DNA-PK and revealed a connection between DNA damage signaling and the cytoskeleton. Secondly, we show that DNA-PK plays an important role in cell migration and melanoma cell invasion through the regulation of secretion of metastasis-associated factors. Absence or inhibition of DNA-PK leads to down-regulation of pro-metastatic secreted factors and up-regulation of anti-metastatic secreted factors such as inhibitors of matrix metalloproteinases. We confirmed in vivo, that DNA-PK is required for efficient primary tumor implantation and metastases formation. Thus, our studies demonstrate for the first time that DNA-PK acts on tumor microenvironment by controlling secretion of important factors for cell migration and invasion. In summary, our findings highlight the importance of DNA-PK as a target of anti-metastatic treatment.

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Le sarcome d’Ewing est une tumeur pédiatrique de l’os très agressive, généralement causée par une translocation chromosomique aboutissant à la protéine de fusion EWSR1-FLI1 qui dérégule l’expression d’un grand nombre de gènes participant à l’oncogenèse du sarcome d’Ewing. Au laboratoire, nous avons pu mettre en évidence une hétérogénéité intra-tumorale de l’expression d’EWSR1-FLI1 aboutissant à un nouveau modèle de la biologie du sarcome d’Ewing basé sur la coexistence de cellules EWSR1-FLI1high, participant à la prolifération de la tumeur primaire, et de cellules EWSR1-FLI1low, capables de dissémination métastatique. Au cours de ma thèse, je me suis intéressée en particulier aux mécanismes moléculaires sous-jacents aux capacités migratoires et invasives des cellules EWSR1-FLI1low. Nous avons ainsi pu mettre en évidence une diminution des jonctions serrées intercellulaires associée à une augmentation des interactions cellule-matrice chez les cellules EWSR1 FLI1low. Nous avons ensuite révélé le rôle clé des MMP dans l’invasion du sarcome d’Ewing, plus spécifiquement de la MMP2 et de la MT1-MMP qui sont toutes deux réprimées par EWSR1-FLI1 et sont apparues nécessaires à l’invasion des cellules EWSR1-FLI1low. L’un des défis majeurs actuels est de parvenir à visualiser cette sous-population très minoritaire et à suivre la plasticité de l’expression d’EWSR1-FLI1. Pour cela, l’identification de marqueurs des cellules EWSR1-FLI1low est cruciale. Ceci est également important pour déterminer si les chimiothérapies actuelles, qui ciblent plutôt les cellules prolifératives, n’entraînent pas une augmentation de la proportion de ces cellules au sein de la tumeur primaire. Enfin, nos essais infructueux d’utilisation de l’embryon de poulet comme nouveau modèle de la métastase du sarcome d’Ewing in vivo ont souligné la fragilité globale et les limitations de ce type de modèle, indiquant plutôt la nécessité d’améliorer les modèles murins existants. La mise au point de modèles in vivo apparaît en effet primordiale pour mieux disséquer les mécanismes moléculaires de la métastase et permettre le test de drogues susceptibles d’inhiber ce processus. / Ewing sarcoma is a very aggressive pediatric bone tumor generally caused by a chromosomal translocation that leads to the expression of the EWSR1-FLI1 fusion protein. This protein deregulates the expression of a number of genes involved in Ewing sarcoma oncogenesis. In the laboratory, we discovered an intra-tumor heterogeneity of EWSR1-FLI1 expression which lead us to propose a new model for Ewing sarcoma biology based on the coexistence of EWSR1-FLI1high cells, responsible for primary tumor growth, and EWSR1-FLI1low cells, with metastatic dissemination capacities. During my phD, I was especially interested in the molecular mechanisms underlying the migration and invasion capacities of EWSR1-FLI1low cells. We showed a decreased expression of intercellular junctions proteins associated with an increased expression of cell-matrix interaction proteins in EWSR1-FLI1low cells. We then revealed the key role of MMPs in Ewing sarcoma invasion, in particular of MMP2 and MT1-MMP, which are both repressed by EWSR1-FLI1 and were found necessary for invasion of EWSR1-FLI1low cells. One of the current major challenges is to visualize this very small sub-population and to track the plasticity of expression of EWSR1-FLI1. To this end, the identification of markers of EWSR1-FLI1low cell is crucial. This is also important in order to determine if current chemotherapies that primarily target highly proliferative cells do not increase the proportion of these EWSR1-FLI1low cells. Finally, our unsuccessful attempts to use the chick embryo as a new in vivo model of Ewing sarcoma metastasis indicate the need to improve the existing murine models. Indeed, the development of in vivo models appears essential for the dissection of the molecular mechanisms of Ewing sarcoma metastasis and the test of drugs susceptible to inhibit this process.

Les sarcomes sont des tumeurs rares (environ 1% des cancers) des tissus mous. Leur rareté et leur hétérogénéité clinique rend la prise en charge des patients très difficile. Ainsi, il est nécessaire d'identifier et de comprendre les mécanismes de l'oncogenèse de ces tumeurs.Pour cela, notre équipe a analysé 106 sarcomes par CGH-array et puces d'expression afin d'identifier des gènes d'intérêt pour expliquer la biologie de ces tumeurs. Grâce à des analyses intégratives bio-informatiques, deux gènes candidats ont été identifiés : les gènes RCBTB1 et DMD, dont la perte génomique dans respectivement 41% et 15% des cas et la diminution d'expression sont significativement associées à l'évolution métastatique. Nos résultats montrent que la délétion de RCBTB1 est pronostique de l'évolution métastatique. Il semblerait que cela soit dû à la sensibilisation des cellules à certaines chimiothérapies, plus particulièrement le docétaxel, lorsque RCBTB1 est surexprimé. En effet, nous avons pu montrer qu'une surexpression de ce gène augmentait le pourcentage de cellules en mitose or, le docétaxel agissant uniquement en mitose, ceci explique la sensibilisation des cellules au docétaxel. Enfin, nous avons vérifié les effets de la sensibilisation au docétaxel in vivo, en étudiant la croissance tumorale après traitement en fonction de l'expression de RCBTB1.Concernant DMD, nos résultats obtenus par RNA-seq montrent que seules deux isoformes sont exprimées dans les tumeurs d'origine myogénique : Dp427 et Dp71. Cependant, dans environ 20% des tumeurs, nous observons une délétion ciblant spécifiquement l'isoforme Dp427. Etant donné que la délétion de Dp427 n'a pas d'effet sur l'agressivité des cellules, j'ai testé l'hypothèse selon laquelle Dp71 aurait un rôle oncogénique. Ainsi, l'inhibition de Dp71 révèle qu'elle est nécessaire à la croissance cellulaire et à la formation de clones, car son inhibition entraîne un blocage du cycle cellulaire en phase G2/M / Sarcomas are rare malignant tumors that form a heterogeneous group with numerous histotypes and molecular subtypes. Among them, sarcomas with complex genomic profiles displaying no specific and recurrent genetic alterations represent 50% of all soft tissue sarcomas, and poorly respond to systemic treatment. It is therefore needed to improve our understanding of the mechanisms involved in response to chemotherapy and ultimately find new therapeutic targets.One hundred and six sarcoma samples were analyzed by CGH and cDNA arrays in order to establish both genomic and transcriptomic data from each sample. This analysis highlighted RCBTB1 and DMD genes which are lost and down-regulated in 41% and 15% of cases respectively. Their lost are significantly associated with metastatic evolution.Our results show that the deletion of RCBTB1 is prognostic of the metastatic evolution. It appears that this is due to the sensitization of the cells to specific chemotherapies, more particularly docetaxel, when RCBTB1 is overexpressed. Indeed, we have showed that overexpression of this gene increased the percentage of cells in mitosis. Docetaxel acting only in mitosis, this explains the sensitization of cells to docetaxel. Finally, we validated the effects of docetaxel sensitization in vivo by studying tumor growth after treatment.Concerning DMD, our results obtained by RNA-sequencing show that only two isoforms are expressed in sarcomas with complex genomics: Dp427 and Dp71. However, in 20% of tumors, we observed a deletion specifically targeting the Dp427 isoform. Since the deletion of Dp427 did not affect aggressiveness of cells, I tested the hypothesis that Dp71 would have an oncogenic role. Thus, inhibition of Dp71 reveals that it is necessary for cell growth and for the formation of clones, because its inhibition results in blocking of the G2 / M phase cell cycle