Les métastases osseuses sont des complications fréquentes du cancer du sein, responsables sur le plan clinique d'hypercalcémie, fractures osseuses et douleurs, pour lesquelles, il n'existe que des traitements palliatifs. Les cellules tumorales de carcinomes mammaires qui métastasent au site osseux expriment des gènes qui favorisent le tropisme osseux de ces cellules ainsi que leur ancrage et développement dans la moelle osseuse. Les mécanismes moléculaires sous-jacents à ces processus sont contrôlés par l'expression génique des cellules tumorales qui interagissent avec le microenvironnement et les cellules osseuses. Dans ce contexte, les microARNs en tant que régulateur endogène de l'expression génique, interfèrent avec les différentes étapes de la formation des métastases osseuses, incluant l'échappement des cellules tumorales de la tumeur primaire, la dissémination et l'invasion du site osseux, ainsi que l'apparition de lésions ostéolytiques. Les profils transcriptomiques des microARNs de cellules tumorales mammaires à caractère ostéotropique montrent que l'expression de la famille de microARNs-30s (miRs-30) est inhibée dans ces cellules. En clinique, la faible expression des miRs-30 est associée à un mauvais diagnostique de rechute et au statut hormono-résistant. Dans un modèle animal de métastases osseuses, l'expression forcée des miRs-30 dans des cellules tumorales qui métastasent fortement et spécifiquement à l'os, inhibe la formation des métastases osseuses. Nous montrons que les miRs-30 inhibent l'invasion et stimulent l'ostéoblastogenèse, in vitro et réduisent la charge tumorale et l'ostéoclastogenèse, in vivo. En accord avec ces résultats, l'expression de gènes qui stimulent les métastases osseuses est inhibée par les miRs-30. Parmi ces gènes, l'expression du CTGF (connective tissue growth factor) est augmentée dans les métastases osseuses humaines. Les étapes précoces des métastases osseuses sont étudiées par inoculation de cellules tumorales métastatiques murines dans la glande mammaire de souris. Dans ce modèle, les miRs-30 n'altèrent pas la croissance tumorale et la dissémination métastatique à l'os. Cependant, les miRs-30 inhibent l'invasion et le caractère de cellules souches tumorales de ces cellules métastatiques. Ces résultats suggèrent que les miRs-30, en régulant négativement les métastases osseuses, représentent une thérapie potentielle pour réprimer des gènes cibles qui stimulent les métastases osseuses / Bone metastasis is a common complication of advanced breast cancers and is clinically responsible of bone fractures, hypercalcemia and pain for which only palliative therapies are proposed. Breast tumor cells that preferentially invade bone express a set of deregulated genes that enhance bone tropism and facilitate bone marrow engraftment which may lead to the formation of overt osteolytic lesions. Molecular pathways underlining these steps are regulated through the tight control of genes expressed by cancer cells interacting with cells from the bone microenvironment. In this context, microRNAs act as regulators of gene expression and control multiple aspects of bone metastasis, including tumor cell escape from the primary site, dissemination, invasion of the bone marrow and secondary outgrowth. MicroRNA transcriptomic profiling of osteotropic breast cancer cell lines identified drastic down-regulation of the miR-30 family (miRs-30). In the clinic, low expression of miRs-30 in breast primary tumors is associated with poor distant metastasis-free survival and hormoneinsensitive status. In a model of human bone metastasis in vivo, the forced expression of miRs-30 in a breast cancer cell line that is highly and specifically metastatic to bone inhibited bone metastasis. We demonstrated that miRs-30 inhibit tumor cell invasiveness and stimulate osteoblastogenesis, in vitro, and reduces tumor burden and osteoclast activity, in vivo. Consistent with that, the expression of several genes that promote bone metastasis were inhibited by miRs- 30. Among these, expression of connective tissue growth factor (CTGF) was up-regulated in human bone metastasis. The early steps of bone metastasis were studied in a mouse model using spontaneously metastatic mouse breast cancer cell lines inoculated in the mammary gland. In this model, miRs-30 did not alter tumor growth or metastatic dissemination to bone. However, miRs-30 inhibited cell invasiveness and cancer stem cell-like phenotype of these metastatic cells. We conclude that miRs-30, by interfering negatively with bone metastasis, represent a potential therapy to repress gene targets that promote bone metastasis

La polarisation des cellules est essentielle à la division cellulaire asymétrique, la migration cellulaire, la fonction neuronale et le développement embryonnaire. Elle peut se faire par le mécanisme de localisation des ARNm dans des compartiments cellulaires spécifiques. Bien que le mécanisme de localisation des ARNm soit assez bien défini dans tous les types cellulaires, son implication dans le développement du cancer n'a pas été caractérisée. Une étude de séquençage direct de l'ARN, réalisée sur des cellules métastatiques (HCCLM3) du carcinome hépatocellulaire (CHC) a déterminé qu'au niveau de leurs protrusions, certains ARNm y sont enrichis, alors qu'aux protrusions des cellules CHC non-métastatiques SMMC7721, ces ARNm n’y sont pas enrichis. L'ARNm qui encode pour le facteur de transcription STAT3 figure parmi ceux identifiés comme étant enrichis. La technique du smiFISH a été utilisée pour valider l'enrichissement de l'ARNm STAT3 au niveau des protrusions des cellules CHC associées à un phénotype métastatique. Les résultats obtenus démontrent que l'essai de déplétion de sérum permet d'induire la migration des cellules SMMC7721, HCCLM3 et MHCC97H, qui forment des protrusions de type lamellipode. En parallèle, l'expression de l'α-actinine-GFP a permis de visualiser les régions protrusives et de les délimiter. Les expériences de smiFISH et les mesures d'expression relative par RT-qPCR ont révélé que les cellules métastatiques HCCLM3 et MHCC97H expriment peu d'ARNm STAT3, comparativement aux cellules non-métastatiques SMMC7721. De plus, les quantifications absolues de l'enrichissement démontrent que dans toutes les lignées CHC, les molécules d'ARNm STAT3 uniques localisent majoritairement au niveau des corps cellulaires, et très peu dans les protrusions. Le ratio du nombre de molécules d'ARNm STAT3 uniques localisées dans les protrusions sur le nombre de molécules uniques localisées dans les corps cellulaires est nettement plus petit pour les cellules HCCLM3 et MHCC97H que pour les cellules SMMC7721. La densité de l'ARNm STAT3 / unité de surface dans les protrusions des cellules HCCLM3 et MHCC97H est inférieure à celle des cellules SMMC7721. Ensemble, ces résultats confirment qu'il n'y a pas d'enrichissement de l'ARNm STAT3 aux protrusions des cellules CHC associées à un phénotype métastatique. / Subcellular mRNA localization regulates cell polarization. Asymmetric distribution of transcripts is important in cell division, cell migration, neuronal function and embryonic development. In all cell types, the mechanisms of mRNA localization are well defined, but their involvement in cancer development is still unknown. A recent study has identified protrusion-localized STAT3 mRNA in metastatic hepatocarcinoma cells (HCCLM3). In comparison, the STAT3 mRNA was not found to be enriched in the non-metastatic cells (SMMC7721) protrusions. The enrichment of the STAT3 mRNA at the protrusions of HCC cells associated with a metastatic phenotype was studied by smiFISH. Our results showed that the serum starvation assay induced lamellipodia-based migration in SMMC7721, HCCLM3 and MHCC97H cells. Also, expression of GFP-α-actinin allowed to mark the protrusive regions of migrating HCC cells. The smiFISH results and RT-qPCR quantification revealed that the metastatic cells (HCCLM3 and MHCC97H) express lower levels of STAT3 mRNA compared to the non-metastatic cells (SMMC7721). Absolute quantification of localization and enrichment revealed that STAT3 mRNA mainly localizes in the cell bodies of all HCC cell lines. The ratio of the number of single molecules of STAT3 mRNA localized in the protrusions on the number of single molecules localized in the cell bodies is smaller for the metastatic cells than the non-metastatic cells. In the metastatic cells protrusions, the density of STAT3 mRNA / unit of surface was found the be lower than the non-metastatic cells. Altogether, these results confirm that there is no enrichment of STAT3 mRNA at the protrusions of metastatic HCC cells.

La résection hépatique est le seul traitement curatif des tumeurs malignes du foie et l’insuffisance hépatique est la première cause de morbi-mortalité après hépatectomie. L’amélioration du traitement des tumeurs du foie inclut le dévelopement de statégies capables de prévenir ou de traiter cette complication. Sur une série prospective récente de 232 hépatectomies (avec 0,8 % de mortalité à 3 mois) pour métastases hépatiques de cancer colorectal (MHCCR), une insuffisance hépatique était présente dans 7 % des cas d’hépatectomies majeures et était le facteur de plus mauvais pronostic pour la survie à 2 ans. Notre objectif a été d’évaluer de nouvelles approches thérapeutiques pour leur capacité à corriger l’insuffisance hépatique post-opératoire après hépatectomie élargie pour MHCCR. Un moyen mécanique de modulation pneumatique de l’hémodynamique portale et un moyen pharmacologique d’utilisation d’un facteur de survie des hépatocytes, la protéine recombinante HIP/PAP, ont été testés respectivement chez le porc et le rat. Nous montrons qu‘après hépatectomie (PHX) de 70 % sur foie normal, l’injection systémique de protéine HIP/PAP en péri-opératoire stimulait la régénération hépatique et améliorait la fonction hépatique chez le rat. En présence de MHCCR en place depuis 7 jours, la protéine HIP/PAP n’aggravait pas la maladie métastatique, et semblait au contraire diminuer la croissance tumorale après hépatectomie. In vitro, HIP/PAP n’augmentait pas la croissance tumorale de lignées cellulaires transformées dérivées de cancer du colon. Chez le porc, une sténose portale pneumatique pendant et après PHX majeure laissant en place moins de 0,5% du poids corporel entraînait une diminution de la pression portale intra-hépatique sans modifier le débit comparé au groupe sans anneau. Cette modulation de la pression était associée à une diminution significative de la bilirubine sérique et des lésions histologiques du foie restant au 7ème jour après chirurgie. Au total, il serait possible grâce à la protéine HIP/PAP et à l’anneau portal de corriger l’insuffisance hépatique post-hépatectomie en protégeant les cellules du foie de la mort et du stress secondaires aux modifications hémodynamiques et biochimiques. La question de leur association pour diminuer l’incidence de l’insuffisance hépatique reste entière. / Liver resection is the only curative treatment of tumoral liver malignancies and post-operative liver insufficiency is the 1st cause of post-operative mortality. Tumor liver treatment improvements must be associated to innovatives methods to prevent and cure this complication. On a recent prospective study including 232 hepatectomies (with a 3-month post-operative mortality of 0.8 %) for colorectal liver metastases (CRLM), post-operative liver insufficiency was present after 7 % of major hepatectomies and was the worst 2-year survival prognostic factor. To prevent this complication, we have evaluated a perioperative systemic injection of a recombinant anti-oxydant protein (HIP/PAP) before a major hepatectomy for CRLM in rats. In vitro then in model of implanted CLRM since 7 days, we have showed that HIP/PAP did not increased tumoral growth. After 70 % hepatectomy, perioperative systemic HIP/PAP injection improved liver function. After 70 % hepatectomy, HIP/PAP seemed decrease tumoral growth of implanted CRLM. On pig, we have assessed the consequences of a portal vein stenosis with pneumatic ring during and after a major hepatectomy that conserved a liver volume < 0.5 % of body weight. With this method, we have showed that the portal stenosis decreased intra-hepatic portal pressure wihout modify the portal flow by comparison with pigs without ring. This device was associated with a significant diminution of bilirubin plasmatic concentration and liver remnant histological lesions at sacrifice on post-operative day 7. Overall, chemical and physical methods and moreover their combination should allowed to decrease post-operative liver insufficicency.

Le cancer du rein compte parmi les 10 types de cancers les plus fréquents chez l’Homme. Il n’existe aujourd’hui aucun marqueur biomoléculaire dans ce type de cancer, et dans le cas d’un cancer métastatique, l’arsenal thérapeutique aujourd’hui disponible manque d’efficacité. Les différents processus mis en jeu lors de la progression tumorale sont encore mal connus. La connaissance de ces processus pourrait permettre de mettre en évidence de nouvelles cibles thérapeutiques, ainsi que des marqueurs biomoléculaires pronostiques ou diagnostiques de la maladie. Dans un premier projet, et afin de mieux comprendre les mécanismes de la progression tumorale et d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles et de nouveaux marqueurs biomoléculaires dans le cancer du rein, un nouveau modèle innovant a été généré à partir d’une lignée tumorale de RCC murine. Ce modèle de réimplantations successives de cellules tumorales issues de tumeur primaire ou de métastases a permis de générer différentes lignées cellulaires montrant une agressivité accrue au cours des passages. En utilisant une stratégie de biologie des systèmes, ce modèle pourra permettre de mettre en évidence des cibles d’études prometteuses qui pourraient être de nouvelles cibles thérapeutiques ou de nouveaux marqueurs biomoléculaires dans le RCC. L’interleukine-34 est l’exemple d’une cible d’étude d’ores et déjà été sélectionnée, mettant en évidence la puissance du modèle généré. Dans un second projet, les rôles de certains membres de la matrice extracellulaire tumorale ont été évalués en utilisant cette même lignée de RCC murine (collagène de type I, fibronectine, matrigel). Cette étude a permis de mettre en évidence le potentiel pro-invasif et pro-métastatique du dépôt de collagène de type I dans les tumeurs. Des récepteurs activés par le collagène sont proposés comme potentiellement impliqués dans les effets induits par le collagène de type I dans le modèle. Ces deux projets permettent et permettront de mieux comprendre certains mécanismes de la progression tumorale, ainsi que de mettre en évidence des marqueurs biomoléculaires et de nouvelles cibles thérapeutiques. / Kidney cancer is one of the 10 commonest human cancers. To date, no biomolecular markers are available in this type of cancer, and in the case of metastatic cancer, the therapeutic arsenal is still inefficient. The different processes involved in cancer progression are still poorly understood. Understanding those processes could highlight new therapeutic targets, and new prognostic or diagnostic biomolecular markers of this disease. For a first project, a new innovative model has been generated from a murine RCC cell line as a tool to understand cancer progression mechanisms and to identify new therapeutic target and new biomolecular markers in kidney cancer. This model of sequential reimplantation of cancer cells isolated from primary tumours or metastases allowed us to generate different cell lines showing increased aggressiveness after passages. Using a systems biology strategy, this model will allow us to identify new potential therapeutic targets and new biomolecular markers in RCC. Interleukin-34 is an example of an already selected target, showing the power of the model generated. For a second project, the role of some members of extracellular matrix (collagen type I, fibronectin, matrigel).was studied using this same murine RCC cell line. This study demonstrated the potential pro-invasive and pro-metastatic roles of collagen type I deposition in tumors. Collagen-activated receptors are proposed as mediators of the effect induced by collagen type I in this model. Those two projects have and will continue to contribute to a better understanding of cancer progression mechanisms, and will bring out new biomolecular markers and new therapeutic targets.

L'objet de cette thèse est l'étude comparative de la réponse de cellules saines et malignes à la micro- et la nano-topographie de surface. L'interaction avec des stries de profondeur nanométrique est étudiée grâce à une méthode statistique. Nous démontrons que les cellules saines s'alignent plutôt sur des stries profondes, et que les cellules cancéreuses sont plus sensibles aux stries peu profondes. L'analyse des noyaux révèle qu’ils suivent l'alignement des corps cellulaires plus fidèlement dans le cas des cellules cancéreuses et que les noyaux de ces dernières sont plus sensibles aux stries de faible profondeur. Sur des micro-piliers nous démontrons que les cellules d’ostéosarcomes sont capables de se déformer et de faire adopter à leurs noyaux la forme de l'espace entre les piliers. Ceci ne se produit que durant la phase initiale d'adhésion pour les cellules saines. Les cellules immortalisées présentent un niveau intermédiaire de déformation. Quand l'espacement entre piliers est réduit, des différences de déformation sont révélées entre les lignées cancéreuses testées. La déformation est aussi liée au caractère cancéreux de kératinocytes et à l'expression de Cdx2 dans des lignées d'adénocarcinomes. Nous avons tenté d'expliquer ce mécanisme de déformation en l'attribuant au cytosquelette grâce à des analyses en microscopie confocale et avec des inhibiteurs du cytosquelette. L'imagerie de cellules vivantes a permis d'observer que les cellules sont très mobiles même quand elles sont déformées, que la mitose nécessite la perte de la déformation et que la déformation après mitose est plus rapide que la déformation pendant l'adhésion initiale des cellules. / This thesis deals with the differential response of healthy and cancerous cells to surface topography at the nanoscale and the microscale. Using a statistical method we developed we studied the interactions of cells with grooves of nanoscale depth. We demonstrate that healthy cells have a greater ability to align with deeper grooves, whereas cancerous cells are more sensitive to shallow grooves. Analysis reveals that the nucleus follows the alignment of the cell body more closely in cancerous cells, and that the nucleus of cancerous cells is more sensitive to shallow grooves.On microscale pillars we demonstrate for the first time that osteosarcoma cells deform to adopt the surface topography and that the deformation extends to the interior of the cell and in particular to the nucleus. We show that healthy cells only deform during the initial stages of adhesion and that immortalized cells show intermediate deformation between the healthy and cancerous cells. When the spacing between the pillars is reduced, differences in the deformation of different cancerous cell lines are detected. Deformation was also found to be related to the malignancy in keratinocytes, and related to the expression of Cdx2 in adenocarcinoma. The mechanism of deformation is tentatively attributed to the cytoskeleton and attempts to identify the main actors of deformation were performed using confocal microscopy and cytoskeleton inhibitors. Live cell imaging experiments reveal that the deformed cells are very mobile on the surfaces, loss of deformation is necessary for mitosis to occur and deformation after mitosis is more rapid than initial deformation upon adhesion to surfaces.

Les cancers du sein sont la première cause de mortalité chez les femmes occidentales. Ces tumeurs solides présentent une grande hétérogénéité associée à une résistance aux traitements et un taux de rechute important à long terme. Ainsi, les cliniciens doivent personnaliser la prise en charge des patientes, ce qui est rendu possible par une meilleure connaissance des causes moléculaires qui participent à l'apparition et à la progression des tumeurs mammaires. Pour ce projet, nous avons choisi d'étudier, dans ces cancers, les éventuelles valeurs pronostique et diagnostique de dicer, gène codant pour la ribonucléase clef du mécanisme d'interférence ARN. Il a été montré une implication de Dicer dans la mise en place de l'hétérochromatine de novo des régions péricentromériques. Encore peu étudiée chez l'homme, les données disponibles chez la levure nous ont permis d'envisager que Dicer pourrait être impliquée dans la régulation de la stabilité chromosomique. Nous avons donc testé les valeurs pronostique et diagnostique de dicer (en PCR quantitative et en Tissue Microarray) dans une centaine d'échantillons de tumeurs, dans des lignées cellulaires et dans des modèles de progression tumorale et métastatique. Parallèlement, nous avons étudié les conséquences d'une inhibition de l'expression de dicer sur le cycle cellulaire et sur la réponse à un stress réplicatif. Nos résultats ont montré que l'expression de dicer est un facteur pronostique indépendant de rechutes métastatiques et est associé avec l'expression des récepteurs hormonaux. Par ailleurs, des cellules n'exprimant pas dicer ont montré des dérégulations du cycle cellulaire et de la voie de réponse aux cassures de l'ADN. En conclusion, l'altération de l'expression de dicer pourrait jouer un rôle dans l'apparition de l'instabilité chromosomique des cancers du sein et son analyse pourrait permettre une meilleure prise en charge des patientes à risque pour une rechute métastatique.

Les métastases sont responsables de 90 % des décès causés par le cancer. Les métastases sont des foyers cancéreux secondaires qui se forment à distance de la tumeur d’origine. Des cellules cancéreuses quittent la tumeur primaire, rejoignent la circulation sanguine puis colonisent des organes voisins par migration à travers l’endothélium vasculaire. Ce phénomène d’adhésion à l’endothélium et de migration à travers l’endothélium appelé l’extravasation est une étape clé du processus métastatique. L’identification des molécules impliquées constitue une priorité dans le but d’élaborer de nouvelles drogues anticancéreuses. Nous avons précédemment montré que la molécule d’adhésion cellulaire InterCellular Adhesion Molecule-1 (ICAM-1) exprimée par les cellules endothéliales, est impliquée dans l’interaction des cellules de cancer de la vessie (BCs) avec l’endothélium. Cependant les ligands d’ICAM-1 n’ont pas été étudiés. Dans cette étude, nous utilisons des tests d'adhésion cellulaire et la microscopie à force atomique (AFM) afin d’identifier les ligands d’ICAM-1 et de mesurer les forces impliquées dans l’interaction ligand-ICAM-1. Nous avons identifié que les protéines MUC1 et CD43 exprimées par les BCs les plus invasives se lient à ICAM-1 en développant des forces d’intensité différente selon le couple considéré. Une analyse détaillée des événements de rupture suggère que CD43 est fortement lié au cytosquelette et que son interaction avec ICAM-1 correspond principalement à des sauts brusques. Au contraire, MUC1 semble être lié faiblement au cytosquelette et ses interactions avec ICAM-1 sont principalement associées à la formation de filaments membranaires ou « tethers ». Les forces mises en jeu lors de la migration des cellules cancéreuses à travers l'endothélium ont été étudiées par microscopie de forces de traction (TFM). Les résultats préliminaires montrent que les tractions exercées par les cellules cancéreuses lors de l’extravasation sont mesurables par TFM. / Cancer metastasis is associated with 90% cancer-associated deaths, when cancer cells escape from the primary tumor and form metastatic colonies in secondary sites. Extravasation is an important step in cancer metastasis, where cancer cells carried in blood, adhere and transmigrate through the endothelium. Therefore identifying the key molecules involved during the adhesion process could enable to develop new anticancer cancer drugs able to inhibit the adhesion of cancer cells to the endothelium. We have previously shown that InterCellular Adhesion Molecule-1 (ICAM-1) expressed by endothelial cells is involved in the interactions of bladder cancer cells (BCs) with the endothelium. However the ICAM-1 ligands have never been investigated. In this study, we combined adhesion assays and Atomic Force Microscopy (AFM) to identify the ligands involved and to quantify the forces relevant in such interactions. We report the expression of MUC1 and CD43 on BCs and demonstrate that these ligands interact with ICAM-1 to mediate cancer cell-endothelial cell adhesion in the case of the more invasive BCs. AFM experiments were performed to quantify the force ranges involved by MUC1 and CD43 during their interaction with ICAM-1. AFM measurements combined with a Gaussian Mixture Model showed distinct force ranges for the interaction of ICAM-1 with MUC1 and ICAM-1 with CD43. Furthermore, a detailed analysis of the rupture events suggests that CD43 is strongly connected to the cytoskeleton and that its interaction with ICAM-1 mainly corresponds to force ramps followed by sudden jumps. On the contrary, MUC1 seems to be weakly connected to the cytoskeleton as its interactions with ICAM-1 are mainly associated with the formation of tethers. The forces involved during the transmigration of cancer cells through the endothelium was investigated using Traction Force Microscopy (TFM). Preliminary results showed that tractions exerted by cancer cells during transmigration can be studied and quantified using TFM.

Cette thèse présente des travaux de modélisation mathématique de la croissance tumorale appliqués aux cas de métastases pulmonaires.La première partie de cette thèse décrit un premier modèle d’équations aux dérivées partielles permettant de simuler la croissance métastatique mais aussi la réponse de la tumeur à certains types de traitements. Une méthode de calibration du modèle à partir de données cliniques issues de l’imagerie médicale est développée et testée sur plusieurs cas cliniques.La deuxième partie de ces travaux introduit une simplification du modèle et de l’algorithme de calibration. Cette méthode, plus robuste, est testée sur un panel de 36 cas test et les résultats sont présentés dans le troisième chapitre. La quatrième et dernière partie développe un algorithme d’apprentissage automatisé permettant de tenir compte de données supplémentaires à celles utilisées par le modèle afin d’affiner l’étape de calibration. / This thesis deals with mathematical modeling and simulation of lung metastases growth.We first present a partial differential equations model to simulate the growth and possibly the response to some types of treatments of metastases to the lung. This model must be personalized to be used individually on clinical cases. Consequently, we developed a calibration technic based on medical images of the tumor. Several applications on clinical cases are presented.Then we introduce a simplification of the first model and the calibration algorithm. This new method, more robust, is tested on 36 clinical cases. The results are presented in the third chapter. To finish, a machine learning algorithm

La caractérisation d’échantillons biologiques s’effectue très souvent au microscope optique. Or, il est techniquement difficile d’isoler quelques cellules rares parmi une culture hétérogène en se basant strictement sur des caractéristiques observables au microscope, comme la localisation, la morphologie ou le déplacement, car il n’existe pas nécessairement de marqueur moléculaire unique qui leur sont associés. Afin de répondre à cet enjeux, le laboratoire dans lequel j’ai effectué mon stage de maîtrise a récemment développé la Single Cell Magneto Optical Capture (scMOCa), qui utilise des réactifs communs et un laser de faible puissance pour attacher des billes ferromagnétiques à la membrane plasmique cellulaire et permet d’isoler magnétiquement les cellules d’intérêt. Le présent ouvrage rapporte l’application de la scMOCa à la migration de cellules métastatiques ainsi que les adaptations apportées à la technique nécessaires à la réalisation du projet. Notamment, le volume de cellules uniques capturé a été augmenté d’un facteur d’environ 250 grâce à l’automatisation de la technique et à l’étude du photoblanchiement de la fluorescéine, phénomène à la base de la scMOCa. Brièvement, l’expérience consiste à capturer les cellules uniques présentant les phénotypes migratoires les plus importants, définis par l’analyse de leur trajectoire, parmi une culture hétérogène de cellules métastatique. Les résultats de l’expérience démontrent une conservation des phénotypes migratoires après plusieurs mitoses. Aussi, l’expression génétique relative fait ressortir des gènes et groupes de gènes propres à la migration cellulaire. / The characterization of biological samples depends heavily on the optical microscope. However, it is technically challenging to isolate rare cells among a heterogeneous culture solely based on visual inspection at the microscope. Indeed, characteristics like location, morphology or displacement do not necessairly have specific related molecular markers. In order to solve this issue, the laboratory where I accomplished my master internship developped the Single Cell Magneto Optical Capture (scMOCa) wich uses commun reagents and a low powered laser to attach ferromagnetic beads on the cell plasma membrane and isolate the cells of interest with magnetic tools. The present work reports the application of scMOCa to the metastatic cell migration and the implemented adaptations to the technique in order to carry out the project, especially by increasing the number of single cells being isolated by a factor of 250. This adaptation requiered the study of photobleaching, phenomenon at the foundation of scMOCa. Briefly, the experiment consists to capture the cells presenting the most important migratory phenotypes, defined by their track analysis, among a heterogeneous metastatic cell culture. The experimental results show that the migratory phenotypes are preserved after several cell divisions. Also, the relative gene expression highlights some genes and gene groups owned to cellular migration.

Le mélanome est caractérisé par un remodelage métabolique important, participant à la métastase et à la résistance aux traitements. Les coactivateurs 1 du récepteur activé par le proliférateur du peroxisome (PPARγ), ou PGC-1s, constituent une famille de coactivateurs qui potentialisent la transcription de gènes du métabolisme et de la biogenèse mitochondriale, participant ainsi à la reprogrammation métabolique des cellules cancéreuses. Les différents cancers de la peau expriment des niveaux variables de PGC-1s et les tumeurs qui expriment fortement les PGC-1s présentent un profil pro-inflammatoire et immunosuppresseur favorisant l’évasion immunitaire. Ceci suggère un rôle des PGC-1s dans la réponse à l’immunothérapie. Nous montrons d’abord que la déplétion en PGC-1β diminue la prolifération de lignées cellulaires de mélanome en plus d’induire l’expression de cytokines pro-inflammatoires et de transcrits immunosuppresseurs. À ce jour, les mécanismes permettant de réguler l’expression et l’activité des PGC-1s demeurent inconnus. Nous montrons que différents stress cellulaires affectant des procédés métaboliques, épigénétiques ou la traduction diminuent l’expression des PGC-1s et la viabilité de lignées cellulaires de mélanome. Nous montrons également un mécanisme de régulation de PGC-1β par une protéine de liaison à l’ARN soutenant le rôle de PGC-1β dans la réponse à différents stress et la survie des cellules de mélanome. Cette régulation serait importante pour l’immunosuppression du mélanome et dicterait la réponse à l’immunothérapie. En conclusion, ces travaux illustrent bien le rôle de PGC-1β dans la reprogrammation métabolique et la réponse au stress du mélanome, ces processus pouvant influencer l’inflammation et l’immunosuppression du microenvironnement afin d’assurer la progression tumorale. / Melanoma is characterized by a significant metabolic remodeling, which contributes to metastasis and treatment resistance. Peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPARγ) coactivators 1, or PGC-1s, are a family of coactivators that potentiate the transcription of genes involved metabolism and mitochondrial biogenesis, thus participating in the metabolic reprogramming of cancer cells. Different skin cancers express varying levels of PGC-1s and tumors that strongly express PGC-1s exhibit a proinflammatory and immunosuppressive profile that favors immune evasion. This suggests that PGC-1s play a role in melanoma response to immunotherapy. We first show that PGC-1β knockdown decreases the proliferation of melanoma cell lines. Moreover, it induces the expression of proinflammatory cytokines and immunosuppressive transcripts. To date, the mechanisms that regulate the expression and activity of PGC-1s remain unknown. We show that different cellular stresses affecting metabolic and epigenetic processes or translation decrease PGC-1s expression and the viability of melanoma cell lines. We also show a mechanism of regulation of PGC-1β by an RNA-binding protein enhencing the role of PGC-1β in the response to different stresses and the survival of melanoma cells. This regulation could contribute to melanoma immunosuppression and determine the tumor’s response to immunotherapy. In conclusion, this work illustrates well the role of PGC-1β in melanoma metabolic reprogramming and stress response, processes that regulate inflammation and create an immunosuppressive tumor microenvironment in order to ensure tumor progression.