Les tumeurs des cellules de la granulosa (GCTs) sont des tumeurs avec un potentiel malin ayant tendance à récidiver, provoquant ainsi la mort dans 80% des cas de stade avancé consécutif à une rechute. Bien que les GCTs représentent 5% des tumeurs ovariennes, peu d’études ont évalué les protocoles de traitement adjuvant pour la maladie avancée ou récurrente. Notre but était d’évaluer l’efficacité de la voie de signalisation du facteur de croissance de l’endothélium vasculaire A (VEGFA) comme cible pour le traitement de la GCT utilisant le modèle murin transgénique Ptentm1Hwu/tm1Hwu; Ctnnb1tm1Mmt/+; Amhr2tm3(cre)Bhr/+ (PCA) qui reproduit le stade avancé de la maladie humaine. Un anticorps anti-VEGFA a été administré une fois par semaine par voie intrapéritonéale (IP) à partir de 3 semaines d’âge. La thérapie anti-VEGFA a permis une réduction de la taille des tumeurs à 6 semaines d’âge (p<0.05) et une prolongation de la survie des animaux traités, lorsque comparé aux animaux contrôles. L’analyse des GCTs a montré une réduction significative de la prolifération cellulaire (p<0.05) et de la densité microvasculaire (p<0.01) mais aucune différence significative n’a été détectée dans l’apoptose cellulaire. p44/p42 MAPK, un effecteur de la signalisation pour le récepteur 2 de VEGFA (VEGFR2) associé à la prolifération cellulaire, était moins activé dans les tumeurs traitées (p<0.05). Par contre, l’activation d’AKT, un effecteur impliqué dans la survie cellulaire, était similaire d’un groupe à l’autre. Ces résultats suggèrent que l’anticorps anti-VEGFA réduit la prolifération cellulaire et la densité microvasculaire chez les souris PCA par inhibition de la voie de signalisation VEGFR2-MAPK, inhibant ainsi la croissance tumorale. En conclusion, l’efficacité de la thérapie anti- VEGFA mérite d’être évaluée en essais contrôlés randomisés pour le traitement des GCTs chez l’homme. / Ovarian granulosa cell tumors (GCTs) are potentially malignant tumors that have a tendency for late recurrence and cause death in 80% of women with advanced GCT due to recurrent disease. Although GCTs represent 5% of ovarian tumors in women, few studies have evaluated adjuvant treatment protocols for advanced or recurrent disease. Our goal was to determine the potential of targeting the vascular endothelial growth factor A (VEGFA) signaling pathway for the treatment of GCT. We used a genetically engineered mouse model, Ptentm1Hwu/tm1Hwu; Ctnnb1tm1Mmt/+; Amhr2tm3(cre)Bhr/+ (PCA), which imitates the advanced human disease. A monoclonal anti-VEGFA antibody was administered by intra-peritoneal injection once a week beginning at 3 weeks of age. Anti-VEGFA therapy significantly decreased tumor weights by 6 weeks of age (p<0.05) and increased survival in treated animals in comparison to controls. Significant decreases in tumor cell proliferation (p<0.05) and microvessel density (p<0.01), but no significant difference in apoptosis was found in PCA tumors. p44/p42 MAPK, a VEGFA receptor 2 (VEGFR2) signaling effector associated with cell proliferation, was significantly less activated in anti-VEGFA-treated tumors (p<0.05). In contrast, AKT activation, a VEGFR2 signaling effector associated with cell survival was similar among all groups. These results suggest that anti-VEGFA therapy effectively reduces cell proliferation and microvessel density in PCA mice by inhibition of the VEGFR2-MAPK pathway, resulting in inhibition of GCT growth. We conclude that anti-VEGFA therapy merits further investigation in the form of controlled randomized trials for the treatment of human GCT.

Les premières cellules progénitrices lympho-myéloïdes (LMPP) entrent dans le thymus et commencent leur processus de différenciation au stade double négatif (DN, CD4-CD8-). Après un réarrangement fonctionnel de la chaine bêta de leur récepteur des cellules T (RCT), les cellules reçoivent des signaux de différenciation, de prolifération, de survie et de sélection et passent au stade double positif (DP, CD4+CD8+). Ensuite, la chaine alpha du RCT est réarrangée et testée via les sélections positive et négative. Si le RCT reçoit un signal ni trop fort, ni trop faible, les cellules passent au stade simple positif où elles exprimeront soit la molécule CD4 ou CD8. ERK3, une MAPK non-conventionnelle, joue un rôle important dans le développement thymique. Des études précédentes ont démontré qu’une déficience en ERK3 diminue de 50 % la cellularité thymique et de 75% le nombre de cellules simples positives CD4 (CD4SP). Nous avons posé comme hypothèses qu’il y a une augmentation de l’apoptose chez les thymocytes DP de souris Erk3-/- et que cette déficience chez les thymocytes DP affecterait la sélection positive des cellules DP, réduisant ainsi le nombre de thymocytes CD4SP. Afin de vérifier la première hypothèse, nous avons regardé les niveaux d’apoptose grâce à la cytométrie en flux et par immunohistochimie. Dans les deux cas, nous étions incapables de détecter une différence du niveau d’apoptose chez les thymocytes DP entre les souris Erk3+/+ et Erk3-/-. Ensuite, nous nous sommes posés la question suivante : La demi-vie des thymocytes DP Erk3-/- était-elle plus courte que le type sauvage? La demi-vie des thymocytes DP a été mesurée à l’aide de l’étude des réarrangements secondaires de la chaine alpha du RCT par PCR semi-quantitatif et à l’aide de cultures de thymus fœtaux. En effet, ERK3 semble important pour prolonger la demi-vie des thymocytes DP. Ensuite, nous avons utilisé des marqueurs cellulaires différentiels (CD69, CD5 et RCT) pour regarder si les thymocytes DP sont capables de passer la sélection positive. En effet, il y a moins de thymocytes DP Erk3-/- qui sont CD69fort, CD5fort et RCTfort. Finalement, nous voulons savoir si les fonctions de ERK3 passent par MK5, son seul partenaire d’interaction connu à ce jour. Après la caractérisation du thymus de la souris Mk5-/-, nous observons que seulement la réduction du nombre de thymocytes CD4SP est identique à celle des thymocytes CD4SP de la souris Erk3-/-. En conclusion, ces résultats révèlent des fonctions importantes pour la molécule ERK3 lors du processus de sélection positive, le maintient de la demi-vie des thymocytes DP et lors de la régulation de développement thymique de manière MK5-dépendante et -indépendante. / Early thymic progenitor cells (ETP) enter the thymus and begin their differentiation process at the double negative (DN) stage, having no CD4 and CD8 expression. After a functional rearrangement of the beta chain of the T-cell receptor (TCR), the cells receive differentiation, proliferation, survival, and selection signals and pass to the double positive (DP) stage and acquire the expression of CD4 and CD8 molecules. Then, the TCR alpha chain is rearranged and the fully composed TCR is tested through positive and negative selection. If the TCR receives a signal that is just right (not too strong or too weak), the cells pass to the single-positive stage by acquiring either the CD4 or CD8 molecule. ERK3, an unconventional MAPK, plays an important role in thymic development. Previous studies have shown that a deficiency in ERK3 decreases by 50% the total thymic cellularity and by 75% the number of CD4 single- positive cells (CD4SP). We hypothesized that there is an increase in apoptosis in DP thymocytes of Erk3-/- mice for and that this deficiency would affect the positive selection of DP cells, resulting in a reduced number of CD4SP. To test the first hypothesis, we looked at apoptosis levels by flow cytometry and immunohistochemistry. In both cases, we were unable to detect a difference in the level of apoptosis in DP thymocytes from Erk3+/+ and Erk3-/- mice. We then made a second assumption, that the half-life of Erk3-/- DP thymocytes for was shorter, which was measured by secondary rearrangements of the RCT alpha chain by semi-quantitative PCR and cultures of fetal thymi. Indeed, ERK3 seems important to extend the half- life of DP thymocytes. Next, we used differential cell markers (CD69, CD5, and TCR) to see if the DP thymocytes are able to pass positive selection. Indeed, there are less DP thymocytes Erk3-/- that are CD69hi, CD5hi, and TCRhi. Finally, we wanted to know whether the functions of ERK3 passes through MK5, its only interacting partner known to date. After characterization of the thymus of Mk5-/- mice, we observe that only the reduction of CD4SP thymocytes is identical to that of CD4SP thymocytes of Erk3-/-mice. In conclusion, these results reveal important functions for the molecule ERK3 for maintaining the half-life of DP thymocytes, for the process of positive selection and for regulating T-cell development in a MK5-dependent and - independent manner.

Mammalian oocytes undergoing meiotic maturation are transcriptionally silent and gene expression is therefore regulated at the level of translation. One of the well established mechanisms employed in translational regulation of maternal mRNAs in oocytes is cytoplasmic polyadenylation. This process is generally controlled by phosphorylation and activation of cytoplasmic polyadenylation element binding protein (CPEB). The aim of this thesis is to determine the role of mitogen-activated protein kinase (MAPK) in regulation of CPEB-mediated cytoplasmic polyadenylation in maturing mouse and porcine oocytes. For this purpose, MAPK activity was inhibited using its specific inhibitor, GDC-0994 and the effect of MAPK inhibition on cyclin B1 mRNA polyadenylation was monitored. In mouse oocytes, MAPK inhibition impaired neither cyclin B1 mRNA polyadenylation nor its translation and MAPK is thus unlikely to be involved in regulation of cytoplasmic polyadenylation in this species. Based on the results of experiments performed using porcine oocytes, the possible role of MAPK in CPEB-mediated cytoplasmic polyadenylation can neither be confirmed nor ruled out. Keywords: cytoplasmic polyadenylation, mouse oocyte, porcine oocyte, mitogen-activated protein kinase (MAPK), cyclin B1, GDC-0994 inhibitor

Le cancer papillaire de la thyroïde (CPT) est la tumeur endocrine la plus fréquente. Des anomalies moléculaires activant la voie des MAPK (Mitogen-Activated Protein Kinases) sont identifiées, de façon mutuellement exclusive, dans environ 70% des cas. Il s’agit de réarrangements chromosomiques, le plus souvent de type RET/PTC (10%), de mutations ponctuelles activatrices des trois isoformes de l’oncogène RAS (H, N et K-RAS) (10%), ou de l’oncogène B-RAF (50%). La mutation « hot spot » B-RAFV600E est la plus fréquemment identifiée, elle est associée à une plus grande agressivité clinique (diagnostic à un stade tardif, risque de récidives et de décès accru). Ces évènements moléculaires ont pour conséquence commune l’activation de la voie des MAPK, se traduisant en aval par la phosphorylation de MEK (Mitogen-activated Extracellular signal-Regulated Kinase) puis de ERK (Extracellular signal-Regulated Kinase). Cette dernière est régulée négativement par des phosphatases, appartenant à la famille des Dual Specificity Phosphatases (DUSPs), d’expression ubiquitaire, et en particulier de deux phosphatases spécifiques de ERK, l’une cytoplasmique (DUSP6) et l’autre nucléaire (DUSP5). Nous avons fait l’hypothèse que ces phosphatases pouvaient être soit des gènes suppresseurs de tumeurs (leur perte d’expression conduisant à une augmentation de phosphorylation de ERK et une prolifération accrue), soit des marqueurs du degré d’activation de la voie MAPK dans le cadre d’une boucle de rétrocontrôle négatif. Ceci nous a conduits à analyser la régulation et l’expression de ces phosphatases dans trois modèles : la lignée cellulaire PCCL3 (thyroïde de rat), exprimant l’un des trois principaux oncogènes mutés dans les CPT (RET/PTC3 ou H-RASV12 ou B-RAFV600E) sous le contrôle d’un promoteur inductible par la doxycycline, des lignées cellulaires humaines dérivant de CPT et des CPT humains. (...) / Papillary thyroid cancer (PTC) is the most common endocrine malignancy. Mutually exclusive and activating alterations of the MAPK pathway (Mitogen-Activated Protein Kinases) are identified in 70% of cases. Common mutations found in PTCs are point mutation of the B-RAF (50%) and RAS genes (10%) as well as RET/PTC chromosomal rearrangements (10%). The hot spot B-RAFV600E mutation is the most frequently alteration identified and is connected with agressive clinical characteristics (high stage at diagnosis, high recurrence risk and death). These molecular events lead to constitutive activation of the MAPK pathway, resulting in MEK (Mitogen-activated Extracellular signal-Regulated Kinase) and ERK (Extracellular signal-Regulated Kinase) phosphorylation. ERK is negatively regulated by phosphatases and among them, Dual Specificity Phosphatases (DUSPs), ubiquitary expressed, in particular two ERK-specific phosphatases DUSP5 (nuclear) and DUSP6 (cytosolic). We hypothesized that these phosphatases could have tumor supressor properties (i.e. their loss would be associated with an increase in MAPK pathway activation) or may serve as a surrogate marker of MAPK pathway activation in the context of a negative feedback loop. We analysed regulation and expression of both phosphatases in 3 models: three PCCL3 cell lines (rat thyroid cells) expressing one of the most common oncogene identified in PTCs (RET/PTC3 or H-RASV12 or B-RAFV600E) under the control of a doxycycline-inducible promoter, human PTC-derived cell lines and human PTC. We demonstrated that MAPK pathway activation was correlated with induction of DUSP5 and DUSP6. These phosphatases are involved in a negative feedback loop that contributes to a tight regulation of phospho-ERK levels. DUSP5 and DUSP6 mRNA are overexpressed in human PTCs, especially in B-RAF mutated tumors suggesting a higher MAPK signaling output in these agressive PTCs. Silencing of DUSP5 and/or DUSP6 by small interfering RNA does not affect proliferation of human B-RAFV600E thyroid carcinoma-derived cell lines, suggesting the lack of tumor suppressor gene role. Compensatory changes in expression of DUSPs when a specific one is inactivated may explain this lack of effect. On the opposite, a DUSP6 pharmacological inhibitor induced a concentration dependent decrease in proliferation of human B-RAFV600E cells, suggesting « off-target » effect of this inhibitor. In a second part, we analysed the regulation of DUSP5 expression, which is a target of the MAPK pathway activation. We demonstrated, using pharmacological inhibitors, that DUSP5 is an early response gene, regulated mostly by the MAPK pathway, at the transcriptional level. Two contiguous CArG boxes that bind serum response factor (SRF) were found in a 1Kb promoter region, as well as several E twenty-six transcription factor family binding sites (EBS). These sites potentially bind Elk-1, a transcription factor activated by ERK1/2. Using wild type or mutated DUSP5 promoter reporters, we demonstrated that SRF plays a crucial role in serum induction of DUSP5 promoter activity, the proximal CArG box being important for SRF binding in vitro and in living cells. Moreover Elk-1 was bound in vitro to a promoter region containing the proximal CArG box and a putative EBS. Its specific binding to SRF was necessary to elicit promoter response to dominant positive Elk-VP16 and to enhance the response to serum stimulation. Altogether our results suggest that the MAPK pathway is more active in B-RAFV600E PTC than in PTC with other genetic alteration and could explain their clinical agressivity. DUSP5 and DUSP6, as well as phosphorylated MEK, are markers of activation of the MAPK pathway. Neither phosphatase has tumor suppressor properties in our thyroid cancer cell models. Our results suggest redundancy and functional compensation among DUSPs. (...)

L’évolution de la denture des vertébrés est un sujet majeur et des plus intéressants en biologie développementale évolutive (évo-dévo). Dans ce domaine, la souris Mus musculus est traditionnellement l’animal modèle utilisé. La denture de la souris inclus quatre incisives à croissance continue et douze molaires présentant une organisation caractéristique de leurs cuspides. Le réseau moléculaire régulant le développement de ces deux types de dents est très spécifique.La cascade ERK-MAPK est impliquée lors de différentes étapes du développement dentaire. Une étude comparée du phénotype des molaires de souris mutantes pour des gènes activés à différents points de la cascade a démontré l’existence d’un phénotype caractéristique, à savoir la présence d’une dent surnuméraire en position mésiale des rangées de molaires, ainsi que la présence d’anomalie dans le nombre et la forme de certaines cuspides. Parmi ces caractères présents chez les mutants, certains rappellent des caractères ancestraux présents uniquement chez des rongeurs fossiles. Ceci appuie le rôle que la cascade ERK-MAPK a pu jouer au cours de l’évolution de la denture chez les rongeurs. En travaillant sur une lignée transgénique sur-exprimant un inhibiteur de cette cascade, j’ai pu perfectionner notre connaissance du rôle des gènes de la famille Fgf dans les processus de mise en place des centres de signalisation dentaire et de minéralisation de l’émail.Si l’on considère les incisives à croissance continue, la denture de la souris est dynamique à l’échelle de la vie d’un individu. Réalisant un suivi des incisives supérieures d’une cohorte de souris au cours de leur vieillissement, j’ai pu préciser la chronologie d’apparition de défauts liés au vieillissement. Ces défauts apparaissent sur les incisives à partir de six mois, et le plus fréquent est le développement d’un sillon visible sur l’émail de l’incisive. J’ai enfin utilisé des techniques de séquençage de nouvelle génération (NGS) pour comprendre les bases moléculaires du vieillissement des niches de cellules souches des incisives. Ce faisant, j’ai détecté des changements dans les profils d’expression de gènes régulant le maintien des cellules souches, la prolifération cellulaire et le métabolisme. La présence d’un sillon apparaît corrélée à une forte réponse immunitaire détectée dans les tissus dentaires, ce qui constitue une perspective d’étude majeure dans le but d’achever la caractérisation du vieillissement des cellules souches dentaires. / The evolution of the vertebrate dentition is among the most exciting topics in the evo-devo field, with particular attention being drawn to the mouse model. The mouse dentition includes four ever-growing incisors and twelve molars with a specific cusp pattern. Incisors and molars develop according to a tightly regulated molecular network.The ERK-MAPK cascade is involved at various stages of tooth development. Molar tooth phenotype comparisons in mutant mice for genes acting at various levels of the cascade highlighted a dental phenotype signature, which consists in the presence of a supernumerary tooth and shared cusp pattern defects. Some of these recall characters present in fossil rodents, supporting the ERK-MAPK as a good candidate to explain some evolutionary trends of the rodent dentition. By working on a mouse line over-expressing one of this pathway inhibitor in the oral epithelium, I perfect our understanding of Fgf gene role in specifying signaling center formation at the right stage, and in achieving correct mineralization.When considering evergrowing incisors, mouse dentition is also dynamic at the lifetime scale. I monitored the ageing process of the mouse upper incisors, and provided a chronology of occurrence of the variety of age-related defects display. These defects are set up from the six months on, the most frequent abnormality being the presence of an enamel groove along the surface of the incisor. Using Next Generation Sequencing technologies, I detected transcriptomic changes in the stem cell niches affecting cell proliferation and metabolism, as well as the stem cell niche functioning. The correlation found between the groove occurrence and a large immune response in dental tissues expands our concern for dental stem cell ageing.

L’intoxication tabagique, source d’oxydants, est un facteur de risque important de développement de l’emphysème pulmonaire et du pneumothorax spontané primitif. Les macrophages alvéolaires contribuent pour une large part à l’inflammation pulmonaire au cours de ces pathologies en produisant des métalloprotéases et des espèces réactives de l’oxygène à l’origine du déséquilibre des balances protéase/anti-protéase et oxydant/antioxydant. L'hème oxygénase-1 (HO-1), exprimée principalement par les macrophages, est une enzyme clé des défenses anti-oxydantes pulmonaires. Nous avons initialement étudié l’expression et la localisation cellulaire de l’HO-1 et de ses régulateurs potentiels (Nrf2, Keap1, Bach1 et HIF-1a) dans les macrophages alvéolaires au cours de l’emphysème pulmonaire post-tabagique et du pneumothorax spontané primitif. Les voies de régulation de l’expression de ces protéines ont été analysées in vitro sur des macrophages dérivés de la lignée THP-1 exposés ou non au condensat de fumée de cigarette et à l’hypoxieréoxygénation visant à mimer une partie des effets de l’atélectasie-réexpansion observée lors de la prise en charge thérapeutique des pneumothorax récidivants. Les travaux présentés dans cette thèse nous ont permis de mettre en évidence une altération de l’expression de la voie Nrf2/Keap1-Bach1 associée à une diminution de l’expression des enzymes anti-oxydantes, dont l’HO-1, dans les macrophages alvéolaires au cours de l’emphysème pulmonaire sévère post-tabagique, malgré un stress oxydant important. In vitro, ces altérations pourraient être liées à une activation spécifique des MAPKinases ERK1/2 et JNK par le condensat de fumée de cigarette. Nous avons également montré que la stimulation du système de l’HO-1 était probablement orchestrée par la voie du facteur HIF-1a, et non par celle de Nrf2, dans les macrophages alvéolaires au cours du pneumothorax spontané primitif récidivant du sujet fumeur. Ces résultats pourraient contribuer à une meilleure connaissance de la physiopathologie de l’emphysème pulmonaire et permettre d’envisager de nouvelles approches thérapeutiques basées sur la préservation et/ou la restauration de l’équilibre Nrf2/Keap1-Bach1. Nos travaux suggèrent également que la physiopathologie du pneumothorax spontané primitif est différente chez les patients fumeurs et non fumeurs. Le pneumothorax du sujet fumeur est associé à un stress oxydant pulmonaire et à une induction de l’HO-1 probablement orchestrée par HIF-1a. Ces résultats, confirmés in vitro, mettent en évidence une interaction potentielle entre le stress oxydant et l’hypoxie-réoxygénation / Chronic cigarette smoking, a source of oxidants, is an important risk factor for lung emphysema and primary spontaneous pneumothorax development. Alveolar macrophages are mainly involved in lung inflammation observed in these pathologies through the production of metalloproteases and reactive oxygen species resulting to protease/anti-protease and oxidant/anti-oxidant imbalances. Heme oxygenase-1 (HO-1), mainly expressed in macrophages, is a key enzyme in pulmonary anti-oxidant defences. Therefore, the first aim of our studies was to investigate the expression and cellular localisation of HO-1 and its potential regulators (Nrf2, Keap1, Bach1 and HIF-1a) in alveolar macrophages from smoking related lung emphysema and primary spontaneous pneumothorax. Regulation pathways involved in expression of these proteins were assessed in vitro in macrophage cell line THP-1 exposed or not to cigarette smoke condensate and with or without hypoxia-reoxygenation mimicking parts of events induced by atelectasia-reexpansion during recurrent pneumothorax constitution and treatment. In these studies, we showed an altered expression of Nrf2/Keap1- Bach1 pathway associated with a reduced expression of anti-oxidants enzymes, like HO-1, in alveolar macrophages from smoking related lung emphysema patients, despite an important oxidative stress. These alterations might be related to cigarette smoke condensate activated ERK1/2 and JNK MAPKinases as observed in THP-1 cells. Furthermore, we showed that HO- 1 system induction was mediated by HIF-1a instead of Nrf2 pathway in alveolar macrophages from smoking related recurrent primary spontaneous pneumothorax. These findings may contribute to a better knowledge of the pathophysiology of lung emphysema and could provide new therapeutic approaches based on preservation and/or restoration of Nrf2/Keap1-Bach1 equilibrium. Our results also suggest that the pathophysiology of primary spontaneous pneumothorax could be different in smokers and non smokers. Spontaneous pneumothorax in smokers is associated with lung oxidative stress and the orchestrated induction of HO-1 probably via HIF-1a. These results provide a new link between oxidative stress and hypoxia/reoxygenation

Einen Aspekt dieser Arbeit stellt die Analyse der Stimulation von Ratten-Calvaria-Osteoblasten (RCA) mit den beiden Wachstumsfaktoren TGF-b1 und BMP-4 während der Proliferations- sowie Differenzierungs- und Mineralisierungsphase dar. Hierfür soll die Phosphorylierung und Aktivierung von Erk1 und Erk2, sowie von Smad1 und Smad2 mit Hilfe eines Kinase-Aktivitätsassays sowie der Westernblot-Analyse untersucht werden. Im Rahmen dieser Arbeit soll weiterhin untersucht werden, welche Bedeutung die Wachstumsfaktoren TGF-b1 und BMP-4 auf die Aktivität der alkalischen Phosphatase (ALP), einem wichtigen Differenzierungsmarker in Osteoblasten, ausüben. Enzymatische Aktivitätsbestimmungen und zytochemische Färbung aktiver ALP sollen darüber Aufschluss geben. Weiterhin soll der Gehalt an ALP-mRNA durch PCR bestimmt werden. Ein weiteres wichtiges Ziel dieser Arbeit ist die Analyse der Bedeutung von Erk1, Erk2, Smad1 und Smad2 auf die Aktivität der ALP. Dafür sollen Inhibitoren eingesetzt werden. Die enzymatische Aktivitätsbestimmung soll darüber aufklären. Außerdem soll mit Hilfe von kurzen, doppelsträngigen RNA-Molekülen (siRNA) ein knock down der Kinasen herbeigeführt werden und dessen Auswirkung auf die Aktivität der ALP enzymatisch bestimmt werden. Dafür muss zunächst die Wirksamkeit der siRNA auf RNA-Ebene mittels PCR und auf Proteinebene mittels Westernblot-Analysen überprüft werden. Zusätzlich soll die Bedeutung der Wachstumsfaktoren und der Kinasen Erk1 und Erk2 auf die Mineralisierung der RCA analysiert werden. Dafür wird die Menge des zellassoziierten Kalziums und Phosphats experimentell bestimmt, wodurch der Mineralisationsgrad der Zellen wiedergegeben werden kann.

Le cancer du sein triple négatif (CSTN) représente 10-15% des cancers du sein. Son pronostic est sombre en particulier face à la rareté des thérapies ciblées adaptées à ce sous type. Sa complexité de prise en charge est directement liée à sa grande hétérogénéité tant au niveau moléculaire que morphologique.Dans ce contexte, nous avons développés des modèles de Patient Derived Xenograft (PDX) issus de CSTN. Ce modèle, robuste, a la particularité de retenir les caractéristiques (histologiques, génotypiques mais aussi phénotypiques) des tumeurs observées chez les patients.Dans notre cohorte de 61 PDX de CSTN, nous avons confirmé l’hétérogénéité anatomopathologique et génomique de ce sous type. Les différentes anomalies moléculaires mises en évidence sont de faible fréquence (<10%) mais 88% de nos modèles ont une altération potentiellement ciblables et plus de la moitié ont au moins 2 altérations ciblables. Nous nous sommes particulièrement intéressés à 2 sous types de CSTN : (i) le sous -type LAR (Luminal Androgen Receptor) dont nous avons décrit les premiers modèles de PDX : ces modèles présentent des altérations fréquentes de la voie PI3K ainsi que des réponses majeures aux inhibiteurs de cette voie ; (ii) le sous type métaplasique, dont 4 de nos 9 modèles présentent une double altération genomique dans les voies PI3K et RTK-MAPK ainsi que des réponses complètes et durables à la combinaison d’inhibiteurs de PI3K et de MAPK.Dans les autres sous-types de CSTN, nous avons également mis en évidence des taux de réponse importants aux inhibiteurs de la voie PI3K et MAPK. Les biomarqueurs de réponse à ces différentes thérapies ciblées testées sont en cours d’étude en particulier par intégration des données génomique et protéique de nos modèles. / Triple negative breast cancer (TNBC) accounts for 10-15% of breast cancers. Its prognosis is worse, particularly due to the rarity of targeted therapies adapted to this subtype. Its complexity of management is directly related to its high heterogeneity, both at the morphological and genomical levels.In this context, we developed Patient Derived Xenograft (PDX) models from TNBC. This robust model has the specificity of retaining the characteristics (histological, genotypic but also phenotypic) of the tumors observed in patients.In our cohort of 61 PDXs of TNBC, we confirmed the anatomopathological and genomical heterogeneity of this subtype. Majority of targeted alterations are of low frequency (<10%) but 88% of our models harbour a potential targetable alteration and more than half have at least 2 targetable alterations. We were particularly interested in 2 subtypes of TNBC: (i) the LAR subtype for which we have described the first PDX models: these models present frequent alterations of the PI3K pathway as well as major responses to PI3K inhibitors; (ii) the metaplastic subtype, of which 4 of our 9 models show double alterations in the PI3K and RTK-MAPK pathways and complete and durable responses to the combination of PI3K-MAPK inhibitors.In the other CSTN subtypes, we have also demonstrated significant response rates to PI3K and MAPK inhibitors. Biomarkers of response to these various targeted therapies tested are being studied, in particular by integrating the genomic and protein data from a higher number of PDX models.

Der TGFβ-Signalweg ist ein multifunktionales System, das zelluläre Prozesse reguliert, die von Proliferation und Migration bis zu Differenzierung und Zelltod reichen. Nach Ligandenbindung und Rezeptoraktivierung translozieren SMAD-Proteine zum Zellkern und induzieren die Expression zahlreicher Zielgene. Während viele Komponenten des TGFβ-Signalweges identifiziert wurden, verstehen wir noch nicht genau, wie die Aktivierung des Signalwegs in verschiedene zelluläre Antworten übersetzt wird. Da die zelluläre Antwort auf einen gegebenen Stimulus oft sogar in genetisch identischen Zellen variiert, konzentrierte ich mich auf die Messung der Signalwegaktivität auf der Einzelzellebene. Durch die Kombination fluoreszierender Reporterzelllinien mit Zeitraffer-Lebendzellmikroskopie und automatisierter Bildanalyse beobachtete ich die zytoplasmatische und nukleäre Translokation von SMADs mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung in Hunderten einzelner Zellen. Unsere Experimente zeigten, dass die Signalwegaktivität in eine erste synchrone Phase der SMAD-Translokation, gefolgt von einer Adaption und einer zweiten Signalphase mit hoher Variabilität in Stärke und Dauer der nuklearen Akkumulation unterteilt werden kann. Darüber hinaus beobachtete ich, dass Zellen, die aufgrund ihrer dynamischen Eigenschaften in Subpopulationen gruppiert sind, unterschiedliche phänotypische Reaktionen zeigen. Ich war nun daran interessiert, die Netzwerkinteraktionen zu identifizieren, die diese Dynamiken formen und fokussierte mich auf den Crosstalk mit nicht-kanonischen Komponenten des TGFβ-Signalweges. Ich konnte zeigen, dass die Hemmung der MAP Kinasen p38 und ERK die zweite Signalphase spezifisch aufhebt. Diese dynamische Remodellierung führt zu Veränderungen in der Zielgenexpression und den Zellschicksalen. Dies wird zu einem tieferen Verständnis der molekularen Netzwerke führen, die die TGFβ-Signaltransduktion regulieren und Möglichkeiten eröffnen, es in erkrankten Zellen zu modulieren. / The TGFβ pathway is a multi-functional signaling system regulating cellular processes ranging from proliferation and migration to differentiation and cell death. Upon ligand binding and receptor activation, SMAD proteins translocate to the nucleus and induce expression of numerous target genes. While many components of the TGFβ pathway have been identified, we are still challenged to understand how pathway activation is translated into distinct cellular responses. As the cellular response to a given stimulus often varies even in genetically identical cells, I focused on measuring pathway activity on the single cell level. By combining fluorescent reporter cell lines with time-lapse live-cell microscopy and automated image analysis, I monitored the cytoplasmic to nuclear translocation of SMADs with high temporal and spatial resolution in hundreds of individual cells. Our experiments demonstrated that pathway activity can be divided into a first synchronous phase of SMAD translocation, followed by adaptation and a second signaling phase with high variability in the extent and duration of nuclear accumulation. Furthermore, I observed that cells clustered into subpopulations according to their dynamic features show different phenotypic responses. I was interested in identifying the network interactions that shape these dynamics and focus on crosstalk with non-canonical components of the TGFβ pathway. I could show that inhibition of the MAP kinases p38 and ERK specifically abrogates the second signaling phase. This dynamic remodeling led to changes in target gene expression and cell fate decisions. I explored the molecular mechanisms underlying this interaction of the canonical and non-canonical pathways. This will provide a deeper understanding of the molecular networks regulating TGFβ signaling and open opportunities to modulate it in diseased cells.

Das normale Kolonepithel weist eine strenge Zellhierarchie auf, die aus bekannten Zelltypen besteht. Bei Darmkrebs (CRC) ist die Struktur weniger konserviert und nicht gut verstanden. Krebsauslösende Mutationen können die Prävalenz von Zelltypen verändern, und Zellen können sich auch dedifferenzieren, um einer gezielten Krebstherapie zu entgehen. Mein Ziel ist es, die Existenz heterogener Zelltypen in Organoiden zu bestätigen und Signalnetzwerke in CRC zu untersuchen, indem ich mit pharmakologischen Eingriffen spezifische Signalwege inhibiere, die Zellhierarchien im normalen Darm kontrollieren. Strategisch ausgewählte Medikamente wurden eingesetzt, um Knotenpunkte in verschiedenen Signalwegen zu hemmen, die für das Fortschreiten von Darmkrebs relevant sind. Ich untersuchte, ob die Inhibition von Signalwegen die Zusammensetzung der Zelltypen und den Differenzierungszustand verändert oder welche Kombinationen von Inhibitoren Plastizität oder Apoptose auslösen könnten. Von Patienten stammende Organoide mit verschiedenen onkogenen Treibermutationen wurden kultiviert und 48 Stunden lang mit einer Reihe von Inhibitoren und Inhibitorkombinationen behandelt. Diese Organoide wurden hauptsächlich auf zwei Ebenen untersucht: durch scRNA seq zur Ermittlung ihres Transkriptoms und durch CyTOF, das die Proteinhäufigkeit pro Zelle misst, um die Aktivität von Signaltransduktionskaskaden zu beurteilen. Beide Methoden wurden eingesetzt, um die Heterogenität des CRC zu quantifizieren. Ich konnte feststellen, dass sich Organoide mit denselben Treibermutationen ähnlicher verhalten und dass die molekularen Grundlagen der verschiedenen Linien Unterschiede im Therapieerfolg bedingen. Heterogene Transkriptome und Proteinexpression wurden durch einen Differenzierungsgradienten beeinflusst und konnten durch die Zugabe von Inhibitoren verändert werden. Die MAPK-Aktivität folgt diesem Differenzierungsgradienten und eine MAPK-Inhibition verringerte die Zellheterogenität und führte zu Plastizität. Darüber hinaus stellte ich fest, dass ein Teil der Zellen in Apoptose geht und die verbleibenden Zellen einen nicht-proliferativen Stammzellzustand annehmen, der es den Zellen ermöglicht, sich nach Aussetzung der Behandlung zu erholen. Es wurden in silico und in vitro Analysen durchgeführt, um neuartige Inhibitorkombinationen zur Maximierung der Apoptose in CRC-Organoiden zu finden, um die Entstehung therapieresistenter Subpopulationen weiter zu reduzieren. Wirksame Behandlungskombinationen bleiben jedoch zelllinienabhängig. Durch die getrennte Analyse des Zelldifferenzierungszustands und des Zellsignalisierungszustands habe ich dazu beigetragen zu verstehen, wie Tumorzellen einer gezielten Therapie durch nicht-genetische Resistenzmechanismen entgehen können. Die MAPK-Inhibition zur Verringerung der Zellheterogenität in Kombination mit anderen Inhibitoren könnte in Zukunft zur Optimierung des Therapieerfolgs eingesetzt werden. / Normal colon epithelium has a strict cell hierarchy consisting of well-known cell types. In colorectal cancer (CRC) the structure is less conserved and poorly understood. Cancer driver mutations may modulate the prevalence of cell types, and cells may also dedifferentiate to overcome targeted cancer therapy. My aim is to confirm the existence of heterogeneous cell types in organoids and investigate signaling networks in CRC by targeting specific signaling pathways with pharmacological intervention, which control cell hierarchies in the normal intestine. Strategically selected drugs were used to inhibit nodes in different signaling pathways relevant to the progression of CRC. I explored whether signaling inhibition changes cell type composition and differentiation state, or which inhibitor combinations might induce plasticity or apoptosis. Patient-derived organoids with different oncogenic diver mutations were cultured and treated with a panel of inhibitors and inhibitor combinations for 48 hours. These organoids were mainly examined on two levels: by scRNA seq to assess their transcriptome and by CyTOF, which measures protein abundance to assess the activity of pathways. Both methods were used to quantify CRC heterogeneity. I was able to see that organoids with the same driver mutations behave more similarly and that the molecular underpinnings of the different lines drive differences in therapy response. Heterogeneous transcriptomes and protein expression were affected by a differentiation gradient and could be altered by inhibitor addition. MAPK activity was graded along this differentiation gradient, and MAPK inhibition reduced cell heterogeneity and induced plasticity. Additionally, I found that a fraction of cells undergo apoptosis, and the remaining cells adopt a non-proliferative stem cell state, which allows cells to recover after suspension of treatment. \textit{In silico} and \textit{in vitro} analyses were performed to find novel inhibitor combinations to maximize apoptosis in CRC organoids to further reduce the emergence of therapy-resistant subpopulations. However, effective treatment combinations remain cell-line dependent. By separately analyzing cell differentiation state and cell signaling state I contributed to our understanding of how tumor cells can evade targeted therapy by non-genetic resistance mechanisms. Using MAPK inhibition to reduce cell heterogeneity in combination with other inhibitors may be used in the future to optimize therapy success.