L’objectif principal de cette thèse a été le développement, la caractérisation et l’évaluation in vitro et in vivo de différents nanovecteurs plus spécifiquement les nanoparticules spécifiques pour le traitement de la mélanome et β-lapachone-lipossomale incorporée dans des hydrogels de biopolymère pour la cicatrisation de blessures topiques. La première étape de cette thèse a consisté en la révision de la littérature liées aux résentes avancées sur les nanoparticules pour le ciblage d’agents thérapeutiques pour des cellules circulantes et des mésenchymateuses de mélanomes. De plus, cette révision a approfondi la connaissance sur les principaux biomarcateurs qui étaient déjà identifiés dans ces cellules et quelles caractéristiques des nanovecteurs peuvent influencer leur performance in vivo. Dans la phase expérimentale, les nanoparticules ont été développées en utilisant la méthode de nanoprécipitation de polymères dérivés du poli(γ-benzyl-L-glutamate). Ensuite, des immuno-nanoparticules combinées avec l’anticorps MART-1 spécifique pour les cellules de mélanome, ont été obtenues par le lien streptavidine-biotine. La combinaison de l’anticorps sur la superficie des nanoparticules a été évaluée par western blot. Les nanoparticules ont été caractérisées et évaluées in vitro dans des cellules de mélanome B 16-GFP et des cellules endothéliales de la veine ombilicale humaine (HUVECs), l’activation de complément a été recherchée par la technique d’immunoélectrophorèse bidimensionnelle. Les nanoparticules ont présenté des tailles comprises entre 20 et 100 nm et une charge négative (-3 à -30 mV). La combinaison de l’anticorps sur la superficie des nanoparticules a été observée par la technique western blot et confirmée par les altérations de la taille et de la charge de superficie des particules. Les nanoparticules développées n’ont pas été capables d’activer le systhème complémentaire étant considérées de longue circulation sanguine. Pour l’analyse in vitro, les nanoparticules n’ont pas présenté de cytotoxixité lorsqu’elles ont été testées dans des cellules de mélanome ou dans des cellules normales endothéliales. Lors des tests de capture cellulaire, les immuno-nanoparicules, qui contenaient l’anticorps spécifique pour la reconnaissance de l’antigène surexprimé dans des cellules de mélanome, ont présenté une augmentation de 40 à 50% lors de la capture pour ces cellules, cela indiquant une plus grande spécificité de ce nanovecteurs. La deuxième partie de cette thèse a été le développement, la caractérisation et l’évaluation de l’activité cicatrisante in vivo de β-lapacho encapsulé dans des liposomes multilamellaires incorporés dans de l’hydrogel de biopolymère produit par la bactérie Zoogloea sp. (β-lap-Lipo/ZBP/HEC). β-lap-Lipo/ZBP/HEC a présenté un pH et un comportement rhéologique approprié pour l’application topique, ainsi qu’un profil de libération plus lent de la β-lapachone à partir de l’hydrogel. Les analyses hystopotologiques de l’activité cicatrisante in vivo ont montré que le véhicule hydrogel de biopolymère a été capable de stimuler les réparations du tissu, augmenter la cellularité locale, les fibroblastes, les cellules inflamatoires, les vaisseaux sanguins et les fibrilles de collagène pendant la phase proliférative de la cicatrisation. De plus, β-lap-Lipo/ZBP/HEC a favorisé une augmentation de l’angiogenèse locale et une dimminution de l’inflamation de la blessure. Ces résultats ont montré le potentiel de l’application topique de β-lap-Lipo/ZBP/HEC pour la thérapie des lésions. Pour conclure, cette thèse a contribué au développement de nanovecteurs promisseurs ayant différentes applications biologiques et formes d’administration, comme le traitement systémétique de la mélanome et l’action topique lors de la cicatrisation des blessures / This thesis had as general objective the development, characterization and evaluation in vitro or in vivo of different nanocarriers, specifically site-specific nanoparticles for the treatment of melanoma and liposomal-hydrogel containing β-lapachone for topical wound healing. The first part of this thesis consisted in a literature review about the recent advances in nanoparticles for the targeting of therapeutic agents to circulating and mesenchymal melanoma cells. In addition, this review deepened the knowledge about the main biomarkers identified in these cells and which characteristics of nanocarriers may influence on their in vivo performance. In the experimental phase, nanoparticles were developed through the nanoprecipitation method of polymers derived from poly (γ-benzyl-L-glutamate). Next, immunonanoparticles conjugated with MART-1 antibody specific for melanoma cells were obtained through the streptavidin-biotin binding. The conjugation of this antibody on the nanoparticles surface was evaluated by western blot. The nanoparticles were characterized and evaluated in vitro in B16-GFP melanoma cells and human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) and the complement activation was investigated by bidimensional immunoelectrophoresis. The nanoparticles presented sizes between 20 and 100 nm and negative surface charge (-3 to -30 mV). The conjugation of antibody on the nanoparticle surfaces was detected by the western blot technique and confirmed by the changes in particle size and surface charge. The developed nanoparticles were not able to activate the complement system being considered long blood circulation. Regarding the in vitro analysis, the particles did not show cytotoxicity when tested in melanoma cells or normal endothelial cells. In the cell capture assays, the immunonanoparticles, containing a specific antibody for the recognition of the overexpressed antigen in melanoma cells, showed an increase of 40 to 50% in the uptake for these cells, indicating a specificity of this nanocarrier. The second part of this thesis consisted of the development, characterization and evaluation of the in vivo wound healing activity of β-lapachone encapsulated in multilamellar liposomes and incorporated in a biopolymer hydrogel produced by Zoogloea sp (β-lap-Lipo/ZBP/HEC). β-lap-Lipo/ZBP/HEC presented pH and rheological behavior suitable for topical application, as well as a slower release profile of β-lapachone through the hydrogel. Histopathological analyzes of the healing activity in vivo, showed that the biopolymer hydrogel vehicle was able to stimulate tissue repair, with the increase of local cellularity, fibroblasts, inflammatory cells, blood vessels and collagen fibers, during the proliferative phase of wound healing. In addition, β-lap-Lipo/ZBP/HEC promoted an increase in local angiogenesis and a decrease of inflammation at the wound site. These results demonstrate a promising topical application of β-lap-Lipo/ZBP/HEC for wound therapy. In conclusion, this thesis contributed for the development of promising nanocarriers with different biological applications and administration routes, such as systemic treatment of melanoma and topical action in wound healing.

Le mélanome uvéal (MU) est une tumeur rare, affectant 500 à 600 nouveaux cas par an en France, mais il s’agit de la tumeur intraoculaire la plus fréquente chez l’adulte. Cette tumeur est due à la transformation des mélanocytes dérivés de la crête neurale et localisés dans l’uvée (choroïde, corps ciliaire et iris). C’est une tumeur très agressive puisque, malgré le traitement de la tumeur primaire, jusqu’à 50% des patients développeront des métastases hépatiques. En effet, malgré les nombreux efforts fournis pour le développement de nouvelles thérapies, celles-ci se sont révélées jusqu’à présent peu efficaces. Ainsi, une meilleure compréhension du processus métastatique et l’identification des gènes impliqués dans celui-ci sont des enjeux importants pour permettre le développement de nouvelles thérapies. Une analyse transcriptomique réalisé dans le laboratoire a permis d’identifier la phosphatase PRL-3 dont la surexpression est en corrélation avec le développement métastatique et le mauvais pronostic de survie des patients. Des études fonctionnelles ont montré que les cellules de MU exprimant PRL-3 avaient une capacité de migration et d’invasion accrue par rapport aux cellules exprimant une forme mutante catalytiquement inactive de la phosphatase. L’implication de PRL-3 dans le développement tumoral et le processus métastatique a été très largement décrite dans de nombreux cancers et son mécanisme d’action et ses cibles sont en cours d’investigation. De façon intéressante, certaines cibles de PRL-3 sont des protéines liées au cytosquelette. Dans le but d’identifier de nouvelles cibles de PRL-3 dans le MU, nous avons réalisé une analyse phosphoprotéomique qui nous a permis de mettre en évidence la protéine CRMP2. CRMP2 est une protéine liée au cytosquelette dont le rôle a majoritairement été décrit dans le système nerveux. CRMP2 joue un rôle dans le guidage axonal, l’extensition des neurites, la dynamique des microtubules et le trafic vésiculaire. Au cours de ma thèse, j’ai pu confirmer que dans les cellules de MU, PRL-3 modifie l’état de phosphorylation de CRMP2 en particulier sur les résidus T514 et S522. De plus, CRMP2 et PRL-3 interagisse et cette interaction aboutit à une diminution de la phosphorylation de CRMP2 sur le T514, ce qui suggère que CRMP2 est une cible directe de PRL-3. Des études fonctionnelles ont montré que l’extinction de CRMP2 par ARN interférent augmente la vitesse de migration et l’invasion des cellules de MU qui expriment PRL-3. CRMP2 est donc un frein à la migration et l’invasion des cellules de MU. La migration et l’invasion accrue dans ces cellules sont corrélées à un réarrangement du réseau d’actine avec une diminution des fibres de stress. L’étude des propriétés micro-rhéologiques des cellules de MU montre également que l’expression de PRL-3 et/ou l’extinction de CRMP2 augmente la viscosité, l’élasticité et la dureté du cytoplasme. L’extinction de CRMP2 ne modifie pas ces propriétés dans les cellules exprimant déjà PRL-3 ce qui montre que l’effet de l’extinction de CRMP2 est équivalent à celui de déphosphorylation. Enfin, dans les tumeurs l’expression de CRMP2 est associée à un bon pronostic de survie. Au cours de ma thèse, j’ai également participé à la création d’une carte du réseau d’interaction des molécules et des voies de signalisation impliquant PRL-3 dans le développement du cancer dans le cadre du projet NaviCell. Cette carte a été intégrée à la base de donnée ACSN. / Uveal melanoma (UM) is a rare tumor (500 to 600 new cases by year in France) but this is the most common intraocular cancer in adult. This tumor is due to melanocytes transformation derived from neural crest and localized in uvea (choroid, ciliary body and iris). Despite the primary tumor treatment, up to 50% of patients will develop metastases mostly localized in liver within the years following diagnosis. The median survival rate of metastasis formation is only six months. Indeed, there are currently no effective treatments against metastasis. Therefore, a better comprehension of UM metastatic process and identification of the genes involved are major issues for the development of new therapies. A transcriptomic analysis done in our laboratory allows to identify the phosphatase PRL-3 whose overexpression is correlated with metastatic development and patients poor prognosis. Besides being a bad prognosis marker, functional studies showed that UM cells expressing PRL-3 migrate faster and are more invasive than cells expressing the catalytic dead mutant of the phosphatase. The role of PRL-3 in tumorigenesis and metastatic development is well described, and numerous studies investigate his mechanism of action and his intracellular substrates. Interestingly, some of the identified PRL-3’s targets are cytoskeletal proteins. In order to identify new PRL-3’s targets in UM, we realized a phosphoproteomic analysis that allows us to identify CRMP2. CRMP2 is a cytoskeletal protein that has been mostly described in the nervous system. CRMP2 plays a role in axonal guidance, neuritis extension, microtubules dynamics and vesicular trafficking. During my PhD, I confirmed that in UM cells, PRL-3 expression modify the phosphorylation state of CRMP2 in particular on T514 and S522 residues. Moreover, CRMP2 and PRL-3 interact together and CRMP2 is less phosphorylated on the T514 following the interaction, which suggests that CRMP2 is a target of PRL-3. Furthermore, we showed that CRMP2 KO by shRNA increases UM cells velocity and invasion in cells expressing PRL-3. So CRMP2 is a brake to the migration and invasion process in UM cells. These observations are correlated with a reorganization of actin cytoskeleton with a reduction of stress fibers. The study of the microrheological properties of UM cells showed that PRL-3 expression and/or CRMP2 KO increases the viscosity, elasticity and stiffness of the cytoplasm. CRMP2 KO changes these properties only when PRL-3 is not functional which suggests that concerning the micro-rheology, CRMP2 KO is equivalent the its dephosphorylation by PRL-3. Finally, in UM tumors, CRMP2 expression are correlated with good survival prognosis. My PhD also gave me the opportunity to participate to the creation of a map about interactions and signaling pathways involving PRL-3 in cancers as part of the NaviCell project. This map was integrated in ASCN database.

Depuis 2011, l'arrivée séquentielle de 8 molécules a grandement amélioré la prise en charge des patients atteint de mélanome métastatique (MM). Les 8 stratégies thérapeutiques ont montré leur efficacité au travers d’essais clinique de phase III, mais, la démonstration du gain de survie des traitements du MM comporte quelques limites inhérentes au contexte des essais cliniques. Les patients inclus au sein des essais sont sélectionnés et ne sont pas représentatifs des patients de la vie réelle. Compte-tenu de l’arsenal thérapeutique dont disposent les médecins, les patients sont désormais traités par plusieurs lignes de traitement, ce qui n’était pas le cas au moment de ces essais. Par ailleurs, compte-tenu du bénéfice clinique important apporté par ces médicaments, ils ont obtenu des prix élevés, jusqu’à 1 000 fois supérieurs aux anciennes chimiothérapies, posant la question de l’impact budgétaire et de l’efficience de ces traitements. Enfin, l’impact et l’évolution de ces nouvelles séquences de traitement sur la qualité de vie des patients, reste peu décrite.Ainsi, l’objectif principal de cette thèse est de réaliser une évaluation médico-économique (EME) de la prise en charge du MM, incluant les différentes séquences de traitement, en vie réelle, en France, depuis la commercialisation des innovations thérapeutiques, à partir des données issues de la cohorte de patients atteints de MM, MelBase.La première partie de ce travail a estimé le coût de prise en charge du MM depuis l’arrivée des innovations incluant les différentes lignes de traitement, en pratique courante. En 2017, le coût de la prise en charge du MM a été estimé à 269 682€ [IC95% : 244 196 ; 304 916] par patient, soit un coût multiplié par environ 165 depuis 2004, essentiellement lié à l'augmentation des coûts de traitements ainsi qu’à une survie prolongée.La deuxième partie de la thèse a évalué la qualité de vie (QdV) des patients atteints de MM en pratique clinique courante depuis l'arrivée des innovations thérapeutiques, et plus spécifiquement l’impact du changement de ligne sur l’évolution de la QdV. Cette étude a montré que la QdV semble être relativement stable au cours du temps avec cependant, une diminution statistiquement significative du score de QdV au moment du changement de ligne, bien que la baisse observée soit non cliniquement significative.A partir de ces résultats, l’efficience des différentes séquences de traitements dans le MM, en vie réelle, a été évaluée au sein de deux populations (BRAF et Sauvage). Au sein de la population BRAF, seules 2 stratégies sont présentes sur la frontière d’efficience. A un seuil de 150 000€ la stratégie Monothérapie ciblée-Anti-PD1 a environ 100% de chance d’être efficiente. A partir d’un seuil à 300 000€ la stratégie Anti-PD1-Bithérapie ciblée a 60% de chance d’être efficiente. Le Ratio Différentiel Coût-Résultat de la stratégie Anti-PD1-Bithérapie ciblée par rapport à la stratégie Monothérapie ciblée-Anti-PD1 est estimé à 180 441€/QALY.Au sein de la population SAUVAGE, les 4 stratégies sont sur la frontière d’efficience. Pour des seuils compris entre 0 et 800 000€ seule la stratégie ChimiothérapieImmunothérapie a plus de 50% de chance d’être efficiente.Au-delà de ces résultats cliniques et économiques, ce travail démontre la faisabilité et souligne la difficulté de travailler sur des données observationnelles. En effet, avec l'arrivée précoce des traitements en oncologie, concomitante avec l’allongement des durées de traitement, les multiple lignes de traitement et l’augmentation de la durée de vie des patients, montre l’importance d'évaluations en vie réelle des séquences de traitement, sur des données plus matures que dans les essais cliniques. Cependant, ces analyses nécessitent l’utilisation d’outils méthodologiques adaptés, pour tenir compte de la variabilité des caractéristiques des patients, la prise en compte des données manquantes ou encore l’extrapolation des données. / Since 2011, the commercialization of 8 new drugs has greatly improved the management of patients with metastatic melanoma (MM). Before 2011, it was mainly based on cytotoxic chemotherapy where patient’s survival estimated at 1 year did not exceed 20%. Since 2011, the approval of 8 molecules has significantly enhanced patient management and today 1 year estimated patient’s survival is up to 80%. The 8 therapeutic strategies have shown their efficacy through phase III clinical trials, but these different analyses have some limitations inherent to the context of clinical trials. First, the patients included in the trials are selected and are not representative of real-life patients. In addition, physicians have a significant number of therapeutic options available and patients are now treated by several treatment lines. Given the significant clinical benefit of these drugs, they have obtained high prices, up to 1,000 times higher than older treatments, raising the question of their efficiency.Therefore, the main objective of this thesis is to perform a cost-effectiveness analysis of MM management, including the different treatment sequences, in real life, in France, in 2019. However, the analysis of observational data raises methodological challenges related to the use of data collected in real-life. Also the secondary objective of this work is a methodological reflexion on, how to adapt existing methodologies used in cost-effectiveness analysis in order to propose a methodology appropriate for medico-economic studies performed in a cohort.This work was based on a cohort of MM patients, the MelBase cohort.The first part of this work estimated the cost of MM management since the arrival of innovations including the different treatment lines, in real-life clinical practice. A multi-state model was used to extrapolate costs considering dynamically the individual risks and events occurring during the observation period. In 2017, the cost of MM treatment was estimated at €269,682 [95%CI: 244,196; 304,916] per patient, a cost roughly multiplied by 165 since 2004, mainly due to increased treatment costs and prolonged survival.The second part of the thesis described the quality of life (QoL) of MM patients, and more specifically the impact of therapy change was assessed on QoL evolution. This study showed that QoL is fairly stable over time, except at time of treatment change where a statistically significant QoL, albeit a limited decrease is observed.The first 2 parts of this work allowed estimating the cost and QoL of patients with MM. Based on these results, the efficiency of immunotherapies and targeted therapies in MM, in France, was evaluated.In the BRAF population, only 2 strategies are present on the efficiency frontier. The increment cost-effectiveness ratio of the Anti-PD1-Bi-targeted therapy compared to the Mono-targeted therapy-Anti-PD1 is estimated at 180 441€/QALY. Among the WILD population, the 4 strategies are on the frontier of efficiency. For thresholds between 0 and 800 000€ only the Chemotherapy-Immunotherapy strategy has more than 50% chance of being efficient.In addition to clinical and economic results, this work highlights the importance of using observational data. With continues arrival of oncology treatments and the increase of patient follow-up (linked to a prolonged duration of treatment as well as management by multiple treatment lines), there is a need for more mature overall survival data. However, the methodological tools of cost-effectiveness analysis conducted in parallel with clinical trials seem no longer suitable for observational data, which need to be adapted.

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Melanoma, a malignant neoplasm of melanocytes, is the most lethal form of skin cancer. A majority of melanomas are driven by activating mutations in the kinase BRAF, which drives cellular proliferation through constitutive stimulation of the mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling pathway. Intriguingly, expression of oncogenic BRAF alone in vivo is insufficient to promote melanoma; rather, its expression leads to the development of benign nevi (moles) comprised of growth-arrested melanocytes. The acquisition of additional genetic or epigenetic changes is therefore critical for melanocytes to evade arrest and drive melanomagenesis, however the identity of these changes remains incompletely understood. Here we demonstrate that expression of oncogenic BRAF leads to activation of the Hippo tumor suppressor pathway in vitro, which acts to limit melanocyte proliferation through the inhibition of the pro-growth transcriptional co-activators YAP and TAZ. Melanocyte-specific inactivation of Hippo signaling in vivo, via deletion of the Hippo kinases Lats1/2 alone, or in conjunction with oncogenic Braf expression, potently induces melanoma development in mice. Collectively, our data reveal that the Hippo tumor suppressor pathway represents an important barrier to melanoma development, and implicates YAP and TAZ as new therapeutic targets for the treatment of human melanoma.

Background: Metastatic melanoma remains a life-threatening disease because most tumours develop resistance in response to conventional treatment. Even though targeted drugs represent promising therapeutics, the clinical outcome remains poor, with high relapse rates coinciding with pronounced metastatic outgrowth. Therefore, successful therapy is still challenging, and alternative treatment options are demanded as first or second line therapy to overcome acquired resistance. In this context, cell death induction by the tumour-selective death ligand TRAIL (Tumour necrosis factor-Related Apoptosis-Inducing Ligand) might serve as an alternative single or co-treatment option. Unfortunately, melanoma cells were shown to stay largely resistant against conventional TRAIL treatment and the first-generation TRAIL-based therapeutics failed in clinical trials due to the limited therapeutic activity in patients. To overcome this therapeutic limitation, a second-generation hexavalent TRAIL receptor agonist IZI1551 has been developed showing increased bioactivity thereby enhancing the cytotoxic effects on cancer cells. Questions and Hypothesis. We hypothesized that cells that do not receive the full but only a sublethal drug-dose may not only be responsible for drug resistance but may also confer tumour relapse and metastatic outgrowth. By switching the signal transduction from pro-apoptotic to anti-apoptotic and pro-survival, these cells may foster an aggressive phenotype with enhanced proliferation and migration. Therefore, an in depth understanding of the underlying mechanisms of emerging drug resistance that may additionally trigger secondary metastasis formation is required to identify new therapeutic targets and alternative treatment options. Methodology. Melanoma cell lines were conditioned to the TRAIL receptor agonist IZI1551 and the expression of members of the anti-apoptotic NFκB and MAPK pathways as well as of the TRAIL receptor-driven apoptotic pathway were investigated by semi-quantitative Western-blot analysis. Protein expression/activation data of parental IZI1551-sensitive versus conditioned IZI1551-resistant melanoma cells were implemented into a network topology derived from literature. A Dynamic Bayesian Network (DBN) model was combined with a sophisticated regularisation strategy resulting in sparse and context-sensitive networks to identify cell line-specific deregulations within the signalling network. Predictions of the model were confirmed by siRNA-mediated knock down. Enhanced proliferation and migration of resistant-cells were investigated by proliferation, clonogenic, and scratch assays. Following the 2D studies, migration and invasion were monitored by confocal microscopy in 3D migration/invasion assays and 3D spheroids models. Expression of pro-metastatic cell adhesion molecules was evaluated by flow cytometry. In order to identify potential regulators of the aggressive phenotype, quantitative transcriptome analysis (RNA-seq) was performed. The therapeutic outcome of the new identified treatment options with IZI1551 alone or in combination with Smac mimetics or bortezomib was evaluated by cell death detection ELISA. Results. In this thesis, IZI1551 was shown to induce pronounced apoptotic cell death in melanoma cells compared to mutation specific targeted kinase inhibitors, as being used in the clinic. Comparing IZI1551-sensitive to IZI1551-resistant melanoma cells, the DBN model accurately predicted activation of NFκB in concert with upregulation of the anti-apoptotic protein XIAP to be the key mediator of IZI1551 resistance. Moreover, XIAP was identified to serve as a potential biomarker for TRAIL responsiveness. According to these findings, human melanoma cell lines were re-sensitised to TRAIL in vitro by co-application of the IAP antagonists Smac mimetics as well as bortezomib, a proteasome inhibitor currently used in cancer treatment. In addition, by triggering survival instead of apoptotic signalling pathways, resistant cells caused an aggressive phenotype with enhanced proliferation and migration/invasion into 3D collagen matrices, coinciding with upregulation of the cell adhesion molecules MelCAM and αVβ3 integrin, which are known to promote tumour progression and metastasis. Combining in silico studies of RNA-seq and protein expression data, YAP, an intracellular transducer of mechanical stimuli, and its upstream regulator FAK, a component of the focal adhesion complex, were identified as key promoters of proliferation and migration. Conclusions. Identification of new biomolecular markers or targets combining experimental and computational approaches is a promising avenue to assess the effects of drug combinations and to identify responders to selected combination therapies. In this thesis, IZI1551 was identified as an alternative treatment option for metastatic melanoma. Our data also suggest that XIAP expression may serve as a potential predictive marker for the sensitivity of tumour cells to TRAIL-induced apoptosis. Above this, we demonstrated that three alternative treatment options with IZI1551 in combination with Smac mimetics, bortezomib or FAK inhibitors may represent a promising approach for the treatment of TRAIL-resistant melanomas and to prevent undesired metastatic outgrowth.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(人間健康科学) / 甲第18196号 / 人健博第13号 / 新制||人健||1(附属図書館) / 31054 / 京都大学大学院医学研究科人間健康科学系専攻 / (主査)教授 齋藤 邦明, 教授 足立 壯一, 教授 長田 重一 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Human Health Sciences / Kyoto University / DFAM

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