Les carcinomes épidermoïdes de la cavité orale (CECO) représentent environ 25% des cancers de la tête et du cou (HNSCC). Ils sont associés à un mauvais pronostic avec une survie à 10 ans n'excédant pas ~ 30%. Alors que le virus du papillome humain (HPV) est un facteur de risque reconnu dans les HNSCC, il n'est pas impliqué dans les CECO dont les principaux facteurs de risque sont liés à la consommation d'alcool et de tabac. Cependant, plusieurs auteurs notent une part croissante de CECO chez des patients non exposés à l’alcool et au tabac (facteurs de risque négatifs: RF-) et dont le statut HPV est négatif. Il est aujourd’hui reconnu que le microenvironnement immunitaire (TME) peut jouer un rôle majeur dans la progression et l'échappement tumoral. Dans notre travail, nous avons cherché à savoir si les CECO RF- sont épidémiologiquement différents des CECO RF+ (facteurs de risques positifs: RF+) et si la composition immunitaire du TME et des cellules circulantes diffère selon ces deux groupes. Ainsi, dans une première partie, nous avons étudié une cohorte rétrospective de 553 patients atteints de CECO et comparé les paramètres cliniques et épidémiologiques entre les patients RF+ et RF-. Ensuite, nous avons étudié de manière prospective par rapport aux facteurs de risque ces deux entités d'un point de vue immunitaire en analysant des échantillons de sang et de tissus de 87 patients et en les comparant à des échantillons de tissus et de sang de témoins sains. Notre travail a permis d'associer une hétérogénéité clinique à des profils immunologiques distincts pouvant prédire un pronostic différent pour les patients RF+ ou RF- : puisque les CECO sont des cancers inflammatoires présentant un important infiltrat de divers composants immunitaires innés, il s'est avéré que la numération sanguine des lymphocytes T CD8+ supérieure à 306 cellules/μL chez les RF- et des cellules T régulatrices (Treg) supérieure à 47 cellules/μL chez les patients RF+ ont respectivement été associées à une meilleure survie sans maladie (DFS). En revanche, un pourcentage plus élevé de cellules Th17 dans le sang ou le TME de patients RF+ a été associé à une moins bonne survie sans récidive (DFS). Dans une troisième partie de cette thèse, nous avons étudié la migration d'un sous-ensemble de Treg exprimant CCR2, (récepteur de chimiokine pour CCL2), et montré qu'une diminution des Treg CCR2+ circulants chez les patients atteints de CECO était associée à une augmentation des Treg CCR2+ dans le TME. Enfin, en étudiant les structures lymphoïdes tertiaires (TLS), décrites dans le TME de divers cancers solides mais très peu dans les CECO, nous avons confirmé qu’ils étaient présents dans ces cancers et que de fortes densités de TLS sont principalement associées aux stades précoces du cancer et sont des facteurs de bon pronostic. / Oral squamous cell carcinomas (OSCC) represent about 25% of Head and Neck Cancer (HNSCC). They are associated with a very poor prognosis with a 10-year survival which not exceeds ~30%. While the Human Papilloma Virus (HPV) is a more recognized risk factor for oropharyngeal HNSCC, HPV is not involved in OSCC whose the main risk factors are related to the consumption of alcohol and tobacco. However, an increase of OSCC in patients who are not exposed to alcohol and tobacco (non-smoker-non-drinker: NSND) and whose the HPV status is negative is now reported. It is well known that immune tumor microenvironment (TME) may play a major role in tumor progression and tumor escape. Whether OSCC in NSND patients are epidemiologically different from OSCC occurring in smoker/drinker (smoker-drinker: SD) patients, and may have different immune composition of their TME and of circulating immune cells as well is addressed in this thesis. Thus in a first part, we studied a retrospective cohort of 553 OSCC patients and compared clinical and epidemiological parameters between NSND and SD patients. Then, we have prospectively studied in relation to risk factors these two entities from an immune point of view by analyzing blood and tissue samples from 87 patients and comparing them to tissue and blood samples from healthy controls (HD). Our work has allowed to associate this clinical heterogeneity with distinct immunological profiles that may predict different prognosis for NDNS or SD patients: since OSCC are inflammatory cancers presenting an important infiltrate of various innate immune components, it turned out that blood count of CD8+ T cells >306/µL in NSND and blood count of regulator T cells (Treg) >47/µL in SD patients were associated with a better disease free survival (DFS), respectively. By contrast, higher percentage of Th17 cells in the blood or TME from SD patients were associated with a bad DFS. In a third part of this thesis, we studied the migration of a Treg subset that expressed CCR2, a chemokine receptor for CCL2, and showed that a decrease of circulating CCR2+ Treg in OSCC patients was associated with an increase of CCR2+ Treg in the TME. Finally, by studying tertiary lymphoid structures (TLS) that have been described in the TME of various solid cancers but very few in OSCC, we confirmed that TLS are present in OSCC cancers and that high densities of TLS are mainly associated with early stages of cancer and are factors of good prognosis.

Le microenvironnement tumoral et les cellules et molécules signal (cytokines et chimiokines) qu’ils contiennent sont reconnus comme jouant un rôle prépondérant dans la progression des tumeurs. Il devient donc nécessaire d’étudier la relation entre les molécules signal, les cellules infiltrantes et les cellules tumorales. Le TGF-β est une puissante cytokine immunosuppressive et suppressive de la croissance cellulaire, dont le rôle dans la formation du microenvironnement tumoral leucémique est mal connu. Dans cette étude, nous avons étudié le modèle injectable de leucémie lymphoïde T EL4 (cellules tumorales produisant du TGF-β) de souche C57BL/6. Nous avons caractérisé l’infiltration de cellules myéloïdes et lymphoïdes au niveau des tumeurs par cytométrie en flux et par microscopie à fluorescence. L’analyse des cellules infiltrant les tumeurs EL4 nous a permis de montrer la forte présence de lymphocytes T et de cellules myéloïdes CD11b+. Nous avons donc poursuivi l’étude afin de mieux caractériser ces cellules. Nous avons montré que ces cellules se retrouvent en périphérie de la tumeur et en périphérie des vaisseaux sanguins de la tumeur. Ces cellules ont des phénotypes nous laissant croire qu’elles appartiennent à la famille des cellules dite myéloïdes suppressives. Ces cellules ont de forts niveaux de transcrits de VEGF et de MMP9 au niveau de la tumeur ainsi qu’au niveau systémique, mais ne semblent pas avoir une forte capacité inhibitrice in vitro. Afin de déterminer si la production tumorale de TGF-β influe le recrutement de ces cellules, nous avons transformé des cellules EL4 à l’aide d’un shRNA afin de diminuer la production de TGF-β (shRNA-TGF-β) et, comparé l’infiltration myéloïde et lymphoïde de tumeurs formées avec des cellules EL4 contrôles (shRNA-Luc). Une diminution de 50% dans les niveaux de transcrits de TGF-β n’affecte pas la croissance tumorale mais semble diminuer l’infiltration par des cellules myéloïdes. La présente étude nous a permis de mieux comprendre le modèle de leucémie EL4 et le rôle des populations cellulaires myéloïdes dans le microenvironnement tumoral leucémique. La diminution du TGF-β produit par les cellules tumorales réduit l’infiltration de ces populations myéloïdes dans la tumeur EL4. Le rôle précis de ces cellules est encore à déterminer. Ces résultats sont en accord avec le fait qu’une thérapie anti-TGF-β n’est pas suffisante pour contrer la progression tumorale, mais pourrait influer sur le résultat post-chimiothérapie et l’immunothérapie en altérant la composition du microenvironnement. / The cells and signal molecules (cytokines and chemokines) making up the tumoral microenvironnement are known to play an essential role in tumor progression. It seems to be necessary to study the relationship between infiltrating cells, tumor cells and signal molecules. TGF-β is a potent immunosuppressive and growth suppressive cytokine whose role in the formation of the leukemia microenvironnement remains unclear. In this study, we investigated the injectable T lymphocyte leukemia EL4 model (tumor cells producing TGF-β) of C57BL/6 strain. We characterised the myeloid and lymphoid infiltration in EL4 tumors using flow cytometry and fluorescence microscopy. Our analysis of EL4 tumor infiltrating cells showed a high concentration of T lymphocytes and myeloid cells CD11b+. We have undertaken our study to better characterize these cells. We showed that these cells are present at the periphery of the tumor and are surrounding blood vessels in the tumor. These cells have phenotypes leading us to believe that they belong to the family of so-called myeloid suppressor cells. They have high levels of transcripts of VEGF and MMP9 in the tumor and the systemic level, but do not seem to have a strong inhibitory capacity in vitro. To determine whether the tumor production of TGF-β affects the recruitment of these cells, we transformed EL4 cells using a shRNA to reduce the production of TGF-β (TGF-β shRNA ) and compared the myeloid and lymphoid infiltration of tumors formed with EL4 cell controls ( shRNA-Luc ) . A 50% decrease in transcript levels of TGF-β does not affect tumor growth but appears to decrease infiltration by myeloid cells. This study allowed us to better understand the pattern of EL4 leukemia and the role of myeloid leukemia cell populations in the tumor microenvironment. The decrease of TGF-β produced by tumor cells reduces the infiltration of these myeloid populations within the EL4 tumor. The precise role of these cells still needs to be determined. These results are in agreement with the fact that anti-TGF-β therapy is not sufficient to counteract tumor progression, but may affect the post-chemotherapy and immunotherapy results by altering the composition of the microenvironment.

Le microenvironnement tumoral via les macromolécules matricielles est connu pour jouer un rôle clé dans la réponse des cellules cancéreuses à la chimiothérapie en favorisant leur survie et leur prolifération. L'impact du collagène de type I, protéine matricielle majeure du microenvironnement, a été évalué au niveau des capacités migratoires des cellules tumorales et de leur réponse aux agents anticancéreux, doxorubicine et metformine. Cette approche a étémenée chez des cellules humaines HT1080 hautement invasives au moyen de systèmes de culture par coating 2D ou en matrice 3D. Les effets de modifications post-traductionnelles du collagène comme la carbamylation et de la glycation ont été également étudiées. Les résultats montrent que le collagène 3D inhibe l'activité anti-migratoire de la doxorubicine. Cette protection met en jeuune préservation des niveaux d'activation de FAK et RhoA impliquées dans la formation des fibres de stress d'actine et des plaques d'adhésion focales. Le collagène glyqué 2D et dans une moindre mesure le carbamylé inhibent l'adhésion, la migration des cellules tumorales et désorganisent leur cytosquelette d'actine via des modifications de distribution de la vinculine, de FAK et des intégrines 1. Cet impact de la glycation a été aussi mis en évidence en matrice 3D après modification du processus de glycation. Enfin, la glycation exerce un effet protecteur vis-àvis des capacités anti-prolifératives et anti-migratoires de la doxorubicine et de la metformine. En conclusion, nous mettons en évidence une nouvelle forme de résistance CAM-DR dirigée contre l'activité anti-invasive de médicaments ; cet effet pouvant être généré par une protéine matricielle native ou modifiée lors de situations physiopathologiques associées au cancer. / The tumor microenvironment via the extracellular matrix plays an important role in cancer cell response to chemotherapy by promoting their survival and proliferation. In this work, we studied the impact of collagen type I, a major matrix protein of tumor microenvironment, on the migration capacities of tumor cells and on their response to anticancer drugs such as doxorubicin and metformin. This approach was performed with the highly invasive human cell line HT1080,by means of 2D coating or 3D matrix cell culture systems. The effects of collagen posttranslational modifications such as carbamylation and glycation were also assessed. The results show that the 3D collagen inhibits the anti-migratory effect of doxorubicin. This protection is carried out through the preservation of the activation states of FAK and RhoA, which are involved in the formation of actin stress fibers and focal adhesions. On 2D coating, the glycated collagen and at a lesser extent the carbamylated one decrease the adhesion, the migration oftumor cells and, disorganize the actin cytoskeleton via a modified distribution of vinculine, FAK and beta1 integrins. This impact is also demonstrated by using 3D matrices, after adaptation of the glycation process. In addition, we reported that the glycated collagen protects against the antiproliferative and the anti-migratory effects of doxorubicin and metformin. In conclusion, we highlighted a new form of CAM-DR resistance that targets the drugs anti-invasive activity. This impact could be induced by the native form of matrix proteins or the modified one found inpathological situations which are associated to cancer.

Dans les organes lymphoïdes secondaires, les lymphocytes B acquièrent des antigènes immobilisés à la surface de cellules voisines. L’engagement du BCR (récepteur des cellules B) avec de tels antigènes induit la formation d’une synapse immunologique et la polarisation des lymphocytes B. Cette polarisation inclut le repositionnement du centrosome à la synapse immunologique ainsi que le recrutement et la sécrétion locale des lysosomes qui sont nécessaires à l’extraction, l’apprêtement et la présentation des antigènes sur les molécules du complexe majeur d’histocomptabilité de classe II (CMH-II) aux lymphocytes T CD4+ pré-activés. Des travaux précurseurs menés dans le laboratoire ont permis de mettre en évidence les premiers acteurs moléculaires impliqués dans ce processus. Cependant, le mécanisme précis gouvernant la polarisation du centrosome demeure encore aujourd’hui inconnu. Le travail réalisé pendant cette thèse avait pour objectif d’identifier de nouveaux régulateurs contrôlant la polarisation du centrosome dans les lymphocytes B après engagement du BCR avec des antigènes immobilisés. De plus, au regard du rôle grandissant joué par le microenvironnement tissulaire dans l’activation des lymphocytes B ainsi que dans la modulation de leurs fonctions, nous avons étudié l’effet de la protéine extracellulaire Galectine-8 sur la régulation de la capacité des lymphocytes B à se polariser et à extraire et présenter des antigènes immobilisés. Le travail présenté dans ce manuscrit montre que la présence du complexe Arp2/3 au centrosome des lymphocytes B non activés permet la nucléation locale de filaments d’actine qui permettent, grâce à leur interaction avec le complexe LINC, de lier le centrosome au noyau. L’activation des lymphocytes B induit la déplétion partielle du complexe Arp2/3 du centrosome qui est recruté à la synapse immunologique par la protéine HS1. Ceci induit une diminution de la nucléation d’actine au centrosome entraînant la séparation entre le centrosome et le noyau et permettant la polarisation du centrosome vers la synapse. De plus, nous montrons que la présence de la protéine Galectine-8 dans le milieu extracellulaire favorise le recrutement et la sécrétion des lysosomes à la synapse immunologique, conférant aux lymphocytes B une meilleure capacité à extraire et présenter des antigènes immobilisés. Nos résultats mettent en évidence des mécanismes inattendus régulant la polarisation des lymphocytes B en réponse à une stimulation antigénique et soulèvent des questions intéressantes concernant la régulation coordonnée de ces mécanismes qui confèrent aux lymphocytes B la capacité d’extraire, d’apprêter et de présenter des antigènes immobilisés efficacement. / In secondary lymphoid organs, B cells acquire antigens that are tethered at the surface of neighboring cells. Engagement of the B cell receptor (BCR) with such immobilized antigens leads to the formation of an immune synapse and the subsequent polarization of B cells. This includes the repositioning of the centrosome towards the immune synapse as well as the recruitment and local secretion of lysosomes required for efficient antigen extraction, processing and presentation onto class II major histocompatibility complex (MHC-II) molecules to primed CD4+ T cells. Pioneer work performed in the lab has highlighted the first molecular players involved in this process. However, the precise mechanism governing centrosome polarization remains to be fully elucidated. The work performed during this thesis aimed at identifying new regulators supporting centrosome polarization in B lymphocytes upon BCR engagement with immobilized antigens. In addition, in view of the emerging role played by the tissue microenvironment in shaping B cell activation and functions we investigated whether extracellular Galectin-8 modulates the ability of B cells to polarize, extract and present immobilized antigens. We show here that, in resting lymphocytes, centrosome-associated Arp2/3 (actin related protein-2/3) locally nucleates F-actin, which is needed for centrosome tethering to the nucleus via the LINC (linker of nucleoskeleton and cytoskeleton) complex. Upon lymphocyte activation, Arp2/3 is partially depleted from the centrosome as a result of its HS1-dependent recruitment to the immune synapse. This leads to a reduction in F-actin nucleation at the centrosome and thereby allows its detachment from the nucleus and polarization to the synapse. In addition, we show that extracellular Galectin-8 favors lysosome recruitment and secretion at the immune synapse, hence providing B cells with an enhanced capacity to extract and present immobilized antigens. Our findings highlight unexpected mechanisms that tune B cell polarity in response to antigenic stimulation and raise exciting questions concerning the coordinated regulation of these mechanisms to provide B cells with the capacity to efficiently extract, process and present surface-tethered antigens.

Les lymphocytes « Natural Killer » (NK) sont des effecteurs de l’immunité innée, capables de lyser les cellules cancéreuses grâce au relargage de la protéase cytotoxique Granzyme B (GzmB). Récemment, de nouvelles stratégies anti-cancéreuses, basées sur l’utilisation des cellules NK, ont émergé et se sont révélées très prometteuses. Il est maintenant clairement établi que le microenvironnement tumoral hypoxique influence la réponse immunitaire et constitue, de ce fait, un obstacle majeur pour établir des protocoles d’immunothérapies efficaces. Des études récentes ont montré que l’autophagie est un régulateur important de l’immunité innée dans le microenvironnement tumoral, mais les mécanismes de régulation impliqués restent encore peu connus. Nous avons montré in vitro que l'hypoxie diminue la sensibilité des cellules de carcinome mammaire à la lyse dépendante des cellules NK par un mécanisme impliquant l'activation de l'autophagie. De manière intéressante, cette diminution de lyse est reversée par l’inhibition de l’autophagie. Nous avons démontré que la résistance des cellules tumorales hypoxiques à la lyse par les cellules NK n'est liée ni à un défaut de reconnaissance des cellules cibles, ni à une altération de l’activité cytotoxique des effecteurs. Nous avons mis en évidence que l'activation de l’autophagie conduit à la dégradation de GzmB dans les lysosomes des cellules hypoxiques. Ainsi, ces cellules deviennent résistantes à l’apoptose, qui est normalement induite par GzmB, transféré par les cellules NK. L’invalidation génétique et pharmacologique de l'autophagie permet de restaurer le niveau intracellulaire de GzmB et réduit la résistance des cellules cibles hypoxiques in vitro. Nos résultats mettent en évidence que l'autophagie est un régulateur primordial de la réponse immunitaire anti-tumorale dépendante des cellules NK. Nous avons validé ce concept in vivo en montrant que l’inhibition de l'autophagie favorise de manière significative la prise en charge de la tumeur par les cellules NK dans des modèles murins de mélanome et de carcinome mammaire. Cette étude contribue à l’avancé des connaissances sur la manière dont l'autophagie, induite par l'hypoxie, affecte la lyse dépendante des cellules NK et ouvre la voie à la formulation de nouvelles stratégies thérapeutiques anti-tumorales combinant l’utilisation des cellules NK à des inhibiteurs d'autophagie. / Natural killer (NK) cells are effectors of the antitumor immunity, able to kill cancer cells through the release of the cytotoxic protease granzyme B. NK-based therapies have recently emerged as promising anticancer strategies. However, it is well established that hypoxic microenvironment interferes with the function of antitumor immune cells and constitutes a major obstacle for cancer immunotherapies. Recent studies demonstrated that autophagy is an important regulator of innate immune response in this microenvironment, but the mechanism by which autophagy regulates NK cell-mediated antitumor immune responses remains elusive. Here, we demonstrate that hypoxia impairs breast cancer cell susceptibility to NK-mediated lysis in vitro via the activation of autophagy. This impairment was not related to a defect in target cell recognition by NK cells but to the degradation of NK-derived granzyme B in autophagosomes of hypoxic cells. Inhibition of autophagy by targeting beclin1 (BECN1) restored granzyme B levels in hypoxic cells in vitro and induced tumor regression in vivo by facilitating NK-mediated tumor cell killing. Together, our data highlight autophagy as a mechanism underlying the resistance of hypoxic tumor cells to NK-mediated lysis and provides a cutting-edge advance in our understanding of the underlying mechanism. This study might pave the way for the formulation of more effective NK cell-based antitumor therapies.

Les nucléotides jouent un rôle majeur dans une pléiade de processus biologiques comme la composition des acides nucléiques, la signalisation, ou la régulation de la balance énergétique. Les nucléotides extracellulaires exercent également des fonctions biologiques. Par conséquent, des dérégulations des pools de nucléotides impactent l’homéostasie de multiples façons, par exemple en promouvant l’instabilité génétique ou un environnement immunosuppresseur. Or, ces paramètres font partie des « Hallmarks du Cancer » décrits par Hanahan et Weinberg. Ces observations confirment l’éventualité d’un rôle clé des nucléotides dans le cadre du cancer.cN-II et CD73 sont des 5’-nucléotidases impliquées respectivement dans les métabolismes nucléotidiques intra- et extracellulaire. Elles sont de nouvelles cibles thérapeutiques en oncologie. Cependant, leurs rôles dans la biologie de la cellule cancéreuse, ou le possible impact de leur utilisation en tant que cible thérapeutique sur le comportement des cellules tumorales sont peu connus. Considérant l’implication de ces enzymes dans les métabolismes nucléotidiques, nous avons enquêté sur les modifications de l’agressivité de la cellule cancéreuse ou sur sa capacité à interagir avec son microenvironnement, dans le cas d’une invalidation ou une diminution d’expression de cN-II et/ou CD73. cN-II semble donc impliquée dans l’adaptabilité métabolique et la combinaison des invalidations de cN-II et CD73 est associée à une modification d’expression d’enzymes du métabolisme du glucose. CD73 peut aussi moduler l’expression de gènes de la migration cellulaire. cN-II est impliquée dans la migration cellulaire, via l’axe COX-2/PGE2, et dans la sensibilité à des agents modulant ce paramètre. Ces caractéristiques sont plus marquées en association avec une invalidation de CD73. Ici, cN-II et CD73 ne semblent pas jouer de rôle dans la prolifération ou le dialogue avec une sous-population de cellule de l’immunité innée / Nucleotides play a major role in nucleic acids constitution and are involved in various cell phenomena. Indeed, intracellular ATP, GTP, AMP, GMP and their cyclic forms are components of cell signaling and define the energetic balance. Extracellularly, they also play multiple roles. Thus, when nucleotide pools are deregulated various processes are impacted. For example, a low availability of nucleotides supports genetic instability and aberrant levels of extracellular adenosine can lead to an immunosuppressive microenvironment. Interestingly, the cited parameters are among the Cancer Hallmarks described by Hanahan and Weinberg. These observations confirm the possibility of a key role of these molecules in this pathology. cN-II and CD73 are 5’-nucleotidases, involved in intra- and extracellular nucleotide metabolism respectively and have been identified as possible targets for new anti-cancer therapies. Nevertheless, very little is known about their biological roles on cancer cells and what parameters of cell biology could be impacted by such strategies. Considering the involvement of these purines in cell metabolism, we wondered what changes a decrease in cN-II and/orCD73 expressions or their silencing could trigger in cancer cells as well as in the interplay with their microenvironment.We studied cancer cell aggressiveness and the interplay with innate immune cells under cN-II and CD73 modulations. We observed that cN-II is involved in metabolic adaptability. The association of cN-II and CD73 invalidations results in glucose-metabolism-related gene modifications. CD73 can regulate migration-related genes expression but does not affect the process. cN-II is also involved in cell migration, via the COX-2/PGE2 axis. Again, these characteristics are accentuated when associated with CD73 deficiency. Here, cN-II and CD73 do not seem to be involved in cancer cell proliferation or in their interplay with a subset of innate immune cells

Les leucémies aiguës myéloïdes (LAM) sont des maladies hématologiques hétérogènes caractérisées par une prolifération clonale des blastes myéloïdes qui s’infiltrent dans la moelle osseuse (MO), le sang et d’autres organes. Identifiée comme le type le plus courant de leucémie aiguë chez l’adulte avec 80% des cas, la LAM est synonyme de rechute et de mauvais pronostic, avec 70% des patients étant confrontés à une mortalité dans l’année suivant le diagnostic. La présence des cellules souches leucémiques (CSL) a été associée à une résistance à la chimiothérapie et à une rechute dans la LAM. Le microenvironnement tumoral a été décrit pour son rôle clé dans la régulation des CSL par l’interaction des voies de signalisation. La voie des Bone Morphogenetic Proteins (BMP) est fortement impliquée dans la régulation des cellules souches hématopoïétiques (CSH), mais elle a également été reconnue pour réguler les CSL. Ici, nous avons identifié des concentrations élevées de BMP2 et BMP4 dans la MO des patients atteints de LAM au moment du diagnostic. De plus, nous avons identifié pour la première fois une nouvelle cascade de signalisation impliquant la liaison de BMP4 au récepteur BMPR1A, qui induit l’expression de ΔNp73 et NANOG. L’activation de cette signalisation favorise un phénotype proche des cellules souches dans les cellules leucémiques. Par conséquent, nous avons émis l’hypothèse que cette voie est responsable de la capacité de résistance des cellules leucémiques à la chimiothérapie. En outre, nous avons identifié BMPR1A/ΔNp73/NANOG comme marqueurs potentiels du pronostic dans la LAM, en raison de leurs surexpressions au moment du diagnostic associé à une rechute dans les trois ans. Lorsque nous avons analysé des échantillons de LAM lors d’une rechute, nous avons constaté des taux plus élevés de l’isoforme ΔNp73 par rapport à ceux de patients au moment du diagnostic. D’autre part, nous avons identifié une forte expression du récepteur BMPR1A, ΔNp73, NANOG, SOX2 et ID1 dans les cellules leucémiques primaires résistantes à court terme. Ces résultats sont en corrélation avec ce que nous avons observé dans les cellules résistantes de LAM, où BMPR1A, ΔNp73, NANOG et ID1 semblent être impliqués dans la capacité de résistance des cellules de LAM face à la chimiothérapie. La modulation et le ciblage des éléments de la voie BMP et des gènes associés identifiés au travers de notre étude représentent donc une approche prometteuse pour le développement de stratégies thérapeutiques innovantes et plus efficaces contre les LAM / Acute myeloid leukemias (AML) are heterogeneous hematological malignancies characterized by a clonal proliferation of myeloid blasts which infiltrate the bone marrow, blood and other organs. Identified as the most common type of acute leukemia in adults with 80% of cases, AML is associated with high relapse and poor prognosis where 70% of patients face mortality within one year after diagnosis. Leukemic stem cell (LSCs) presence has been related to resistance to chemotherapeutic agents and relapse in AML. The tumor microenvironment has been described for its key role regulating LSCs through the crosstalk of signaling pathways. Bone Morphogenetic Proteins (BMP) pathway is highly involved in hematopoietic stem cell (HSC) regulation, but has also been recognized to regulate LSCs. Here, we have identified high concentrations of BMP2 and BMP4 in bone marrow (BM) AML samples at diagnosis. Furthermore, we have identified for the first time a new signaling cascade, involving the binding of BMP4 to BMPR1A receptor, which induces the expression of ΔNp73 and NANOG. Activation of this signaling promotes a stem-like phenotype in leukemic cells. Therefore, we hypothesized that this signaling is responsible for the resistant capacity of leukemic cells to chemotherapy. In addition, we have reported BMPR1A/ΔNp73/NANOG as potential AML prognosis markers, due to their overexpression at diagnosis associated to an increased rate of relapse of AML patients within three years. When we analyzed AML samples at relapse, higher levels of ΔNp73 isoform were found compared to patients at diagnosis. Moreover, we have identified high expression of the BMPR1A receptor, ΔNp73, NANOG, SOX2 and ID1 in short-term resistant primary leukemic cells. These results correlate with what we observed in AML resistant cells, where BMPR1A, ΔNp73, NANOG and ID1 seem to be implicated in driving the resistant capacity of AML cells to drug therapy. Therefore, modulation and targeting of the BMP pathway elements and related genes identified with our study, represent a promising approach towards the development of new and more effective therapeutic strategies against AML

Tout épithélium glandulaire sécrétoire est constitué d'une unité structurale et fonctionnelle commune, l'acinus. C'est une architecture sphérique pluricellulaire parfaitement différentiée et polarisée qui, reconstruite en culture 3D, mime l'organisation réelle du tissu. Etudier les déterminants environnementaux et génétiques qui gouvernent la transformation d'un acinus en sphéroïde s'apparentant à une tumeur est l'un des enjeux majeurs des modèles in vitro. Un des défis actuels est d'adapter ces modèles in vitro à des conditions de culture 3D qui soient compatibles avec la réalisation de cribles génétiques en 3D, basés par exemple sur l'ARN interférence (RNAi). Cependant, les formats standards de culture 3D et les méthodes analytiques ne sont pas compatibles aux cribles haut-débit. Ils ne permettent pas de contrôler la taille et la distribution des acini, sont dépendants d'immuno-marquages et les acquisitions sont longues. Par ailleurs, la microscopie confocale et vidéomicroscopie offrent un champ d'observation restreint qui ne permet pas d'observer un grand nombre de structures 3D en même temps, pour permettre une analyse statistique. Ainsi, dans le but i) de développer des modèles cellulaires appropriés en 3D, ii) d'adresser des questions fondamentales relatives au cancer de la prostate et iii) de réaliser des cribles RNAi dans un contexte plus pertinent que la culture 2D, j'ai développé des outils innovants au format microsystèmes adaptés à l'analyse haut-débit d'un grand nombre d'objets 3D. En optimisant les conditions de culture cellulaire 3D sur le modèle de la lignée cellulaire RWPE1, j'ai pu récapituler les étapes de formation des acini prostatiques et montrer que la formation du lumen est indépendante de la polarité et est gouvernée par deux mécanismes, « hollowing » et cavitation. / In all secretory epithelia from glandular tissues, there is a common structural and functional unit, the acinus. It is a well polarized and organized pluricellular structure that is spontaneously reconstructed in 3D culture, therefore closely mimics the real structure we find in vivo. For my purpose, acini are used as models for tumor initiation and cancer development. One of the objectives of Biomics laboratory is to identify the genetic and microenvironmental determinants of prostate acini morphogenesis and polarity. The strategy is based on High-Throughput (HT) RNA interference (RNAi)-based screening. To meet this objective, my project was to develop appropriate 3D cell models which closely mimic the cyst-like and duct-like structure of prostate. By optimizing conventional 3D culture in Matrigel, I could recapitulate prostate acini morphogenesis and showed that lumen formation is independent to the polarity, which appears later. However, the conventional 3D cell culture formats and analytical tools are not suited for HT Screening (HTS). They lack control over acini size, are label-dependant and therefore time-consuming and labor intensive. Also, classical microscopy offers a very limited field of view and hence does not allow observing a large amount of 3D structures for statistical analysis.

Trop souvent diagnostiqués à des stades tardifs du fait de leur quasi asymptomatie, les adénocarcinomes séreux ovariens posent un véritable problème de santé publique. Malgré les progrès récents de prise en charge chirurgicale, l’émergence d’une maladie résiduelle microscopique chimiorésistante impacte grandement le pronostic des patientes.Le microenvironnement tumoral est un acteur clé de la progression tumorale et de l’émergence de résistances aux traitements anticancéreux. Durant ces travaux de thèse, nous nous sommes intéressés à deux composants majeurs du stroma tumoral, d’une part les cellules souches mésenchymateuses, d’autre part les cellules endothéliales.Nous avons pu démontrer que les cellules souches mésenchymateuses participent à la progression tumorale et l’émergence de résistances. Enfin nous avons démontré que les cellules endothéliales, via la production de facteurs angiocrines, participent à la chimiorésistance des cellules tumorales ovariennes.Dans ce travail, nous avons pu définir de nouvelles cibles thérapeutiques mettant en jeu la relation entre les cellules tumorales ovariennes et l’hôte. / Ovarian cancers constitute a poor prognosis disease. Due to their absence of symptoms, ovarian cancers are generally diagnosed at late stages. Despite major breakthrough regarding ovarian cancer surgery, minimal residual disease-induced relapse is still a hurdle for clinicians.Tumor microenvironment is a key actor on disease progression and resistance to therapy. In this study, we have focused on two major components of the tumor stroma, on one hand, the mesenchymal stem cells, and the endothelial cells on the other hand.We were able to demonstrate that mesenchymal stem cells are critically involved in ovarian cancer progression and resistance to therapy, while the endothelium, through production of angiocrine factors, is deeply involved in resistance of ovarian cancer cells to platinum and taxane based therapy.Here, we set forth the idea that disrupting the relationship between ovarian cancer cells and their host stroma constitute a new therapeutic window.

Le mélanome métastatique est le cancer de la peau le plus agressif. Bien que son taux d’incidence soit inférieur à 1%, plus de 75% des décès associés à un cancer de la peau lui sont attribués. Au cours des dernières années, de nouvelles stratégies thérapeutiques ont permis d’améliorer la survie des patients. Cependant, des mécanismes de résistance à ces traitements se développent dans la majorité des cas, conduisant à une phase de rechute, et une survie à 5 ans inférieure à 20%. Des modèles d’étude expérimentaux sont nécessaires afin de comprendre les mécanismes impliqués dans l’apparition de ces résistances et développer de nouvelles stratégies thérapeutiques. Différents modèles in vitro sont actuellement utilisés pour le développement de drogues anti-tumorales, tels que celui du sphéroïde. Bien qu’il permette de reproduire l’organisation tridimensionnelle d’une tumeur, l’absence de microenvironnement tumoral empêche l’étude des interactions entre les cellules tumorales et celui-ci alors que ces facteurs jouent un rôle primordial dans la croissance tumorale et le développement de métastases. Dans ce contexte, mes travaux ont porté sur le développement et la caractérisation d’un modèle ex vivo de mélanome humain complet permettant l’étude de l’évolution d’une tumeur dans le tissu sain et l’évaluation de composés pharmacologiques. Les travaux réalisés ont tout d’abord conduit au développement d’un modèle de cancer cutané basé sur la combinaison d’un modèle de sphéroïde de lignée cellulaire de mélanome humain et du modèle de peau humaine ex vivo NativeSkin®, développé par la société Genoskin. Une procédure a été développée et validée pour permettre l’implantation reproductible d’un sphéroïde dans le derme des explants de peau. Parallèlement, j’ai développé une approche d’imagerie in situ par microscopie à feuille de lumière après transparisation des modèles. J’ai également développé une stratégie d’analyse d’images permettant la caractérisation quantitative de l'évolution du sphéroïde implanté en 3 dimensions et de suivre la dispersion des cellules du tumorales au sein de l’explant de peau. La caractérisation histologique du modèle implanté a révélé de façon très inattendue une perte progressive de l’intégrité du sphéroïde après implantation, associée à une diminution rapide de la prolifération des cellules le constituant et l’apoptose massive des cellules situées à sa périphérie. Ce phénomène a été observé de façon similaire lors de l’implantation de sphéroïdes produits à partir de différents types cellulaires. Afin de comprendre ces résultats, j’ai étudié l’implication potentielle de différents paramètres dans l’induction de la mortalité cellulaire observée tels que les conditions d’implantation, les facteurs synthétisés par le modèle et la contrainte mécanique exercée par le derme. Les résultats obtenus suggèrent que les facteurs sécrétés par les modèles après implantation du sphéroïde ont un effet antiprolifératif sur les sphéroïdes de mélanome et qu’ils induisent la mortalité des cellules situées à sa périphérie. Par ailleurs, l’application d’une contrainte mécanique extérieure sur les sphéroïdes de mélanome entraîne la perte de la cohésion de leur structure. Enfin, l’implantation de sphéroïdes dans le derme de biopsies de peau préalablement desséchées, induisant une perte de la viabilité cellulaire, a conduit à des résultats opposés à ceux observés avec de la peau normale : la structure des sphéroïdes reste cohésive et la prolifération des cellules est maintenue en périphérie du sphéroïde sans qu’aucune apoptose massive ne soit observée. L'ensemble de ces travaux semble suggérer que la mortalité du sphéroïde pourrait être, en partie, la conséquence d’une contrainte mécanique exercée par la peau sur le sphéroïde et/ou de facteurs produits par la peau durant sa culture. Ces données ouvrent des perspectives intéressantes dans le domaine de l’ingénierie tissulaire pour l’évaluation pharmacologique de composés thérapeutiques. / Malignant melanoma is the most aggressive form of skin cancer. Although it only occurs in less than 1%, it is responsible for more than 75% of skin cancer-related deaths. Furthermore, melanoma incidence has constantly increased during the last decades. New therapies such as targeted therapy and immunotherapy have emerged over the past years, significantly improving the overall survival rates of patients with advanced melanoma stages. However, resistance to those treatments develops in most cases, leading to relapse with a 5-years survival of those patients under 20%. Experimental models are needed in order to better understand the molecular events underlying these resistance mechanisms, and to develop new therapeutic strategies. MultiCellular Tumor spheroid is an increasingly recognized 3D in vitro model for pharmacological evaluation. Although this model accurately reproduces the 3D architecture, cell-cell interaction and cell heterogeneity found in microtumor in vivo, spheroids lack tumor-microenvironment interactions, which play a key role in tumor growth and metastasis development. In this context, the aim of my project was to develop and characterize a fully ex vivo human melanoma model for the study of tumor growth within the skin and the evaluation of antitumor drugs. Our approach relies on the combination of human melanoma cell lines grown in Multicellular Tumor Spheroids and the NativeSkin® model, an ex vivo human skin model produced by the biotechnology company Genoskin. Hence, I developed and validated a method to reproducibly implant one spheroid into the dermal compartment of skin explants cultured ex vivo. In parallel I have developed in situ imaging strategies based on light-sheet microscopy (SPIM, “Selective Plane Illumination Microscopy”) after optical clearing of the implanted skin biopsies. I also developed analytic methods to allow for the quantitative characterization of the spheroids evolution in 3 dimensions as well as tumor cells dispersal within the dermis of skin explants. Histological characterization of the implanted models over time revealed a progressive loss of the spheroids integrity after implantation associated with a rapid decrease in cell proliferation and massive apoptosis of the cells located in the peripheral layers. These results were shared by implanted spheroids made from different cell types. Further experiments were conducted in order to better understand these results and evaluate the impact of different parameters on the implanted microtumors viability such as the implantation procedure conditions, factors synthesized by the model after spheroid implantation and external mechanical stress. Results suggest that factors produced by the implanted models have an antiproliferative effect on melanoma spheroids and induce mortality in the peripheral layers of the spheroids. Moreover, results show that mechanical stress applied on melanoma spheroids induces loss of their cohesion. Finally, implantation of spheroids within the dermis of previously dessicated biopsies for 7 days, causing loss of skin cells viability, led to opposite results than in normal skin: spheroids maintain both a cohesive structure and proliferation in the peripheral cells without any massive apoptosis. Overall, this work led to the validation of a methodology to reproducibly implant spheroids into an ex vivo skin explant and the setup of an optical clearing technique necessary for in situ imaging of the implanted spheroid. Histological characterization unexpectedly revealed spheroids cells death following their implantation. Results suggest that this mortality could be partly related to mechanical stress exerted on the spheroids by the skin and/or by factors produced by the skin during culture. These data open new perspectives in the research field of tissue engineering for antitumoral pharmacology.