Le facteur de transcription p73 est impliqué dans des pathologies du système neuronal (maladie d’Alzheimer, neuroblastome…) en régulant le cycle cellulaire, l’apoptose et la différenciation neuronale.Identifier les modifications post-traductionnelles de p73 permettrait de mieux comprendre les fonctions biologiques des isoformes p73 et leurs régulations. Notre analyse bio-informatique prédit entre autres, trois sites sur p73 potentiellement phosphorylés par la calcium-calmoduline dépendante kinase 2 (CamKII), qui est aussi impliquée dans le cycle cellulaire, l’apoptose et la différenciation neuronale. Après avoir confirmé la phosphorylation de p73 par cette kinase in vitro, nous avons démontré que la CamKII favorise l’activité transcriptionelle de p73 et modifie le niveau de protéique des isoformes de p73. L’étude de la caractérisation des sites impliqués dans cette régulation suggère que les effets de la CamKII sur p73 résultent davantage de la coopération de l’ensemble des sites que d’un seul site précis. Par ailleurs, cette étude moléculaire s’inscrit dans un contexte physiologique précis où l’apoptose neuronale induit par le déséquilibre de l’homéostasie calcique s’expliquerait en partie par la signalisation p73-CamKII. / The transcription factor p73 is implicated in neurodegenerativ diseases (Alzheimer disease, neuroblastoma…) by regulating cell cycle, neuronal apoptosis and differenciation.Identifying the post-translationnal modifications on p73 would allow to better understand the p73 biological functions and regulations. Bioinformatic analyses predict amongst others, three potential phosphorylation sites on p73 for the calcium-calmodulin dependant kinase 2 (CamKII), which is also implicated in cell cycle, neuronal apoptosis and differenciation. After showing the p73 phosphorylation by CamKII in vitro, we demonstrated that CamKII favors the p73 transcriptional activity and modulates the proteic expression of the p73 isoforms. The study to identify the sites implicated in these CamKII effects highlights cooperation between the sites instead of the prevalence of a specific site.. Besides this molecular approach, we also investigate the implication of this regulation in a physiologic context. Our results reveal that the neuronal death triggered by a calcic homeostasis alteration could be mediated by the p73-CamKII signalization.

Práca sa zaoberá in silico dizajnom a validáciou peptidov založených na konotoxíne - MrIA, izolovaného z morských slimákov druhu Conus marmoreus a možnosti využitia týchto peptidov v liečbe neuroblastómu pomocou cielenia norepinefrínového transportéru. Päť peptidov založených na tomto konotoxíne bolo simulovaných pomocou simulácii molekulárnej dynamiky, ich trajektórie boli analyzované pre zistenie vlastností týchto peptidov. Dva homologické modely ľudského norepinefrínového transportéru boli vytvorené pre analýzu väzobných vlastností peptidov založených na konotoxíne ku norepinefrínovému transportéru. Peptidy boli následne syntetizované a použité na pokrytie apoferitínových nanočastíc s elipticínom uväzneným vnútri apoferitínu. Vytvorené peptidy a nanočastice boli ďalej skúmané pre objasnenie ich fyzikálo-chemických vlastností. Interakcie a cytotoxicita boli skúmané aplokáciou nanočastíc na bunky neuroblastómu a epitelu. Z in silico a in vitro analýz vyšiel YKL-6 peptid ako najlepší kandidát na ďalší výskum.

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Das Neuroblastom ist der dritthäufigste maligne Tumor im Kindesalter und ist für 15% der Todesfälle durch Krebs bei Kindern unter 14 Jahren verantwortlich. Viele molekularbiologische Vorgänge, die zu der heterogenen Prognose der Patienten beitragen, sind noch nicht verstanden. Als Hauptrisikomerkmal stellt sich die Amplifikation und erhöhte Expression von MYCN dar. In Vorarbeiten der Arbeitsgruppe von Prof. Christiansen zeigte MYCN Einfluss auf die Genregion von Thyroid Cancer 1 (TC1), das als neuer Marker für maligne Schilddrüsenkarzinome erkannt wurde. In der vorliegenden Arbeit wurden erste Untersuchungen zur prognostischen Bedeutung von TC1 im Neuroblastom, sowie die Charakterisierung eines TC1 Überexpressionsphänotyps humaner Neuroblastomzelllinien unter Einfluss von MYCN durchgeführt. Es wurde ein Überexpressionsvektor von TC1 in die Neuroblastomzelllinie SH-EP eingebracht, welche über ein aktivierbares MYCN- Konstrukt verfügt. Dieser neue Phänotyp wurde bezüglich der Proliferation, des Zellzyklus und der Apoptose im Vergleich zu einer Kontrollzelllinie ohne Überexpression untersucht. Eine In-silico Recherche in der Versteeg Neuroblastomdatenbank ergab eine deutlich bessere Überlebenswahrscheinlichkeit für Patientin mit hoher TC1 Expression. Es konnte gezeigt werden, dass MYCN Amplifikation und Expression in einem Panel von Neuroblastom Zelllinien nicht mit der TC1 Expression korrelieren. Die spezifische Aktivierung von MYCN führte hingegen zu einer Expressionssteigerung von TC1. Weiterhin zeigte sich, dass eine TC1 Überexpression die Proliferation hemmt, indem es die MYCN induzierte G1- S- Phasen- Transition inhibiert. TC1 zeigt antiproliferative Eigenschaften im Zellkulturmodell und stellt sich als neuer prognostisch günstiger Parameter im Neuroblastom dar.

Le FGF1 est un facteur de croissancenon sécrété, localisé dans le cytosol et le noyau.Il induit la prolifération, la différenciation et lasurvie cellulaires. Il est également impliqué dansla progression tumorale et peut conférer unechimiorésistance aux tumeurs qui lesurexpriment.Notre équipe s’intéresse depuis plusieursannées aux activités intracrines du FGF1 en tantque régulateur de la différenciation et de lasurvie cellulaires. L’équipe a ainsi montré que leFGF1 intracellulaire a une activité antiapoptotiquedans plusieurs modèles cellulaires :cellules REtsAF (fibroblastes de rat), PC12(phéochromocytome de rat), SH-SY5Y(neuroblastome humain) suite à l’induction del’apoptose dépendante de p53 via un stressgénotoxique. Dans les cellules PC12, un modèled’étude de la différenciation neuronale, le FGF1possède également une activité neurotrophique.À l’aide de différentes formes mutantes duFGF1, nous avons cherché à mieux caractériserles mécanismes régulant son activité antiapoptotiquedans les cellules PC12 et SH-SY5Y,ainsi que son activité neurotrophique dans lescellules PC12. Nous avons pu montrer que ledomaine C-terminal du FGF1 ainsi que sesmodifications post-traductionnelles sontimportants pour la régulation de ses activitésintracellulaires ; et que la phosphorylation duFGF1 inhibe son activité anti-apoptotique dansles cellules PC12 et SH-SY5Y mais ne régule passon activité de différenciation dans les cellulesPC12.Nos résultats montrent donc pour lapremière fois le rôle de la phosphorylation dansla régulation des activités du FGF1 et ce dansdeux modèles cellulaires de rat et humain. / .FGF1 is a non-secreted cytosolic andnuclear growth factor, inducing cell proliferation,differentiation and survival. FGF1 is also involvedin tumor progression and can inducechemoresistance in FGF1 overexpressing tumors.Our team has focused for several years onthe FGF1 intracrine neurotrophic and survivalactivities. The team has shown that intracellularFGF1 is an anti-apoptotic factor in several celllines : REtsAF (rat fibroblasts), PC12 (derivedfrom a rat pheochromocytoma) and SH-SY5Ycells (derived from a human neuroblastoma)following the induction of p53-dependentapoptosis via a genotoxic stress. In PC12 cells, amodel of neuronal differentiation, FGF1 is also aneurotrophic factor.We aimed to better characterize themechanisms regulating the anti-apoptoticactivity of FGF1 by expressing various mutantforms of FGF1 in PC12 and SH-SY5Y cell lines. Wehave shown that FGF1 C-terminal domain and itspost-translational modifications are importantfor the regulation of its intracellular activities ;and that FGF1 phosphorylation inhibits its antiapoptoticactivities in both PC12 and SH-SY5Ycell lines, but does not affect its differentiationactivity in PC12 cells.Thus, our results showed for the first time thecrucial role of FGF1 phosphorylation in theregulation of its intracrine anti-apoptotic activityin both rat and human cellular models.

The childhood cancer neuroblastoma mostly affects children under the age of 2 and comprises 6% of all childhood cancers. Neuroblastoma has very diverse phenotypes caused by both inter- and intra-tumour heterogeneities. The phenotypes are classified as being either low- or high-risk. This project focuses on high-risk NB cell lines with various chemotherapy sensitivity. Titration studies with chemotherapy agents cisplatin or doxorubicin showed a proneness of p53 mutated cell lines to arrest in either the S- and/or the G2/M-phase, depending on the drug and the drug dosage, indicating on a dose-dependent cell cycle response. To potentially inhibit the cells from arresting a treatment assay with 3 cell cycle key-components, pATM, Chk1 and Wee1 inhibitors was done. An initial immunocytochemistry staining of the expression levels of pATM and Wee1 showed that pATM was upregulated for 5 out 7 tested cell lines, namely SK-N-SH, SK-N-FI, Kelly, SK-N-DZ and BE(2)-C, upon chemotherapy treatment with doxorubicin. Wee1 was however only upregulated for 3 out 7 cell lines; Kelly, SK-N-DZ and BE(2)-C. The upregulation of pATM and Wee1 showed a potential confirmation of their involvement in CT induced cell cycle arrest. Upon inhibition of pATM, Chk1 and Wee1 diverse effects were observed for each cell line (SK-N-SH, SK-N-AS, SK-N-FI, Kelly, SK-N-DZ and BE(2)-C). Wee1 showed the most promising results were the cell viability decreased for all 5 p53 mutated cell lines and the confluency over time decreased for 4 out 5 p53 mutated cell lines. The p53 wild type cell line SK-N-SH was less sensitive towards Chk1 and Wee1 inhibition indicating that cell lines with functional p53 might not be as dependent on the Chk1 and Wee1 pathways compared to cell lines with non-functional p53. Thus, targeting the cell cycle arrest might be a promising therapeutic target for high-risk neuroblastoma. / Barndomscancern neuroblastom utgör 6% av all barncancer. Majoriteten av de drabbade är under 2 år. Neuroblastom har en stor mångfald av fenotypiska utryck som orsakas av dess inter- och intra-tumör heterogenitet. Fenotyperna klassificeras antigen som låg- eller högrisk. Här har 7 högrisks-neutoblastom cellinjer med varierande grad av känslighet mot kemoterapi analyserats. Titreringsstudier med kemoterapierna cisplatin och doxorubicin påvisade en benägenhet för de p53 muterade cellinjerna att arrestera i S- och/eller i G2/M-fasen, beroende på behandlingen samt behandlingsdosen, vilket indikerar på en dos-beroende cellcykel respons. En behandlingsanalys med de 3 nyckelkomponenterna fosforylerat ATM, Chk1 samt Wee1 gjordes för att potentiellt inhibera cellerna från att arrestera. Efter en initial immunocytokemi infärgning av pATM samt Wee1 visade 5 av 7 cellinjer (SK-N-SH, SK-N-FI, Kelly, SK-N-DZ samt BE(2)-C) en uppreglering av pATM-uttryck till följd av doxorubicin behandling. Däremot var Wee1 endast uppreglerat för 3 av 7 cell linjer (Kelly, SK-N-DZ samt BE(2)-C). Uppregleringen av pATM och Wee1 påvisar ett potentiellt samband mellan kemoterapi-inducerad cellcykelarrest och ökat utryck av pATM och Wee1. Vid inhibering av pATM, Chk1 samt Wee1 gav Wee1 de mest lovande resultaten där cellviabiliteten minskade för samtliga 5 p53-muterade cellinjer och där konfluensen över tid minskade för 4 av 5 p53-muterade cellinjer. SK-N-SH med funktionerande p53 var mindre känslig gentemot Chk1 och Wee1 inhibering, vilket indikerar att cellinjer med funktionerande p53 inte är lika beroende av reaktionsvägarna för Chk1 och Wee1 jämfört med cellinjer som har icke-funktionerande p53. Därmed kan riktad behandling mot cellcykelarrest vara en lovande behandling för högrisks-neuroblastom.

Le neuroblastome à haut risque est caractérisé par un faible taux de survie (~30%) et des récidives fréquentes, malgré les traitements multimodaux existants. Généralement, les études d’évaluation des médicaments utilisent la culture cellulaire en 2D, mais elle ne reflète pas la biologie tumorale du neuroblastome in situ, incluant les caractéristiques associées à l’hypoxie et la densité cellulaire. En comparaison aux patients, la culture cellulaire conventionnelle semble altérer le phénotype cellulaire du neuroblastome, le transcriptome et l’épigénome qui affecteront, à leur tour, les résultats des études pharmacologiques. Ainsi, un nouveau modèle de culture cellulaire en 3D a été développé avec plusieurs lignées cellulaires de neuroblastome afin d’atteindre une culture de sphéroïdes à long terme (un mois) avec un taux de viabilité convenable. L’hypothèse de recherche est que les changements épigénétiques et transcriptionnels seront induits par l’adaptation en 3D et vont s’amplifier dans le temps lors de la culture en 3D. Ces changements ont été mesurés en 3D dans le temps pour identifier le moment où l’épigénome des sphéroïdes ressemble le plus à celui des patient à haut risque. Le changement de l’expression des régulateurs épigénétiques survient 24 jours après la mise en sphéroïde, ce qui se traduit par une différence dans la sensibilité aux médicaments épigénétiques par rapport à la culture 2D. En conclusion, notre étude nous a permis de dériver des nouveaux modèles de neuroblastome qui sont plus représentatifs des patients d’un point de vue épigénétique et pharmacologique. / High-risk neuroblastoma is characterized by a low survival rate (~30%) and frequent recurrences, despite all the multimodal treatments available to date. Typically, drug evaluation studies use 2D cell culture which does not reflect well the tumor biology of neuroblastoma in situ, including features associated with hypoxia and cell density. Thus, compared to patients data, the conventional 2D cell culture seems to alter the neuroblastoma cell phenotype, transcriptome and epigenome which in turn will affect the results of pharmacological studies. A new 3D cell culture model was developed with several neuroblastoma cell lines to achieve long term spheroid culture (up to one month) with a suitable viability rate. We hypothesized that transcriptional and epigenetic changes will be induced by 3D adaptation and will amplify over time in the cells cultured in 3D. All these changes were measured by Western Blot in 2D, in short term 3D and in long term 3D to identify the timepoint when the epigenome of the spheroids most closely resembles that of the patient. We found that the occurrence of changes in epigenetic regulator expression occurs after 24 days of spheroid culture, resulting in a difference in a drug sensitivity compared to 2D culture. In summary, we developed new neuroblastoma models that are more representative of patient’s epigenome and pharmacological sensitivity.

Spezialisierung Theoretische Biologie / Obwohl die Krebstherapie im letzten Jahrhundert große Fortschritte gemacht hat, bleibt die Resistenz gegen medikamentöse Behandlungen ein großes Hindernis im Kampf gegen den Krebs. In dieser Arbeit habe ich ein R-Paket namens STASNet entwickelt, das semi-quantitative Modelle der Signaltransduktion aus Signalisierungs-Störungsantwortdaten unter Verwendung von Least Square Modular Response Analysis-Modellen generiert. Um zu untersuchen, wie gut STASNet die Aktivität von Signalwegen quantifizieren kann, haben wir Perturbationsdaten von einem Paar isogener Darmkrebszelllinien mit und ohne SHP2-Knock-out, einem bekannten Resistenzmechanismus bei dieser Krebsart, verwendet. Ich habe dann untersucht die Resistenz gegen die MEK- und ALK-Hemmung beim Neuroblastom, einem pädiatrischen Krebs mit schlechter Prognose. Ein Wirkstoffscreening zeigte, dass der MEK-Inhibitor Selumetinib ein Panel von Neuroblastom-Zelllinien in drei sensitive und sechs resistente Zelllinien trennte, dass konnte nicht mit einzelnen molekularen Markern erklärt. STASNet-Modelle zeigten, dass die starke Resistenz gegen Selumetinib durch eine starke Rückkopplung von ERK auf MEK oder eine vielschichtige Rückkopplung sowohl auf MEK als auch auf IGF1R getrieben wurde. Aus dem Modell konnte eine kombinatorische Therapie abgeleitet werden, die auf MEK in Kombination mit entweder RAF oder IGF1R abzielt, je nach Art der in der Zelllinie vorhandenen Rückkopplungen. Schließlich ergab die Untersuchung der Wirkung von NF1-KO auf die Signalübertragung, dass der Verlust von NF1 den MAPK-Weg für die Liganden-induzierte Aktivierung hypersensibilisierte, aber das ERK-RAF-Rückkopplung störte. Die Erkenntnisse aus den in dieser Arbeit entwickelten Modellen werden somit dazu beitragen, personalisierte Kombinationen von Inhibitoren zu entwerfen, die als Zweitlinientherapie nach molekularer Untersuchung der Tumorreaktion auf die Erstbehandlung eingesetzt werden könnten. / Cancer therapy has seen immense progress over the last century but resistance to drug treatments remains a major obstacle in the war against cancer. I developed an R package named STASNet to generate models of signal transduction from signalling perturbation-response data using Least Square Modular Response Analysis models. I used these models to study how differences in signal transduction relate to drug resistance and can be used to make predictions about resistance mechanisms and optimal treatments. To show how STASNet can accurately quantify the activity of signalling pathways, I used perturbation data from a pair of isogenic colon cancer cell line with and without SHP2 knock-out, a known resistance mechanism in this cancer type, which showed that MAPK signalling is more affected by SHP2 knock-out than PI3K signalling, confirming the role of SHP2 as a primary MAPK component. I investigated resistance to MEK and ALK inhibition in neuroblastoma, a pediatric cancer with a dismal prognosis. The MEK inhibitor Selumetinib separated a panel of neuroblastoma cell lines into three sensitive and six resistant cell lines that could not be explained with individual molecular markers. STASNet models trained on perturbation-response data from these cell lines revealed that the strong resistance to Selumetinib was driven by a strong feedback from ERK to MEK or a multi-layered feedback to both MEK and IGF1R. This was confirmed by phosphoproteomics and suggested a therapy targeting MEK in combination with either RAF or IGF1R depending on the type of feedback present in the cell line that was confirmed experimentally. Finally, studying the effect of NF1-KO on signalling revealed that the loss of NF1 hyper-sensitized the MAPK pathway to ligand-induced activation but disrupted the ERK-RAF feedback. Those insights to design personalized combinations of inhibitors that could be used as second line therapy after molecularly monitoring the tumor response to the initial treatment.

Malgré plusieurs chimiothérapies suivies d’une transplantation et d’une immunothérapie, 40% des patients avec un neuroblastome (NB) à haut risque subissent une progression de la maladie ou une rechute. L’échec de ces traitements est attribué à la présence de cellules initiatrices de tumeur (TIC) qui expriment le marqueur CD133 et qui sont souvent résistantes aux agents chimiothérapeutiques. Les cellules Natural Killer (NK), qui possèdent un effet anti-tumoral, peuvent être utilisées dans le cadre du développement de nouvelles approches immuno-thérapeutiques. Nous posons l’hypothèse que les cellules NK activées éliminent efficacement les TIC et contribuent à la réduction des risques de rechute. De plus, il est possible d’augmenter l’effet anti-tumoral des cellules NK contre le NB. L’activité cytotoxique des cellules NK est augmentée par des cellules dendritiques plasmacytoïdes (pDC) activées. A la suite de la stimulation de leurs récepteurs Toll-like les pDC produisent de grandes quantités d'interféron-alpha (IFN-α). Nous avons étudié les propriétés lytiques des cellules NK contre des lignées cellulaires de NB à la suite de leur activation par l’IFN-α ou des pDC activées. Nos résultats révèlent une augmentation de l’activité cytolytique des cellules NK contre ces lignées en réponse à une stimulation par les pDC activées. De plus, les cellules de NB CD133+ ou celles résistantes à l’immunothérapie dirigée contre le GD2 sont sensibles à la lyse médiée par les cellules NK stimulées par les pDC. Nous avons examiné les mécanismes cellulaires impliqués dans la lyse des cellules de NB. Nous montrons que cette cytotoxicité est médiée en partie par TRAIL induisant l'apoptose et en partie par la libération des granules cytotoxiques. Ainsi, ces résultats permettent de proposer une nouvelle approche immuno-thérapeutique complémentaire au traitement par l’anticorps anti-GD2 pour les patients atteints de NB à haut risque. / Despite aggressive treatment by chemotherapy followed by transplantation and treatment with anti-tumor cell disialoganglioside (GD2) monoclonal antibody, IL-2, GM-CSF and retinoic acid, 40% of patients with high-risk neuroblastoma (NB) still undergo disease progression or relapse. Furthermore, tumor-initiating cells (TIC) expressing the CD133 marker are present in NB tumors and are more resistant to chemotherapy. To evaluate a new immunotherapeutic approach, we took advantage of the anti-tumor effect of Natural Killer (NK) cells. We hypothesized that activated NK cells would be a potent therapeutic strategy to eliminate TIC and reduce relapse of NB. We aimed to establish the best strategy to increase the NK cell mediated cytotoxicity against NB. NK cell cytotoxic activity is increased by cytokines, chemokines and activated plasmacytoid dendritic cells (pDC) which produce high amounts of interferon-alpha (IFN-α) upon Toll-like receptor stimulation. We investigated NK-cell lytic properties against NB cell lines following activation by IFN-α or activated pDC. Our results reveal an increased cytolytic activity of NK cells against NB cell lines after stimulation by activated pDC, CD133+ (TIC) as well as anti-GD2 resistant NB cells are sensitive to NK cell mediated cytotoxicity following stimulation by activated pDC. We also examined the cellular mechanisms involved in NK cell-mediated lysis of NB cell lines. The increased cytotoxicity is partially mediated by TRAIL induced apoptosis and as well as by the release of cytolytic granules. In conclusion, we propose a new immunotherapeutic approach that can be used in combination with the anti-GD2 therapy for the treatment of high-risk NB patients.

9 ABSTRACT Tatiana Labudová: Genetic changes in neuroectodermal tumours detected by molecular biological methods. Charles University in Prague, Faculty of Science, Department of Anthropology and Human Genetics Thesis, 75 pages,8 supplements, 2012 This thesis is concerned to neuroectodermal tumours that make a major group of infant tumour diseases. Genetic material gained from patients with neuroectodermal tumours was examined using comparative genomic hybridization (CGH) and interphasic fluorescence in situ hybridization (I-FISH). The aim of this Thesis is to prove chromosomal changes and to create the whole genetic profile. According to these profiles can be determined tumourgenetic cascade or specific genetic changes that lead to malignant tumours. In some cases (f.e. neuroblastoms) the genetic profile helps us to determine a subtype of disease and it's biological behaviour. Keywords: tumour diseases, neuroblastoma, CNS tumours, pheochromocytoma, Ewing's sarcoma, neuroectodermal tumour, comparative genomic hybridization, interphase fluorescence in situ hybridization