Multiple Sclerosis (MS) is an inflammatory disease which causes areas of demyelination in the Central Nervous System (CNS) and affects only humans. Current therapies for MS are focused on anti-inflammatory treatment, which reduce the occurrence and clinical relapses of the disease. However, progressive disability of the disease is related to axonal degeneration. After demyelination, remyelination occurs, which helps repair the demyelinated lesions and protects axons from degeneration. However, this endogenous remyelination is inefficient, and currently there are no therapies available to enhance remyelination. The aim of this thesis was to first characterize a fast and reliable model to study CNS remyelination in vitro, and second to investigate the role of semaphorin 3a (Sema3A) and semaphorin 3f (Sema3F) signaling in CNS remyelination. Various in vivo models have been developed to investigate the pathology of multiple sclerosis, and can be used to test remyelination therapies. However, in vivo models are expensive, animal- and time- consuming. Until now, there has been no well-characterized and robust in vitro model for remyelination study. In this thesis, an ex vivo slice culture system with mouse brain and spinal cord was developed, and characterized by immunofluorescent microscopy and transmission electron microscopy, for CNS remyelination study. Automated (re)myelinating quantification by image pro plus software was developed and validated to provide a fast and reliable way for testing factors that change remyelination efficiency. Two such factors are Sema3A and 3F, which were initially identified as axon guidance cues during development. Sema3A (repulsive) and 3F (attractive) were proved to play a role in oligodendrocyte precursor cell (OPC) migration during development, and hypothesized to be important in remyelination. In this thesis, I investigated the effects and mechanisms for this by adding recombinant SEMA3A or SEMA3F or by knockdown their obligatory receptors Neuropilin (Nrp) 1 and 2, using lentivirus induced miRNAi. Slice culture and primary OPC culture were used to determine the effect on OPC survival, migration, proliferation, differentiation and myelination.

La cornée est le tissu le plus densément innervé du corps humain. Cette innervation joue un rôle dans la régulation de la sécrétion du film lacrymal et exerce un rôle trophique direct sur l'épithélium cornéen. Les axones cornéens expriment différents types de récepteurs et répondent à des fonctions de mécano-nocicepteurs, de récepteurs au froid ou de récepteurs polymodaux. Nous avons pu identifier de nouvelles lignées de souris transgéniques et les utiliser pour caractériser ces différentes populations axonales. L'innervation cornéenne débute à E12.5 chez la souris et est régulée par les molécules de Slits et de Sémaphorines et leurs récepteurs Robo et Plexines/Neuropilines respectivement. Nous avons pu étudier le rôle de ces deux familles dans le développement de l'innervation cornéenne. Les mutants Slits et Robos présentent une réduction du nombre et de la taille des terminaisons axonales épithéliales cornéennes. A l'âge adulte, les mutants Robos présentent une dégénérescence précoce des terminaisons épithéliales. Les mutants plexine-A4 et Neuropiline-1 présentent à l'inverse une augmentation du nombre de divisions des troncs stromaux cornéens. A l'âge adulte les mutants Plexine-A4 retrouvent une organisation classique de l'innervation alors que les mutants Neuropiline-1 conservent la désorganisation de l'innervation cornéenne. Nous avons également étudié la régénération de l'innervation après lésions de grattage de l'épithélium cornéen. Nos résultats préliminaires semblent en faveur d'une augmentation de la régénération de l'innervation cornéenne chez les mutants Neuropiline-1. / The cornea is the most densely innervated tissue in the entire body. Corneal innervation plays a role in regulating the secretion of lacrimal film and exerts a direct trophic role on the corneal epithelium. Corneal axons express different types of sensory receptors ranging between mechano-, thermo-, and polymodal nociceptors. We identified transgenic mouse lines to characterize these different axonal populations. Corneal innervation begins at E12.5 in mice and is regulated by a range of axon guidance cues such as Slits and Semaphorins, which respond to their receptors Robo and Plexin/Neuropillin respectively. We studied the role of these two families in the development of corneal innervation. The Slits and Robos mutants show a reduction in the number and size of the corneal epithelial nerves endings. In adult, Robos mutants exhibit early degeneration of the epithelial nerves endings. Plexin-A4 and Neuropilin-1 mutants, on the other hand, show an increase in the number of divisions of the corneal stromal nerve trunks. In adult, Plexin-A4 mutants regain a classical organization of innervation whereas Neuropilin-1 mutants retain the disorganization of corneal innervation. Following a lesion, corneal innervation is able to regenerate, however the axons never regain their initial morphology or complexity. Due to the increased corneal innervation observed in the Neuropilin-1 mutants, we wondered whether the regeneration of innervation after scrapping lesions of the corneal epithelium could be enhanced in Neuropilin-1 loss of function. Our preliminary results support an increase in corneal innervation regeneration in Neuropilin-1 mutants.

De récents progrès dans la compréhension de la régulation de l'interaction moléculaire entre les lymphocytes T CD8 (LT CD8) et les cellules tumorales ont donné lieu à de nouvelles immunothérapies contre le cancer. En effet, les anticorps monoclonaux anti-CTLA-4 et anti-PD-1 (mAb), ciblant des récepteurs inhibiteurs à la surface des LT CD8, ont démontré des bénéfices de survie dans de nombreux cancers. Malheureusement, seule une partie des patients répond à ces traitements. Il est donc crucial de caractériser l'influence d'autres facteurs moléculaires régulant la migration et les activités fonctionnelles des LT CD8 afin d'améliorer les traitements actuels du cancer. Un candidat potentiel impliqué dans cette immunosuppression est le récepteur Neuropiline-1 (Nrp-1), qui a été initialement identifié dans le système nerveux. Nous avons identifié une large population de LT CD8 infiltrant le mélanome murin (lignée tumorale B16 greffée à des souris C57BL/6), qui exprime des niveaux élevés de Nrp-1. La présence de cette population augmente pendant la croissance tumorale, mais reste indétectable dans les organes lymphoïdes (rate et ganglion lymphatique drainant la tumeur). De plus, les LT CD8 infiltrant la tumeur exprimant Nrp-1 montre des caractéristiques d’épuisement. En parallèle, l’inhibition de la Nrp-1 avec un anticorps neutralisant augmente la capacité des LT CD8 à migrer, et à tuer les cellules tumorales autologues ex vivo. D’autre part, l’inhibition de la Nrp-1 in vivo agit en synergie avec la neutralisation du récepteur PD-1 pour le contrôle de la croissance tumorale et l’amélioration des fonctions effectrices des LT CD8. Nos résultats montrent donc comment le microenvironnement tumoral induit l'expression de la Nrp-1 sur les LT CD8 et comment ce récepteur neuronal peut participer à la régulation des fonctions effectrices des LT CD8 antitumoraux, avec de potentielles implications comme biomarqueur/cible pour une immunothérapie. / Recent advances in understanding the regulation of molecular interaction between CD8 T cell and tumor cells gave rise to novel cancer immunotherapies. Indeed, monoclonal antibodies against CTLA-4 and PD-1 (mAb), targeting inhibitory receptors on the surface of CD8 T cells, have demonstrated survival benefits in many cancers. Unfortunately, only a fraction of patients responds to these treatments. Therefore, it is crucial to characterize the influence of additional molecular factors regulating the migration and the functional activities of CD8 T cells, in order to improve current cancer treatments. A potential candidate involved in this immunosuppression function is the Neuropilin-1 (Nrp-1), which was originally identified in the nervous system. We identified a large subset of CD8 T cells infiltrating B16 melanoma (mouse model), which expresses high levels of Nrp-1. The frequency of Nrp-1+ CD8 T cells increased during tumor growth, but was undetectable in lymphoid organs (spleen and tumor-draining lymph node). Moreover, Nrp-1+ CD8 tumor-infiltrating lymphocytes (TIL) displayed features of T cell exhaustion. Importantly, blocking of Nrp-1 with a neutralizing mAb, increases the capacity of CD8 T cells to migrate and to kill autologous tumor cells. In addition, the blockade of Nrp-1 in vivo acts synergistically with the neutralization of the inhibitory receptor PD-1 to control tumor growth and restore TIL function. Our findings show how the tumor microenvironment induces Nrp-1 expression on CD8 T cells and how this neuronal receptor may participate in regulating antitumor CD8 T cell response, with potential implications as a biomarker/target for immunotherapeutic intervention.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第20806号 / 医博第4306号 / 新制||医||1025(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 井上 治久, 教授 髙橋 良輔, 教授 江藤 浩之 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

The neuropilin (Nrp) family consists of multifunctional cell surface receptors with critical roles in a number of different cell and tissue types. A core aspect of Nrp function is ligand-dependent cellular adhesion and migration, where it controls the multistep process of cellular motility through integration of ligand binding, receptor coupling and signaling via the coordinated action of its extracellular and intracellular domains. While Nrp regulates cellular adhesion and motility in the cardiovascular and nervous systems under physiological conditions, the emerging pathological role of Nrp in tumor cell migration and metastasis has been identified and provides motivation for continued efforts toward developing Nrp inhibitors. At the molecular level, the role of Nrp in adhesion and migration is intimately connected to the control of adhesive interactions and cytoskeletal reorganization. The adhesive “interactome” for Nrp draws much attention because of its lack of enzymatic activity and inability to transduce signals on its own. It is an active area of research and is still expanding dramatically. Nrp has been well defined as a co-receptor for vascular endothelial growth factor receptor (VEGFR)/vascular endothelial growth factor (VEGF) signaling through enhancing receptor-ligand interaction in angiogenesis. Here, we contribute to this concept through characterization in more biochemical detail about Nrp-1/VEGF physical interactions. VEGF has been shown to compete with Sema3 for binding to Nrp-1 b1 ligand binding pocket. This competition fine-tunes VEGF-induced angiogenesis. Our data provides a molecular mechanism for high affinity Sema3F binding to Nrp-1 in the b1 domain. As to the VEGFR-independent function, Nrp/integrin association has been demonstrated. The functional integration has been shown for Nrp/integrin in angiogenic sprouting. Both proteins are highly expressed in endothelial tip cells to mediate endothelial cell migration during angiogenesis and knockdown of either one in mice leads to embryonic lethality due to similar defects in vascular development. To identify the structure and function correlation, we characterized in more detail about Nrp-1/integrin physical interactions with biochemical and cell-based assays. Through an integrated approach of biochemical, molecular and cellular methods, we defined the direct physical interactions between Nrp-1 and integrins. We have also extended this work to demonstrate the functional importance and contribution of the interactions in integrin-mediated cell adhesion on extracellular matrix (ECM) in angiogenesis and platelet function during wound healing and provide a molecular basis for the integration of Nrps/integrins in cell migration, adhesion to ECM, breast cancer initiation and breast cancer stem cell fate determination.

Pour améliorer la sélectivité cellulaire tumorale et/ou l'efficacité anti-tumorale de la thérapie photodynamique (PDT), des molécules actives (peptides, pseudopeptides, agent alkylant) ont été conjuguées à la molécule photo-activable. Dans une 1ère partie, l'effet vasculaire de la PDT a été favorisé par le ciblage de la vascularisation tumorale de phénotype angiogénique. Un photosensibilisateur de type chlorine a été couplé à un peptide ligand de neuropiline-1 (NRP-1) et a montré son efficacité anti-tumorale in vitro et in vivo en PDT. Cependant, la partie peptidique s'est avérée instable in vivo. Des pseudopeptides modifiés au niveau du site de clivage du peptide initial ont été synthétisés et testés in vitro, conjugués ou non à la chlorine. L'incorporation cellulaire de la chlorine a été améliorée après son couplage aux pseudopeptides. Une technique d'ARN interférence, visant à éteindre l'expression de NRP-1 dans les cellules MDA-MB-231, surexprimant NRP-1, a mis en évidence l'incorporation cellulaire récepteur-dépendante des conjugués et leur sélectivité cellulaire. Les pseudopeptides et conjugués se sont révélés affins pour NRP-1 et plus stables in vivo. Le ruthénium (Ru) s'affiche comme une molécule d'intérêt thérapeutique en oncologie. Dans une 2ème partie, nous avons appréhendé l'intérêt in vivo de coupler cet agent alkylant à des photosensibilisateurs de type porphyrine et chlorine. Les études d'efficacité in vivo sur un modèle de souris nude xénogreffées en ectopique avec des cellules de carcinome oral humain KB, ont été menées par une méthodologie de plans d'expérience. Deux conjugués [Ru(_6-p-PriC6H4Me)(5-(3-pyridyl)-10,15,20-triphenylporphyrin)Cl2, ou Rut1, et Ru4(_6-p-PriC6H4Me)4(5,10,15,20-tetra(3-pyridyl)porphyrin)Cl8, ou Rut4] efficaces in vitro ont été comparés in vivo. Le composé Rut4 est apparu comme le plus efficace. Des études de biodistribution par spectrofluorimétrie fibrée et de pharmacocinétique classique ont montré un intervalle drogue-lumière optimal de 24h. Néanmoins, malgré l'optimisation des modalités thérapeutiques, le couplage du Ru avec une molécule photo-activable (porphyrine ou chlorine) n'a pas conduit à une efficacité anti-tumorale significative in vivo / To improve tumor cells selectivity and/or photodynamic therapy (PDT) anti-tumor efficiency, active molecules (peptides, pseudopeptides, alkylating agents) have been conjugated to the photo-activable molecule. In a first part, vascular effect of PDT has been promoted by targeting the tumor vasculature with angiogenic phenotype. A chlorine-type photosensitizer have been coupled to a neuropilin-1 (NRP-1)-targeting peptide and has shown its in vitro and in vivo anti-tumor efficiency for PDT. However, the peptidic sequence has been degraded in vivo. Clivage site-modified pseudopeptides have been synthesized and tested in vitro, conjugated to TPC or not. Chlorine cellular uptake has been improved after coupling with pseudopeptides. A technique of RNA interference-mediated silencing of NRP-1 in MDA-MB-231, over-expressing NRP-1, has highlighted the receptor-dependent uptake of the conjugates and their cellular selectivity. Pseudopeptides and conjugates have shown their NRP-1 affinity and their in vivo stability. Ruthenium (Ru) is considered as an interest therapeutic molecule in oncology. In a second part, we have studied the in vivo interest of coupling an alkylating agent with porphyrine and chlorine-type photosensitizers. The in vivo efficiency studies on nude mice xenografted ectopically with KB cells have been carried using experimental design approach. Two in vitro efficient conjugates [Ru(_6-p-PriC6H4Me)(5-(3-pyridyl)-10,15,20-triphenylporphyrin)Cl2, or Rut1, and Ru4(_6-p-PriC6H4Me)4(5,10,15,20-tetra(3-pyridyl)porphyrin)Cl8, or Rut4] have been compared in vivo. Rut4 conjugate has appeared to be more efficient than Rut1. Biodistribution studies using fiber spectrofluorimeter and classic pharmacokinetic studies have shown an optimal drug-light interval of 24h. However, after PDT parameters optimization, the Ru coupling with a photo-activable molecule (porphyrin or chlorine) hasn?t shown any significant in vivo anti-tumor efficiency

Le médulloblastome (MB) est la plus fréquente des tumeurs cérébrales malignes pédiatriques qui représentent la première cause de mortalité par cancer chez l’enfant. Malgré les avancées des nouveaux traitements, les risques de récidive, séquelles et décès après traitement restent importants. Le récepteur de neuropiline-1 (NRP-1) a été récemment impliqué dans la progression tumorale des MBs et semble jouer un rôle important dans le phénotype des cellules souches cancéreuses (CSCs). Le ciblage de cette molécule pourrait ainsi présenter un intérêt thérapeutique dans le traitement des MBs. Nous avons sélectionné des cellules souches de MB capables de former des médullosphères (MS) à partir de 3 lignées cellulaires (DAOY, D283-Med et D341-Med). Ces modèles ont été caractérisés par l’expression de neuropilines (NRP-1 and NRP-2) et de marqueurs phénotypiques (CD133，CD15 et NF-M). Les résultats ont montré une augmentation significative de l’expression de NRP-1 par les cellules cultivées en médullosphères confortant notre stratégie de ciblage. L’impact du traitement de ces cellules par un composé innovant ciblant spécifiquement NRP-1, le MR438, a été ensuite évalué in vitro seul et association avec la radiothérapie notamment sur l’étude de la capacité d’auto-renouvellement des CSCs de MBs. Nous avons mis en évidence une diminution de la capacité d’autorenouvellement des cellules souches de MBs après exposition au MR438 avec une radiosensibilité augmentée pour les 3 modèles cellulaires. In vivo, le composé MR438 a été evalué sur des modèles de xénogreffes hétérotopiques chez la souris nude et montre un effet radiopotentialisant significatif pour les tumeurs issues de la lignée Daoy avec une tendance à la diminution de la progression tumorale pour les 2 autres lignées. De façon intéressante, le composé MR438 induit une diminution significative du nombre de cellules souches pour l’ensemble de nos modèles. Par conséquent, le composé semblerait induire les cellules souches vers un phénotype différencié au moins pour la lignée DAOY, même si les mécanismes n’ont pas pu être clairement élucidé. En conclusion, l’inhibition de NRP-1 via MR438 semble stimuler la différenciation des cellules souches cancéreuses pouvant à terme réduire la progression du MB et apporter un bénéfice en association avec la radiothérapie. L’evaluation du composé sur des modèles orthotopiques de MB permettrait d’obtenir des informations quant à son efficacité sur des modèles plus proche de la physiopathologie tenant compte de sa distribution au niveau cérébral / Medulloblastoma (MB) is the most common malignant pediatric brain tumors which is the leading cause of cancer death in children. Despite the progress of new treatments, the risk of recurrence, morbidity, and death after treatment remain important. The neuropilin-1 receptor (NRP-1) has recently been implicated in tumor progression of MBs, which seems to play an important role in the phenotype of cancer stem cells (CSCs). Targeting this molecule could thus present an interesting therapeutic value in the treatment of MB. We have selected cancer stem like cells of MBs in the form of medullospheres (MSs) from 3 cell lines (DAOY, D283-Med and Med-D341). These models were characterized by expression of neuropilins (NRP-1 and NRP-2) and phenotypic markers (CD133, CD15 and NF-M). Results showed a significant increase of the expression of NRP-1 by our CSCs models cultured in MSs that confirms our targeting strategy. The impact of the treatment of these cells with an innovative compound specifically targeting NRP-1, MR438, was then evaluated in vitro alone and in association with radiotherapy, especially on the study of the capacity for self-renewal. A decrease of self-renewal capacity for MB stem cells after exposition of MR438 with an increase of radiosensitivity for the 3 cell models in vitro was demonstrated. In vivo, MR438 was evaluated on heterotopic xenograft models in nude mice and showed a significant augmentation of radiosensitivity for DAOY tumors with a tendency to decrease tumor progression for the other 2 cell lines. Interestingly, the compound MR438 induced a significant decrease in the number of stem cells for all of our models. The compound appeared to induce CSCs to a differentiated phenotype at least for the DAOY cells, although mechanisms could not be clearly elucidated. In conclusion, inhibition of NRP-1 via MR438 seems to stimulate the differentiation of CSCs that may eventually reduce the progression of MB and bring a benefit in association with radiotherapy. Evaluation of this compound on orthotopic models of MB would provide information on its effectiveness on models closer to the physiopathology taking into account its distribution at the cerebral level

Ces travaux de thèse portent sur la conception, la synthèse et l'étude biologique de vecteurs peptidiques pour des applications en diagnostic et/ou thérapie du cancer.Nous avons utilisé des châssis cyclodécapeptidiques fonctionnalisés de façon chimiosélective par des éléments de ciblage et des effecteurs. Ces châssis, dotés de quatre ligands c[RGDfK], possèdent une forte affinité pour les récepteurs intégrine avB3 qui sont surexprimés dans de nombreux cancers et par les cellules endothéliales de l'environnement tumoral. Ils sont en revanche peu exprimés par les tissus sain. La présentation multivalente des ligands -RGD- permet également au châssis d'être internalisé par les cellules tumorales.Nous avons donc mis au point des molécules composées du châssis peptidique, de quatre ligands -RGD- pour le ciblage tumoral, et de différents effecteurs pour plusieurs applications. A travers de multiples collaborations, nous avons relié ce vecteur à un agent hautement toxique (cryptophycine), un photosensibilisateur (DHP), un peptide pro-apoptotique (BAX), un complexe de Gallium 68 (pour une étude clinique de phase I pour une application en imagerie TEP). Nous avons également greffé ces châssis présentant quatre motifs -RGD- à des polymères ou à des nanoparticules de silice, tous deux fluorescents.Le projet principal de cette thèse était la conception de vecteurs ciblant deux récepteurs tumoraux de manière simultanée. En plus de cibler l'intégrine avB3, nous avons ciblé le récepteur NRP1 qui est lui aussi surexprimé lors de l'angiogenèse tumorale. Nous avons exploité divers réactions chimiosélectives (oxime, cycloaddition de Huisgen, amidation) pour concevoir des vecteurs fluorescents ciblant l'un des deux récepteurs ou les deux à la fois. Des tests biologiques in vitro et in vivo ont été réalisés. Il s'avère que les composés à double ciblage permettent une très bonne détection de la tumeur, mais non supérieure à des composés à mono ciblage. En revanche, la réponse cellulaire déclenchée par les composés à double ciblage est unique, et totalement différente d'une co-injection. Nous avons plusieurs éléments qui tendent à prouver qu'un complexe NRP1-vecteur-Intégrine se formerait et resterait ancré au niveau de la membrane cellulaire, bloquant son internalisation. / This thesis work is about conception, synthesis and biological activities of peptide vectors for diagnostic and/or therapeutic applications against cancer.We used cyclodecapeptidic scaffolds chemoselectively handled with targeting elements and effectors. Those scaffolds presenting four c[RGDfK] ligands have a strong affinity for integrin avB3 receptors, wich are overexpressed in various cancers and by endothelial cells from the tumor surrounding. They are poorly expressed in healthy tissues. The multivalent presentation of -RGD- motifs higly increases the internalisation of the scaffold by tumor cells. Thus we developed molecules composed by four -RGD- motifs for tumor targeting, and different effectors for various applications. Thanks to multiple collaborations, we linked the vector to a highly cytotoxic compound (cryptophycine), a photosensitiser (DHP), a pro-apoptotic peptide (BAX), a DOTA complex (for 68-Ga complexation, for PET applications). We also grafted the cyclodecapeptide bearing four -RGD- motifs to polymers or silica nanoparticles, both fluorescent.The main project of this thesis was the conception of dual targeting vectors. Our objective was to simultaneously target two receptors overexpressed in the tumor periphery. Beside the targeting of avB3, we decided to target the NRP1 receptor, which is also overexpressed during tumor angiogenesis. We exploited various chemoselective reactions (oxime, huisgen cycloaddition, peptide coupling) to synthesise fluorescent vectors targeting one of the two receptors, or both. In vitro and in vivo biological experiments were realised. We discovered that dual targeting compounds allow a really good tumor detection, but inferior to mono targeting ones. Nevertheless, the cellular answer triggered by dual targeting compounds is totally different from those obtained with other compounds, including co-injection. We found different elements that tend to show that a NRP1-vector-integrin could be formed, and would be blocked inside the cellular membrane, resulting in its internalisation's blocking.

Le domaine transmembranaire des récepteurs membranaires est aujourd’hui considéré comme essentiel dans l’activation et la régulation des voies de signalisation sous-jacentes. Ceci est tout particulièrement le cas pour neuropiline-1 et -2 (NRP1/2), et ErbB2, trois récepteurs impliqués dans la croissance tumorale. Notre laboratoire a initialement démontré qu’un peptide ciblant le domaine transmembrane du récepteur NRP1, bloque l’oligomérisation de ce récepteur et provoque ainsi l’inhibition de la prolifération/migration des cellules tumorales et l’angiogenèse in vivo. L’objectif principal de ce travail de thèse était d’élargir cette stratégie aux récepteurs membranaires NRP2 et ErbB2, et ce, dans le contexte du cancer du sein. Mes travaux montrent que ces peptides inhibent la pousse tumorale et les métastases associées dans différents modèles de cancer du sein. Les effets anti-tumoraux peuvent s’expliquer par les propriétés anti-angiogéniques et anti-prolifératives des peptides démontrées in vitro et in vivo. J’ai également disséqué le mécanisme d’action du peptide ErbB2 et montré que le peptide inhibiteur de NRP2 induit des effets secondaires rédhibitoires (promotion des métastases osseuses). Dans l’ensemble, mes recherches valident le potentiel thérapeutique de cette stratégie peptidique et renforce l’idée d’un développement clinique de ces composés. D’une terre inconnue à une terre d’espoir, le cœur de la membrane est incontestablement une nouvelle source d’inspiration pour le développement des médicaments de demain. / The role of transmembrane domains (TMD) in membrane receptor activation and regulation is nowadays appearing as a key step of cell signaling. This has been indeed evaluated for neuropilin-1 and -2 (NRP1/2) and ErbB2 receptors, three membrane receptors whose signaling has clearly been implicated in tumorigenesis. Our team had demonstrated that a synthetic peptide blocking the transmembrane domain of NRP1 blocked NRP1-dependent signaling leading to the inhibition of glioma cell proliferation/migration and tumor associated angiogenesis in vivo. The major goal of this thesis project was to extend this novel strategy to NRP2 and ErbB2 in the breast cancer context. Thus, I was able to demonstrate for the first time that the use of peptides, inhibiting the TMD of these receptors, was able to inhibit tumor growth and related metastases in vivo, in three different breast cancer mouse models that I have developed in the laboratory. These results were supported by in vitro experiments demonstrating anti-proliferative and anti-angiogenic properties of these peptides. Besides, I was able to dissect the mechanism of action of the peptide targeting ErbB2 receptor in vitro and in vivo, and I provided data excluding NRP2 as a target because of an unexpected promotion of bone metastasis. Altogether, my data offer convincing evidences to further develop MTP-ErbB2 and MTP-NRP1 peptides as novel therapeutic compounds for patients suffering metastatic cancers. From terra incognita to the exploration of a world of hope, the heart of the membrane is becoming a new promising estate for drug design.

Le cancer de la prostate représente actuellement un problème majeur de santé publique. L’hormonothérapie, par privation de l’axe androgénique, constitue aujourd’hui la seule arme thérapeutique efficace pour les formes avancées. Malgré un taux important de réponse initiale, une forme de résistance survient inéluctablement, conduisant pour la plupart au décès du patient. La progression tumorale vers la résistance à la castration est un processus multifactoriel. Elle peut être associée à une dérégulation de l’axe du récepteur des androgènes, l’activation de voies de survie cellulaire, et favoriser une différenciation cellulaire vers l’acquisition d’un phénotype neuroendocrine androgéno-indépendant. L’objectif de la recherche actuelle repose donc sur l’identification de nouveaux biomarqueurs de résistance thérapeutique afin de proposer de nouvelles cibles permettant de contrecarrer la résistance à la castration. La caractérisation d’une signature moléculaire associée à l’émergence d’une différenciation neuroendocrine du cancer de la prostate résistant à la castration a permis d’identifier la Neuropiline-1, une glycoprotéine transmembranaire impliquée dans le développement neuronal et vasculaire. La répression de la voie du récepteur des androgènes au cours de l’hormonothérapie régule dynamiquement l’expression de la Neuropiline-1 et favorise la résistance à la castration associée à une différenciation neuroendocrine. La Neuropiline-1 joue donc un rôle important dans la résistance thérapeutique puisqu’elle favorise la neuro-transdifférenciation, l’activation de voie de survie cellulaire et altère la sensibilité des cellules cancéreuses à la chimiothérapie. L’étude des voies de signalisation associées à la Neuropiline-1 a permis d’identifier la voie des PKCs, impliquée dans la régulation de la différenciation neuroendocrine du cancer de la prostate. Par conséquent, nous montrons pour la première fois que le ciblage de cette voie activée par la Neuropiline-1 bloque l’évolution tumorale vers la résistance à la castration et augmente l’efficacité d’une chimiothérapie à base de docétaxel sur des modèles précliniques in vivo. Parallèlement, la caractérisation des ligands de la Neuropiline a permis d’identifier de nouveaux partenaires dont la Pléiotrophine, comme nouveau ligand associé aux activités biologiques de la Neuropiline-1 dans la carcinogenèse prostatique. L’ensemble de ces travaux apporte de nouvelles connaissances sur la caractérisation de la résistance thérapeutique du cancer de la prostate, et fournit un réel intérêt clinique porteur d’espoir dans la prise en charge de la maladie neuroendocrine résistante à la castration. / Prostate cancer currently represents a major public health problem. Hormone therapy, by deprivation of androgen signaling axis represents the only efficient treatment for advanced forms. Despite effective initial response, a form of resistance inevitably occurs, leading mostly to patient's death. Tumor progression to castration resistance is a multifactorial process. It can be associated to dysregulation of the androgen receptor axis and activation of cell survival pathways, and thus promotes cell differentiation towards the acquisition of an androgen-independent neuroendocrine phenotype. Therefore, the goal of current research is based on the identification of new biomarkers of therapeutic resistance to propose new targets to counteract the castration resistance. The characterization of a molecular signature associated with the emergence of a neuroendocrine castration-resistant prostate cancer identified Neuropilin-1, a transmembrane glycoprotein involved in vascular and neuronal development. Down-regulation of androgen receptor axis during hormone therapy dynamically regulates the expression of Neuropilin-1 and promotes resistance to castration associated with neuroendocrine differentiation. Thus, Neuropilin-1 plays an important role in the therapeutic resistance since it favors the neuro-transdifferentiation, activation of cell survival pathway and alters the sensitivity of cancer cells to chemotherapy. Moreover, the study of signaling pathways associated with Neuropilin-1 and involved in the regulation of the neuroendocrine differentiation of prostate cancer has identified the PKCs pathway. We show for the first time that targeting this pathway activated by Neuropilin-1 blocks tumor evolution towards resistance to castration and increases the efficacy of docetaxel-based chemotherapy in preclinical models in vivo. In parallel, the characterization of Neuropilin’s ligands identified new partners, including Pleiotrophin, as a new ligand associated with Neuropilin-1 biological activities in prostate carcinogenesis. All this work provides new knowledge in the characterization of therapeutic resistance in prostate cancer, and supports a real promising clinical value in the treatment of neuroendocrine castration-resistant form of the disease.