La croissance post natale est dépendante des effets physiologiques de l'hormone de croissance ou GH («Growth Hormone») qui se traduisent au niveau cellulaire par une augmentation de la prolifération, de la différenciation et du métabolisme. La libération pulsatile de GH hypophysaire induit une réponse cellulaire adaptée et régulée en fonction des différentes situations physiologiques et conditions homéostatiques. La transduction du signal de la GH est médiée par l'activation de la voie canonique de transduction des signaux des cytokines, Janus Kinase/Signal Transducer and Activator of Transcription (JAK/STAT). La GH est également produite en des sites extrahypophysaires par les cellules endothéliales, fibroblastiques et épithéliales suivant un mode de régulation bien distinct de celui de l'hypophyse. Cette GH ectopique synthétisée en faible quantité par rapport à la production hypophysaire ne contribue pas à l'élévation de la concentration de GH circulante et agirait comme un facteur local de régulation exerçant ses effets de façon autocrine et paracrine. L'objectif principal exposé dans ce mémoire est de comprendre le rôle physiologique et les conséquences pathologiques de la synthèse de GH autocrine. Cette problématique a été abordée depuis la cellule jusqu'à l'animal entier et expérimentalement testée par à un ensemble de techniques de biologie cellulaire, moléculaire et biochimiques. Nous avons dans un premier temps identifié certains sites de production ectopique de GH tels que les organes du système immunitaire et la glande mammaire et démontré que son expression était régulée en fonction de l'ontogenèse ou de l'état physiologique des animaux. Dans la glande mammaire de souris la GH autocrine participe à son développement en activant les mécanismes de prolifération épithéliale et en s'opposant à la différenciation lactogène. Nous avons également mis en évidence l'expression de GH humaine (hGH) dans les cellules épithéliales et fibroblastiques du sein humain et montré qu'elle était augmentée dans les cas de cancers agressifs. L'élaboration d'un modèle cellulaire de production autocrine de hGH nous a permis de caractériser en détail son rôle dans les cellules carcinomateuses mammaires. La GH induit une augmentation significative du nombre de cellules carcinomateuses par stimulation des mécanismes moléculaires de la prolifération cellulaire et par activation des mécanismes anti-apoptotiques. La production autocrine de hGH induit également une remarquable augmentation des capacités migratoires et invasives des cellules associées à un changement morphologique en type fibroblastique conjointement à l'acquisition des marqueurs de la transition épithélio-mésenchymateuse. Nous avons par la suite démontré que les mécanismes moléculaires de la progression tumorale mammaire induite par la GH autocrine résultent de l'activation d'un programme transcriptionnel complexe médié par l'action de protéines spécifiques (CHOP, HOXA1, Cycline D1, c-Myc, Bcl-2, Catalase). Cette plateforme transcriptionnelle permet l'activation soutenue de la voie des MAPK ainsi que la stimulation des fonctions antiapoptotiques, antiradicalaires et de chimiorésistance des cellules carcinomateuses. Par la suite nous avons découvert que l'expression constante et forcée de hGH dans une lignée épithéliale mammaire humaine est suffisante pour induire leur transformation oncogénique in vitro et in vivo, suggérant que la GH pourrait exercer la fonction d'un oncogène impliqué dans les cancers du sein humains. L'ensemble de nos travaux indique que les effets autocrines et paracrines de la GH se traduisent en situation physiologique par le développement prolifératif de l'épithélium mammaire et en conditions pathologiques stimulent la progression tumorale. L'expression constante de hGH par les cellules épithéliales mammaires humaines est potentiellement responsable de leur transformation oncogénique. L'antagonisme de la voie de transduction du signal de la GH représente donc un nouveau niveau d'intervention thérapeutique.

Chacune de nos cellules possède l'information génétique nécessaire à la constitution de l'organisme entier, mais les cellules différenciées n'expriment qu'un répertoire restreint de gènes. Le contrôle des expressions des gènes apparaît fondamental dans la mise en place et le maintien de l'identité cellulaire. Le contrôle transcriptionnel, premier niveau de régulation de l'expression des gènes, est basé sur l'intégrité de la séquence génique et sur son accessibilité, elle-même conditionnée par les mécanismes épigénétiques contrôlant la dynamique chromatinienne. Dans un contexte pathologique, des altérations génétiques et/ou épigénétiques pourront alors être à l'origine de dérégulations géniques et mener à des fonctions cellulaires altérées. Lors du développement d'un carcinome bronchique, les cellules pulmonaires acquièrent une capacité de prolifération incontrôlée et une résistance accrue à l'apoptose. Ces caractéristiques phénotypiques, bases de la croissance tumorale, sont le reflet des anomalies qui s'accumulent dans le génome des cellules cancéreuses. Aux altérations génétiques somatiques (mutations ponctuelles, remaniements chromosomiques) s'ajoute un bouleversement global du paysage épigénétique, le tout conduisant une crise de l'identité cellulaire et à des dérégulations massives des expressions géniques. Alors que la répression aberrante de gènes (notamment des gènes suppresseurs de tumeur) a été largement étudiée, l'activation ectopique de gènes normalement silencieux demeure un aspect plus méconnu. Notre hypothèse de travail est que les expressions hors-contexte de gènes tissu-spécifiques puissent être non seulement impliquées dans le phénomène de cancérogenèse, mais également constituer des biomarqueurs tumoraux ou cibles thérapeutiques innovantes. Dans cette thèse, notre attention s'est portée sur le gène PRL codant la prolactine, normalement exprimée dans l'hypophyse et absente du poumon non tumoral. Nous avons détecté une activation ectopique du gène PRL dans 10% des tumeurs pulmonaires, principalement des tumeurs neuroendocrines. Nous avons observé que l'expression de PRL est associée à des tumeurs particulièrement agressives et à un pronostic sombre pour les patients. Nous avons également démontré que l'expression de PRL confère aux cellules cancéreuses pulmonaires une résistance accrue à un stress génotoxique. De manière inattendue, nos résultats suggèrent que l'effet oncogène de l'expression de PRL ne repose pas sur les mécanismes d'action classique de la prolactine et nous avons dû remettre en question l'hypothèse initiale d'une sécrétion de l'hormone par les cellules cancéreuses pulmonaires et d'une action autocrine/paracrine au sein de la tumeur via l'activation du récepteur à la prolactine. Le récepteur est en effet absent des cellules cancéreuses pulmonaires et le transcrit PRL exprimé est dépourvu de ses premiers exons, ce qui pourrait conduire à la production d'une protéine tronquée de son peptide signal, incapable d'emprunter la voie de sécrétion classique, et par conséquent retenue à l'intérieur de la cellule cancéreuse pulmonaire. Même si les mécanismes d'action in cellulo de la prolactine restent à décrypter, nos données suggèrent que l'expression ectopique de PRL pourrait constituer une nouvelle cible thérapeutique dans le traitement des tumeurs pulmonaires agressives. Ce travail de thèse, incluant également des résultats complémentaires obtenus sur trois gènes spécifiques du testicule exprimés de manière aberrante dans les tumeurs pulmonaires (BRDT, SOX30 et SPATA22) met en lumière l'intérêt des expressions ectopiques. Celles-ci peuvent en effet fournir de nouveaux outils de diagnostic et de pronostic aux cliniciens, mais également de nouvelles approches ciblées en complément des thérapies classiques qui ne suffisent pas à limiter la mortalité importante due aux néoplasies pulmonaires.

Le cancer du rein est un problème majeur de santé publique. Un diagnostic précoce améliore les chances de survie. Le diagnostic repose essentiellement sur les examens d'imagerie comme l'échographie, la tomodensitométrie et l'IRM. Ces examens sont parfois associés à la biopsie et sont couteux et parfois invasifs. De plus, l'imagerie n'est pas capable de faire la distinction entre les tumeurs bénignes et les tumeurs malignes et entre les sous-types histologiques de carcinome à cellules claires qui est le plus fréquent. Il n'existe pas dans le cancer rénal de marqueur comme la PSA dans le cancer de la prostate ou la Foetoprotéine et l'HCG dans le cancer du testicule. Le but de cette étude est concentré sur la recherche des marqueurs mARNs ou miARNs dans les liquides biologiques (sérum, plasma, urine) pour le cancer du rein à cellules claires. Nous avons montré que les petits ARNs dans le sérum et les urines et l'intégrité des ARNs dans les urines étaient des outils diagnostiques dans le cancer du rein à cellules claires. Si ces petits ARNs circulants sont validés, on peut éventuellement imaginer l'intérêt pratique en clinique comme la détection des petits ARNs circulants dans l'urine pour prédire le cancer, la classification de la tumeur pour aider le clinicien, la prédiction d'une récidive ou d'une progression soit après néphrectomie soit au cours d'un traitement médical

Les lymphomes B non-Hodgkiniens sont caractérisés par des altérations génétiques à l’origine du syndrôme néoplasique. Dans ce travail, nous démontrons que l’association dans les microdomaines rafts de la membrane de Lyn, une kinase de la famille Src, avec l’adaptateur PAG, participe également au processus néoplasique. Dans les cellules B non-néoplasiques, Lyn et PAG sont des molécules impliquées dans la signalisation du récepteur des cellules B en réponse à une stimulation antigénique. Dans ce contexte, l’adaptateur PAG est décrit comme un inhibiteur de l’activité kinase de Lyn. Au contraire, dans les rafts des lymphomes B non-Hodgkiniens, nous avons mis en évidence que PAG retient la kinase Lyn sous une conformation active. Au sein des rafts, la kinase Lyn semble responsable de l’activation oncogénique de la voie de signalisation PI3K/Akt et de la voie de signalisation STAT3. L’inhibition pharmacologique et génétique de la kinase Lyn induit l’apoptose et l’inhibition de la prolifération de lignées cellulaires dérivées de lymphomes B non-Hodgkiniens. Ce résultat est révélateur d’une dépendance des lignées cellulaires à l’association oncogénique de Lyn avec PAG. Le ciblage thérapeutique du complexe Lyn/PAG constitue donc une opportunité pour le traitement des lymphomes B non-Hodgkiniens. / Non Hodgkin B lymphomas are caracterized by genetic alerations that condition their neoplastic development. In this work, we demonstrate that an association between the Src family kinase Lyn and the PAG adaptor in rafts is also involved in the neoplastic phenotype. In normal B cells, Lyn and PAG contribute to BCR signalling, where PAG functions as a Lyn kinase inihibitor. In contrast, we demonstrate that Lyn remains active when associated with PAG in B non Hodgkin lymphomas rafts. In those rafts, the Lyn kinase participates in the oncogenic activation of the PI3K/Akt and STAT3 signaling pathways. Pharmacologic and genetic inhibition of the Lyn kinase leads to apoptosis induction and proliferation inhibition of B non Hodgkin lymphoma cell lines. Our results reveal the dependence (or addiction) of these cell lines to the Lyn and PAG complex in rafts. The Lyn/PAG complex therefore constitutes an appropriate therapeutic target in certain non Hodgkin B lymphoma treatment.

Les cancers du sein de sous-type luminal B sont associés à un mauvais pronostic. Afin de mieux comprendre la biologie de ce sous-type, nous avons étudié au sein de 188 tumeurs mammaires de différents sous-types, les anomalies du nombre de copies, les méthylations de l'ADN, les profils d'expression génique et les mutations somatiques dans 9 gènes sélectionnés. Un total respectif de 237 et 101 oncogènes et gènes suppresseurs de tumeurs (TSG) candidats présentaient une dérégulation de l'expression en relation avec leur CNA. 88% des TSG potentiels étaient localisés sur le bras chromosomique 6q. 101 oncogènes candidats ont été validés sur une série publique de 5765 cancers du sein, et l'expression de 67 gènes était associée à un mauvais pronostic au sein des tumeurs luminales. 24 gènes présentaient une dérégulation de l'expression en relation avec un haut niveau de méthylation de l'ADN. FOXO3, PIK3CA et TP53 étaient les gènes les plus fréquemment mutés parmi les 9 testés. Dans une méta-analyse de séquençage de nouvelle génération regroupant 875 cancers du sein, les gènes les plus fréquemment mutés dans le sous-type luminal B étaient PIK3CA, TP53 et GATA3. Les nombreuses altérations moléculaires ciblaient des voies de signalisation communes, incluant 3 axes pouvant jouer un rôle majeur dans le sous-type luminal B : la voie TP53 et l'instabilité chromosomique, les voies de signalisation PI3K/AKT/MTOR/FOXO et MAPK/JNK, et les altérations des facteurs de transcription et épigénomiques. En conclusion, nous avons établi un répertoire de gènes candidats dans le sous-type luminal B qui pourraient être impliqués dans le développement et/ou l'hormonorésistance de ce sous-type. / Breast cancers (BCs) of the luminal B subtype have a poor prognosis. To better understand this subtype we studied in 188 BCs of various molecular subtypes, DNA copy number aberrations, DNA promoter methylation, gene expression profiles, and somatic mutations in nine selected genes. A total of 237 and 101 luminal B-specific candidate oncogenes and tumor suppressor genes (TSGs) presented a deregulated expression in relation with their CNAs. Interestingly, 88% of the potential TSGs are located within chromosome arm 6q. 101 candidate oncogenes were validated in a public series of 5,765 BCs and the overexpression of 67 was associated with poor survival in luminal tumors. 24 genes presented a deregulated expression in relation with a high DNA methylation level. FOXO3, PIK3CA and TP53 were the most frequent mutated genes among the nine tested. In a meta-analysis of next-generation sequencing data in 875 BCs, PIK3CA, TP53 and GATA3 were the most frequent mutated genes. Numerous molecular alterations targeted common signalling pathway, included 3 ways wich may play a major in the luminal B subtype: TP53 pathway and chromosomal instability, PI3K/AKT/MTOR/FOXO and MAPK/JNK pathway, and epigenomic and transcription factors alterations. In conclusion, we have reported a repertoire of luminal B candidate genes that may be involved in the development and/or hormone resistance of this subtype.

Une des propriétés majeures de la thyroïde est de capter l’iode de la circulation sanguine grâce à la présence d’un transporteur d’iodure (NIS pour Natrium Iodide Symporter). Cette capacité d’accumulation d’iode par les thyrocytes joue un rôle clé dans la synthèse des hormones thyroïdiennes ainsi dans le diagnostic et le traitement des cancers de la thyroïde. Cependant, en raison d’une diminution ou de l’absence de l’expression du NIS dans certaines tumeurs et métastases, des patients deviennent réfractaires à la radiothérapie métabolique et présentent une radiorésistance, causant ainsi un problème de santé publique.L’oncogène BRAFV600E, un puissant activateur de La voie MAP kinase, est détecté dans 40 - 60% des cancers thyroïdiens de type papillaires (CPT) qui représentent 80% de la totalité des cancers thyroïdiens. La mutation BRAFV600E est associée aux tumeurs thyroïdiennes les plus agressives. Cependant l’inhibition pharmacologique de la voie MAP kinase induite constitutivement par l’oncogène BRAFV600E ne permet pas, à elle seule, de rétablir l’expression du NIS chez des patients atteints d’un cancer de la thyroïde muté BRAFV600E. Ceci suggère que d’autres mécanismes compensatoires peuvent contribuer à la radiorésistance. Une étude récente menée sur un modèle murin a montré que la régulation négative du NIS par l’oncogène BRAFV600E est médiée par la voie du TGF beta. Une autre a montré que l’expression du NIS serait dépendante de l’état redox de la cellule, suggérant un rôle des espèces réactives de l’oxygène (ROS). Dans les cellules les ROS peuvent être produites par les NADPH oxydases (NOX/DUOX). La thyroïde en exprime trois : DUOX2 nécessaire à la synthèse des hormones thyroïdiennes ainsi que DUOX1 et NOX4 dont le rôle physiologique reste inconnu. NOX4, surexprimé dans les CPTs, a été montré être un nouvel effecteur clé de la voie du TGF beta dans d’autres cancers.Dans mon projet de thèse, je me suis intéressée à l’étude du rôle de NOX4 dans la régulation négative du NIS dans les CPT mutés BRAFV600E. L’étude du mécanisme, réalisée à partir de deux lignées humaines issues de cancers papillaires mutés pour BRAF (BCPAP et 8505C), a permis d’établir que l’oncogène BRAFV600E contrôle l’expression de NOX4 au niveau transcriptionnel via la voie TGF-beta/Smad3. Ces résultats ont été validés sur une lignée de rat exprimant de manière conditionnelle BRAFV600E ainsi que sur des thyrocytes humains en culture primaire. De manière importante, l’utilisation d’antioxydants tels que le N-acetyl cystéine (NAC) ou l’inhibition spécifique de l’expression de NOX4 par ARN interférence permet de réinduire l’expression du NIS. Ces résultats qui montrent que les ROS produites par NOX4 inhibent l’expression du transporteur de l’iode (NIS) établissent un lien entre l’oncogène BRAFV600E et NOX4. Une analyse comparative de l'expression de NOX4 effectuée à partir de 500 cancers papillaires de la thyroïdes mutés ou non pour BRAF (données TCGA) confirme que NOX4 est significativement augmenté dans les cancers porteurs de la mutation BRAF et que ceci est corrélé à une diminution de l’ARNm du NIS. Par ailleurs, le niveau de NOX4 est inversement corrélé au score de différenciation thyroïdien, suggérant que NOX4 pourrait être impliqué dans le processus de dédifférenciation. Cette étude ouvre une nouvelle opportunité pour l’optimisation de l’utilisation de la radiothérapie métabolique dans le traitement des cancers thyroïdiens réfractaires à l’iode I131 et présente NOX4 comme une cible thérapeutique potentielle. / One of the major properties of the thyroid is iodine uptake from the bloodstream through an iodide transporter (NIS for Natrium Iodide Symporter). This capacity plays a key role in the thyroid hormones synthesis, but also in both diagnosis and treatment of thyroid cancer. However, due to a decrease or absence of the NIS expression in some tumors and metastases, patients become refractory to the metabolic radiotherapy and present a radioresistance, which cause a public health problem.The BRAFV600E oncogene, a potent activator of the MAP kinase pathway, is detected in 40-60% of papillary thyroid cancer (PTC), which represent 80% of total thyroid cancers. The BRAFV600E mutation is associated with the more aggressive thyroid tumors. However, the pharmacological inhibition of the MAP kinase pathway, constitutively induced by the BRAFV600E oncogene, is not able to restore alone the expression of NIS in patients with BRAFV600E mutated thyroid cancer. This suggests that other compensatory mechanisms may contribute to the radioresistance. A recent study in a mouse model demonstrated that downregulation of NIS by BRAFV600E oncogene is mediated through the TGF beta activation. An other showed that the expression of NIS is dependent on the redox status of the cell, suggesting a role for the reactive oxygen species (ROS). In cells, ROS can be produced by the NADPH oxidases (NOX/DUOX). The Thyroid gland expresses three of them: DUOX2, which is necessary for the thyroid hormones synthesis, but also DUOX1 and NOX4 whose the physiological role remains unknown. NOX4, which is overexpressed in the PTCs, has been shown to be a new key effector of the TGF beta pathway.In my thesis project, I was interested in studying the role of NOX4 in the negative regulation of NIS in BRAFV600E mutated CPT. The study of the mechanism, made from two human cell lines derived from BRAF-mutated papillary thyroid cancers (BCPAP and 8505C), has revealed that the oncogene BRAFV600E controls the expression of NOX4 at the transcriptional level via the TGF-beta/Smad3 pathway. These results were validated on both a rat thyroid cell line conditionnaly expressing BRAFV600E and on human thyrocytes in primary culture. Importantly, the use of antioxidants such as N-acetyl cysteine (NAC) or specific inhibition of NOX4 expression by RNA interference allow reinduction of NIS expression. These results, which show that ROS produced by NOX4 inhibit the expression of iodine transporter (NIS), establish a link between the oncogene BRAFV600E and NOX4. A comparative analysis of the NOX4 expression, made from 500 papillary thyroid cancers mutated or not for BRAF (TCGA data), confirms that NOX4 is significantly increased in BRAF-mutated cancers and that this is correlated with a decrease of NIS mRNA. Furthermore, the level of NOX4 is inversely related to thyroid differentiation score, suggesting that NOX4 might be involved in the dedifferentiation process. This study opens a new opportunity for optimizing the use of metabolic radiotherapy in the treatment of thyroid cancers refractory to radioiodine I131and makes NOX4 as a potential therapeutic target.

Lors du développement d’une tumeur au sein d’un tissu, les cellules cancéreuses se retrouvent entourées par les cellules saines. Les interactions entre ces deux types cellulaires, transformé et normal, jouent un rôle important dans le devenir de la tumeur, mais restent à ce jour mal comprises. L’objectif de cette thèse a été de mettre en place des systèmes in vitro qui permettent d’étudier les interactions entre une population de cellules normales et une population de cellules transformées.Nous avons tiré profit d’une lignée de cellules épithéliales sensibles à la lumière, élaborée par Olivier Destaing (IAB, Grenoble). Lorsqu’elles sont exposées à la lumière bleue, ces cellules suractivent la protéine Src, connue pour être surexprimée dans de nombreux cancers. Sinon, elles gardent un phénotype normal. L’utilisation de ces cellules, appelées « OptoSrc », combinée à un dispositif optique, permet de créer des tissus mosaïques dans lesquels le motif des cellules mutées est déterminé par le motif d’illumination bleue. Notre système présente plusieurs avantages : le contrôle dans le temps et dans l’espace du motif de cellules transformées, mais aussi l’activation graduelle et réversible de l’oncoprotéine.Nous avons montré qu’en illuminant dans le bleu un îlot circulaire de cellules au sein d’une monocouche OptoSrc, les cellules activées s’extrudent collectivement, donnant naissance à un agrégat tri-dimensionnel cohésif surplombant la monocouche. Nous pouvons contrôler la taille et le temps d’apparition de ce sphéroïde en ajustant respectivement l’aire éclairée et la fréquence d’illumination. De plus, ce phénomène d’extrusion collective est réversible lorsque le stimulus de lumière bleue s’arrête. Finalement, nous avons montré que la formation de cet agrégat s’accompagne d’une diminution des E-cadhérines à la membrane, et de l’apparition de la vimentine, pour les cellules éclairées. Nos résultats suggèrent qu'un groupe de cellules surexprimant la protéine Src, au sein d’une monocouche de cellules normales, subit une transition epithéliale- mesenchymateuse partielle. / During the development of a tumour in a tissue, the cancer cells are surrounded by healthy cells. The interactions between these two cell types, transformed and normal, play an important role in the tumour stability, but remain to this day poorly understood. The aim of this thesis was to establish in vitro assays to study the interactions between populations of normal and transformed cells.We benefited from a light-sensitive cell line, constructed by Olivier Destaing (IAB, Grenoble). When they are exposed to blue light, these cells overactivate the protein Src, which is known to be overexpressed in many cancers. Otherwise, they keep a normal phenotype. Using these cells, called “OptoSrc”, in combination with an optical setup, we are able to create mosaic tissues in which the pattern of mutated cells is determined by the blue illumination pattern. Our system has several advantages: a selective control in time and space of the group of transformed cells, and a gradual and reversible activation of the oncoprotein.We have shown that when we illuminate a circular islet of cells from a monolayer of OptoSrc cells, the activated cells were collectively extruded, resulting in a cohesive three-dimensional aggregate on top of the monolayer. We can control the size and appearance time of this spheroid by tuning, respectively, the area and frequency of illumination. Besides, this collective extrusion is reversible when the blue light stimulation is stopped. Finally, we have shown that the formation of this three-dimensional aggregate coincides with the loss of E-cadherin at the membrane, as well as the apparition of vimentin, for the illuminated OptoSrc cells. Our results suggest that a group of cells overexpressing the protein Src, in a monolayer of normal cells, undergoes a partial epithelial-to-mesenchymal transition.

Les cancers pédiatriques représentent la première cause de décès par maladie chez les enfants puisque 20% des patients présentent des résistances et rechutent. Les traitements actuels sont à leurs limites d'efficacité mais aussi de toxicité. L'amélioration des connaissances de la biologie des tumeurs résistantes et l'identification de nouvelles cibles moléculaires sont nécessaires pour ces pathologies rares, extrêmement diverses et mal comprises. Les oncogènes de fusion sont responsables de l’oncogenèse de ~ 20% des cancers. En raison de la biologie particulière des cancers pédiatriques, nous avons émis l'hypothèse qu’ils seraient dus à des oncogènes de fusion. Leur exploration, particulièrement à la rechute où les données actuelles sont limitées, permettrait de mieux comprendre ces pathologies et d’introduire de nouvelles cibles thérapeutiques. Notre premier objectif était de détecter de nouveaux transcrits de fusion parmi 48 patients pédiatriques en rechute inclus dans l'essai de médecine de précision MOSCATO-01 mené à Gustave Roussy. A partir de données de RNA-seq, nous avons détecté l’ensemble des fusions retrouvées dans ces tumeurs et classé les plus pertinentes selon leur fonction et leur potentiel thérapeutique. Un nouvel oncogène de fusion nommé LMO3-BORCS5 retrouvé chez un patient atteint de sarcome d'Ewing dans les biopsies tumorales à la rechute et au diagnostic, et dans diverses lignées cellulaires a particulièrement retenu notre attention. Nos études fonctionnelles montrent que LMO3-BORCS5 a un rôle important dans la tumorigenèse et la sensibilité au traitement et que BORCS5 fonctionnerait, in vivo, comme un gène suppresseur de tumeur. Ces résultats montrent le rôle critique des transcrits de fusion dans l'initiation et la progression tumorale ainsi que dans l’acquisition de résistance au traitement et que les fusions isolées ne doivent pas être ignorées. A l'avenir, la prise en charge des cancers réside en une médecine moléculaire de précision, les oncogènes de fusions représentant l'un des outils les plus remarquables en clinique. / Pediatric cancers represent the first cause of death by disease in children as 20% of patients harbor resistances and die from recurrence of the malignancy. Nowadays treatment are at their limits of efficacy but also toxicity. Improving the knowledge on the biology of the relapsed/resistant tumors and identifying new molecular targets are needed for these rare, extremely diverse and misunderstood pathologies. Fusion oncogenes are known to be major drivers of oncogenesis, responsible for ~20% of cancers. Due to their particular biology, we hypothesized that pediatric tumors would be more likely to harbor fusions and that their exploration, especially at relapse where very limited data are available, could help to understand the particularity of these malignancies and consequently to provide new therapeutic targets. Our first aim was to detect new fusion transcripts in a cohort of 48 pediatric patients at relapse included in the precision medicine trial MOSCATO-01, previously conducted in Gustave Roussy. From the RNA-seq data, we described the landscape of fusions in these tumors and classified the most confident candidates according to their biological function and druggability predictions. A new fusion named LMO3-BORCS5 found in biopsies of a patient with Ewing's sarcoma, at diagnosis and at relapse as well as in various cell lines particularly caught our attention. Functional studies showed that LMO3-BORCS5 has a high impact on tumorigenesis and treatment sensitivity and that BORCS5 would act, in vivo, as a tumor suppressor gene. Our results strengthened the critical role of fusion transcripts in tumor initiation, progression and resistance and reinforces the idea that a private fusion oncogene should not be ignored. Indeed, the future of cancer care lays in precision medicine, with fusion transcripts being one of the most remarkable tool for treatment decision.

La sénescence cellulaire et l'apoptose ont évolué comme des puissantes barrières protectrices contre la transformation néoplasique. La sénescence est un état d'arrêt permanent de la prolifération dans lequel les cellules restent métaboliquement actives. La sénescence cellulaire est déclenchée par différentes sources de stress, notamment les oncogènes activés, le dysfonctionnement des télomères, les dommages à l'ADN et des défauts dans la réplication provoqués par des agents génotoxiques, des espèces réactives de l'oxygène, etc. Ce processus complexe engage deux voies différentes de suppresseurs de tumeurs, les voies p53/p21 et p16INK4a/pRb, et les deux voies doivent être compromises dans les cellules humaines afin de contourner la sénescence. Par conséquent, décrire la relation entre l'activation des oncogènes, l'arrêt de la prolifération induite par la sénescence et l'échappement à l'état de sénescence est essentiel pour comprendre le processus de tumorigenèse. KDM4A est un membre de la sous-famille KDM4 des Jumonji lysine déméthylases ciblant les variantes di- et triméthylées de l'histone H3 lysine 9 (H3K9) et l'histone H3 lysine 36 (H3K36). Les trois premiers membres de la sous-famille KDM4A, KDM4B et KDM4C sont également capables de lier l'histone 4 lysine 20 di-méthyl/tri-méthyl (H4K20me2/3) et l'histone 3 lysine 4 tri-méthyl (H3K4me3), via leurs domaines Tudor consécutifs. KDM4A module négativement l'activité de la voie p53, en ciblant directement le suppresseur de tumeur CHD5, et est également un régulateur négatif de la réponse aux dommages de l'ADN. Les niveaux d'expression de KDM4A sont souvent élevés dans les cellules cancéreuses et diminués pendant la sénescence cellulaire. La motivation principale de cette thèse est d'élargir nos connaissances actuelles sur la façon dont la réorganisation de la chromatine influence la stabilité du phénotype de sénescence. Dans la première partie de ce travail, nous abordons la fonction de méthylation de H4K20 et H3K9, dans le contexte des foyers d'hétérochromatine associés à la sénescence (SAHF: senescence-associated heterochromatin foci). Nous démontrons que l'intégration de H4K20me3 dans les SAHF dépend de l'incorporation précédente de H3K9me3 et révélons les méthyltransférases H4K20 impliquées dans ce processus. Nous proposons un mécanisme moléculaire par lequel H4K20me3 et H3K9me3 coopèrent avec p53 dans la répression stable des gènes cibles de E2F au cours de la sénescence induite par l'oncogène Ras. Dans la deuxième partie de la thèse, nous présentons une voie de dégradation lysosomale (c'est-à-dire l'autophagie médiée par des chaperons) en tant que nouveau mécanisme potentiel par lequel les cellules modulent les niveaux de KDM4A pendant la sénescence. Nos résultats suggèrent que la méthylation dans les lysines des histones régule la stabilité de sénescence en réponse à l'oncogène Ras et révèlent le potentiel d'induction de la sénescence par inhibition ciblée de KDM4A dans le traitement du cancer. / Cellular senescence and apoptosis have evolved as potent protective barriers against neoplastic transformation. Senescence is a state of stable arrest of proliferation in which cells remain metabolically active. Cellular senescence is triggered by different sources of stress, including activated oncogenes, telomere dysfunction, DNA damage and replication defects elicited by genotoxic agents, reactive oxygen species, etc. This complex process engages two different tumor suppressor pathways, the p53/p21 and p16INK4a/pRb pathways that need to be compromised in human cells in order to circumvent the senescence-associated growth halt. Hence, describing the relationship between oncogene activation, senescence-induced proliferation arrest and escape from the senescence state remains essential to understand tumorigenesis. KDM4A is a member of the KDM4 sub-family of Jumonji lysine demethylases targeting di- and tri-methylated histone H3 lysine 9 (H3K9) and histone H3 lysine 36 (H3K36). The first three sub-family members KDM4A, KDM4B and KDM4C are also able to bind histone 4 lysine 20 di-methyl/tri-methyl (H4K20me2/3) and histone 3 lysine 4 tri-methyl (H3K4me3), via their tandem Tudor domain. KDM4A negatively modulates the activity of the p53 pathway, by directly targeting the tumor suppressor CHD5, and is also a negative regulator of the DNA damage response. KDM4A expression levels are often elevated in cancer cells and decreased during cellular senescence. The principal motivation for this thesis is to expand our current knowledge on how chromatin reorganization influences the stability of the senescence phenotype. In the first part of this work we address the function of H4K20 and H3K9 methylation, in the context of the senescence-associated heterochromatin foci (SAHF). We demonstrate that integration of H4K20me3 into the SAHF depends on the previous incorporation of H3K9me3 and reveal the H4K20 methyltransferases involved in this process. We propose a molecular mechanism by which H4K20me3 and H3K9me3 cooperate with p53 in the stable repression of E2F target genes during oncogenic Ras-induced senescence. In the second part of the thesis we present a lysosomal-degradation pathway (i.e. chaperone-mediated autophagy) as a novel potential mechanism by which cells modulate KDM4A protein levels during senescence. Our results strongly suggest that histone lysine methylation contributes to the stability of the senescence response to the Ras oncogene and reveal the potential of senescence induction by targeted inhibition of KDM4A in the treatment of cancer.

Les membres de la famille Homeobox jouent un rôle critique dans le développement hématopoïétique normal. L'expression ectopique des gènes Homeobox provoque des désordres dans l'hématopoïèse et le développement de leucémies. L'oncogène TLX3 s'exprime de manière ectopique exclusivement dans les Leucémies Aiguës Lymphoblastiques T (LAL-T), avec un blocage des thymocytes à un stade de différentiation précoce cortical CD4+CD8+ DP. De nombreuses études ont investigué les mécanismes d'action des oncogènes TLX1/3, mais plusieurs questions restent en suspens. Durant ma thèse, j'ai étudié l'impact de l'expression ectopique de l'oncogène TLX3 sur le développement lymphocytaire T et les mécanismes de transformation leucémique associés. L'expression de TLX3 a provoqué le blocage des thymocytes à un stade DN2 avec une immortalisation des clones preleucémiques. Les souris transplantées avec les cellules TLX3 ont développé des tumeurs similaires aux LAL-T. Les analyses de ChIP-Seq et d'expression génique ont identifié un recrutement de TLX3 sur les enhancers spécifiques aux cellules T par le motif de fixation Ets/Runx1. Nos résultats suggèrent que la fixation de TLX3 sur les éléments cis-régulateurs peut contribuer à la transformation maligne des thymocytes en perturbant les réseaux transcriptionnels responsables de l'oncogenèse LAL-T. / It is now well established that members of the homeobox gene family play a critical role in normal hematopoietic cell development and that their unbalanced or ectopic expression can lead to characteristic perturbations in haemopoiesis and the onset of leukaemia. TLX3 expression in human haematologic malignancies is exclusive to T-ALL, where it is almost universally associated with transformation of early cortical CD4+CD8+ DP thymocytes. Multiple studies intensively investigated the mechanisms by which TLX1/3 oncogenes could promote complex tumor development, but many questions remain still unclear. During my thesis I investigated the impact of ectopic TLX3 expression on T cell development, and the initiating mechanisms of T-cell transformation leading to leukemia onset. Forced expression of TLX3 disrupted the thymic develoment at DN2-like stage giving rise to immortalized preleukemic clones. Following the transfer into immunodeficient mice TLX3 preleukemic cells initiated malignant cell transformation resulting into leukemia-like disease. Applying a combination of ChIP sequencing and gene expression profiling, we identified TLX3 recruitment onto T-cell specific enhancers via interaction with Ets1/Runx1 composite motif sites as preferential molecular events in the initial steps of TLX3-induced transformation. Thus our findings suggest that the genome-wide binding properties of TLX3 on cis-regulatory elements may contribute to its ability to promote thymocyte preleukaemic state via perturbation of transcriptional regulatory networks responsible for T-ALL oncogenesis.