On average, 65 Canadian men will be diagnosed with prostate cancer (PC) every day, making it the most common male cancer in Canada. Despite the prevalence, the etiology of PC is unknown. Evidence nonetheless supports the role of prostate cancer stem cells (PCSCs) in PC initiation and metastasis. In spite of almost a decade worth of research on PCSCs our knowledge on their biology remains fragmented. By taking advantage of the availability of DU145 cell-derived PCSCs in our laboratory, this thesis research focuses on investigating the unique properties of PCSCs and their function in promoting PC tumorigenesis. We identified two PCSC-specific proteins, ALDH3A1 and CNTN1. In mouse models of xenograft tumors, ALDH3A1 was expressed at higher levels in PCSC-derived tumors than in DU145 non-PCSC-produced tumors and in lung metastases than local tumors. In clinical settings, elevation of ALDH3A1expression was observed from normal prostate tissues to carcinomas and from local PCs to the paired lymph node metastases. Additionally, ALDH3A1 was clearly detected in bone metastases. Similar to ALDH3A1, CNTN1 expression associates with PC progression and biochemical recurrence following radical prostatectomy. The clear presence of CNTN1 in lymph node and bone metastases was also demonstrated. Furthermore, CNTN1 expression promoted PC metastasis to the lungs and tumor initiation in NOD/SCID mice. Mechanistically, CNTN1 increased AKT activation and reduced E-cadherin expression. Collectively, our research revealed important roles of both PCSC proteins in promoting PC tumorigenesis and progression. PC develops chemotherapy resistance in which PCSCs play a major role. In supporting this knowledge, we demonstrated that PCSCs are innately more resistant to the chemotherapeutic drugs, etoposide and docetaxel and that this resistance was in part attributable to their enhanced DNA damage response. Taken together, the findings of this thesis advances our knowledge on two specific PCSC markers and their association with prostate cancer progression and metastasis. As well as to the mechanism whereby PCSCs promote resistance to chemotherapeutic drugs. / Thesis / Doctor of Philosophy (PhD)

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第24317号 / 医博第4911号 / 新制||医||1062(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 小林 恭, 教授 溝脇 尚志, 教授 松田 道行 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

Androgen-induced bZIP (AlbZIP) a été identifié au début des années 2000 dans le cadre d'une étude visant à identifier des gènes régulés par les androgènes. Chez l'homme, ce facteur est très abondant au niveau de la prostate et présente une expression beaucoup plus importante au niveau des cellules cancéreuses prostatiques. L'analyse de la structure d'AIbZIP a révélé la présence d'un domaine bZIP. Ce domaine constitue la signature de la famille ATF/CREB, d'où l'appartenance d'AIbZIP à cette famille. Durant la dernière décennie, 4 autres membres de la famille ATF/CREB ont été découverts et, avec AlbZIP, ils constituent la sous-famille de CREB3. Au-delà de l'homologie observée entre leurs domaines bZIP, les membres de cette sous-famille sont impliqués dans le stress du reticulum endoplasmique (RE). AlbZIP est une protéine transmembranaire de type II localisée au RE sous sa forme inactive. En effet, la protéine AlbZIP pleine longueur est ancrée à la membrane du reticulum endoplasmique via son domaine transmembranaire et orientée de sorte que son domaine C-terminal se trouve dans la lumière du RE alors que son domaine N-terminal est projeté dans le cytoplasme. Des expériences réalisées par notre équipe ont montré qu'AlbZIP est régulée par le mécanisme RIP. En effet, suite à l'altération des concentrations calciques, nous observons la migration de la forme pleine longueur d'AIbZIP vers l'appareil de golgi où elle va subir un clivage protéolytique par les proteases SIP et S2P. La forme active libérée migre au noyau où elle va réguler l'expression de ses gènes cible via les éléments de réponse UPRE et ERSEII. Lors de mes études doctorales, j'ai tenté de déterminer comment AlbZIP est impliquée dans le stress du RE des cellules prostatiques cancéreuses et quels sont les mécanismes impliqués dans son activation et dans la régulation de ses gènes cibles. Dans un premier temps, j'ai tenté d'inhiber l'activité transcriptionnelle d'AIbZIP. Pour ce faire, j'ai généré et caractérisé un dominant négatif en utilisant l'algorithme développé par Mason et collaborateurs. Ce dominant négatif est capable de lier la forme nucléaire d'AIbZIP de type sauvage, de l'empêcher de lier les éléments de réponse et par conséquent d'inhiber son activité transcriptionnelle. J'ai tenté, dans un deuxième temps, d'identifier les partenaires de la forme pleine longueur d'AIbZIP, quand celle-ci se trouve au RE. Dans le but de mieux comprendre le mécanisme d'action impliqué dans l'activation d'AIbZIP, il était nécessaire de connaître les partenaires d'AIbZIP au RE. Grâce à cette étude, plusieurs protéines ont été identifiées. Ces protéines sont localisées au RE ou à l'appareil de golgi. Elles sont transmembranaires ou solubles et peuvent être impliquées dans la rétention d'AIbZIP au RE ou dans son transport vers les autres organites. Dans un troisième temps, j'ai tenté d'identifier les partenaires de la forme nucléaire d'AIbZIP. WD repeat domain 5 (WDR5) est une des partenaires d'AIbZIP au noyau. WDR5 présente 7 répétitions WD40 formant une structure rigide nécessaire pour les interactions protéine-protéine. De plus, elle est impliquée dans la tri-méthylation de l'histone H3. En réponse au stress du RE déclenché par une depletion des concentrations calciques, AlbZIP est activée par le mécanisme RIP. Une fois au noyau, la forme active d'AIbZIP, sous forme de dimères, recrute WDR5 au niveau de l'ADN. Ce recrutement est nécessaire pour modifier la chromatine, la rendre accessible à la machinerie de la transcription et par conséquent activer l'expression des gènes cibles d'AIbZIP. Ensemble, toutes ces données permetteront de mieux comprendre la régulation d'AIbZIP et la régulation de ses gènes cibles et ainsi cerner son rôle dans la réponse au stress du RE dans les cellules cancéreuses prostatiques humaines.

Le cancer de la prostate (CaP) est le cancer dont l’incidence augmente le plus vite parmi les hommes. Selon la Société Canadienne du Cancer, en 2015, 24 000 nouveaux cas de cancer de la prostate seront diagnostiqués et 4 100 patients en décèderont. Bien que des techniques cliniques pour la détection, le diagnostique et le traitement du CaP soient disponibles et importantes dans le traitement actuel de la maladie, elles sont cependant limitées. L’exploitation de plusieurs promoteurs dont l’activité est altérée au cours du développement du cancer est un moyen pour surmonter ces limitations. L’ARN non codant PCA3 est un biomarqueur unique du CaP qui a été largement étudié et dont l’expression est 60 fois plus forte dans les cellules de CaP que dans les cellules bégnines de prostate. Le gène de l’APS (PSEBC) est un marqueur important en clinique, il reflète la réponse au traitement par privation androgénique. Ces études ont pour objectif de développer des systèmes d’amplification transcriptionnel avec les promoteurs PCA3 et PSEBC pour non seulement cibler mais aussi caractériser les cellules cancéreuses de prostate lors de la progression de la maladie. Nous avons générés plusieurs systèmes dans des adénovirus contenant différentes constructions avec le promoteur proximal PCA3 de 152 pb, le système d’amplification TSTA et le gène rapporteur de la luciférase. Nous avons testé leur spécificité pour les cellules du CaP par infection transitoire. Nous avons amélioré le système TSTA et généré le PCA3-3STA. Nous avons ensuite intégré le promoteur PCA3 avec le promoteur PSA pour générer un autre nouveau système d’amplification transcriptionnelle qui se nomme le système «Multiple Promoter Integrated Transcriptional Amplification (MP-ITSTA)». Ces systèmes ont ensuite été exploités avec un microscope à bioluminescence pour cibler des cellules de CaP provenant de biopsies liquides de patients. Dans le chapitre deux, nous avons montré que l’activité de PCA3-3STA était hautement spécifique pour les cellules de CaP. Son activité était de 98,7 à 108 fois plus fortes dans les cellules de CaP que dans les cellules primaires bégnines de prostate ou dans les cellules cancéreuses nonprostatiques. Dans des modèles murins de xénogreffes de lignées cellulaires de CaP, nous avons montré que PCA3-3STA pouvait imager de manière très sensible l’activité du promoteur PCA3. De plus, sur des modèles de cultures primaires de biopsies, nous avons montré que le système PCA3-3STA ciblait spécifiquement les cellules épithéliales de CaP sans affecter les cellules stromales. Dans le chapitre trois, nous avons ensuite développé une technique en combinat la microscopie à bioluminescence avec le système TSTA et le promoteur PSA pour cibler les cellules de CaP purifiées de sang de patients et évaluer, cellule par cellule, l’hétérogénéité de leur réponse aux anti-androgènes. Cette technique a aussi montré que la microscopie à bioluminescence est hautement quantitative et a la capacité de détecter les changements moléculaires à l’échelle de la cellule. Le quatrième chapitre présente le système MP-ITSTA. Le système intègre l’activation combinée de deux promoteurs qui contrôlent l’expression d’un seul gène rapporteur. La combinaison du promoteur PCA3 avec celui de l’APS permet d’évaluer, cellule par cellule, la réponse aux anti-androgènes de cellules de CaP prélevés à partir d’urine de patients. C’est pourquoi, les systèmes PCA3-3STA et MP-ITSTA sont des systèmes d’expression spécifiques au cancer de la prostate avec le potentiel de cibler et détecter avec précision les cellules épithéliales de CaP ainsi que leur réponse aux traitements thérapeutiques in vivo et ex vivo. Ces systèmes peuvent jouer un rôle important pour l’imagerie moléculaire, l’immunothérapie et la thérapie génique. / Development Of Transcriptional Amplification Systems To Target and Interrogate Cancer Cells Based On Gene Expression Altered During Cancer Development and Treatment Prostate cancer (PCa) is the fastest rising cancer among the males. According to the Canadian Cancer Society in 2015 it was estimated that 24 000 new cases will be diagnosed with prostate cancer and 4100 patients will die from the disease. Although already available clinical techniques for the detection, prognosis and treatment of PCa play an important role in decision making, they are limited in terms of the ability of detecting PCa cells, prognosis and increasing over all survival of patients. Exploitation of several gene promoters altered during cancer development act as important tool to overcome these limitations. PCA3 noncoding long RNA is a unique PCa biomarker that has been widely studied for its sixty-fold overexpression in PCa cells, compared to benign prostate cells. PSA (PSEBC) gene is of high clinical significance as it can give an account of response to androgen deprivation treatments. These studies aim to develop Transcriptional Amplification Systems that can target as well as characterise cancer cells during disease progression using PCA3 and PSA gene promoters. Various adenovirus constructs incorporating the proximal 152 bp PCA3 promoter, the TSTA system and the Firefly luciferase reporter gene were generated and the specificity of the promoter was tested in PCa cells by transient infection. We have improved the TSTA system and generated the (PCA3-3STA). We further integrated the PCA3 promoter along with the PSA promoter to generate a new transcriptional amplification system that we named the Multiple Promoter Integrated Transcriptional Amplification (MP-ITSTA) system. These systems were further applied to target PCa cells from body fluids of patients using bioluminescence microscopy. In chapter two we show that PCA3-3STA activity was highly specific for PCa cells, ranging between 98.7 and 108.0-fold higher, respectively, than that for benign prostate or non-PCa cells. In PCa cell line mouse xenografts, PCA3-3STA was shown to image PCA3 promoter activity with high sensitivity. Moreover, when primary PCa biopsies were infected with PCA3-3STA, it managed to image PCa epithelial cells but not stromal cells. In chapter three we further developed a bioluminescence microscopy technique using the TSTA system with PSA promoter to target PCa cells from blood of patients and assess heterogeneous single cell response to antiandrogens. This technique also shows that bioluminescence microscopy is highly quantitative and has the ability to detect molecular changes at the cellular level. The fourth chapter presents the MP-ITSTA system. This system integrates the combined activation of two promoters giving a single reporter gene expression. PCA3 when combined with the PSA promoter could assess single cell response to antiandrogens in cells isolated from urine of patients. Hence, PCA3-3STA and MP-ITSTA utilizing the bioluminescence microscopy represent a prostate- and PCa-specific expression systems with the potential to target, with high accuracy, PCa epithelial cells, assess their response to therapy in vivo and ex vivo. This can play an important role for imaging, immunotherapy, or gene therapy.

Les androgènes contrôlent la prolifération des cellules de prostate en activant le récepteur des androgènes (AR). Une exposition prolongée à des concentrations élevées de ces hormones sexuelles mâles favorise toutefois un cancer de la prostate (PCa). La suppression des hormones consiste en un traitement fort utilisé, concrétisé entre autres par l'utilisation d'anti-androgènes, tel le Casodex. De nombreuses études sur des lignées cellulaires de PCa en culture montrent que l'homéostasie des androgènes dépend entre autres des UDP-glucuronosyltransférases (UGT) 2B15 et 2B17. Ce projet de maîtrise s'intéresse d'une part à préciser la régulation des UGT2B15 et 2B17 par le traitement hormonal, représenté par le Casodex, et, d'autre part, à valider in vivo ces observations. Le traitement des lignées cellulaires de PCa AR+ LNCaP et LAPC-4 avec du Casodex dans du milieu avec sérum a induit les UGT2B15/2B17 de façon dose- et temps-dépendantes, tel que déterminé aux niveaux transcriptionnel, protéique et activité avec des PCR en temps réel, des immunobuvardages avec des anticorps spécifiques et des essais enzymatiques de glucuronidation. L'utilisation d'une lignée cellulaire LNCaP contenant un ARN interfèrent inductible contre l'AR a révélé que l'induction des UGT2B15 et 2B17 est AR-dépendante, mais que leur régulation par le Casodex implique AR uniquement pour TUGT2B15. En parallèle, deux types de souris transgéniques pour YUGT2B15 humaine ont été créés en utilisant la portion codante ainsi que l'intron 1 du gène humain, dont l'expression est contrôlée soit par le promoteur de 2,4kb d, UGT2B15 (Tg-p2B15), résultant en une distribution tissulaire similaire à l'humain, soit par le promoteur prostate-spécifique de la probasin (Tg-pProba), confinant l'expression du transgène à la prostate. La caractérisation de ces modèles est présentement en cours. En somme, l'utilisation du Casodex démontre une régulation fine des UGT par les androgènes, qui pourra être approfondie ultérieurement in vivo avec les souris transgéniques.

AlbZIP (Androgen-Induced bZIP) est un facteur de transcription appartenant à la famille ATF/CREB et particulièrement à la sous-famille CREB3. Les protéines de cette sous-famille possèdent un domaine bZIP qui est composé d'une région basique permettant la liaison avec les éléments de réponses sur l'ADN des gènes cibles et d'une glissière de leucine, nécessaire pour la formation des homo ou hétérodimères. En plus de l'homologie observée entre leurs domaines bZIP, les membres de cette sous-famille sont impliqués dans le stress du reticulum endoplasmique (RE). La protéine AlbZIP est localisée au niveau du reticulum endoplasmique et est surexprimée au niveau des cellules cancéreuses prostatiques comparativement aux cellules saines. Plusieurs expériences réalisées au sein de notre laboratoire montrent qu'elle est régulée par le mécanisme RIP (Regulated Intramembrane Proteolysis). Sous sa forme active, elle est transloquée vers le noyau où elle va réguler l'expression de ses gènes cibles. L'objectif de cette étude est d'identifier les protéines qui interagissent avec AlbZIP pour mieux comprendre les mécanismes impliqués dans son activation, dans le but de déterminer son rôle dans le stress du RE et son implication dans le cancer de la prostate. Au cours de mon projet de maîtrise, j'ai pu identifier des partenaires de la forme pleine longueur d'AlbZIP, qui pourraient être impliquées dans la régulation de son activation et/ou dans son mécanisme d'action. En parallèle à ce projet, j'ai réalisé certaines expériences incluses dans les articles annexés au mémoire. Dans le premier article, j'ai démontré l'interaction de facteurs de transcription de la sous-famille de CREB3 avec le dominât négatif dirigé contre AlbZIP, AZM15N (conçu par une collègue). Dans le deuxième, j'ai démontré par immunoprecipitation de chromatine la liaison des protéines WDR5 et AlbZIP à des éléments de réponse du promoteur du gène CREB3.

Le cancer de la prostate (CaP) est caractérisé par un microenvironnement tumoral immunosuppresseur qui inhibe l'immunité antitumorale. Le traitement avec des immunomodulateurs, comme les cytokines (e.g. IL-12), pourrait modifier la réponse immunitaire. Cependant, l'administration systémique d'immunomodulateurs peut provoquer des toxicités. Pour éviter cela, les immunomodulateurs pourraient être produits dans la tumeur par un adénovirus assurant l'expression du transgène spécifiquement au CaP. Notre laboratoire a construit un tel adénovirus codant pour l'IL-12 murin (mIL-12) sous le contrôle du promoteur PCA3 et d'un système d'amplification appelé TSTA. Il a été démontré que cet adénovirus, nommé Adv-PCA3-TSTA-mIL-12, réduisait la croissance des tumeurs de prostate TRAMP-C2 chez les souris C57BL/6. Ici, nous avons cherché à vérifier un possible effet synergique de l'activation d'OX40 pour améliorer la réponse observée avec l'Adv-PCA3-TSTA-mIL-12. OX40 murin (mOX40), ainsi que son ligand (mOX40L), sont des points de contrôle immunitaires qui appartiennent à la superfamille des Tumor Necrosis Factors. Pour atteindre cet objectif, nous avons proposé deux approches. Dans la première, nous avons cherché à produire un Adv-PCA3-TSTA-mOX40L afin de l'utiliser en combinaison avec l'Adv-PCA3-TSTA-mIL-12. L'Adv-PCA3-TSTA-mOX40L a été construit, mais sa capacité à induire l'expression de mOX40L dans les cellules TRAMP-C2 n'a pas encore été confirmée. Dans la seconde, un anticorps monoclonal (AcMo) agoniste anti-mOX40 serait administré en combinaison avec l'Adv-PCA3-TSTA-mIL-12. Pour tester cette approche, des cellules TRAMP-C2 ont été implantées chez des souris et les tumeurs ont été traitées par injections d'Adv-PCA3-TSTA-mIL-12 seules ou en association avec des injections de AcMo anti-mOX40 ou anti-mPD-1, comme comparateur. Les résultats n'ont montré aucun effet synergique significatif des combinaisons. Les cellules immunitaires infiltrant les tumeurs ont montré peu de changements significatifs, à l'exception d'une diminution des cellules CD8⁺PD-1⁺ dans les tumeurs traitées avec les anti-mOX40 ou anti-mPD-1. La combinaison de la stimulation d'OX40 avec l'Adv-PCA3-TSTA-IL-12 ne semble pas avoir d'effet synergique. Des combinaisons plus efficaces devraient être recherchées. / Prostate cancer (PCa) is characterized by an immunosuppressive tumor microenvironment that inhibits antitumor immunity. Treatment with immunomodulators, such as cytokines (e.g., IL-12), could modify the immune response. However, systemic administration of immunomodulators can cause toxicities. To avoid these toxicities, the immunomodulators could be produced locally in the tumor using an adenoviral vector able to ensure PCa-specific expression of the transgene. Our laboratory previously constructed such an adenovirus encoding the murine IL-12 (mIL-12) under the control of the PCa-specific promoter PCA3 and an amplification system called TSTA. This adenovirus, named Adv-PCA3-TSTA-mIL-12, was shown to reduce the growth of TRAMP-C2 prostate tumor in C57BL/6 mice. Here, we aimed to test a possible synergistic effect of the activation of OX40 to improve the response observed with Adv-PCA3-TSTA-mIL-12. The murine OX40 (mOX40), along with its ligand (mOX40L), are immune checkpoints that belong to the Tumor Necrosis Factor superfamily. To achieve this goal, we proposed two approaches. In the first, we aimed to produce an Adv-PCA3-TSTA expressing mouse OX40L in order to use it in combination with Adv-PCA3-TSTA-mIL-12. The Adv-PCA3-TSTA-mOX40L was constructed, but its capacity to induce mOX40L expression in TRAMP-C2 cells has not been confirmed yet. In the second, agonistic anti-mOX40 monoclonal antibody (mAb) would be administered in combination with Adv-PCA3-TSTA-mIL-12. To test this approach, TRAMP-C2 cells were implanted in mice and tumors were treated by injections of Adv-PCA3-TSTA-mIL-12 alone or in combination with injections of anti-mOX40 or anti-mPD-1 (as comparator) mAbs. Results showed no statistically significant synergistic effects of the addition of treatment with anti-mOX40 to Adv-PCA3-TSTA-mIL-12. The immune cells infiltrating tumors showed few significant changes, except for a decrease in CD8⁺+D-1+ cells in tumors treated with anti-mOX40 or anti-mPD-1 mAbs. The combination of OX40 stimulation with Adv-PCA3-TSTA-IL-12 appears to have no synergistic effect. We conclude by suggesting that more effective combinations should be looked for.

Le cancer de la prostate (CaP) affecte 1 homme sur 7 au cours de sa vie. C’est le cancer numéro un diagnostiqué chez l'homme. Il s'agit du quatrième cancer le plus fréquent au Canada. Le CaP est une maladie hormonodépendante diagnostiquée chez l'homme. Les androgènes jouent un rôle vital dans la progression de la maladie. La première ligne de traitement, suivant une intervention chirurgicale ou un traitement de radiothérapie, est la thérapie de déprivation aux androgènes. Malgré une réponse initiale positive à l'inhibition des androgènes, la progression de la maladie vers un cancer de la prostate résistant à la castration (CRPC) est presque inévitable. Aux différentes étapes du CaP, le récepteur des androgènes joue un rôle majeur. Ainsi, cette thèse décrit les méthodes développées et utilisées pour mieux comprendre la biologie du CaP et le rôle joué par les androgènes dans cette maladie. Le travail démontré dans cette thèse se compose principalement d'analyses bioinformatiques effectuées sur des ensembles de données accessibles au public et d'un « pipeline » construit pour analyser des données RNA-Seq. Un pipeline RNA-Seq a été développé pour comprendre l'impact des androgènes et des gènes régulés lors du traitement aux androgènes dans les modèles de cellules de CaP. Ce pipeline bioinformatique se compose de divers outils qui ont été décrits ci-dessous dans le chapitre 1. L'objectif principal de ce projet était de développer un pipeline pour analyser les données RNA-Seq qui aide à comprendre et à définir les voies et les gènes métaboliques qui sont régulés par les androgènes, et qui jouent un rôle important dans la progression du CaP. Le flux de travail expérimental consistait en deux lignées cellulaires positives aux récepteurs aux androgènes LNCaP et LAPC4. Toutes les données utilisées dans ce projet ont été rendues publiques pour que la communauté de recherche puisse effectuer diverses autres études et analyses comparatives pour comprendre les fonctions des androgènes dans un sens beaucoup plus profond afin de développer de nouvelles thérapies pour traiter le CaP. Dans un autre projet décrit au chapitre 2, des analyses bioinformatiques ont été réalisées sur des données accessibles au public pour comprendre la fréquence de la perte et de l'altération génomique du gène PTEN localisé à 10q23. Ces analyses ont mis en évidence la fréquence d'altération génomique de PTEN qui est beaucoup plus élevée dans le CRPC que dans le CaP localisé. Ces analyses ont également aidé à identifier d'autres gènes altérés dans le CaP. Ces gènes n’ont pas été beaucoup étudiés dans la littérature, mais il semble que certains d’entre eux possèdent des caractéristiques de suppresseurs de tumeurs. Ces résultats pourraient être un bon début pour des analyses plus approfondies concernant la perte de gènes.La compréhension des fonctions de AR et de la suppression de PTEN aidera à développer de nouvelles stratégies et approches pour diagnostiquer et traiter le CaP. L'intégration des analyses bioinformatiques à la recherche clinique ouvre une nouvelle perspective dans le domaine de la recherche du CaP. / Prostate Cancer (PCa) affects 1 in 7 men in their lifetime and is the number one diagnosed cancer in men. It is the 4th most common cancer in Canada. PCa is a hormone-dependent disease diagnosed in men. Androgens play a vital role in the disease progression. The standard of care to treat PCa, following surgery or radiation therapy, is the androgen deprivation therapy (ADT). In spite of initial positive response to androgen inhibition, the progression of the disease to castration-resistant prostate cancer (CRPC) is almost inevitable. Across the various stages of PCa, the androgen receptor (AR) plays a major role. This thesis portrays the methods developed and used to understand PCa biology. The work demonstrated in this thesis majorly consists of bioinformatic analyses performed on publicly available data sets and a pipeline built to analyse RNA-Seq data. An RNA-Seq pipeline has been developed to understand the impact of androgens and the genes regulated upon androgen treatment in PCa cell models. This bioinformatic pipeline consists of various tools which have been described below in chapter 1. The major goal of this project was to develop a pipeline to analyse the RNA-Seq data which helps to understand and define the metabolic pathways and genes regulated by androgens which play an important role in PCa disease progression. The experimental workflow consisted of two androgen receptor positive cell lines LNCaP and LAPC4. All the data used in this project has been made publicly available for the research community to perform various other comparative studies and analyses to understand the functions of androgens in a much deeper sense to develop novel therapies to treat PCa. In another project described in chapter 2, bioinformatic analyses have been performed on publicly available data to understand the loss and genomic alteration frequency of the gene PTEN occurring at 10q23. These analyses highlighted that the genomic alteration frequency of PTEN is much higher in CRPC than in localised PCa, and also helped in identifying other genes which are lost along with PTEN. The lost genes have not been studied much in literature, but few studies demonstrated that they might possess tumor suppressor characteristics. These results might be a good start for further deeper analyses regarding the lost of genes. Understanding the functions of AR and the deletion of PTEN will help for the development of novel strategies and approaches to diagnose and treat PCa. Integration of bioinformatic analyses with clinical research open up a new perspective in the PCa research domain.

Le cancer de la prostate (CaP) est le cancer le plus commun chez les hommes de plus de 50 ans, représentant 20% de l'incidence de tous les cancers en 2021. Après l'approche initiale par chirurgie, environ 30% des patients ont une récurrence et suivent une thérapie de déprivation androgénique, qui mène éventuellement à l'atteinte d'un état de résistance à la castration pour lequel aucun traitement curatif n'existe. De récentes études ont montré un intérêt pour l'activation de la AMP-activated kinase (AMPK) comme traitement pour les CaP résistants à la castration. Cette stratégie repose sur la capacité de la AMPK à inactiver la mechanistic target of rapamycin (mTOR), une protéine impliquée dans une voie de signalisation associée à la prolifération des cellules cancéreuses. Contrairement au dogme établi, nos résultats indiquent que la AMPK n'inhibe pas mTOR dans différents modèles cellulaires de CaP, suggérant que ses fonctions y seraient différentes. En effet, l'activation de la AMPK par le A-769662 a démontré que son activité est nécessaire pour le maintien des fonctions mitochondriales en réponse aux androgènes. Pour étudier plus en profondeur les fonctions de la AMPK, nous avons développé un modèle n'exprimant pas les sous-unités catalytiques de la AMPK, à partir de cellules de CaP 22Rv1. Ce modèle a confirmé que l'activité de la AMPK est essentielle pour maintenir la production d'ATP maximale via la respiration mitochondriale dans les cellules de CaP. En fait, des essais de flux extracellulaire sont montré que le knockout de l'activité de la AMPK nuit à la respiration mitochondriale, à l'intégrité des mitochondries, à la flexibilité métabolique ainsi qu'à la prolifération cellulaire. Ces découvertes mettent de l'avant des fonctions oncogéniques associées à la AMPK et indiquent que l'inhibition des fonctions de la AMPK serait requise, plutôt que son activation, pour le traitement du CaP.

Tgf-β ligands induce cell cycle arrest in a variety of mammalian epithelia, including in the prostate. Genetic deregulation of the downstream canonical Smad-dependent pathway is an early well-studied event in tumorigenesis, yet, in prostate cancer such mutations are rare, leaving unexplained how Tgf-β represses prostate cell proliferation. Here, we adopted a variety of pharmacological and genetic approaches to dissect the pathways controlling proliferation in mouse prostate organoids. We found that Egf signalling is a potent proliferative stimulus through the concomitant activation of both Pi3k/Akt and Mapk/Erk pathways. However, the autocrine release of the Tgf-β family ligand Activin A has a dominant role over Egf-induced proliferation by promoting the non-canonical Tak1-p38α/β axis, which leads to Mapkapk2, p16, p21, and Stat1/2 activation and cell-cycle arrest. Bypass of the proliferation barrier can spontaneously occur upon long-term culture and it is associated to aberrant Activin A signalling and DNA replication stress. Finally, orthotopic transplantation of adapted organoids into immunocompetent hosts, leads to aberrant outgrowth and the emergence of prostatic intraepithelial neoplasia (PIN). Overall, our experiments unveil how Activin A limits mouse prostate progenitor cells proliferation and provide a rationale for the frequent MAP3K7 (TAK1) and ACVR2A (Activin A type II receptor) deletions observed in human primary prostate cancers (20% in the TCGA 2015 dataset).