Avec un taux de survie à 5 ans inférieur à 5%, l'adénocarcinome pancréatique (PDAC) est l'un des cancers les plus agressifs et pour lequel les thérapies existantes sont largement insuffisantes. Ce cancer est caractérisé par un tissu fibreux dense et un stroma très développé, en constante interaction avec la tumeur, favorisant le développement d'un environnement propice à la progression tumorale. Actuellement, la gemcitabine est la seule chimiothérapie approuvée capable de prolonger légèrement la survie des patients. Une thérapie ciblée dirigée contre l'EGFR, l'erlotinib, a prouvé que le ciblage de cette famille pourrait être une stratégie intéressante dans cette pathologie mais qu'une sélection des patients était indispensable pour augmenter les réponses thérapeutiques. Deux récepteurs de cette famille, HER2 et HER3, dimérisent pour former une entité particulièrement agressive et impliquée dans la croissance tumorale des PDACs. Diverses techniques récemment développées sont utilisées pour quantifier ces dimères, afin d'étudier leur rôle, mais également pour tenter de les cibler, et empêcher leur signalisation dans différents cancers. A l'heure actuelle, le pertuzumab est le seul anticorps monoclonal dirigé contre le récepteur HER2, capable de bloquer sa dimérisation, et utilisé en clinique. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés au rôle de HER3 en tant que cible et marqueur pronostique de l'effet du pertuzumab sur les PDAC exprimant faiblement HER2. Puis dans une deuxième partie, nous avons étudié et comparé les effets de différents anticorps monoclonaux dirigés contre HER2 et/ou HER3, sur la prolifération tumorale de tumeurs du pancréas. L'ensemble de ces résultats a permis d'établir que le ciblage du dimère HER2/HER3 s'avère être une stratégie prometteuse pour inhiber la croissance des tumeurs du pancréas exprimant faiblement HER2, et que le récepteur HER3 pourrait être un marqueur pronostique de l'effet du pertuzumab. / With a 5-year survival lower than 5%, PDAC is one of the worst cancers in terms of mortality, and for which existing therapies are unsatisfying. This cancer is characterized by a dense fibrotic tissue and an over-developed stroma, in continual interaction with the tumor, promoting the development of an ideal environment for tumor progression.To date, gemcitabine is the only approved chemotherapy able to slightly increase patients' survival. The use of erlotinib, an EGFR targeting therapy, underlined that EGFR family targeting could be an interesting treatment strategy in this pathology, but that a better patients' selection is essential to increase therapeutic response. Two receptors of this family, HER2 and HER3, are able to dimerize to consititute an aggressive entity, involved in PDAC tumoral growth. Various recently developed techniques are used to quantify those dimers, in order to study their role, but also to target them and block their signaling in cancer cells. Pertuzumab is currently the only HER2-targeting monoclonal antibody able to block its dimerization and used in clinic. We first evaluated the role of HER3 as therapeutic target and prognostic marker of pertuzumab efficacy on HER2-low expressing PDACs. We then studied and compared therapeutic effects on pancreatic tumor proliferation of different antibodies targeting HER2 and/or HER3. Taken together, those results demonstrated that HER2/HER3 dimers targeting is a promising strategy to inhibit low-HER2 expressing pancreatic tumor growth, and that HER3 could be a pronostic marker for pertuzumab efficacy in those cancers.

Le cancer pancréatique représente la cinquième cause de décès par cancer dans les pays occidentaux. Son mauvais pronostic (survie à 5 ans inférieure à 3,5 % des cas) est dû à l’absence de facteurs de risques spécifiques interdisant une prévention efficace, et à un diagnostic tardif qui révèle un cancer agressif chez environ 90% des patients. Actuellement, le seul traitement curatif de ce cancer est la chirurgie, mais celle-ci ne peut être envisagée que dans 10 à 15 % des cas. L’adressage de molécules thérapeutiques vers l’organe, le tissu ou la cellule malade constitue aujourd’hui un défi majeur pour le traitement des maladies humaines notamment infectieuses, cancéreuses ou d’origine génétique. C’est pour ces raisons que le développement de nanotechnologies, en tant que vecteurs de médicaments, a pris un essor considérable au cours des dernières années. Dans ce contexte, le concept de squalènisation repose sur le couplage chimique entre le squalène (SQ), un lipide naturel précurseur de la synthèse du cholestérol, et des principes actifs (notamment des molécules anticancéreuses). Les bioconjugués ainsi formés sont alors capables de s’auto-assembler en solution aqueuse pour former des nanoparticules stables de diamètres compris entre 100 et 300 nm. L’exemple de référence dans ce domaine est la nanoparticule de gemcitabine-squalène (SQdFdC) qui a donné lieu à des résultats spectaculaires in vitro sur des lignées de cellules cancéreuses humaines In vivo, les nanoparticules de gemcitabine-squalène se sont avérées beaucoup plus efficaces que la gemcitabine libre sur des tumeurs solides greffées par voie sous-cutanée ainsi que sur des modèles murins de leucémies agressives métastatiques.Au vu de ces résultats encourageants, le projet de thèse a été développé autour de deux axes de recherche. (I) Dans un premier temps, les nanoparticules de gemcitabine-squalène ont été fonctionnalisées par un peptide capable de reconnaître et de cibler spécifiquement les cellules cancéreuses pancréatiques. (II) Le deuxième axe de recherche a visé l’encapsulation d’un second principe actif au sein des nanoparticules de gemcitabine-squalène afin de développer le concept de nanoparticule « multi-thérapeutique ». / Pancreatic cancer is a lethal disease with the worst prognosis among all solid tumors. In the last decades, progresses in pancreatic cancer therapy had remained exceedingly slow and disappointing offering minimal benefits in median survival which remains of less than 6 months and the maximum of 5 years in the 6% of patients. One of the major requirements for a successful cancer therapy is its ability to selectively kill cancer cells with minimal damage to healthy tissues. In this context, a great deal of attention focused on advanced nanoscale systems (i.e., nanomedicines) with the aim to overcome the limits associated to the traditional drug delivery modalities. Nanomedicines can indeed enhance drug properties by (i) offering protection from degradation, (ii) enabling controlled release and distribution and increasing bioavailability while reducing undesired side effects.In the current work we aimed to propose novel nanoscale-based strategies to optimize pancreatic cancer treatment taking into account the specific physio-pathology of this tumor. The first approach relied on the design of a targeted nanomedicine able to specifically bind receptors mainly expressed onto pancreatic cancer cells in order to selectively increase drug accumulation in these cells saving healthy ones.In a second approach, by combining two therapeutic agents in the same nanoparticle we constructed a multi-therapeutic drug delivery system capable to increase the therapeutic index of the combined therapy. In particular, taking advantages from the “squalenoylation prodrug approach”, the research activity of this Ph.D. work lead to the to design of (i) a novel peptide-functionalized squalenoyl gemcitabine nanoparticle and (ii) a tyrosine kinase inhibitor-loaded squalenoyl gemcitabine nanoparticle. Obtained nanoparticles were investigated with respect to their physico-chemical properties and in vitro antitumor activity. The efficacy of peptide-functionalized nanoparticles in impairing tumor growth was assessed in vivo on an experimental model of pancreatic cancer.

Le pancréas est un organe hétérogène composé d’une partie exocrine, responsable de la synthèse d’enzymes pour la digestion, et d’une partie endocrine, essentielle pour l’homéostasie glucidique. Notamment la sécrétion d’insuline par les cellules β contrôle la glycémie. Les dysfonctionnements des cellules β sont une des causes du diabète, première épidémie non infectieuse au monde. Il est actuellement possible d’en traiter les symptômes mais pas de le guérir. De nombreux laboratoires recherchent un protocole idéal de production de cellules β afin de pouvoir greffer ces cellules aux patients. L’identification des facteurs qui gouvernent chaque étape du développement des cellules β devrait permettre de progresser dans ce sens. Le but de ma thèse a été d’étudier le rôle des Espèces Réactives de l’Oxygène (ROS) au cours du développement pancréatique. Cette question a été soulevée lorsque nous avons analysé l’expression des gènes codant pour les enzymes détoxifiantes des ROS: leur expression était extrêmement réduite dans les pancréas embryonnaires comparés aux pancréas adultes, suggérant que les précurseurs sont particulièrement sensibles aux variations des ROS. Nous avons ensuite montré que la réduction des ROS in vivo, obtenue par un traitement avec un antioxydant (NAC), diminue le développement des cellules β. Une analyse in vitro a permis de détailler les mécanismes de l’action des ROS. En effet, le peroxyde d’hydrogène favorise la différenciation des cellules β en augmentant l’expression du facteur pro-endocrine Ngn3 dans les progéniteurs. Ce processus implique l’activation la voie ERK1/2 par les ROS. Au contraire, la diminution des ROS induite par des méthodes génétiques ou pharmacologiques altère la différenciation des cellules β. Nos résultats indiquent également que la mitochondrie est impliquée dans ce processus. Nous avons donc montré que la présence des ROS est essentielle pour le bon développement du pancréas. Ces recherches devraient donc permettre de progresser vers une thérapie cellulaire du diabète. / The pancreas is an heterogenous gland composed by exocrine tissue, responsible for digestive enzyme secretions, and endocrine tissue, essential for glucose homeostasis. In particular β cells secrete insulin which controls glycemia. Moreover, β cell failure is one of the primary causes of diabetes and this pathology is nowadays considered as the first non infectious worldwide outbreak. There is unfortunately no cure for this disease. Many laboratories are currently improving β cell generation protocols in order to inject those cells into patients. This is the reason why it appears mandatory to be able to identify factors that govern each step of β cell development. The aim of my work was to study the role of the Reactive Oxygen Species (ROS) during pancreatic development. First we found out that the expression of genes coding for antioxidant enzymes was extremely low in embryonic pancreas compared to adult pancreas. This suggested that progenitors could be sensitive to ROS variations. We then showed in vivo using an antioxidant component (NAC) that decreasing ROS level diminishes β cell development. Analysis in vitro allowed us to better describe the role of ROS. Indeed, hydrogen peroxyde favors β cell differentiation by increasing the pro-endocrine marker NGN3 expression in the progenitors. In this process, ROS activate the ERK1/2 signaling pathway. On the contrary, lowering ROS level using both pharmacologic and genetic approaches, decreases β cell differentiation. Our results also point out a role of the mitochondria in this process. Altogether, our data define the effects of ROS on β cell differentiation and open new perspectives to improve protocols of β cell generation.

Ce travail scientifique a abordé la problématique du vieillissement des îlots pancréatiques et l’effet de la senescence endothéliale et des microparticules (MPs) sur la fonction des îlots. Nous avons exploré l’impact du vieillissement du pancréas sur la morphologie, le devenir et la fonction de l’îlot pancréatique par analyse comparative entre pancréas de rats jeunes et d’âge moyen et le rôle des MPs endothéliales pro-sénescentes sur la fonction des îlots et leur sénescence prématurée. Nos résultats in vivo montrent que le pancréas est un organe précocement sensible au stress oxydant s’accumulant avec l’âge. Il conduit à la surexpression des marqueurs procoagulants et de senescence sans apparition d’apoptose. In vitro, les MPs de cellules endothéliales sénescentes ont un effet pro-sénescent sur les îlots pancréatiques isolés de rats jeunes avec une activité SA-β-galactosidase caractéristique, la surexpression des marqueurs p53, p21 et p16 et la réduction de la capacité de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. L’ensemble de nos résultats in vivo et in vitro désigne la contribution de la sénescence endothéliale comme une cause probable à la dysfonction de greffon. / This scientific work has tackled the question of the pancreatic islets aging and the effect of endothelial senescence and microparticles (MPs) on islet function. We investigated the impact of aging on pancreas morphology, fate and on the function of the pancreatic islet by comparative analysis between pancreas in young and middle-aged rats, as well as the role of pro-senescent endothelial MPs on islet function and their premature senescence. Our in vivo data show that the pancreas is an early sensitive organ to oxidative stress accumulating with age and leading to overexpression of the procoagulant and senescence markers without appearance of apoptosis. In vitro, MPs of senescent endothelial cells have a pro-senescent effect on pancreatic islets isolated from young rats with characteristic SA-β-galactosidase activity, overexpression of p53, p21 and p16 markers and reducing the ability of insulin secretion in response to glucose. Altogether, our in vivo and in vitro data indicate the contribution of endothelial senescence as a possible contributor to graft dysfunction.

La duodenopancréatectomie céphalique (DPC) représente le seul traitement potentiellement curateur des adénocarcinomes de la tête du pancréas, qui sont souvent révélés par un ictère. La chirurgie chez le patient ictérique est grevée d'une morbi-mortalité conséquente. Dans des études animales il a été retrouvé un bénéfice au drainage biliaire pré-opératoire ; bénéfice qui reste controversé chez l'homme. Le but de notre premier travail était d'analyser l'impact du drainage biliaire préopératoire sur les complications globales et infectieuses après DPC. C'est en 1935 que Whipple a rapporté les premiers résultats de l'intervention qui porte son nom. Depuis le taux de mortalité opératoire est inférieur à 4% dans la plupart des grandes séries, mais le taux de complication reste élevé, avoisinant les 50%. Notre deuxième travail s'est intéressé aux facteurs de risques des deux principales complications après DPC, la fistule pancréatique et la gastroparésie. Le bénéfice de la DPC chez le sujet âgé est une question récurrente dans la littérature : est-il licite de proposer une intervention chirurgicale avec un taux de complications non négligeable et dont le bénéfice attendu est faible chez un groupe de patients ayant une espérance de vie limitée ? Le but de notre troisième travail était de déterminer si un âge supérieur à 70 ans pouvait influencer les suites opératoires de la DPC. L'ensemble de ce travail nous a permis de mieux comprendre les conséquences d'une technique chirurgicale particulière. Par ailleurs il est nécessaire à tout chirurgien de connaître les complications inhérentes à tout geste chirurgical afin d'en prévenir la survenue et surtout d'en informer le patient.

Le diabète est une maladie chronique qui concerne plus de 380 millions de personnes dans le monde. Le diabète de type 1, qui représente 10 à 15% des cas, et le diabète de type 2, qui représente 85 à 90% des formes de diabète, ont pour caractéristique commune une diminution anatomique et/ou fonctionnelle de la masse de cellules bêta (MCB). L’estimation de la MCB des patients diabétiques présente un intérêt majeur pour l’amélioration du suivi de leur pathologie et une meilleure adaptation des traitements. Les tests métaboliques, qui sont actuellement les seuls outils disponibles pour évaluer la fonctionnalité des cellules β, présentent l’inconvénient d’être souvent lourds à mettre en place, et de ce fait, sont non utilisables en routine ou peu informatifs. L’imagerie, plus simple et plus sensible, représente une alternative attractive pour la mesure non invasive de la MCB d’autant plus qu’elle pourrait permettre à la fois une évaluation anatomique et fonctionnelle. Les outils actuellement en cours de développement visent principalement une imagerie anatomique de la MCB et s’orientent d’avantage vers le suivi longitudinal des patients que vers une quantification précise de la MCB dans un but purement diagnostique compte tenu des contraintes de sensibilité et de résolution nécessaires pour imager les cellules β. A l’heure actuelle, il n’existe pas encore d’outil idéal. Dans ce contexte, l’objectif de mon travail de thèse était le développement de fragments d’anticorps ciblant ZnT8 pour l’imagerie fonctionnelle des cellules β pancréatiques en imagerie nucléaire. Le transporteur du zinc ZnT8 est une cible intéressante pour l’imagerie des cellules β dans la mesure où il est exprimé presque exclusivement par ces dernières. De plus, ZnT8 étant situé à la surface des vésicules de sécrétion et à la surface de la cellule lors de l’exocytose de l’insuline, son ciblage devrait donc permettre de rendre compte de la fonctionnalité des cellules β. Deux F(ab’)2, puis un Fab, radiomarqués ont d’abord été évalués in vivo chez la souris. Leurs poids moléculaire élevés ne permettaient pas une cinétique sanguine favorable et ralentissaient probablement leur passage à travers un endothélium vasculaire sain les empêchant ainsi d’accéder rapidement à leur cible. Des sdAbs, qui constituent une alternative intéressante aux F(ab’)2 et aux Fab compte tenu de leur poids moléculaire plus faible, ont ensuite été sélectionnés par phage display. Pour l’instant, seule une partie de ces sdAbs a pu être produite et le meilleur candidat n’a pas pu être suffisamment purifié pour permettre son radiomarquage. / Diabetes is a chronic disease that affects 380 million people worldwide. Anatomical and/or functional diminution of beta-cell mass (BCM) is a common feature of type 1 diabetes which represents 10 to 15% of cases and type 2 diabetes which accounts for 80 to 90% of cases. Patients’ BCM estimation is of great interest for patients’ follow-up improvement and therapy adjustment. Metabolic tests which are actually the only tools available for beta cells function evaluation have the disadvantage to be cumbersome processes inapplicable for clinical routine or uninformative. Imaging, which is easier and more sensitive, is an attractive alternative for non-invasive BCM measurement since it could allow anatomical and functional evaluation. Tools currently under development mainly focused on anatomical imaging and are directed toward longitudinal follow-up of patients rather than exact BCM quantification for a merely diagnostic purpose because of sensitivity and resolution constraints necessary for beta cells imaging. Currently, there is no existing ideal tool. In this context, my PhD research was to develop antibody fragments targeting ZnT8 for pancreatic beta cells functional nuclear imaging. Zinc transporter ZnT8 is an attractive target for beta cells imaging since it is expressed almost exclusively by these cells. Moreover, ZnT8 is located on insulin containing vesicles surface and on cell surface when insulin secretion is stimulated. Its targeting should reflect beta cells functionality. Two radiolabeled F(ab’)2 then a Fab were first tested in vivo in mice. Their high molecular weight did not allow a suitable blood kinetic and probably slowed down their passage across healthy vascular endothelium preventing them from reaching quickly their target. SdAbs, which are an attractive alternative to F(ab’)2 and Fab because of their low molecular weight, were then selected by phage display. At the moment, only a part of these sdAbs have been produced and the best candidate could not be purified enough to allow its radiolabeling.

L’adénocarcinome pancréatique canalaire (PDAC) est un cancer de mauvais pronostic en partie en raison de la résistance aux traitements conventionnels de chimiothérapie ou de radiothérapie. Certaines substances bioactives issues de l’alimentation (BFCs), prooxydantes sont capables de potentialiser l’action cytotoxique des drogues conventionnelles dans le PDAC. Par ailleurs ces BFCs pourraient augmenter les cassures de l’ADN induites par les radiations ionisantes. Objectifs : évaluer l’action combinée de BFCs en association avec la chimiothérapie et la radiothérapie dans des modèles de PDAC et identifier les mécanismes impliqués dans la chimio/radiosensibilisation. Méthodes : La survie cellulaire a été évaluée in vitro en présence de BFCs en combinaison sur 4 lignées tumorales pancréatiques. La production d’espèces réactives de l'oxygène (ROS) a été mesurée par cytométrie en flux et par microscopie à fluorescence. Les mécanismes moléculaires ont été décryptés par western-blot (voies de signalisation) et cytométrie en flux (cycle cellulaire et apoptose). Enfin nous avons évalué l’association de BFCs en gavage avec la chimiothérapie par gemcitabine intrapéritonéale et avec la radiothérapie de 2 Gy par fraction in vivo, sur des greffes sous-cutanée de cellules CAPAN-2. Résultats : In vitro, le resvératrol (R), la capsaïcine (C) et le sulforaphane (S) étaient cytotoxiques avec effet inhibiteur significativement plus élevé en combinaison (R+C), (C+S) ou (R+C+S), sans effet sur les fibroblastes. Par ailleurs, les combinaisons potentialisaient l’action autrement limitée de la gemcitabine sur les cellules testées in vitro. In vivo, l’addition de R+C au traitement par gemcitabine à dose réduite a permis une régression tumorale équivalente à celle obtenue avec la gemcitabine à pleine dose. Par ailleurs, in vitro, l’ajout des BFCs seuls et combinés à la radiothérapie augmente de façon significative la toxicité cellulaire sur la lignée épithéliale CAPAN-2, comparé au traitement par radiothérapie seule comme aux traitements par BFCs seuls ou combinés. In vivo, la combinaison R+C associée à la radiothérapie a permis une diminution significative des volumes tumoraux comparée à la radiothérapie seule. L’étude des voies de signalisation a montré une augmentation de protéines pro-apoptotiques avec l’association R+C, en rapport avec une induction augmentée de ROS, mais aussi, de façon surprenante, une inhibition de la réparation de l’ADN par inhibition de la phosphorylation d’ATM. Ces deux effets combinés précipitaient la mort des cellules tumorales. Conclusions : Les combinaisons de R+C ont un effet chimiosensibilisant et radiosensibilisant dans un modèle préclinique de PDAC, avec des mécanismes moléculaires identifiés pertinents dans le contexte des thérapies testées. En associant les BFCs, à la chimioradiothérapie avec gemcitabine, on peut espérer une double potentialisation de la radiothérapie et de la chimiothérapie, en augmentant l’efficacité de la RT, et en diminuant la dose de gemcitabine associée pour une même efficacité et une meilleure tolérance du traitement.Mots clés : Cancer du pancréas, Substances bioactives issues de l’alimentation, radiothérapie, chimiothérapie, resvératrol, capsaïcine / Background: Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is of poor prognosis in part because of resistance to conventional treatments such as chemotherapy or radiotherapy. Some naturally occurring bioactive food components (BFCs), with pro-oxidant properties are able to potentiate the cytotoxic action of conventional drugs in the PDAC. In addition, these BFCs could increase the DNA breaks induced by ionizing radiation. Objectives: To evaluate the combined action of several BFCs in combination with chemotherapy and radiotherapy in PDAC models and to identify mechanisms involved in chemo / radiosensitization at the cellular and molecular levels. Methods: Cell survival was evaluated in vitro in the presence of BFCs in combination on 4 pancreatic tumor cell lines. The production of reactive oxygen species (ROS) was measured by flow cytometry and fluorescence microscopy. Molecular mechanisms have been decrypted by western blot (signaling pathways) and flow cytometry (cell cycle and apoptosis). Finally, we evaluated the association of BFCs in gavage with intraperitoneal gemcitabine chemotherapy and with radiotherapy (2 Gy/fraction) in vivo, on subcutaneous CAPAN-2 cell xenografts. Results: In vitro, resveratrol (R), capsaicin (C) and sulforaphane (S) were cytotoxic with significantly higher inhibitory effect in combination (R + C), (C + S) or (R + C + S), without effect on fibroblasts. In addition, the combinations potentiated the otherwise limited action of gemcitabine on cells tested in vitro. In vivo, the addition of R + C to treatment with gemcitabine at reduced dose allowed tumor inhibition equivalent to that obtained with gemcitabine at full dose. Furthermore, in vitro, the addition of BFCs alone and in combination with radiotherapy significantly increases cellular toxicity on the CAPAN-2 epithelial line, compared to radiotherapy alone and BFCs alone or combined. In vivo, the combination R + C associated with radiotherapy allowed a significant decrease in tumor volumes compared to radiotherapy alone. The study of signaling pathways showed an increase of proapoptotic proteins with the association R + C and radiotherapy, in relation with an increased induction of ROS, but also, surprisingly, an inhibition of the repair of the DNA by inhibition of ATM phosphorylation. These two combined effects precipitated the death of the tumor cells. Conclusions: Combinations of R + C have a chemosensitizing and radiosensitizing effect in a preclinical model of PDAC, with identified molecular mechanisms relevant in the context of the therapies tested. By combining BFCs with radiochemotherapy with gemcitabine, we can hope for a double potentiation of radiotherapy and chemotherapy, by increasing the effectiveness of RT, and by reducing the dose of gemcitabine associated for similar efficiency and better tolerance treatment.

Les hormones sécrétées par les cellules endocrines pancréatiques et intestinales participent à la régulation de l’homéostasie énergétique. Leur différenciation repose sur des programmes génétiques similaires contrôlés par le facteur de transcription Ngn3. Peu de choses sont connues sur les gènes activés par Ngn3 et leurs implications dans les mécanismes contrôlant la spécification et la maturation des cellules endocrines. Par conséquent, le transcriptome des progéniteurs endocrines a été déterminé dans l’équipe. Parmi les gènes fortement enrichis dans le lignage endocrine, j’ai caractérisé l’expression et la fonction de la kinase Pak3 et j’ai continué l’étude de la fonction pancréatique et intestinale du facteur de transcription Rfx6. J’ai montré que Pak3 est exprimé dans le lignage endocrine pendant le développement et chez l’adulte. Avec des expériences de perte de fonction, j’ai montré que ce gène inhibe la prolifération des progéniteurs endocrines et des cellules bêta durant l’embryogénèse. De plus, une étude métabolique a montré que les souris mutantes pour Pak3 sont intolérantes au glucose. En parallèle, en utilisant une souris conditionnelle pour Rfx6, j’ai montré que Rfx6 est nécessaire en aval de Ngn3 pour la différenciation des cellules endocrines pancréatiques et intestinales. Finalement, des expériences dans les souris adultes suggèrent que Rfx6 est nécessaire pour maintenir les cellules bêta, renouveler les cellules entéroendocrines et absorber les lipides dans l’intestin. En conclusion, ces études révèlent deux nouveaux gènes clés dans la régulation de la différenciation des cellules endocrines et de l’homéostasie énergétique dans le pancréas et l’intestin. / Pancreatic and intestinal endocrine cells, and their secreted hormones, contribute to the regulation of energy homeostasis. Their differentiation relies on similar genetic programs controlled by the proendocrine transcription factor Ngn3. However, our knowledge of the endocrinogenic programs implemented by Ngn3 is still fragmentary. Therefore, the transcriptome of endocrine progenitors has been determined in the lab. Among the genes which showed a strong enrichment in the endocrine lineage, I studied the expression and function of Pak3, a serine/threonine kinase and further pursued the dissection of the function of the transcription factor Rfx6 in the pancreas and the intestine. I showed that Pak3 is expressed throughout pancreas development and maintained in adult islets. Using ex vivo loss of function experiments and in vivo characterisation of the Pak3-deficient mice, I identified Pak3 as an inhibitor of islet progenitors and beta-cell proliferation in the embryonic mouse pancreas. Furthermore, we performed metabolic studies which revealed that Pak3-deficient micehave an impaired glucose homeostasis, especially under challenging high fat diet. In parallel, using a conditional knockout mouse for Rfx6, we showed that Rfx6 is necessary downstream of Ngn3 for endocrine cell differentiation in the pancreas as well as in the intestine. Finally, additional experiments in adult mice suggest that Rfx6 is necessary to maintain pancreatic beta-cells, enteroendocrine cell turnover and intestinal lipid absorption. In conclusion, these studies revealed two novel key players in the regulation of endocrine cell differentiation and energy homeostasis in the pancreas and the intestine.

L’oncogène K-ras est une petite GTPase de la super famille RAS, fréquemment impliquée dans les cancers, en particulier celui du pancréas, l’un des plus mortels dans les pays occidentaux. Les mutations de l’oncogène K-ras sont considérées comme l’un des événements initiateurs de la cancérogenèse pancréatique et son activité oncogénique est un élément indispensable à la progression tumorale. Cependant, le ciblage thérapeutique de K-ras reste inefficace, à ce jour. Se focaliser sur les cibles précoces de son activité oncogénique semble ainsi être une stratégie alternative intéressante. La mucine membranaire MUC4 est une glycoprotéine de haut poids moléculaire fréquemment dérégulée dans les cancers. Dans le cancer du pancréas, MUC4 est néo-exprimée dès les stades prénéoplasiques et est impliquée dans les propriétés biologiques permettant la progression tumorale et la chimiorésistance. La régulation de MUC4 par K-ras dans la cancérogenèse pancréatique reste à décrypter. En utilisant le modèle murin de cancérogenèse pancréatique Pdx1-Cre; LStopL-K-rasG12D, nous avons mis en évidence que la néo-expression précoce de la mucine Muc4, dans les lésions pancréatiques prénéoplasiques intraépithéliales (PanINs) formées suite à la présence du K-ras muté, est corrélée avec l’activation des voies de signalisation ERK, JNK and NF-κB. In vitro, la transfection de mutants constitutivement activés de K-rasG12V dans les cellules tumorales humaines induit une augmentation de l’expression de MUC4. Cette activation intervient au niveau transcriptionel par le recrutement des facteurs de transcription AP-1 et NF-κB via les voies MAPK, JNK and NF-κB et au niveau post-transcriptionel par un mécanisme impliquant la RalB GTPase. Ensemble, ces résultats démontre que MUC4 est une cible transcriptionelle et post-transcriptionelle de l’activité oncogénique de K-ras dans le cancer du pancréas. Ces résultats ouvrent de nouvelles pistes pour développer des stratégies ciblant les étapes précoces de ce cancer. / K-ras oncogene is a small GTPase of the RAS superfamily, highly implicated in cancer, mainly in pancreatic cancer, one of the most deadly cancers in occidental countries. K-ras mutations are considered as an initiating event of pancreatic carcinogenesis and K-ras oncogenic activities are necessary components of cancer progression. However, K-ras clinical targeting remains ineffective until now. Focus on early downstream K-ras signalling may thus appear as an interesting strategy target in this cancer. The membrane-bound mucin MUC4 is a high molecular weight glycoprotein frequently deregulated in cancer. In pancreatic cancer, MUC4 is neo-expressed in the preneoplastic stages and thereafter is involved in cancer cell properties leading to cancer progression and chemoresistance. MUC4 regulation by K-ras in pancreatic carcinogenesis remains unknown. Using the Pdx1-Cre; LStopL-K-rasG12D mouse model of pancreatic carcinogenesis, we show that the in vivo early neo-expression of the mucin Muc4 in pancreatic intraepithelial neoplastic lesions (PanINs) induced by mutated K-ras is correlated with the activation of ERK, JNK and NF-ΚB signalling pathways. In vitro, transfection of constitutively activated K-rasG12V in human pancreatic cancer cells led to the transcriptional upregulation of MUC4. This activation was shown to be mediated at the transcriptional level by AP-1 and NF-ΚB transcription factors via MAPK, JNK and NF-ΚB pathways and at the post-transcriptional level by a mechanism involving the RalB GTPase. Altogether, these results identifies MUC4 as a transcriptional and post-transcriptional target of K-ras in pancreatic cancer. This opens avenues in developing new approaches to target the early steps of this deadly cancer.

La transplantation d’îlots pancréatiques est considérée comme une thérapie prometteuse quant au traitement du diabète de type 1. En revanche, l’utilisation de traitements immuno-suppresseurs ainsi que le manque de donneur sont un frein à l’expansion de cette thérapie à plus de patients diabétiques. Pour résoudre ces deux problèmes, la stratégie développée durant ces vingt dernières années est le pancréas bioartificiel. Il consiste en une immuno-isolation de la greffe dans une enveloppe artificielle, protégeant non seulement la greffe du système immunitaire, mais aussi le receveur de la greffe. Les îlots ou les cellules productrices d’insuline transplantée(e)s ne sont pas en contact avec le système immunitaire et aucune immunosuppression n’est nécessaire. L’objectif de ce travail était de déterminer les marqueurs de survie et de mort des îlots dans des conditions mimant celles du MAILPAN®, un pancréas bioartificiel développé par Defymed et d’étudier différentes molécules qui pourraient augmenter la survie des îlots. Nous avons démontré que cet environnement bioartificiel engendrait un confinement et de l’hypoxie créant un stress cellulaire et donc une perte précoce des îlots. Nous avons identifié plusieurs cibles pour améliorer la viabilité et la fonction comme par exemple les transporteurs d’oxygène ou des molécules anti-inflammatoires. Plus le nombre d’îlots dans le MAILPAN® était élevé, plus les effets délétères sur la survie des îlots étaient importants. En conséquence, nous avons testé différentes molécules impliquées dans les voies de l’hypoxie et de l’inflammation pour augmenter la survie et restaurer la fonction des îlots pancréatiques dans un environnement confiné et hypoxique (600IEQ/cm2). L’ajout d’HEMOXcell®, un nouveau transporteur d’oxygène et du peptide tat-CREB ont montré une restauration de la fonction des îlots ainsi qu’une diminution de l’hypoxie et de l’inflammation après 24h de culture. Ainsi ce travail a permis l’identification de nouveaux candidats pour l’élaboration d’un milieu spécialisé pour l’encapsulation de cellules. / Islet transplantation is considered as promising therapy for brittle type 1 diabetes. However, the use of immunosuppressive regimen and the lack of donor prevent the expansion of the therapy to other diabetic patients. In order to address these two issues, the strategy developed for the two last decades is the bioartificial pancreas. It consists in the immune-isolation of the graft in an artificial envelop, protecting at the same time the graft, from the immune-system, and the host, from the graft. In principle, the transplanted islets or surrogate insulin secreting cells are not in contact with the immune system and no immunosuppressive drugs are needed. The objective of this work was to identify the markers of islet death/survival mimicking MAILPAN® conditions, a bioartificial pancreas developed by Defymed and study different molecules which can improve islet survival.We demonstrated that bioartificial environment induced confinement and hypoxia which triggers cellular distress causing early islet loss. We identified several targets to improve viability and function such as oxygen carriers or anti-inflammatory drugs. The highest the number of islets in the MAILPAN® was, the most deleterious effects in islet survival and functionality were observed. As a consequence, we tested different molecules implicated in hypoxia and inflammation pathway to improve islet survival and restore islet functionality in a hypoxic and confined environment (600IEQ/cm²). The addition of HEMOXCell®, a novel oxygen carrier, and tat-CREB peptide have been shown to restore islets functionality and decrease hypoxia and inflammation levels after 24 hours in culture. Thus, these data provide new inputs for the design of a culture medium dedicated for cell encapsulation.