Contexte. Le cancer bronchopulmonaire (CBP) demeure la première cause de mortalité par cancer dans le monde. Malgré l'espoir suscité par le développement des thérapies ciblées, son pronostic demeure sombre, particulièrement dans les cas de CBP à petites cellules (CBP-PC) et de CBP non à petites cellules (CBP-NPC) présentant une activation de l'oncogène KRAS. Matériel et Méthodes. Nous avons mené 3 études successives, visant à (i) radiosensibiliser des modèles de CBP-PC par l'ajout d'un inhibiteur de BCL2, (ii) cibler des modèles de CBP-NPC mutés KRAS par l'association d'un inhibiteur de mTOR et d'un inhibiteur de RAF, et (iii) créer un modèle préclinique orthotopique murin de CBP reproduisant la progression tumorale observée en clinique. Résultats. Dans la première étude, l'inhibiteur de BCL2 oblimersen a présenté un effet radiosensibilisant sur des modèles de CBP-PC, in vitro et in vivo. Dans la seconde étude, l'association de l'inhibiteur de mTOR everolimus et de l'inhibiteur de RAF/VEGFR RAF265 a présenté un effet synergique sur des lignées cellulaires de cancers présentant la double mutation de KRAS et de PIK3CA, in vitro et in vivo. Dans la troisième étude, l'injection orthotopique d'une lignée bioluminescente de CBP-NPC chez des souris nude a permis d'établir des tumeurs intra pulmonaires évoluant vers une extension métastatique ganglionnaire et hématogène, et de détecter la présence de cellules tumorales circulantes. Conclusion. L'association d'un inhibiteur de BCL2 à la radiothérapie est une stratégie intéressante dans le CBP-PC, l'association d'un inhibiteur de mTOR et d'un inhibiteur de RAF/VEGFR est une stratégie intéressante dans le CBP-NPC présentant une double mutation KRAS-PIK3CA, mais ces données doivent être confirmées sur des modèles orthotopiques afin de gagner en pertinence avant d'envisager un transfert en clinique.

Introduction : Le traitement des cancers bronchiques non à petites cellules (CBNPC) EGFR mutés repose sur les inhibiteurs de tyrosine kinase (ITK) du récepteur de l’Epidermal Growth Factor (EGFR). Cependant tous les patients traités par ITK EGFR finissent par présenter une progression tumorale, du fait de mécanismes de résistance comme l’amplification du gène codant pour le récepteur tyrosine kinase MET. Il n’existe actuellement aucune donnée sur les modifications phénotypiques induites par l’activation de MET dans ce contexte. L’objectif de cette thèse est de déterminer si l’amplification de MET, lors de la résistance aux ITK EGFR dans les CBNPC EGFR mutés, confère aux cellules tumorales un phénotype plus agressif et modifie l’histoire naturelle de la maladie.Méthodes : Les capacités de prolifération, de croissance sans ancrage, de formation de sphéroïdes, de résistance à l’anoïkis et de migration ont été étudiées in vitro dans la lignée HCC827, dérivée d’un CBNPC EGFR muté, et dans sa lignée fille HCC827-GR6 (GR6) devenue résistante aux ITK EGFR via une amplification du gène MET. L’expression de la vimentine, de ZEB1, et de la E-cadherine a également été étudiée dans les deux lignées cellulaires afin d’évaluer l’impact de l’amplification de MET sur la transition épithélio-mésenchymateuse (TEM). In vivo la croissance tumorale et le potentiel métastatique ont respectivement été analysés dans des modèles murins de xénogreffe ectopique et d’injection intracardiaque. Enfin les données cliniques de patients issus de 15 centres avec un CBNPC EGFR muté métastatique, présentant une forte surexpression de MET en immunohistochimie (score 3+) ou une amplification de MET en FISH sur une re-biopsie réalisée après la progression sous ITK EGFR ont été analysées rétrospectivement. Résultats : In vitro, l’amplification de MET induisait une augmentation significative de la prolifération, de la croissance sans ancrage, de la formation de sphéroïdes, de la résistance à l’anoïkis et de la migration. En présence d’un inhibiteur de MET, le PHA-665752, ces différentes propriétés biologiques étaient réduites de façon significative dans les cellules GR6 porteuses de l’amplification de MET. Il était également mis en évidence dans les cellules GR6 une augmentation de l’expression de la vimentine et de ZEB1. In vivo, l’amplification de MET augmentait significativement la croissance tumorale et le potentiel métastatique. Un traitement par crizotinib, ITK ciblant MET, diminuait de façon significative le potentiel métastatique des cellules porteuses de l’amplification de MET. Enfin les patients atteints d’un CBNPC EGFR muté, porteur d’une amplification de MET à la résistance à l’ITK EGFR, présentaient une durée jusqu’à apparition de nouvelles métastases plus courte après progression sous ITK EGFR que les patients avec une forte surexpression de MET sans amplification génique. Conclusion L’amplification de MET dans un contexte de résistance aux ITK EGFR est associée à un phénotype tumoral plus agressif. Ces résultats plaident en faveur d’une utilisation précoce d’inhibiteurs de MET en association avec les ITK EGFR afin d’éviter l’émergence d’un clone tumoral résistant plus agressif. / Introduction: Treatment of Epidermal Growth Factor Receptor (EGFR) mutated non-small cell lung cancers (NSCLC) relies on EGFR tyrosine kinase inhibitors (TKI). However, all patients treated with EGFR TKI eventually present tumor progression, due to mechanisms of resistance such as the MET amplification. There is currently no data on phenotypic changes induced by MET activation in this context. The objective of this thesis is to determine whether the MET amplification during EGFR TKI resistance in the EGFR mutated NSCLC induces a more aggressive phenotype in tumor cells and alters the natural history of the disease.Methods: Proliferation, anchorage independent growth, spheroid formation, anoïkis resistance and migration were studied in vitro in the HCC827 cell line, derived from an EGFR mutated NSCLC, and in its daughter cell line HCC827-GR6 (GR6) which became resistant to EGFR TKI through MET amplification. The expression of vimentin, ZEB1, and E-cadherin was evaluated in these cellular models in order to investigate an epithelial to mesenchymal transition (EMT) process induced by the MET amplification. In vivo, the tumor growth and the metastatic potential were analyzed by subcutaneous xenograft and intracardiac injection in mouse models. Finally, the clinical data of patients from 15 centers with a metastatic EGFR mutated NSCLC, exhibiting high MET overexpression in immunohistochemistry (score 3+) or MET amplification assessed by FISH on a re-biopsy performed after TKI EGFR progression were analyzed retrospectively.Results: In vitro, the MET amplification induced a significant increase in proliferation, anchorage independent growth, spheroid formation, anoïkis resistance and migration. Treatment with PHA-665752, a MET TKI, significantly reduced these biological properties in the GR6 cells harboring the MET amplification. An increase in the expression of vimentin and ZEB1 was also observed in the GR6 cells. In vivo, the MET amplification significantly increased the tumor growth and the metastatic potential. Treatment with crizotinib, another MET TKI, significantly decreased the metastatic potential of cells carrying MET amplification. Finally, patients with an EGFR mutated NSCLC, displayed a time to new metastases after TKI EGFR progression shorter than patients with high MET overexpression without MET amplification.Conclusion: The MET amplification during EGFR TKI resistance is associated in EGFR muted NSCLC with a more aggressive tumor phenotype. These results argue for the early use of MET inhibitors in combination with EGFR TKIs to avoid the emergence of a more aggressive resistant tumor clone.

Les cellules NK sont des lymphocytes de l’immunité innée, impliquées dans la reconnaissance et l’élimination de cellules infectées ou tumorales. Leur activité cytotoxique est finement régulée par un ensemble de récepteurs activateurs et inhibiteurs. Cependant, l’expression de ces récepteurs ainsi que les fonctions des cellules NK peuvent être modifiées selon l’environnement dans lequel elles se trouvent. Au cours de ma thèse, nous nous sommes intéressés à la modulation du phénotype et des fonctions des cellules NK, ainsi qu’à leur relation avec les LT CD4, dans une cohorte de patients atteints de NSCLC ou dans un contexte inflammatoire sous l’influence de l’IL-21. La première étude a mis en évidence une augmentation du taux circulant de la population de cellules NK CD56dim CD16- simultanément à une diminution du taux de la population CD56dim CD16+ chez les patients. L’analyse ex vivo du phénotype des cellules NK a mis en évidence un groupe spécifique de patients avec une altération globale de l’expression des NCR et de NKG2D par toutes les sous-populations de cellules NK. La principale modulation correspond à la diminution des cellules NK exprimant NKp46 et nous avons montré une corrélation négative entre la survie des patients et le pourcentage de cellules NK NKp46+. De manière intéressante, la neutralisation de NKp46 sur les cellules NK est associée à une meilleure réponse T CD4 anti-tumorale. La seconde étude a montré que l’IL-21 engendre la différenciation d’une population spécifique de cellules NK co-exprimant CD86/HLA-DR et CD86/CD30. Alors que l’activation des cellules NK via CD30 entraîne leur forte dégranulation et leur sécrétion d’IFN-γ, les cellules NK activées par l’IL-21 produisent également MIF. Ce facteur soluble apporte un signal de co-stimulation lors de l'initiation de l'activation des LT CD4 naïfs, induisant leur différenciation en LT centraux mémoires. De telles cellules NK MIF+ ont été identifiées dans des appendices humains inflammés suggérant qu'elles pouuraient activer des LT CD4 in vivo. Ces études ont permis de mettre en évidence une modulation différente du phénotype de cellules NK selon leur environnement, pouvant impacter le cross-talk NK-LT. Ces données supportent ainsi le rôle régulateur des cellules NK dans la mise en place des réponses immuntaires adaptatives. / NK cells are innate lymphocytes involved in the recognition and elimination of infected or tumor cells. Their cytotoxic activity is finely regulated by a set of activating and inhibitory receptors. However, receptors expression and NK cell functions may be modified according to environment. Here, we were interested in NK cell-phenotype and function modulations and their relationship with CD4 T cells, in NSCLC patients and under IL-21 influence in inflammatory context. The first study highlighted an increase circulating rate of CD56dim CD16- NK cell subset concomitantly with a decrease rate of CD56dim CD16+ NK cell subset in NSCLC patients. Ex vivo analysis of NK cell phenotype highlighted a specific group of patients with an overall altered expression of NCRs and NKG2D on NK cell subsets. The main defect was the decrease of NK cells expressing NKp46 and we showed a negative correlation between the patients’ survival and NKp46+ NK cell percentage. Interestingly, NKp46 neutralization on NK cells was associated with a better antitumor CD4 T cell response. The second study showed that IL-21 promotes the differentiation of a specific NK cell subset coexpressing CD86/HLA-DR and CD86/CD30. While NK cell activation via CD30 promotes a high degranulation and IFN-γ secretion, IL-21-activated NK cells also produce MIF. This soluble factor provide costimulatory signaling during naïve CD4 T cell priming inducing the differentiation of uncommitted central memory T cells. Such HLA-DR+ MIF+ NK cells were identified in inflammatory human appendix suggesting that they could activate CD4 T cells in vivo. Altogether, these studies highlighted a different modulation of NK cell phenotype accordingg to envoronment which could impact the crossstalk NK-T celles. thus, these findings support a regulatory role of NK celles in adaptive immune responses

La croissance phénoménale du trafic pousse les opérateurs mobiles à différencier leurs plans de tarification en se basant sur la bande passante consommée. Afin de maximiser la monétisation du trafic de données, les opérateurs devront envisager des approches plus intelligentes tout en améliorant leurs réseaux actuels ou en déployant de nouvelles infrastructures. Les Small Cells sont une partie intégrante des réseaux cellulaires matures 3G/4G et futurs 5G. Les Small Cells peuvent être de facto déployées dans des architectures hétérogènes pour la densification des réseaux macrocellulaires, ou de façon homogène pour une couverture en haut débit. Pour le deuxième cas de déploiement, de nouveaux défis doivent être résolus: un réseau de collecte fiable et économique est vital pour les déploiements des Small Cells. Le réseau de collecte est spécifiquement plus contraignant pour les déploiements des Small Cells dans les zones dites green-field, où les infrastructures de transport sont absentes ou présentes mais ne peuvent être contrôlées par l'opérateur. En d'autres termes, l'opérateur mobile souhaite garantir une bonne qualité d'accès aux services haut débit en se basant uniquement sur des Small Cells, tout en réduisant le coût global de l'installation. Dans cette thèse, nous nous focalisons sur des solutions de réseau de collecte rentables qui peuvent fournir les capacités minimales requises par les utilisateurs finaux. Notre première contribution vise à assurer une capacité suffisante aux réseaux Small Cells 4G. Tout d'abord, nous proposons une méthode rentable qui minimise les coûts du réseau de collecte tout en respectant les contraintes de : 1) demande de trafic dans le réseau d'accès, et de 2) caractéristiques technologiques des liens de collecte. Cette méthode permet d'obtenir des solutions sur mesure de réseau de collecte à coûts optimal pour un réseau d'accès donné, basé sur des Small Cells; ces solutions sont constituées de différentes technologies de liaison. Deuxièmement, nous analysons l'impact de l'activité des utilisateurs finaux sur le trafic généré à la fois sur les deux interfaces logiques S1 et X2 d'une Small Cell, tout en tenant compte les différentes composantes de trafic moyen d'un utilisateur final. Cette analyse permet d'avoir un aperçu très utile pour la sélection des solutions nécessaires au réseau de collecte. Dans notre deuxième contribution, nous nous focalisons sur l'amélioration des capacités des systèmes WLAN. Nous concevons un protocole d'ordonnancement MAC pour les transmissions uplink multi-utilisateurs : il permet un échange minimal des trames de contrôle requises pour la mise en place des transmissions entre les multiples émetteurs et le récepteur. Les résultats d'analyse et de simulations révèlent des performances améliorées, d'un point de vue du système et de l'utilisateur. / The recent phenomenal traffic growth is driving mobile operators to tier their pricing plans based on consumed bandwidth. To maximize data traffic monetization, operators will need to consider smarter approaches while upgrading their current networks or deploying new ones. Small Cells are an integral part of both mature 3G/4G and future 5G cellular networks. Small Cells may be de facto deployed in heterogeneous architectures for Macro cells densification, or homogeneously for minimum broadband coverage. In this respect, emerging challenges must be tackled: a reliable and economical backhaul is vital for Small Cells deployments. It is specifically more constraining for Small Cells deployments in green-field areas, where transport infrastructure are absent or non-owned. In other words, the mobile operator wants to ensure good quality access to broadband services based only on Small Cells, while reducing overall installation cost. In this thesis, we focus on cost-efficient backhaul solutions that may provide the minimum capacities required by end users. Our first contribution targets the provisioning of 4G Small Cells networks with sufficient capacity. Firstly, we provide a cost-efficient method that minimizes backhaul cost while respecting the constraints of access network traffic demand and connecting technologies characteristics. This method provides with customized cost-optimal backhaul solutions for a given Small Cells access network; those solutions are made up of different linking technologies. Secondly, we analyze the impact of end users activity -i.e. data exchange- on generated traffic on both a Small Cell logical interfaces S1 and X2; by taking into account different traffic components of an end user device. The analysis supplies with valuable insights on selecting the needed backhaul solutions. In our second contribution, we focus on improving capacity in WLAN systems. We design a MAC scheduling scheme for uplink multi-users transmissions: it enables to exchange minimal control frames required for the establishment of transmissions between the multiple transmitters and the receiver. Both analytic results and conducted proof-of-concept simulations show improved efficiency for both system and user oriented performances.

Le facteur de transcription Nrf2 et les enzymes pro-angiogéniques: hème oxygénase (HO-1) et thymidine phosphorylase (TP) sont considérés comme des cibles potentielles pour les traitements combinatoires anticancéreux contre l’angiogenèse. L'objectif de la présente étude était d'examiner les interactions entre ces protéines dans la modulation du potentiel tumorigène et angiogénique de carcinome pulmonaire non à petites cellules (NSCLC). L’augmentation de l’expression de Nrf2 conduit à la réduction de la prolifération cellulaire et à leur capacité de migration, accompagnée d'une expression accrue de microARN suppresseurs de tumeurs ainsi qu’une réduction de l'oncogène miR-378. Ensuite, le rôle de TP dans les cellules NCI-H292 a été étudiée en la surexprimant in vitro (NCI-TP). Ceci a conduit à une atténuation de potentiel tumorigène comme le montre l'inhibition de la prolifération, de la migration et une amélioration concomitante de potentiel angiogénique qui est plus prononcée en hypoxie et en présence de thymidine. In vivo, les tumeurs NCI-TP ont tendance à croître plus rapidement que les témoins et ils sont également mieux oxygénés. Ces tumeurs ont une expression accrue de cytokines pro-inflammatoires IL-1β et IL-6. Nous avons montré pour la première fois que l’enzyme TP peut être régulé par Nrf2 et HO-1 dans les cellules NSCLC, ce qui peut affecter la croissance tumorale par une modulation de l'angiogenèse et de l'expression de facteurs pro-inflammatoires. La corrélation entre l’expression de TP avec celle de l'IL-1β et d'IL-6 a été également confirmée dans les échantillons cliniques de tumeurs issus de patients atteints de NSCLC. L’ensemble de nos résultats montre la potentialité de cibler l’enzyme TP pour le traitement des cancers NSCLC. / Nrf2, heme oxygenase-1 (HO-1) and thymidine phosphorylase (TP) are considered as potential targets for combinatorial anti-cancer therapies. The aim of the study was to investigate the interplay of these proteins in regulation of growth and angiogenesis in non-small cell lung carcinoma (NSCLC) cells NCI-H292. Stable overexpression of Nrf2 (NCI-Nrf2 cell line) resulted in decreased cell proliferation and migration in vitro, upregulation of tumor suppressor microRNAs and downregulation of oncogenic miR-378 and many MMPs. Silencing of HO-1 in NCI-Nrf2 cells partially reversed the effect on MMP-1, MMP-3 and miR-378. NCI-Nrf2 cells exhibited increased expression of proangiogenic factors IL-8, angiopoietin-1 and TP, which was also upregulated in cell overexpressing HO-1. In both models, the effect was TP reversible by siRNA targeted at HO-1 and possibly mediated by modulation of oxidative status of the cell. Moreover, it was observed that overexpression of TP in vitro attenuated proliferation and migration of NSCLC cells, but increased their angiogenic potential. In vivo, NCI-TP tumors tended to grow faster, were better oxygenated and exhibited increased expression of inflammatory cytokines IL-1β and IL-6. Correlation of TP with IL-1β and IL-6 was also confirmed in clinical samples from NSCLC patients. Overall, our results enforce the notion of targeting TP for treatment of NSCLC.

Les revues systématiques sont des outils indispensables à la synthèse des connaissances en évaluation thérapeutique. Il est désormais fréquent que plusieurs traitements soient disponibles pour une même indication. L’objectif des patients et des cliniciens est alors de savoir quels sont, parmi l’ensemble des traitements disponibles, le(s) meilleur(s). Compte tenu de la nécessité de synthétiser les données disponibles pour tous les traitements et de maintenir cette synthèse à jour, notre objectif était d’évaluer les limites du système actuel de synthèse et de développer une méthodologie alternative. Nous avons d’abord évalué la capacité des revues systématiques à prendre en compte l’ensemble des preuves disponibles sur l’effet des multiples traitements. Nous avons utilisé l’exemple des traitements de deuxième ligne du cancer bronchique non à petites cellules métastatique non muté pour EGFR ou de statut inconnu. Nous avons montré que les 29 revues systématiques publiées jusque 2015 sur cette question, considérées collectivement, fournissaient une synthèse fragmentée et non à jour de la preuve disponible. Au moins 40% des 77 essais, des 45 traitements, des 54 comparaisons de traitements et des 28 636 patients n’étaient constamment pas pris en compte dans les revues systématiques. Nous avons discuté les raisons pour lesquelles le système de synthèse des données actuel ne permettait pas de couvrir l’ensemble des données disponibles. Nous avons ensuite développé une nouvelle forme de synthèse de la preuve disponible au cours du temps, la méta-analyse en réseau cumulative et dynamique. Elle consiste à passer d’une série de méta-analyses à une méta-analyse en réseau unique, incluant l’ensemble des traitements disponibles pour une indication donnée, avec une mise à jour du réseau d’essais et de la synthèse des données dès que les résultats d’un nouvel essai deviennent disponibles. Elle débute par une méta-analyse en réseau initiale suivie d’une succession de mises à jour répétées à intervalles réguliers. Nous avons décrit les étapes méthodologiques, et développé le protocole d’une étude de preuve de concept, appliquée aux traitements de deuxième ligne du cancer bronchique non à petites cellules. Enfin, nous avons réalisé la méta-analyse en réseau initiale sur ce même exemple. Nous avons inclus 98 essais randomisés évaluant 60 traitements chez 34 179 patients. Nous avons montré que les traitements par immunothérapie (nivolumab et pembrolizumab) avaient un effet sur la survie globale supérieur aux chimiothérapies et thérapeutiques ciblées actuellement recommandées (nivolumab versus docetaxel HR=0,68 (IC95% 0,55-0,83) ; versus pemetrexed HR=0,65 (0,5-0,83) ; versus erlotinib HR=0,66 (0,51-0,84) and versus gefitinib HR=0,65 (0,51-0,82)). Les résultats étaient similaires pour le pembrolizumab. Pour la survie sans progression, le nivolumab avait aussi un effet supérieur aux quatre traitements recommandés. La méta-analyse en réseau cumulative et dynamique pourrait devenir l’outil permettant de changer de paradigme dans la synthèse des connaissances afin d’améliorer la prise de décision médicale. / Systematic reviews are essential tools to synthesize available evidence for therapeutic evaluation. Multiple treatments are now frequently available for a given condition. Patients and physicians want to know which one is the best among all treatments. Thus we need to retrieve and synthesize all available evidence across all treatments and furthermore to maintain it updated when new evidence and new treatments become available. Our objective was to evaluate the limits of the current ecosystem of evidence synthesis and to develop an alternative methodology. We have first assessed the capacity of systematic reviews to cover all available evidence of multiple treatments. We took the example of second-line treatments of advanced non-small cell lung cancer with EGFR wild-type or unknown status. We have shown that the 29 systematic reviews published in this condition up to 2015, considered collectively, failed to provide a complete and updated synthesis of all available evidence. Almost 40% of the 77 trials, of the 45 treatments, of the 54 treatment comparisons and of the 28,636 patients were always missing from systematic reviews. We have discussed the reasons why the ecosystem of evidence synthesis fails to encompass all available evidence. We then developed a new paradigm to synthesize evidence over time called live cumulative network meta-analysis. This new concept consists in switching from a series of standard meta-analyses to a single network meta-analysis covering all treatments and systematically updated as soon as the results of a new trial become available. Live cumulative network meta-analysis is initiated with a network meta-analysis which is iteratively updated. We have described the methodological steps, developed the protocol of a proof-of-concept study applied to second-line treatments of advanced non-small cell lung cancer. Finally, we have performed the initial network meta-analysis in this condition. We have included 98 trials including 34,179 patients and assessing 60 treatments. We have shown that nivolumab was more effective in term of overall survival compared to docetaxel HR=0.68 (IC95% 0.55-0.83), to pemetrexed HR=0.65 (0.5-0.83), to erlotinib HR=0.66 (0.51-0.84) and to gefitinib HR=0.65 (0.51-0.82). Similar results were found with pembrolizumab. In progression free survival, nivolumab had a more important treatment effect compared to the four recommended treatments. Live cumulative network meta-analysis should become a paradigmatic shift for systematic reviews and meta-analysis in order to improve medical decision making.

La prise en charge des cancers bronchiques localisés et localement avancés reste un challenge thérapeutique en cas de traitement par radiothérapie ou radio-chimiothérapie avec des taux d’échec importants. Il a été démontré que la Tomographie par Emission de Positons (TEP) au FDG était indispensable dans la stadification et la planification de la radiothérapie des cancers bronchiques non à petites cellules. De nombreux travaux ont proposé d’adapter le traitement de radiothérapie aux données de la TEP du métabolisme (FDG) mais également à partir de la TEP de l’hypoxie. Nous avons au cours des dernières années essayé de définir les différentes stratégies d’adaptation de la radiothérapie à partie des données de l’imagerie fonctionnelle. Dans le premier travail (travail 1), nous avons analysé les différentes méthodes de segmentation de traceurs à faible contraste pour obtenir des méthodes reproductibles et utilisables au cours d’essais thérapeutiques multicentriques. Ce travail a permis de définir une méthode de segmentation pour le FMISO (traceur de l’hypoxie) mais également pour la FLT qui permet de définir la prolifération. Le second travail (travail 2a et 2b) est le résultat de l’étude multicentrique d’augmentation de dose de radiothérapie à partir des données de la TEP FMISO. Dans ce travail, nous avons proposé de réaliser un boost de radiothérapie chez les patients présentant des tumeurs hypoxiques. Il a été démontré qu’une augmentation modérée de la dose de radiothérapie permettait d’obtenir le même contrôle local à 3 mois pour des tumeurs pourtant plus volumineuses et une tendance à un contrôle supérieur à 3 ans chez les patients ayant pu bénéficié d’un boost par rapport à ceux traités à 66Gy (26.5 mois versus 15.3 mois). Les travaux suivants (travaux 3 et 4) s’intéressent à l’hétérogénéité de fixation de la TEP-FDG et aux méthodes de segmentation de ce traceur en per-radiothérapie. Ces données permettent d’envisager des doses de radiothérapie hétérogènes avec des augmentations ciblées sur les volumes les plus hypermétaboliques en pré-traitement ou sur les volumes pour lesquels il persiste une fixation pathologique en cours de traitement. Les travaux 5 et 6 s’intéressent aux corrélations entre les zones les plus hypermétaboliques (FDG) et les zones hypoxiques (FMISO). Dans un premier temps, nous mettons en évidence le manque de corrélation entre ces 2 traceurs puis dans un second temps l’impact dosimétrique des différentes stratégies de radiothérapie adaptative basée sur la TEP du métabolisme ou de l’hypoxie. Dans le dernier travail (travail 7), nous avons comparé les résultats de deux traceurs de l’hypoxie chez des patients traités par chirurgie pour un cancer bronchique ; ces données ont été comparées aux données d’immunohistochimie pour permettre une meilleure connaissance des traceurs de l’hypoxie. L’ensemble de ces travaux doit permettre une meilleure identification des stratégies de radiothérapie adaptative basée sur l’imagerie fonctionnelle par TEP du métabolisme ou de l’hypoxie. / Résumé en anglais non disponible

Les néoplasies pulmonaires demeurent la première cause de décès par cancer au Québec représentant près de 6000 décès par année. Au cours des dernières années, la radiothérapie stéréotaxique d’ablation (SABR) s’est imposée comme un traitement alternatif à la résection anatomique pour les patients inopérables atteints d’un cancer pulmonaire non à petites cellules de stade précoce. Il s’agit d’une modalité de traitement qui permet d’administrer des doses élevées, typiquement 30-60 Gy en 1-8 fractions, dans le but de cibler précisément le volume de traitement tout en épargnant les tissus sains. Le Centre Hospitalier de l’Université de Montréal s’est muni en 2009 d’un appareil de SABR de fine pointe, le CyberKnife™ (CK), un accélérateur linéaire produisant un faisceau de photons de 6 MV dirigé par un bras robotisé, permettant d’administrer des traitements non-coplanaires avec une précision infra-millimétrique. Ce mémoire est dédié à la caractérisation de certains enjeux cliniques et physiques associés au traitement par CK. Il s’articule autour de deux articles scientifiques revus par les pairs. D’une part, une étude prospective clinique présentant les avantages de la SABR pulmonaire, une technique qui offre un excellent contrôle tumoral à long terme et aide au maintien de la qualité de vie et de la fonction pulmonaire. D’autre part, une étude de physique médicale illustrant les limites de l’acquisition d’images tomodensitométriques en auto-rétention respiratoire lors de la planification de traitement par CK. / Lung neoplasia remains the leading cause of cancer death accounting for nearly 6,000 deaths per year in Quebec. In recent years, stereotactic ablative radiotherapy (SABR) has emerged as an alternative treatment to anatomical resection for inoperable patients suffering from early stage non-small cell lung cancer. This technique can deliver highly focused doses such as 30-60 Gy in 1-8 fractions in order to target precisely the treatment volume while sparing healthy tissue. In 2009, the Centre Hospitalier de l’Université de Montréal acquired a robotic SABR apparatus, the CyberKnife™ (CK), a linear accelerator mounted on a moving arm producing non-coplanar photon beams of 6 MV with millimetric precision. This thesis presents two scientific peer reviewed articles adressing some clinical and physical challenges with CK. On one hand, a clinical prospective study reporting the advantages of lung SABR, a technic that offers excellent long-term tumor control and helps maintain the quality of life and lung function. On the other hand, a medical physics study exposing the limits of computed tomography scan acquisition in breath-holding for CK treatment planning.

L’hème oxygénase-1 (HO-1), enzyme antioxydante, est capable de prévenir l’initiation tumorale tandis qu’elle promeut la progression de certaines tumeurs et l’angiogenèse. Ce travail a recherché si HO-1 peut moduler les microARNs et régule le développmemnt du carcinome pulmonaire humain non à petites cellules (NSCLC). La surexpression stable de HO-1 dans les cellules du NSCLC NCI-H292 accroit la production globale des miARNs et diminue significativement l’expression des oncomirs et angiomirs, tandis qu’elle augmente les miARNs suppresseurs de tumeurs. Le plus amplement diminué est le miR-378. Dans les cellules surexprimant HO-1 la p53 est aussi augmentée, Ang-1 et MUC5AC diminuées, prolifération migration et potentiel angiogéniques réduits. Les effets de HO-1 sur la prolifération tumorale, la migration et et l’expression de miR-378 sont modulées par CO. Au contraire, la surexpression stable de miR-378 décroit celle de HO-1 et de p53 tandis qu’elle accroît celle de MUC5AC, VEGF, IL-8 et Ang-1 et en conséquence accroit la prolifération, migration la stimulation des cellules endothéliales. L’ajout de HO-1 à des cellules surexprimant miR-378 réverse l’effet de miR-378 sur la prolifération et la migration des cellules cancéreuses. In vivo, les tumeurs surexprimant HO-1 sont de taille réduite, moins vascularisées et oxygénées et moins métastatiques tandis que la surexpression de miR-378 produit les effets inverses. Conformément, chez les patients NSCLC, l’expression de HO-1est réduite dans les métastases lymphatiques par rapport à la tumeur primaire tandis que miR-378 n’est pas modifié de manière significative. En conclusion, les résultats in vitro et in vivo indiquent que l’action coordonnée entre HO-1 et miR-378 module de manière significative la progression et l’angiogenèse du carcinome humain pulmonaire non à petites cellules. / Heme oxygenase-1 (HO-1), an antioxidant enzyme can prevent tumor initiation while it has been demonstrated to promote various tumors progression and angiogenesis. Here it was investigated whether HO-1 can modulate microRNAs and regulate human non-small cell lung cancer (NSCLC) development. Stable HO-1 overexpression in NSCLC NCI-H292 cells enhanced global production of miRNAs and significantly diminished expression of oncomirs and angiomirs, whereas upregulated tumor suppressive miRNAs. The most potently downregulated was miR-378. HO-1 overexpressing cells displayed also upregulated p53, downregulated Ang-1 and MUC5AC, reduced proliferation, migration and diminished angiogenic potential. CO was a mediator of HO-1 effects on tumor cells proliferation, migration and miR-378 expression. In contrast, stable miR-378 overexpression decreased HO-1 and p53 while enhanced expression of MUC5AC, VEGF, IL-8 and Ang-1 and consequently increased proliferation, migration and stimulation of endothelial cells. Adenoviral delivery of HO-1 to miR-378 overexpressing cells reversed miR-378 effect on proliferation and migration of cancer cells. In vivo, HO-1 overexpressing tumors were smaller, less vascularized and oxygenated and less metastatic, whereas miR-378 overexpression exerted the opposite effects. Accordingly, in patients with NSCLC, HO-1 expression was lower in metastases to lymph nodes than in primary tumors while miR-378 did not differ significantly. To conclude, in vitro and in vivo data indicate that interplay between HO-1 and miR-378 significantly modulates NSCLC progression and angiogenesis.

Introduction Le cancer bronchique est un problème de santé publique en étant la première cause de décès par cancer dans le monde. Il reste de mauvais pronostic avec une résistance au Cisplatine qui est inéluctable dans l’histoire naturelle de la maladie. Nous nous sommes intéressés à l’association du CDDP aux inhibiteurs de la Poly(ADP-ribose) polymérase. Les inhibiteurs pharmacologiques de PARP sont source d’optimisme en oncologie clinique en monothérapie pour des tumeurs déficientes pour une voie de réparation de l’ADN et en association aux cytotoxiques classiques.Matériel et méthodes Nous avons généré 9 clones résistants au CDDP après culture de la lignée A549 dans des faibles doses de CDDP. Deux inhibiteurs pharmacologiques de PARP, CEP8983 (CEP) et PJ34 (PJ), ainsi que des siRNA spécifiques de PARP1 sont utilisés pour l’inhibition de PARP. L’apoptose est mesurée en cytométrie de flux par l’intermédiaire du potentiel membranaire de la mitochondrie DiOC6(3) et la perméabilisation de la membrane plasmique est évaluée par l’iodide de propidium. Le test de clonogénicité permet d’évaluer la capacité des cellules à échapper à la mort et à former une colonie. L’activité métabolique des cellules est mesurée par la mesure de clivage du sel de tetrazolium WST-1. L’immunofluorescence sur cellules fixées a permis d’étudier les dommages de l’ADN (γH2AX), la voie intrinsèque de l’apoptose (l’activation de la caspase 3 et la libération du cytochrome c) et la recombinaison homologue (BRCA1, RAD51). En Western Blot nous avons mesuré l’expression et l’activité de PARP (PAR) ainsi que l’expression d’acteurs de la réparation par excision de base (BER) (XRCC1 and polymérase β). Nous avons développé une méthode de détection de PAR en immunohistochimie sur des tissus inclus en paraffine. Résultats Nous avons trouvé un effet synergique pour l’association du CDDP aux inhibiteurs de PARP in vitro. De façon inattendue nous avons observé que les clones résistants au CDDP développent une addiction à PARP et sont spécifiquement tués par l’inhibition de PARP contrairement à la lignée parentale. Ces clones exhibent une hyperexpression et une hyperactivité de PARP. La réponse aux inhibiteurs de PARP corrèle plus précisément avec l’activation plutôt qu’avec l’expression de PARP, pointant que PAR est un biomarqueur plus précis que PARP. Nous avons observé que l’hyperactivation de PARP accompagne une résistance induite au CDDP et prédispose à une sensibilité aux inhibiteurs de PARP dans d’autres lignées de cancer bronchique (H460 et H1650), de mésothéliome (P31), de cancer de l’ovaire (TOV112D) et de col (HeLa). Dans des expériences in vivo nous avons noté que dans les xénogreffes obtenues à partir de clones résistants au CDDP, l’expression de PAR est stablement retrouvée en immunohistochimie. Ces tumeurs répondaient à l’inhibition de PARP par le PJ en diminuant l’expression de PAR. Les clones résistants au CDDP sensibilisés aux I PARP ont une recombinaison homologue conservée, cependant ont un déficit dans les étapes terminales du BER.Conclusion Nous avons identifié un effet synergique pour l’association des inhibiteurs de PARP au CDDP de des lignées de cancer bronchique. Nous avons observé une dépendance à PARP dans des lignées de cancer bronchique résistantes au CDDP et déficientes pour l’élongation du BER. Nous postulant que PAR est un biomarqueur spécifique de la réponse aux inhibiteurs de PARP. / Introduction Driven by the facts that non small cell lung cancer (NSCLC) is the leading cause of cancer-related morbidity and mortality worldwide and that NSCLC patients often develop resistance against Cisplatin (CDDP)-based therapies, we addressed the question of the combination therapy of CDDP with poly(ADP-ribose) polymerases (PARP) inhibitors. Inhibitors of PARP have raised great expectations for the treatment of a variety of cancers, either as monotherapeutic agent against DNA repair-deficient tumours or combined to DNA-damaging compounds.Material and methods We generated nine CDDP-resistant clones by prolonged exposure to low dose CDDP of the A549 NSCLC parental cell line. Two distinct PARP inhibitors, CEP8983 (CEP) and PJ34 (PJ) as well as PARP1 knockdown with small interfering RNAs (siRNAs) were used for PARP inhibition. Apoptosis was measured by the simultaneous assessment for the loss of the mitochondrial transmembrane potential (m) and the breakdown of the plasma membrane using the m-sensitive fluorochrome DiOC6(3) and the vital dye propidium iodide, respectively. Moreover clonogenic survival was assessed. In vitro assessments of the enzymatic activity of cells were based on the reduction of the colorless tetrazolium salt. Immunofluorescence microscopy determinations were performed with antibodies specific for DNA damage (γH2AX), intrinsic apoptosis (cleaved Caspase-3 and cytochrome c), and homologous recombination (RAD51 and BRCA1). Immunoblotting was assed for PARP1 expression and activity (PAR) and base excision repair (BER) effectors (XRCC1 and polymerase β). We developed an immunohistochemical staining method that specifically detects PAR on paraffin-embedded cell pellets and tissue sections.Results We found that PARP inhibitors and PARP1 siRNAs synergized with CDDP in the killing of NSCLC cells in vitro. Unexpectedly, CDDP-resistant NSCLC cell clones developed addiction to PARP hyperactivation, thereby becoming susceptible to apoptosis induction by PARP inhibition. We showed that these cisplatin-resistant clones, exhibited high PARP protein levels and increased PARP activity, leading to an increased poly-ADP ribosylation of cellular proteins, as compared to their parental, cisplatin-sensitive counterparts. These cisplatin-resistant cells become susceptible to cell death as induced by PARP inhibition, correlating with the hyperactivity of PARP (elevated PAR levels) more accuratly than with the overexpression of PARP. Suggesting that PAR levels may constitute a more accurate biomarker than PARP to predict the sensitivity of cells to PARP inhibition. We expanded the observation that cisplatin resistance causes PARP upregulation and hyperactivation and subsequent sensitization to PARP inhibition to additional five human cancer cell lines including two NSCLC (H1650 and H460), one mesothelioma (P31), one ovarian (TOV112D) and one cervical cancer (HeLa) cell line. To get further insight into this issue, we generated in vivo experiments. Tumors derived from CDDP-resistant cells were characterized by elevated levels of PAR suggesting that PAR levels are preserved during tumor formation. Those PAR-overexpressing tumors responded to the administration of PJ in vivo with a consistent reduction in PAR immunoreactivity. CDDP resistant clones that are specifically killed by PARP inhibitors assessed efficient homologous recombination repair however deficient BER elongation.Conclusion We showed a beneficial effect for the association therapy of PARP inhibitors with CDDP in several NSCLC cell lines. We have identified an addiction to PARP in CDDP resistant cell lines with deficient BER elongation. We postulate that PAR is a specific predictive biomarker for the response to PARP inhibitors.