Taxanes represent some of the most common chemotherapeutic agents for ovarian cancer treatment. However, they are only effective in approximately 40% of patients. As such, novel therapeutic strategies are required to potentiate their effect in ovarian cancer to improve patient outcome and prevent chemotherapy resistance. A hallmark of many cancers is the constitutive activation of the PI3K/AKT pathway, which drives cell survival and metabolism. In this thesis, I identified a potential vulnerability in ovarian cancer cell lines during paclitaxel-induced mitotic arrest, comprising of a striking decrease in AKT activity coupled with a significant reduction in glucose 6-phosphate and ATP levels. The reanalysis of a high content siRNA screen to discover metabolic enzymes important for ovarian cancer cell survival during paclitaxel-induced mitotic arrest, identified the metabolic enzyme PFKFB4. PFKFB4 depletion followed by paclitaxel treatment resulted in a significant decrease in mitotically arrested cells. This was accompanied by a significant increase in caspase-3/7 activity and the levels of reactive oxygen species only in mitotically arrested cells, and a significant enhancement in mitotic cell death and mitotic slippage. Depletion of the related family member, PFKFB3, demonstrated a similar phenotype. The exogenous expression of constitutively active AKT or siRNA-resistant PFKFB4 did not confer resistance to PFKFB4 depletion and paclitaxel treatment, indicating that the mechanism of mitotic cell reduction is complex. Nonetheless, the observation that some ovarian cancer cells lose AKT activity during mitotic arrest and could become vulnerable to metabolic targeting is a new concept in cancer therapy. In addition, I have identified previously unrecognised roles of PFKFB3 and PFKFB4 in mitotically arrested ovarian cancer cells. This work supports the notion that combining mitotic-targeted therapies with metabolic inhibitors may act to potentiate the effects of antimitotics in ovarian cancer cells.

L’ectoderme embryonnaire devient spécifié en ectoderme non-neural, plaque neurale et bordure neurale à la fin de la gastrulation. Les cellules de bordure neurale sont les progéniteurs de la crête neurale et des placodes. La crête neurale est une population transitoire de cellules multipotentes, qui se forme au cours de la neurulation. Quand les bourrelets neuraux s’élèvent pour former le tube neural, les cellules de la crête neurale subissent une transition épithélio-mésenchymateuse, migrent dans l'ensemble du corps pour atteindre leur destination finale et se différencier. La crête neurale donne naissance à de multiples dérivés tels que les neurones et les cellules gliales du système nerveux périphérique, le cartilage et les os du visage, ou encore les mélanocytes. Des régulations complexes, impliquant de nombreuses signalisations et la transcription de gènes-clé, orchestrent ces événements. Cependant, les premières étapes menant à la formation de la crête neurale et à la spécification précoce de la bordure neurale sont encore peu comprises. Nous avons analysé le transcriptome de la crête neurale d'embryon de l'amphibien Xenopus laevis, à la recherche de nouveaux régulateurs des premières étapes de la formation de la crête neurale. Nous avons constaté que le régulateur de la glycolyse PFKFB4, est exprimé dans l’ectoderme dorsal de la jeune gastrula et dans les cellules de la crête neurale. Ici, nous démontrons que PFKFB4 régule la spécification de l’ectoderme via la voie de signalisation Akt, indépendamment de la glycolyse, démontrant ainsi la première fonction non-glycolytique des enzymes PFKFB. En outre, cette régulation est essentielle pour permettre aux progéniteurs de l'ectoderme d’être spécifiés en plaque neurale, crête neurale, placodes ou ectoderme non neural, mettant en évidence un nouveau point de contrôle de développement. De plus, nous démontrons que PFKFB4 régule des étapes ultérieures de la formation de la crête neurale. Notre travail met en évidence que les régulateurs du métabolisme cellulaire possèdent des fonctions non-métaboliques pour contrôler des étapes de développement au cours du développement embryonnaire. / Embryonic ectoderm becomes specified into non-neural ectoderm, neural plate and neural border at the end of gastrulation. Neural border cells are the progenitors of the neural crest and placodes. The neural crest is a transient population of multipotent cells, which forms during neurulation. As the neural border elevates to form the neural tube, neural crest cells undergo an epithelial to mesenchymal transition, migrate extensively into the whole body to reach their final destinations and differentiate. Neural crest gives rise to multiple derivatives such as neurons and glia, facial cartilage, bones, melanocytes and sympatho-adrenal cells. A complex interplay of signaling and transcriptional regulations orchestrates these early patterning events. However, the first steps leading to NC formation and early specification at the NB are less understood. We analysed the NC transcriptome of frog embryos, to look for novel regulators of the early steps of NC formation. We found that the well-known glycolysis regulator PFKFB4, is expressed in early gastrula dorsal ectoderm, and in neurula neural crest cells. Here, we demonstrate that PFKFB4 regulates ectoderm specification via Akt signaling independently of glycolysis, thus demonstrating the first non-glycolytic function of PFKFB enzymes. Moreover, this regulation is essential to allow ectoderm embryonic progenitors to be patterned into neural plate, neural crest, placodes and definitive ectoderm, highlighting a novel developmental checkpoint. Moreover, we also demonstrate that PFKFB4 regulates later steps of neural crest formation. Our work highlights that regulators of cell metabolism accumulate non-metabolic related functions to control developmental steps during embryonic development.

La crête neurale (CN) est une population transitoire de cellules multipotentes qui émerge à la frontière entre l’ectoderme neural et non-neural, dans une région appelée la bordure neurale (BN). Lorsque la BN se soulève pour former le tube neural, les cellules de la CN subissent une transition épithélium-mésenchyme (TEM), et migrent de façon intensive dans l’ensemble de l’embryon pour atteindre leur destination finale et se différencier. Elles sont à l’origine de nombreux types de dérivés : neurones, cellules gliales, cartilage de la tête, os et tissus connectifs, cellules pigmentaires, cellules sympatho-adrenales. Tous ces processus sont régulés par l’action coordonnée de nombreux gènes qui forment un réseau de régulations génétiques complexe, au sein duquel de nombreuses interactions ont été décrites, même si de nombreuses relations restent à élucider à ce jour. Une mauvaise régulation de gènes normalement impliqués dans la formation de la CN provoque des malformations congénitales appelées neurocristopathies. Par ailleurs, la TEM subie par les cellules de CN avant leur migration est également observée dans les cellules cancéreuses acquérant des propriétés métastatiques. Les événements moléculaires et de nombreux gènes impliqués dans la TEM sont communs au développement de la CN et au cancer.Les liens existant entre le développement de la CN et les neurocristopathies, ainsi que les métastases, soulignent l’importance de l’étude du réseau de régulations génétiques permettant la formation de la CN et l’EMT.Au laboratoire, nous nous intéressons aux événements précoces d’induction et de spécification de la CN. Dans le but d’identifier les gènes préférentiellement impliqués dans le développement précoce de la CN et non dans la formation de l’ectoderme neural et non-neural, un crible a été effectué sur le transcriptome de différents tissus embryonnaires micro-disséqués. La validation des résultats de ce crible a permis d’identifier plusieurs gènes intéressants possédant une fonction potentielle dans la formation de la CN. Nous nous sommes particulièrement intéressés à deux d’entre eux, en raison de leur fonction originale comparée à la majorité des gènes impliqués dans le développement de la CN : serca1 et pfkfb4, un régulateur de l’homéostasie calcique et un régulateur de la glycolyse respectivement.Nous avons analysé les patrons d’expression des gènes des familles serca et pfkfb au cours du développement de Xenopus laevis. En raison de son expression spécifique dans la CN, nous avons étudié plus en détails le rôle de pfkfb4 dans la formation de la CN. Cette analyse a montré que pfkfb4 est nécessaire pour la spécification neurale et de la crête neurale.Toutefois, malgré son rôle documenté dans la glycolyse, le phénotype des morphants pfkfb4 dans l’embryon de Xenopus laevis n’est pas dû à une altération de la glycolyse.En conclusion, nos résultats démontrent l’existence d’un nouveau rôle non glycolytique pour Pfkfb4 au cours du développement embryonnaire de Xenopus Laevis. / Neural Crest (NC) is a transient population of multipotent cells that arises at the border between neural and non-neural ectoderm, in a region named the neural border (NB). As the neural border elevates to form the neural tube, NC cells undergo an Epithelial-To-Mesenchymal Transition (EMT), migrate extensively into the whole body to reach their final destinations and differentiate. They give rise to multiple derivatives: neurons and glia, head cartilage, bones and connective tissue, pigment cells, sympatho-adrenal cells. All these processes are regulated by the concerted actions of several genes that form a complex Gene Regulatory Network (GRN), in which many interactions have been elucidated, but even more relationships still need to be understood. Misregulation of genes normally involved in NC formation causes birth defects called neurocristopathies. Moreover, the EMT that NC cells undergo before migration also takes place when cancer cells become metastatic: the molecular events and many of the genes involved in EMT and migration are shared between NC development and cancer. The links with metastasis, neurocristopathies and the fact that still little is known about the earliest steps of NC formation, highlight the importance and the interest in understanding the Gene Regulatory Network (GRN) leading to NC formation and EMT.In the laboratory, we are interested in the early steps of NC induction and specification. In order to identify genes preferentially involved in early NC development compared to genes involved in neural and non-neural ectoderm formation, a transcriptome screen on different microdissected embryonic tissues has been performed. The validation of the results of the screen revealed several interesting genes with a potential function in NC formation. We focused particularly on two of them, due to their original function compared to the majority of the genes involved in NC development: serca1 and pfkfb4, a calcium homeostasis regulator and a glycolysis regulator respectively. We analysed the expression patterns of serca and pfkfb family genes during Xenopus laevis development. Then, due to its specific expression in NC, we studied more in details the role of pfkfb4 in NC formation. This analysis revealed that pfkfb4 is necessary for neural and neural crest specification. However, despite its known role in glycolysis, pfkfb4 morphant phenotype in Xenopus laevis embryos is not due to an alteration of the glycolytic pathway.In conclusion, our results reveal a novel extra-glycolytic role for Pfkfb4 during Xenopus laevis embryonic development.