Cette thèse s'inscrit dans le contexte de la caractérisation du cancer de la prostate à partir de données d'imagerie multimodale. L'objectif est d'identifier et de caractériser les tumeurs prostatiques à partir d'observation in-vivo, incluant imagerie par résonance magnétique multiparamétrique (IRMm), tomodensitométrie (TDM) et tomographie par émission de positons (TEP), avec une référence biologique sous forme de lames histologiques fournies par l'analyse anatomopathologique de la prostate après prostatectomie radicale. Nous proposons dans un premier temps deux méthodes de recalage afin de réaliser la mise en correspondance des données multimodales dans un référentiel spatial commun défini par l'IRM. Le premier algorithme s'attache à l'alignement des images TDM/TEP et IRM, en combinant information de contour et probabilité de présence de la prostate. Le second a pour objectif de recaler les images histologiques et IRM. En suivant le protocole de Stanford, la pièce de prostatectomie est découpée plus finement fournissant ainsi plus de lames histologiques qu'en routine clinique. Leur correspondance avec les coupes IRM est alors estimée à l'aide de l'information à priori de la découpe et de points saillants (SURF) extraits dans les deux modalités. Cette initialisation sert de base à un recalage affine puis non-rigide basé sur l'information mutuelle et des cartes de distance obtenues à partir des structures intraprostatiques. Dans un second temps, des caractéristiques structurelles (Haar, Gabor, etc) et fonctionnelles (Ktrans, Kep, SUV, TLG, etc) sont extraites en chaque voxel de la prostate à partir des images IRM et TEP. À ces vecteurs de caractéristiques sont associés les labels biologiques correspondant obtenus lors de l'analyse anatomopathologique. Parmi ces labels, nous disposons d'un score d'agressivité appelé score de Gleason et de scores immunohistochimiques quantifiant certains aspects biologiques des tissus, tels que l'hypoxie et la prolifération cellulaire. Finalement, ces couples (vecteurs de caractéristiques/informations biologiques) servent de données d'apprentissage à l’entraînement de classifieurs RF et SVM, utilisés par la suite pour caractériser les tumeurs à partir de nouvelles observations in-vivo. Dans ces travaux, nous réalisons une étude de faisabilité sur neuf patients. / This thesis concerns the prostate cancer characterization based on multimodal imaging data. The purpose is to identify and characterize the tumors using in-vivo observations including mMRI and PET/CT, with a biological reference obtained from anatomopathological analysis of radical prostatectomy specimen providing histological slices. Firstly, we propose two registration methods to match the multimodal images in the the spatial reference defined by MRI. The first algorithm aims at aligning PET/CT images with MRI by combining contours information and presence probability of the prostate. The objective of the second is to register the histological slices with the MRI. Based on the Stanford protocol, a thinner cutting of the radical prostatectomy specimen is done providing more slices compared to clinical routine. The correspondance between histological and MRI slices is then estimated using a combination of the prior information of the slicing and salient points (SURF) extracted in both modalities. This initialization step allows for an affine and non-rigid registration based on mutual information and intraprostatic structures distance map. Secondly, structural (Haar, Garbor, etc) and functional (Ktrans, Kep, SUV, TLG, etc) descriptors are extracted for each prostate voxel over MRI and PET images. Corresponding biological labels obtained from the anatomopathological analysis are associated to the features vectors. The biological labels are composed by the Gleason score providing an information of aggressiveness and immunohistochemistry grades providing a quantification of biological process such as hypoxia and cell growth. Finally, these pairs (features vectors/biological information) are used as training data to build RF and SVM classifiers to characterize tumors from new in-vivo observations. In this work, we perform a feasibility study with nine patients.

Le cancer de la prostate, fréquent et peu morbide, se diagnostique par des biopsies de prostate. Or ce geste, effectué sous échographie endorectale sur un patient anesthésié localement, est complexe et fournit peu d’informations quantitatives sur les prélèvements. La robotisation des biopsies est vue comme un medium intéressant pour améliorer la qualité du diagnostic du cancer de la prostate. Le geste chirurgical et son impact sur le diagnostic sont d’abord étudiés, ainsi que les dispositifs robotiques existants. Sur cette base est conçu Apollo, un cobot à actionnement hybride pouvant réaliser plusieurs fonctions d’assistance. Un mode libre permettant à l’urologue de manipuler la sonde échographique sans influence aucune du robot est d’abord présenté. Un mode verrouillé assurant un maintien en position de la sonde à la fois souple et précis est évalué in vitro et in cadavero. Des essais cliniques portant sur ces deux modes ont été autorisés. Lors de biopsies prostatiques la sonde passe par l'anus du patient, sur lequel il faut exercer le moins d'effort possible. Nous montrons qu'Apollo permet, en utilisant une commande "bras de levier", d'assister le geste via un retour d'effort tout en respectant cette contrainte anatomique. Une telle fonction d'assistance, l'augmentation de raideur apparente de la prostate basée image, est développée sur un prototype à un degré de liberté. Enfin, une assistance automatique à l'ajustement fin de la ligne de visée de l'aiguille par bouclage sur l’image échographique 3D est implémentée et testée. Plusieurs perspectives de recherche sont présentées en conclusion. / Prostate cancer, which is frequent but not much morbid, is diagnosed thanks to prostate biopsies. This gesture, which is performed under 2D ultrasound endorectal imaging, is complex and gives little quantitative information about the samples. That's why robotizing biopsies is seen as an interesting way to improve the quality of the prostate cancer diagnosis. The medical gesture and its impact on the diagnosis are first studied, as well as the existing robotic devices. From this Apollo is designed, a cobot exhibiting an hybrid actuation. Many assistance functions can be realized with this device. A free mode allowing the urologist to manipulate the ultrasonic probe without any influence from the robot is first presented. A locked mode, able to maintain the probe at a given position precisely yet with flexibility is evaluated in vitro and in cadavero. Clinical trials concerning these two modes have been authorized. During prostate biopsies the probe passes through the patient anus, on which as little efforts as possible must be exerted. We show that Apollo, with a "lever" command, can assist the gesture with a force feedback while respecting this anatomical constraint. Such an assistance function, the image based increase in the prostate apparent stiffness, is developed on a one degree of freedom prototype. Finally, an automatic assistance to the precise positionning of the biopy needle target line based on 3D image looping is implemented and tested. Some future research interests are presented as a conclusion.

L'hyperplasie de la prostate (HBP) est l'une des affections les plus fréquentes de l'homme âgé. Les cliniciens utilisent le terme d'HBP pour décrire un syndrome clinique à trois composantes : l'hypertrophie prostatique bénigne, les symptômes du bas appareil urinaire, et l'obstruction sous vésicale. L'HBP peut être asymptomatique ou responsable d'une gêne urinaire, d'une rétention urinaire voire d'une insuffisance rénale obstructive. Histologiquement l'HBP est définie par une hyperplasie épithéliale et stromale de la zone de transition et de la zone périurétrale de la prostate. Le rôle des androgènes et de l'âge est connu dans le développement de l'HBP, mais les mécanismes moléculaires et cellulaires sous-sous-jacents restent largement méconnus. L'objectif de ce travail était de comprendre ces mécanismes pouvant conduire à la survenue de l'HBP, dans le but de développer éventuellement de nouvelles thérapeutiques. La première partie de ce travail a consisté à rechercher des modifications sur l'ADN extrait du tissu d'HBP en utilisant des SNP (Single Nucleotide Polymorphism) arrays. Cette étude a conclu à l'absence de larges zones de perte d'hétérozygoties, d'amplification ou de délétion sur l'ADN de l'HBP. La seconde partie de ce travail a consisté à analyser les profils d'expression génique de l'HBP sur des micropuces à ARN et à les comparer aux caractéristiques clinico-pathologiques des patients. Il a ainsi été observé un profil d'expression génique différent entre les prostates de volume inférieur à 60ml et celle supérieures à 60ml. Des voies de signalisation spécifiques telles que l'apoptose, les facteurs de croissance, les gène du cycle cellulaire et de l'inflammation, étaient significativement modifiées entre les deux groupes. Un des gènes identifiés, TGFBR2, était significativement sur-exprimé dans les grosses prostates. Une validation de ce résultat a été réalisée au niveau protéique sur tissu microarrays. Le niveau d'expression stromale de TGFBR2 était significativement supérieur dans les prostates de plus de 60ml que de moins de 60ml. En outre, le marquage épithélial de TGFBR2 était significativement associé à l'inflammation histologique de la prostate. Le rôle de l'inflammation dans l'HBP a été étudié également sur tissu microarrays par analyse cytologique de l'inflammation et marquage immunohistochimique. L'infiltrat inflammatoire tissulaire a été ainsi caractérisé avec précision. Il a été observé que les prostates ayant un score immunohistochimique d'inflammation élevé provenaient de patients ayant des prostates plus volumineuses et un score symptomatique plus élevé. Des travaux de recherche clinique ont aussi été effectués par le candidat. Ils ont apporté des éléments nouveaux concernant le rôle de l'HBP dans la prise en charge du cancer de prostate. Il a aussi été montré l'enjeu que constitue la prise en charge chirurgicale de l'HBP chez les patients toujours plus nombreux sous anti-thrombiques. Ce travail a conduit à une meilleure connaissance des mécanismes moléculaires et tissulaires de l'HBP : il a été clairement identifié que les profils d'expression génique de l'HBP variaient avec le volume prostatique, le rôle de TGFBR2 a été précisé et l'inflammation tissulaire a été caractérisée. L'HBP en pratique clinique a aussi été explorée dans ce travail notamment en ce qui concerne la prise en charge des patients sous antithrombiques. De nouvelles questions ont été soulevées appelant une poursuite des recherches : quel serait l'effet sur la croissance prostatique d'un blocage de TGFBR2 ? Quels sont les liens exacts entre TGFBR2 et l'inflammation ? Quels sont les niveaux d'expression protéique des nombreux autres gènes identifiés sur les puces à ARN ? / Benign prostate hyperplasia (BPH) is one of the most common proliferate disease affecting aging male. Clinicians use the term BPH to describe three components: benign prostatic enlargement, lower urinary tract symptoms, and bladder outlet obstruction. BPH can cause urinary bothersome, urinary retention, and even renal failure. BPH is histologicaly defined by hyperplesia of both epithelial and stromal component of the transition zone and the periurethral area of the prostate. Androgens and age are known to play a role in the development of BPH, but underlying molecular and cellular mechanisms are mostly unknown. The objective of this work was to understand mechanisms leading to BPH, with the aim of finding new therapeutic targets. The first part of thiswork aimed to find DNA changes on BPH using single nucleotide polymorphism arrays. We did not observe large loss of heterozygosity areas, neither amplification nor deletion on BPH DNA. The second part consisted in analyzing BPH gene expression profiles using RNA microaarays, and to compare them to patients' phenotypes. A different gene expression profile was observed between prostate larger than 60 ml and smaller ones. Several specific pathways including growth factors genes, cell cycle genes, apoptose genes, and inflammation genes, displayed major differences between small and large prostate glands. One of the genes we analized, TGFBR2, was significantly overexpressed in large prostate glands. A validation of what we analyzed at the RNA level was performed at the protein level using tissue microarrays. TGFBR2 stromal strainig was foung significantly associated with prostate volume. TGFBR2 epithelial staining was found significantly associated with inflammation. The role of inflammation was also analyzed using tissue microarrays. Inflammation in BPH was characterized. Patients whom BPH displayed high inflammation score tented to have higher prostate volume and higher symptom score. Clinical research works were also performed by the candidate. New elements were found concerning the role of BPH in the management of prostate cancer; some works focused on the surgical management of BPH patients on oral anticoagulation. This work allowed a better understanding of clinical management of BPH, as well as molecular and cellular mechanisms of BPH: it was clearly observed that BPH gene expression profile was related to prostate volume, the role of TGFBR2 was detailed, and inflammation infiltrate within BPH was characterized. More research is needed to find answers to other questions: what would be the effect of TGFBR2 blockage on prostate development? What are the connections between TGFBR2 and inflammation? What are protein expression levels of other genes we identified on RNA microarrays?

Chez les patients atteints d’un cancer du sein ou de la prostate, le tissu osseux est souvent le siège de métastases qui présentent un phénotype essentiellement lytique dans le cas des métastases dérivant du cancer du sein, ou mixte (combinaison de lyse et de formation osseuse) dans le cas d’un cancer de la prostate. Le récepteur ERRalpha est impliqué dans la physiologie osseuse et il est considéré comme un facteur de mauvais pronostic dans ces deux types de cancers. Nous avons donc émis l’hypothèse qu'il pourrait être impliqué dans la formation des métastases osseuses associées à ces deux cancers. Nous avons observé que, dans les deux cas, ERRalpha stimule la progression tumorale au site primaire via la stimulation de l'angiogenèse et de l'expression du VEGF. Concernant les métastases osseuses dérivant du cancer du sein, ERRalpha inhibe les lésions ostéolytiques via la modulation de l'ostéoclastogenèse et de l'expression de son inhibiteur, l’OPG. A l'inverse, l'expression de ERRalpha stimule la formation de lésions lytiques induites par les cellules de cancer de la prostate en induisant l'expression du TGF-beta, de MCP-1 et de la cathépsine K, tout en induisant des zones de formation osseuse via la régulation de l'expression de l'OPG, de l’endothéline-1 et de membres de la famille Wnt. Ces résultats confirment la valeur de facteur de mauvais pronostic de ERRalpha dans la tumeur primaire. De plus, ils révèlent, pour la première fois, son implication dans le développement des métastases osseuses et suggèrent une dualité fonctionnelle de ERRalpha, comme inhibiteur et stimulateur du développement des métastases osseuses du cancer du sein et de la prostate, respectivement. Ces résultats suggèrent des mécanismes d'action différents pouvant dépendre des cellules tumorales mais aussi du microenvironnement et du statut hormonal / Breast cancer and prostate cancer patients, often developed bone metastases. As ERRalpha, an orphan nuclear receptor, is involved in bone physiology and is considered as a bad prognosis factor in breast and prostate cancer, we hypothesize that it can be implicated in bone metastasis development that derived from breast and prostate cancers. While we found that, in both cases, ERRalpha stimulates the development of the primary tumor through regulation of angiogenesis and VEGF expression, we show that ERRalpha inhibits osteolytic lesions from breast cancer cells via the regulation of osteoclastogenesis and OPG expression. On the other side ERRalpha stimulates osteolytic lesions from prostate cancer through regulation of TGFbeta, MCP-1 and cathepsin K expression while inducing new bone formation combine with OPG, endothelin-1, and Wnts regulation. All together, our results confirmed ERRalpha as a bad prognosis factor in breast and prostate primary tumors. They also show a dual function of ERRalpha in bone metastasis development as an inhibitor and a stimulator of bone metastasis derived from breast and prostate cancer respectively which suggest different ERRalpha mechanisms that may depend of cancer cells but also of the microenvironment and hormonal status

Prostate cancer is the most common cancer in men and the third leading cause of cancer-related deaths in Canadian men. Despite hormone and radiation therapies, most patients progress to late-stage metastatic castrate-resistant prostate cancer (mCRPC). 177Lu-PSMA617 radioligand therapy (rLT) is a radioactive biochemical substance that targets the human prostate-specific membrane antigen (hPSMA). This rLT has been used in compassionate trials in mCRPC patients and has been demonstrated significant clinical efficacy. However, recent findings suggest that this efficacy is short-lived, and most patients exhibit tumor recurrence [96]. Here we establish a murine model to study the anti-tumor effects and the corresponding immune response of 177Lu-PSMA617 rLT on prostate cancer. We generated a doxycycline-inducible hPSMA-expressing murine prostate cancer (hPSMA TRAMP-C2) cell line with high binding responses to PSMA617. Using this system, we evaluated the in vitro and in vivo binding of 177Lu-PSMA617 to the hPSMA TRAMP-C2 cell line. Here, we show that the hPSMA TRAMP-C2 cell line expresses hPSMA upon doxycycline induction and that 177Lu-PSMA617 can bind to its target in vitro and in vivo. Together, these results show that the developed hPSMA TRAMP-C2 cell line can be used to investigate therapeutic and immunological responses targeted against PSMA in prostate cancer. / Graduate

Les maladies chroniques de l’adulte (maladies cardiovasculaires, cancers, maladies respiratoires et diabète) tuent chaque année dans le monde 38 millions de personnes dont 16 millions avant l’âge de 70 ans. Jusqu’aux années 1990, l’origine de ces pathologies étaient associée au style de vie de l’individu : consommation de tabac, d’alcool, l’inactivité physique et un régime alimentaire déséquilibré. Depuis l’élaboration du concept de DOHaD, identifiant les origines développementales de la santé et des maladies, de nombreuses données montrent que les maladies chroniques de l’adulte ont, en partie, une origine très précoce pendant la période péri conceptionnelle (in utero, premières années de la vie). L’exposition, à cette période, à des déséquilibres alimentaires, des toxiques, des produits chimiques synthétiques perturbant les hormones endogènes (perturbateurs endocriniens, PEs) pourra impacter l’organisme en développement via des modifications épigénétiques qui retiennent la mémoire des facteurs environnementaux auxquels sont soumis les individus. Toutefois, les phénotypes et les mécanismes impliqués sont encore loin d’être décryptés. Au cours de ce travail de thèse, nous nous sommes intéressée aux effets développementaux sur la prostate. En effet, le cancer de la prostate (CaP) est la deuxième cause de cancer et la 5° cause de mort par cancer dans le monde. Les données de la littérature montrent que les déséquilibres alimentaires (régime riche en graisse, HFD) et les PEs œstrogèno-mimétiques sont des facteurs de risque pour ce cancer. Nous avons développé un modèle expérimental de rats (jeunes adultes, 90 jours post-natal) exposés pendant la gestation jusqu’au sevrage à un HFD (60% de graisses), ou à un estrogène (estradiol benzoate, EB) pendant la période néonatale, ou bien à la combinaison des deux, pour explorer les effets sur la prostate (lobe ventral). L’exposition péri natale à l’EB ou à la combinaison EB+HFD diminue le poids de la prostate adulte. Cette anomalie est associée à une inflammation de la prostate modérée (HFD), importante (EB) ou massive (EB+HFD). L’infiltrat est composé essentiellement de macrophages et de lymphocytes T. Cette inflammation est associée à une augmentation dans la prostate du taux de cytokines pro-inflammatoires TNFa, CCL2/MCP1 (EB) mais aussi IL-6 (EB+HFD) ainsi qu’à une dérégulation de l’inflammasome NLRP3. NLRP3 est activé de façon chronique puisque l’on observe une sur expression de ses substrats IL-1b et IL-18. En conclusion, nous montrons que l’exposition péri conception à un estrogène ou à la combinaison RRG+EB programme des lésions prostatiques chez l’animal adulte. Chez l’homme, il est suggéré que des lésions inflammatoires chroniques (atrophie proliférative inflammatoire) seraient, comme pour d’autres organes, une première étape vers le début de la carcinogenèse. Ainsi, notre modèle expérimental permettrait l’étude des étapes précoces de la tumorigenèse prostatique. / Non-communicable diseases (NCDs) including cardiovascular diseases, cancers, respiratory diseases and diabetes kill 38 million people worldwide every year, 16 million of them before the age of 70. Until the 1990s, the origin of these pathologies was associated with the lifestyle of the individual: consumption of tobacco, alcohol, physical inactivity and an unbalanced diet. Since the development of the concept of DOHaD, identifying the developmental origins of health and disease, number of evidence showed that NCDs have, in part, an early origin during the peri-conception period (in utero, first years of life). Exposure during this period to food imbalances, toxic chemicals, synthetic chemicals disrupting endogenous hormones (endocrine disruptors, EDCs) may impact the developing body through epigenetic changes imprinted by the environmental factors to which individuals are exposed. However, the phenotypes and mechanisms involved are still far from being decrypted. During this thesis, we focused on developmental effects on the prostate. In fact, prostate cancer (PCa) is the second leading cause of cancer and the fifth leading cause of death by cancer in the world. Data from the literature shows that dietary imbalances (High Fat Diet, HFD) and estrogen-like EDCs are risk factors for this cancer. We developed an experimental model of rats (young adults, 90 days postnatal) exposed during pregnancy until weaning to HFD (60% fat), or estrogen (estradiol benzoate, EB) during the neonatal period, or a combination of both, to explore the effects on the prostate (ventral lobe). Peri-natal exposure to EB or EB + HFD reduces the weight of the adult prostate. This abnormality is associated with low (HFD), moderate (EB) or massive (EB + HFD) prostate inflammation. The infiltrate is composed mainly of macrophages and T lymphocytes. This inflammation is associated with an increase in the prostate of pro-inflammatory cytokine TNFa, CCL2 / MCP1 (EB) but also IL-6 (EB + HFD) as well as a deregulation of the NLRP3 inflammasome. NLRP3 is chronically activated since its substrates IL1b and IL-18 were over expressed. In conclusion, we show that peri-conception exposure to an estrogen or HFD + EB combination programs prostatic lesions in adult animals. In men, it is suggested that chronic inflammatory lesions (proliferative inflammatory atrophy) would, as for other organs, be a first step towards the onset of carcinogenesis. Thus, our experimental model is relevant for the study of the early stages of prostatic tumorigenesis.

L’IRM à 1,5T ou 3T de la prostate est l’imagerie la plus performante pour la détection du cancer de prostate. Nous avons travaillé à des modèles expérimentaux ex vivo d’IRM haute résolution à 7T permettant d’améliorer la résolution spatiale et la détection tumorale.La première partie de ce travail a porté sur la mise au point de protocoles d’analyse IRM de tissus prostatiques ex vivo à 7T. Des coupes de tissus de pièces opératoires et cadavériques avec et sans cancer ont été étudiées. Les données obtenues ont permis de définir des paramètres de séquence en turbo spin-echo pour obtenir des images avec résolution spatiale de 60 X 60 X 90 μm3. Cette résolution permettait d’identifier à l’imagerie IRM 7T des caractéristiques tissulaires comparables à celles obtenues par analyse histo-pathologique (X2).La seconde partie de ce travail a porté sur l’étude par IRM 7T de glandes prostatiques entières chez 18 patients opérés pour cancer de prostate. En utilisant les protocoles d’acquisition mis au point dans la première étude, l’imagerie a comporté des séquences T2, à la plus haute résolution de 130 X130 X195 μm3 et de diffusion avec cartographie ADC. Les résultats étaient interprétés par deux relecteurs en aveugle pour évaluer la qualité et la détection tumorale. La haute résolution spatiale des images, comparée à celle obtenue par analyse histo-pathologique, était jugée comme bonne avec une concordance inter-relecteur élevée. Une étude de corrélationanatomo-imagerie pour la détection du cancer avec analyse par secteur a montré une sensibilité de 70%, une spécificité de 80%, une valeur prédictive positive de 79% et une valeur prédictive négative de 72%.Ces résultats ont permis de mesurer la résolution de l’imagerie IRM à 7T ex vivo et son intérêt pour la détection du cancer. Une sémiologie IRM 7T du tissu prostatique doit être décrite. Ces résultats serviront de base à la translation future de l’imagerie actuelle vers l’IRM 7T in vivo chez l’homme. / Prostate MRI at 1.5T or 3T is the best imaging modality for tumor detection. Weinvestigated high resolution MRI at 7T on prostate specimen tissue to improve spatialresolution and prostate cancer detection.First part of experiments consisted of setting up new imaging protocol with 7T MRI onex vivo prostatic tissue. Imaging was carried out on all or part of specimen from radicalprostatectomy of patients or prostate harvested from deceased organ donors.Collected data resulted in new protocol parameters for fast spin echo needed to yielda spatial resolution of 60 X 60 X 90 μm3. High spatial resolution imaging was used toidentify relevant morphological structures for characterization of the prostate gland andtumor as compared to histology.Second part of work was done with whole gland imaging at 7T of radical prostatectomyspecimens of patients. Imaging protocol was based on the outcomes from the first partof experiments and consisted in T2W with high resolution of 130 X130 X195 μm3,diffusion and ADC map. Two independent and blinded reviewers were in charge ofimaging quality assessment and tumor detection. Overall quality was great with goodagreement between the two reviewers. Correlation study for prostate cancer detectionwith the corresponding H&E was of 70%, 80%, 79% and 72% for sensitivity, specificity,positive predictive value and negative predictive value, respectively.We measured the resolution of 7T MRI of ex vivo prostatic tissue, and it’s benefits intumor detection. New semiology should be designed at 7T to improve theunderstanding of prostatic tissue in further experiments. In future, these findings canbe extrapolated to carry out in 7T MRI of in vivo prostate gland.

Le cancer de la prostate est le second cancer diagnostiqué chez les hommes dans le monde. Malgré le développement de nouveaux traitements au cours de ces cinq dernières années, les chimiothérapies par taxanes, docetaxel et cabazitaxel, restent des traitements de référence dans la prise en charge des patients atteints de cancer de la prostate métastatique résistant à la castration. Cependant, des résistances primaires et acquises émergent chez environ la moitié des patients. C’est pourquoi, il est urgent de découvrir et de comprendre les mécanismes de résistance aux taxanes afin d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques. En effet, de nouvelles thérapies ciblées peuvent émerger de la compréhension des voies de signalisation impliquées dans le cancer de la prostate pour contourner la chimiorésistance et améliorer les traitements. Les protéines chaperonnes jouent un rôle clef dans la régulation de l’homéostasie cellulaire et dans le développement de résistance aux traitements. Elles constituent donc des cibles thérapeutiques potentielles pour contourner la chimiorésistance. En réalisant un criblage fonctionnel par siARN à partir de profils d’expression génique, nous avons identifié FKBP7, une chaperonne moléculaire encore jamais étudiée chez l’homme, impliquée dans la résistance au docetaxel et au cabazitaxel. FKBP7 est surexprimée dans les tumeurs de la prostate et son expression est corrélée avec la récurrence chez les patients ayant reçu du docetaxel en thérapie néoadjuvante. De plus, FKBP7 est surexprimée dans des lignées cancéreuses prostatiques résistantes aux taxanes et son expression est nécessaire à leur croissance in vitro et à la croissance tumorale dans un modèle murin de résistance au docetaxel. Par des approches de protéomique haut-débit, nous avons identifié la voie de signalisation régulée par FKBP7 qui est responsable de la survie des cellules chimiorésistantes. Enfin, nous proposons une stratégie thérapeutique pour contourner la chimiorésistance au docetaxel et au cabazitaxel en ciblant l’effecteur moléculaire en aval de FKBP7. / Prostate cancer is the second cancer diagnosed among men worldwide. Beside approval of new therapies in the last five years, chemotherapeutic agents, docetaxel and cabazitaxel taxanes remain key treatments for metastatic castration resistant prostate cancers. However, primary and acquired resistance to taxanes still emerged in about half of patients. There is therefore an urgent need to discover and understand the taxane resistance mechanisms in order to identify new therapeutic targets. Indeed, targeted therapies that exploit the signaling pathways involved in prostate cancer are required to overcome chemoresistance and improve treatment outcomes. Molecular chaperones play a key role in the regulation of cellular homeostasis and the development of treatment resistance, and are promising therapeutic targets. Using high throughput siRNA functional screening based on a gene expression signature, we identified FKBP7, involved in acquired resistance to docetaxel and cabazitaxel. FKBP7 is a molecular chaperone that has not been studied in human so far. FKBP7 is overexpressed in prostate tumors and its expression is correlated with recurrence in patients who received docetaxel as neoadjuvant therapy. Moreover, FKBP7 is upregulated in taxane resistant prostate cancer cell lines and its expression sustains their growth in vitro and in a mice model of Docetaxel resistance. Using a high throughput proteomic approach, we identified the signaling pathway regulated by FKBP7 which is responsible for the survival of chemoresistant cells. Finally, we proposed a promising therapeutic strategy to overcome both docetaxel and cabazitaxel chemoresistance by targeting the downstream effector of FKBP7.

L’étude d’échantillons humains montre que les voies de signalisation RAS/MAPK et PI3K/AKT/mTOR sont fréquemment activées de manière aberrante dans les tumeurs de la prostate, d’autant plus dans les phases de résistance aux traitements. Ces deux voies de signalisation sont sensibles aux facteurs de croissances et impliquées dans la régulation de processus cellulaires fondamentaux tels que la prolifération, la croissance ou encore la différenciation cellulaire. Ces données suggèrent qu’elles ont un rôle essentiel dans la tumorigenèse prostatique. Cependant, le rôle respectif de chacune de ces voies dans la carcinogenèse prostatique, particulièrement dans les phases précoces, n’est pas clairement établit. L’objectif de ma thèse est donc de définir le rôle possible de ces deux voies dans l’initiation et la progression du cancer de la prostate, ainsi que les mécanismes impliqués dans leur co-dérégulation. Cette étude est réalisée dans un modèle in vivo alternatif, la drosophile, qui possèdent un équivalent fonctionnel de la prostate : les glandes accessoires. La première partie des travaux réalisés montre que seule la suractivation de la voie RAS/MAPK dans la glande accessoire conduit à un processus de tumorigenèse, avec la production de masses cellulaires récapitulant de nombreuses caractéristiques cancéreuses : croissance cellulaire et prolifération incontrôlée, expression de métalloprotéases, perte de l’expression de marqueurs épithéliaux et formation de nouvelles trachées. Cependant, les deux voies de signalisation sont nécessaires à la tumorigenèse, mais avec des rôles différents : la voie RAS/MAPK est activée précocement et est capable de recruter la voie PI3K/AKT/TOR grâce à la mise en place de deux boucles autocrines de régulation. La première dépend de spitz (dEGF) et du récepteur EGFR pour amplifier l’activation de la voie RAS/MAPK. La seconde dépend de l’activation d’ILP6 (dIGF1), produit suite à l’activation de la voie RAS/MAPK, et permet le recrutement de la voie PI3K/AKT/TOR par l’intermédiaire du récepteur à l’insuline InR. La deuxième partie des travaux réalisés montre que l’activation de la voie RAS/MAPK conduit à la production de MMP1 dans les cellules qui seront à l’origine des tumeurs avant leur extravasation hors de l’épithélium. Cette expression temporelle contrôlée correspond à une étape où une réorganisation du cytosquelette a lieu et où le microenvironnement est altéré. Ces données placent donc la dérégulation de la voie RAS/MAPK comme un évènement précoce de la tumorigenèse prostatique, capable de recruter la voie PI3K/AKT/TOR et d’entrainer la production de MMP1, pour in fine conduire à l’extravasation des cellules et à la formation de tumeurs. / Clinical studies have demonstrated that, in prostate cancer, RAS/MAPK and PI3K/AKT/TOR signaling pathways are often aberrantly co-activated in tumors, their activation levels increasing again in resistance phases. These pathways, that are regulated by growth factors, are implicated in fundamental cellular processes regulation such as proliferation, growth and cellular differentiation. These data suggest that they are likely implicated in prostate tumorigenesis. However, the relative implication of each of these two pathways during prostate tumorigenesis, especially during early phases, is not fully understood. Thus, the aim of my thesis is to define the possible implication of these pathways in prostate cancer initiation and progression and which molecular mechanisms are implicated in their co-deregulation. Therefore, we have developed an alternative in vivo model of prostate tumorigenesis in drosophila, where accessory glands are a functional equivalent of the human prostate. The first part of my work shows that only the hyperactivation of the RAS/MAPK pathway in accessory glands can promote tumorigenesis, with the formation of cell masses that recapitulate many cancer hallmarks including uncontrolled cell growth and proliferation, enhanced matrix metalloproteinases expression, loss of epithelial markers expression, neovascularization-like tracheogenesis. However, both pathways are necessary to tumorigenesis, even though they display different roles: the RAS/MAPK pathway is activated earlier and is able to recruit the PI3K/AKT/TOR pathway thanks to the formation of two feedback loops. The first depend on Spitz (dEGF) and EGFR receptor to amplify RAS/MAPK pathway activation. The second depends on ILP6 (dIGF1) activation, produced following RAS/MAPK pathway activation and allow PI3K/AKT/TOR pathway recruitment via insulin receptor InR. The second part of the work shows that RAS/MAPK pathway activation allows MMP1 production restricted to the cells that will be the origin of the tumors, before their actual extravasation. This temporally controlled step of MMP1 expression corresponds to a time window where the cells show strong cytoskeletal reorganization and where microenvironment is disturbed. These data place the RAS/MAPK pathway deregulation as an early event of prostate tumorigenesis, able to recruit the PI3K/AKT/TOR pathway and to induce MMP1 production to allow cell extravasation and tumor formation.

Le cancer de la prostate est le premier cancer en fréquence et la 3ème cause de mortalité chez l’homme en France, enjeu majeur de santé publique avec environ 50 000 nouveaux cas diagnostiqués par an. Son diagnostic est suspecté devant un toucher rectal anormal ou une élévation du taux de l’antigène spécifique prostatique (PSA). Les biopsies prostatiques randomisées, écho-guidées, sont actuellement recommandées en première intention pour confirmer le diagnostic et définir la localisation, le volume, et l’agressivité tumorale par le score de Gleason. Les difficultés de l’enseignement du geste de biopsie prostatique par compagnonnage, sans retour réellement quantifié sur la répartition des biopsies, sont une des explications du manque de précision des biopsies.C’est dans ce contexte qu’a été développé le simulateur Biopsym, environnement pédagogique permettant l’enseignement des biopsies prostatiques à l’aide de 7 exercices et d’un module simulant une série de 12 biopsies randomisées. Plusieurs niveaux d’assistance et un retour sur les performances réalisées par l’apprenant sont proposés. Une première étude avait permis de valider l’apparence et le contenu du simulateur, mais sa capacité à discriminer experts et novices (construit) n’avait pu être mise en évidence notamment en raison d’un manque de réalisme. Au cours de cette thèse, 2 nouvelles études de validation ont donc été réalisées sur une nouvelle version du simulateur. La première a permis d’en valider le construit. La seconde a permis de valider le transfert des compétences, c’est à dire la capacité des étudiants à reproduire les compétences acquises sur le simulateur en situation réelle. / Prostate cancer is the most common malignancy and the 3rd cause of death among men in France. It is a major public health problem with around 50 000 new cases diagnosed each year. The diagnosis is suspected based on an abnormal digital rectal examination or an increase in the prostatic specific antigen level (PSA). Systematic, randomized, ultrasound-guided prostate biopsies are currently recommended first-line to confirm the diagnosis and define the tumor location, volume, and aggressiveness using the Gleason grading system. The conventional training method, based on mentoring, without quantitative feedback on the distribution of the biopsies, has limitations which can partly explain the lack of precision offered by systematic prostate biopsies.The Biopsym simulator was designed in this context to enhance prostate biopsy teaching through 7 exercises and a module replicating the performance of a 12-core systematic biopsy scheme. Several levels of assistance can be offered and a performance feedback is provided. A first validation study allowed to validate face, content and reliability of the simulator, but failed to prove its ability to discriminate between experts and novices (construct validity), in part due to a lack of realism. Two new validation studies on the new version of the simulator were set up during this thesis. The first one allowed for validation of the construct. The second one was able to demonstrate the transfer of skills acquired on the simulator under real-life conditions.