Chaque année, environ 23 300 Canadiens se font diagnostiquer un cancer de la prostate. Malheureusement, 10% d'entre eux en mourront, représentant la troisième cause de décès par cancer chez les hommes. La recherche sur ce sujet est alors bien importante pour améliorer la compréhension de ce cancer afin de développer de nouvelles approches thérapeutiques qui ciblent le métabolisme des cellules. La prostate est une glande du système reproducteur mâle ayant un métabolisme unique. Cet organe possède un cycle de Krebs tronqué, de manière à pouvoir produire et sécréter un métabolite important, le citrate. Toutefois, lors de la tumorigenèse, ce profil métabolique est complètement reprogrammé pour favoriser la croissance des cellules tumorales et le citrate n'est non plus sécrété, mais redirigé vers le cycle de Krebs afin de produire de l'énergie. Toutefois, comment ce programme métabolique fonctionne dans la prostate, ainsi que comment les cellules tumorales piratent le métabolisme du citrate, restent encore bien mal compris et cela a été le sujet de mes travaux. Pour ce faire, j'ai initialement travaillé à l'optimisation de modèles d'organoïde de prostate, qui sont les premiers modèles à reproduire, *ex vivo*, le programme sécrétoire de citrate de la prostate. Après validation de ces modèles, tant chez la souris que chez l'humain, par immunohistochimie, immunofluorescence et métabolomique, j'ai ensuite travaillé à optimiser les méthodes de transductions lentivirales des organoïdes en culture primaire. Grâce à une méthode de modification génétique par shRNA, plusieurs enzymes et transporteurs ont été ciblés afin de comprendre leur rôle et les voies métaboliques impliquées dans la production et la sécrétion du citrate. Nous avons en premier lieu validé la répression d'expression par qRT-PCR et par immunobuvardage de type Western, puis effectué des essais enzymatiques ainsi que des tests de prolifération cellulaire. Nous avons notamment identifié l'enzyme isocitrate déshydrogénase 1 (IDH1) comme étant essentielle pour le métabolisme des cellules tumorales. Mes travaux contribuent à mettre en évidence IDH1 comme nouvelle cible thérapeutique contre le cancer de la prostate. Globalement, les travaux présentés dans ce mémoire permettront une meilleure compréhension du métabolisme de la prostate saine et de sa reprogrammation durant la tumorigenèse. À terme, nous espérons que ces découvertes mèneront au développement de nouvelles approches thérapeutiques ciblant le métabolisme tumoral. / Every year, approximately 23,300 Canadians are diagnosed with prostate cancer. Sadly, 10% of them will dieof it, representing the third leading cause of cancer death in men. Research on this subject is therefore vital to improve our understanding of this cancer, and to develop new therapeutic approaches that target cell metabolism. The prostate is a gland of the male reproductive system with a unique metabolism. This organ has a truncated Krebs cycle, so that it can produce and secrete an important metabolite, citrate. However, during tumorigenesis, this metabolic profile is completely reprogrammed to promote tumor cell growth, and citrate is no longer secreted, but redirected to the Krebs cycle for energy production. However, how this metabolic program works in the prostate, and how tumor cells hack citrate metabolism, is still poorly understood and was the subject of my work. To do so, I initially worked on optimizing prostate organoid models, which are the first models to reproduce, *ex vivo*, the citrate secretory program of the prostate. After validating these models by immunohistochemistry, immunofluorescence and metabolomics, I then worked on optimizing lentiviral transduction methods for organoids in primary culture. Using a shRNA-mediated genetic modification method, several enzymes and transporters were targeted in order to understand their role and the metabolic pathways involved in citrate production and secretion. We first validated expression repression by qRT-PCR and Western immunoblotting, followed by enzymatic and cell proliferation assays. In particular, we identified the enzyme isocitrate dehydrogenase 1 (IDH1) as essential for tumor cell metabolism. My work is helping to identify IDH1 as a new therapeutic target for prostate cancer. Overall, the work presented in this thesis will lead to a better understanding of healthy prostate metabolism and its reprogramming during tumorigenesis. Ultimately, we hope these findings will lead to the development of new therapeutic approaches targeting tumor metabolism

La prostate est une glande du système reproducteur masculin ayant comme fonction la sécrétion de différents ions et molécules dans le liquide spermatique pour favoriser la fertilité masculine. Pour soutenir ces fonctions, les cellules épithéliales de prostate possèdent un métabolisme adapté. En effet, le zinc présent en grandes quantités dans les cellules épithéliales de prostate inhibe l'aconitase mitochondriale (ACO2) qui ne peut plus transformer le citrate en isocitrate, tronquant le cycle de Krebs de ces cellules. Le citrate ainsi produit et non utilisé par la cellule pour la production d'énergie est sécrété dans le liquide spermatique. En contexte tumoral, cette sécrétion de citrate par la prostate cesse par des mécanismes moléculaires encore largement inconnus. Afin de comprendre la reprogrammation du phénotype sécrétoire de la prostate dans ce contexte, il est nécessaire de comparer l'organe tumoral à l'organe sain, mais plusieurs incompréhensions demeurent quant au métabolisme de la prostate normale, à savoir comment ces cellules produisent de l'énergie avec un cycle de Krebs sévèrement tronqué, et quels nutriments sont utilisés par ces cellules pour soutenir une importante sécrétion de citrate. Par contre, aucun modèle actuellement disponible de prostate ne sécrète du citrate, complexifiant l'étude de ce phénotype sécrétoire. Le présent mémoire établit un protocole pour l'obtention d'organoïdes de prostate de souris, un nouveau modèle d'étude ex vivo reproduisant le phénotype sécrétoire de l'organe pour des études métabolomiques, en plus d'interroger les voies métaboliques qui alimentent leur synthèse de citrate. Nos résultats démontrent que plusieurs nutriments, par diverses voies métaboliques, permettent la synthèse de citrate dans les organoïdes obtenus, complexifiant les connaissances liées au métabolisme de la prostate saine. Une meilleure compréhension du métabolisme des organoïdes de prostate saine et tumorale pourrait offrir de nouvelles cibles de traitement au cancer de la prostate et à l'infertilité masculine. / The prostate is a gland of the male reproductive system whose function is to secrete various ions and molecules in the spermatic fluid to promote male fertility. To support these functions, the prostate epithelial cells have a unique metabolism. Indeed, zinc present in large quantities in prostate epithelial cells inhibits mitochondrial aconitase (ACO2) which can no longer transform citrate into isocitrate, thus truncating the tricarboxylic acid cycle (TCA) of these cells. The citrate produced and not used by the cells for energy production is secreted into the spermatic fluid. In the context of prostate cancer, this secretion of citrate by the prostate ceases by molecular mechanisms that remain largely unknown. In order to understand the reprogramming of the prostate secretory phenotype in this context, it is necessary to compare the tumor to the healthy organ, but several misunderstandings remain about the metabolism of the normal prostate, namely how these cells produce energy with a severely truncated TCA cycle, and which nutrients are used by these cells to support a substantial citrate secretion. A problem persists, no currently available model of the prostate reproduces this citrate secretion, complicating the study of this secretory phenotype. This master thesis establishes a protocol to obtain mouse prostate organoids, a novel ex vivo study model that reproduces the organ's secretory phenotype for metabolomic studies, in addition to examining the metabolic pathways that fuel the citrate synthesis of prostate epithelial cells. Our results demonstrate that several nutrients, through various metabolic pathways, enable citrate synthesis in our organoids, offering new insights about the metabolism of the healthy prostate. A better understanding of the metabolism of healthy and tumorous prostate organoids could offer new therapeutic targets for the treatment of prostate cancer and male infertility.