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Les cellules déficientes pour la recombinaison homologue (RH) présentent un ralentissement des fourches de réplication, un nombre aberrant de centrosomes et une aneuploïdie même en absence de stress exogène (Bertrand P 2003, Daboussi F 2005, 2008, Deng 1999, 2002, Griffin 2000, Kraakman-van der Zwet 2002). De plus, la fréquence des mitoses présentant des chromosomes surnuméraires est plus élevée dans ces cellules.L’ensemble des ces résultats suggéraient que le ralentissement des fourches de réplication dans les cellules déficientes pour la RH pourrait avoir un impact direct sur la formation de centrosomes surnuméraires. De plus, nous voulions savoir si cela pouvait également influencer la ségrégation des chromosomes au cours de la mitose. Les résultats que nous avons obtenus sont rassemblés dans l’article intitulé : “Homologous Recombination protects against mitotic defects and unbalanced chromosome segregation caused by spontaneous replication stress”.Le traitement des cellules compétentes pour la RH avec 5µM d’hydroxyurée (HU), un inhibiteur de l’enzyme de synthèse des dNTPs, induit un ralentissement des fourches de réplication parfaitement comparable à celui observé dans les cellules déficientes pour la RH. Après traitement à l’HU des cellules compétentes pour la RH, la fréquence de mitoses présentant des chromosomes surnuméraires augmente et devient similaire à la fréquence de mitoses avec des chromosomes surnuméraires pour les cellules déficientes pour la HR non traitées à l’HU. Nous avons mesuré l’impact de l’HU sur l’apparition des ponts anaphasiques et sur des défauts de ségrégation des chromosomes lors de la mitose. En l’absence de traitement, nous observons une fréquence plus élevée de ponts anaphasiques et de défauts de ségrégation dans des cellules déficientes pour la RH. Des traitements avec 5µM d’HU augmentent la fréquence des ponts anaphasiques et des erreurs de ségrégation dans les cellules compétentes pour la RH, pour atteindre un niveau comparable aux cellules déficientes pour la RH. Ainsi, une altération de la dynamique de réplication consécutive à une déficience de RH ou à un traitment avec de faibles doses d’HU induit des défauts au cours de la mitose. Un lien direct entre une dynamique de réplication anormale et l’apparition d’un nombre aberrant de centrosomes pourrait être la persistance en mitose d’ADN non répliqué ou endommagé.  Comme l’ADN non répliqué ou les fourches bloquées induisent la formation d’ADN simple brin couvert par RPA, nous avons compté le nombre de cellules en G2/M présentant des foyers de RPA, et observé que la fraction de cellules ayant plus de 5 foyers de RPA augmente dans des cellules déficientes pour Brca2. En conclusion, nous proposons un lien direct entre des altérations de la cinétique de réplication, l’apparition de centrosomes surnuméraires et des défauts de ségrégation des chromosomes en mitose dans les cellules déficientes pour la RH même non soumises à un stress exogène. L’utilisation de faibles doses d’HU dans des cellules compétentes pour la RH mime les phénotypes observés dans les cellules déficientes pour la RH et confirme notre modèle.Nous avons également cherché à comprendre les causes du ralentissement des fourches de réplication observé dans les cellules déficientes pour la RH. Il est ainsi possible que les arrêts de fourches spontanés soient une conséquence d’un stress oxydatif endogène. Dans les cellules compétentes pour la RH, le redémarrage des fourches bloquées est possible et assure une progression normale de la réplication de l’ADN. Ceci favorise une ségrégation équilibrée des chromosomes, le maintien de la diploïdie et la stabilité du génome. Dans des cellules déficientes pour la RH, les blocages de fourches devraient être délétères puisque les principaux mécanismes de redémarrage des fourches ne sont pas fonctionnels. De plus, l’arrêt prolongé des fourches ainsi que les cassures double brin générées par l’effondrement des fourches devraient activer des voies de signalisation. Nous avons néanmoins observé que les cellules ne sont pas bloquées dans le cycle cellulaire, ce qui suggère qu’un seuil supérieur de dommages doive être atteint pour induire l’arrêt du cycle. Les stress endogènes ne semblent donc pas suffisamment élevés pour atteindre ce seuil : même si l’ensemble des fourches parcourant le génome sont ralenties, l’activation d’origines cryptiques permet de compenser et ainsi de maintenir la progression dans le cycle. Mais puisque les cellules ne sont pas arrêtées dans le cycle, des fourches bloquées, de l’ADN endommagé ou non répliqué pourraient persister jusqu’à la transition G2/M et in fine perturber le déroulement de la mitose. Des centrosomes multipolaires provoquent la formation de fuseaux multipolaires et favorisent la ségrégation déséquilibrée des chromosomes, entraînant l’aneuploïdie, la déstabilisation du génome et le développement de cancers. / HR deficient cells show slow replication kinetics, aberrant centrosome number and aneuploidy even in the absence of any exogenous stress (Bertrand P 2003, Daboussi F 2005, 2008, Deng 1999, 2002, Griffin 2000, Kraakman-van der Zwet 2002). Frequency of mitosis with extra centrosomes is elevated and replication kinetics decreased in HR deficient compared to HR proficient cells, in the absence of exogenous stress. Thus the question arose, if replication slowing down in HR deficient cells has direct impact on the appearance of supernumerary centrosomes. Furthermore we wanted to know if this might directly impact chromosome segregation. The results we gained are brought together in the paper “Homologous recombination suppression causes spontaneous mitotic alterations through endogenous replication stress”. By treating our HR proficient cells with 5µM HU we found the perfect concentration to mimic replication dynamics of HR deficient cells in an HR proficient background. This concentration was applied to HR proficient cells. After HU treatment the frequency of mitosis with extra centrosomes was elevated in HR proficient cells. Now they showed the same frequency of mitosis with extra centrosomes, than unchallenged HR deficient cells. We measured the impact of HU treatment on occurrence of anaphase bridges or aberrant mitotic segregation. In the absence of treatment higher frequency of anaphase bridges and aberrant mitotic segregation was detected for HR deficient cells. With 5µM HU the frequency of anaphase bridges and aberrant mitosis could be elevated in HR proficient cells. Now they showed aberrant mitotic features with the same frequency than unchallenged HR deficient cells. A direct link between abnormal replication kinetics and aberrant centrosomes might be unreplicated or damaged DNA, that enter mitosis. Unreplicated or blocked DNA might harbour ss DNA bound RPA. Thus we counted G2/M cells with RPA foci. Indeed the fraction of cells that harbour more than 5 RPA foci was elevated in Brca2 deficient in comparison to Brca2 proficient cells. In conclusion we propose a direct link between delayed replication, supernumerary centrosomes and aberrant chromosome segregation in unchallenged HR deficient cells. If we mimicked replication kinetics of HR deficient cells in an HR proficient background, we also mimicked frequency of mitosis with extra centrosome number and aberrant chromosome segregation. Furthermore we investigated the causes of replication slowing down in HR deficient cells. It can be hypothesized that endogenous oxidative stress is implicated in spontaneous fork arrest. In HR proficient cells, reactivation of stalled replication forks and therefore normal replication progression is assured. This favours balanced chromosome segregation, diploidy and genetic stability.In HR deficient cells, replication fork blockage might be detrimental as the main restart mechanism for blocked forks is absent. Prolonged fork blockage or DSB’s arising by fork collapse or resolution of blocked replication forks might activate signalling pathways. However cells are not arrested in cell cycle progression, suggesting that a threshold should be reached to activate cell cycle arrest. Endogenous stress is not sufficient high to reach this threshold. Replication is genome wide slowed down. In this context, the activation of cryptic origins compensates at least partly the slow replication velocity. However, because cells were not arrested in cell cycle progression, some blocked replication forks and damaged or unreplicated DNA regions might persist until G2/M phase and affect centrosome duplication and chromosome segregation. Multipolar centrosomes cause multipolar spindles and favour unbalanced chromosome segregation leading to aneuploidy, genetic instability and cancer development.

Les tumeurs mammaires sont connues pour présenter une grande hétérogénéité intratumorale qui contribue à l’échec thérapeutique et à la progression de la maladie. L’origine de dette hétérogénéité s’explique principalement par l’organisation hiérarchique des tissus tumoraux où plusieurs sous-populations de cellules souches de cancer du sein (bCSC) sont capables de s’auto-renouveler et de maintenir l’architecture oligoclonale de la tumeur. Dans la mesure où les bCSC stimulent la croissance tumorale, résistent aux thérapies conventionnelles et initient le développement des métastases, il est indispensable de développer des thérapies spécifiques ciblant ces cellules. L’élaboration d’une telle stratégie nécessite la compréhension des propriétés moléculaires intrinsèques des bCSC. Pour mieux comprendre leur biologie, nous avons isolé les bCSC de différentes xénogreffes dérivées de tumeurs de patientes et établit leurs profil d’expression génique. Nous avons identifié un programme transcriptionnel pouvant être impliqué dans la réduction du stress réplicatif (SR) des bCSC . Nous avons montré que comparé aux non-bCSC, les bCSC présentent une sur-activation de la recombinaison homologue qui leur permet de réduire leur niveau de SR. Nous avons ensuite montré en réalisant un essai clinique que l’inhibition de cette voie permet de les sensibiliser à des agents génotoxique. Ces travaux identifient le SR comme le talon d’Achille des bCSC et mettent en évidence la recombinaison homologue comme cible potentielle pour sensibiliser les BCSC aux thérapies conventionnelles. / Breast tumors are known to present a major intratumoral heterogeneity that contributes to therapy failure and disease progression. The origin of this cellular heterogeneity is mainly explained by a hierarchical organization of tumor tissues where several subpopulations of self-renewing breast cancer stem cells (bCSCs) sustain the long-term oligoclonal maintenance of the neoplasm. bCSCs drive tumor growth, resist to conventional therapies and initiate metastasis development. Thus, developing bCSC-targeting therapies is becoming a major challenge requiring the understanding of the unique molecular circuitry of bCSC as compared to non-bCSC. To better understand the biology of these cells, we isolated bCSCs from different patient–derived xenografts (PDXs), derived fom breast tumors, and established their gene expression profiles. We identified a bCSC core transcriptional program that may be implicated in the reduction of the replicative stress in CSC: overexpression of genes implicated in dNTP metabolism and homologous recombination (HR). Our results show that HR plays a major role in SR regulation of bCSC and that bCSC are more resistant to RS than non-bCSC, We realized a preclinical assay in PDX and showed that HR inhibition prevent bCSC expansion Cisplatin-induced, suggesting a sensitization of the bCSC to the chemotherapy. Our results identify replication stress as the Achilles’ heel of bCSC and highlights HR as potential targets for anti-bCSC therapy.

KRAS ist eines der am häufigsten mutierten Onkogene in Darmkrebspatienten. Dies macht es zu einem guten Ansatzpunkt für gezielte Krebstherapien. Trotz jahrzehntelanger Forschungsbemühungen hat sich jedoch keines der zur Inhibition des mutierten KRAS entwickelten Medikamente klinisch etablieren können. Um eventuelle Schwachstellen von KRAS mutierten Darmkrebszellen aufzudecken, wurde in der vorliegenden Studie ein shRNA basierter Screen in CaCo2 Zellen mit konditioneller KRAS(G12V) Expression ausgeführt. Die maßangefertigte shRNA-Bibliothek umfasste 121 ausgewählte Gene, die zuvor nach MEK Inhibition als stark hoch- oder herunterreguliert identifiziert wurden. Der Screen sowie die Screen-Validierung zeigten, dass KRAS(G12V) exprimierende CaCo2 Zellen besonders sensitiv für den Knockdown des DNA Replikationslizensierungsfaktors Minichromosome Maintenance Complex Component 7 (MCM7) waren, wohingegen sich KRAS(wt) CaCo2 Zellen als weitestgehend resistent gegenüber des MCM7 Knockdowns erwiesen. Ähnliche Ergebnisse wurden im isogenen DLD 1 Zellmodell erzielt. Des Weiteren hat der Knockdown von MCM7 spezifisch in KRAS mutierten Zellen zu erhöhtem Replikationsstress geführt, der durch gesteigerte nukleare RPA Fokalisierung nachgewiesen wurde. Weitere Untersuchungen haben außerdem eine signifikant erhöhte Anzahl an mitotischen Zellen nach gleichzeitigem MCM7 Knockdown und KRAS(G12V) Expression ergeben. Diese Zunahme an mitotischen Zellen wurde zusätzlich von einer stark angestiegenen Anzahl an DNS Schäden in der Mitose begleitet. Das hohe Maß an DNS Schäden in der Mitose kann auf den gesteigerten Replikationsstress zurückgeführt werden, der ungelöst zu einer gestörten Segregation der Chromosomen in der Mitose führt. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse, dass KRAS mutierte Darmkrebszellen sensitiv auf den Knockdown von MCM7 sind. Demzufolge könnte die Inhibition von DNS Replikationslizensierung ein geeigneter Ansatz für die gezielte Therapie von KRAS mutierten Darmkrebs sein. / KRAS ist eines der am häufigsten mutierten Onkogene in Darmkrebspatienten. Dies macht es zu einem guten Ansatzpunkt für gezielte Krebstherapien. Trotz jahrzehntelanger Forschungsbemühungen hat sich jedoch keines der zur Inhibition des mutierten KRAS entwickelten Medikamente klinisch etablieren können. Um eventuelle Schwachstellen von KRAS mutierten Darmkrebszellen aufzudecken, wurde in der vorliegenden Studie ein shRNA basierter Screen in CaCo2 Zellen mit konditioneller KRAS(G12V) Expression ausgeführt. Die maßangefertigte shRNA-Bibliothek umfasste 121 ausgewählte Gene, die zuvor nach MEK Inhibition als stark hoch- oder herunterreguliert identifiziert wurden. Der Screen sowie die Screen-Validierung zeigten, dass KRAS(G12V) exprimierende CaCo2 Zellen besonders sensitiv für den Knockdown des DNA Replikationslizensierungsfaktors Minichromosome Maintenance Complex Component 7 (MCM7) waren, wohingegen sich KRAS(wt) CaCo2 Zellen als weitestgehend resistent gegenüber des MCM7 Knockdowns erwiesen. Ähnliche Ergebnisse wurden im isogenen DLD 1 Zellmodell erzielt. Des Weiteren hat der Knockdown von MCM7 spezifisch in KRAS mutierten Zellen zu erhöhtem Replikationsstress geführt, der durch gesteigerte nukleare RPA Fokalisierung nachgewiesen wurde. Weitere Untersuchungen haben außerdem eine signifikant erhöhte Anzahl an mitotischen Zellen nach gleichzeitigem MCM7 Knockdown und KRAS(G12V) Expression ergeben. Diese Zunahme an mitotischen Zellen wurde zusätzlich von einer stark angestiegenen Anzahl an DNS Schäden in der Mitose begleitet. Das hohe Maß an DNS Schäden in der Mitose kann auf den gesteigerten Replikationsstress zurückgeführt werden, der ungelöst zu einer gestörten Segregation der Chromosomen in der Mitose führt. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse, dass KRAS mutierte Darmkrebszellen sensitiv auf den Knockdown von MCM7 sind. Demzufolge könnte die Inhibition von DNS Replikationslizensierung ein geeigneter Ansatz für die gezielte Therapie von KRAS mutierten Darmkrebs sein. / With KRAS being one of the most frequently altered oncogenes in colorectal cancer (CRC), it is an obvious target for cancer therapy. However, despite enormous efforts over the past three decades to target mutated KRAS, not a single drug has made it to the clinic. To unravel vulnerabilities of KRAS-mutant CRC cells, a shRNA-based screen was performed in CaCo2 cells harboring conditional oncogenic KRAS(G12V). The custom-designed shRNA library comprised 121 selected genes, which were previously identified to be strongly up- or downregulated in response to MEK inhibition. The screen as well as the subsequent validations showed that CaCo2 cells expressing KRAS(G12V) were sensitive to the suppression of the DNA replication licensing factor Minichromosome Maintenance Complex Component 7 (MCM7), whereas KRAS(wt) CaCo2 cells were largely resistant to MCM7 suppression. Similar results were obtained in an isogenic DLD-1 cell culture model. Knockdown of MCM7 in a KRAS-mutant background led to replication stress as indicated by increased nuclear RPA focalization. Further investigation showed a significant increase in mitotic cells after simultaneous MCM7 knockdown and KRAS(G12V) expression. The increased percentage of mitotic cells coincided with strongly increased DNA damage in mitosis. Taken together, the accumulation of DNA damage in mitotic cells is due to replication stress that remained unresolved, which results in mitotic catastrophe and cell death. In summary, the data show a vulnerability of KRAS mutant cells towards suppression of MCM7 and suggest that inhibiting DNA replication licensing might be a viable strategy to target KRAS-mutant cancers.

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Notre génome est continuellement endommagé par des agents provoquant des lésions de l’ADN. Les cassures doubles brins de l’ADN (CDBs) sont les lésions les plus dangereuses. En effet, une CDB mal réparée peut mener à des aberrations de l’ADN pouvant conduire à l’apparition d’un cancer. Dans le but d’éviter les effets délétères des CDBs, nos cellules ont développé une voie de signalisation, nommée réponse aux dommages de l’ADN (RDA), permettant la détection des cassures et l’activation des points de contrôle du cycle cellulaire afin d’arrêter le cycle pendant la réparation des CDBs. Une des caractéristiques principales de la RDA est l’accumulation d’un grand nombre de facteurs sur l’ADN autour de la cassure, formant un foyer visible en microscopie. Cependant, l’efficacité de réparation de l’ADN est entravée par la structure condensée de la chromatine environnante. Les mécanismes de réparation de l’ADN surmontent ce problème en recrutant de nombreuses protéines permettant le réarrangement de la chromatine afin de faciliter la réparation. Le but de mon travail de thèse est d’identifier de nouvelles protéines impliquées dans le remodelage de la chromatine autour des CDBs. D’une part nous avons pour but d’identifier le protéome complet d’un foyer de réparation de l’ADN grâce à la technique PICh (Proteomics of Isolated Chromatin loci). D’autre part, nous étudions le rôle de l’oncoprotéine SET/TAF-1β, que nous avons identifié lors d’un criblage siRNA réalisé dans le but de découvrir de nouveaux facteurs chromatiniens impliqués dans la réparation des CDBs. / Various DNA damaging agents, that can cause DNA lesions, assault constantly our genome. The most deleterious DNA lesions are the breaks occurring in both strands of DNA (Double stand breaks: DSBs). Inefficient repair of DSBs can lead to aberrations that may induce cancer. To avoid these deleterious effects of DSBs, cells have developed signalling cascades which entail detection of the lesions and spreading of the signal that leads to arrest in cell cycle progression and efficient repair. A major characteristic of DNA damage response (DDR) is the accumulation of a vast amount of proteins around the DSBs that are visible in the cell as DNA damage foci. However, efficient DNA repair is hampered by the fact that genomic DNA is packaged into chromatin. The DNA repair machinery overcomes this condensed structure to access damaged DNA by recruiting many proteins that remodel chromatin to facilitate efficient repair. The aim of my PhD work is to identify novel proteinsinvolved in the DDR and/or the remodelling of chromatin surrounding DSBs. On one hand, we take advantage of the PICh (Proteomics of Isolated Chromatin loci) technique and we aim to identify the entire proteome of DNA repair foci. On the other hand, we study the role of the oncogene SET/TAFIβ, a major hit of a siRNA screen performed to identify novel chromatin related proteins that play role in repair of DSBs.

The progression of replication forks can be slowed down or paused by various external and internal factors during DNA replication. This phenomenon is referred to as replication stress and substantially contributes to genomic instability that is a hallmark of cancer. Transcription complex belongs to the internal replication-interfering factors and represents a barrier for progression of the replication complex. The replication forks are slowed down or paused while passing through the transcriptionally active regions of the genome that can lead to subsequent collapse of stalled forks and formation of DNA double-strand breaks, especially under conditions of increased replication stress. DNA helicase RECQ5 is significantly involved in maintenance of genomic stability during replication stress, but the mechanisms of its action are not clear. In this diploma theses, we have shown that RECQ5 helicase, in collaboration with BRCA1 protein, participates in the resolution of collisions between replication and transcription complexes. BRCA1 protein is a key factor in the homologous recombination process, which is essential for the restart of stalled replication forks. Furthermore, we have shown that RECQ5 helicase is involved in ubiquitination of PCNA protein at stalled replication forks. Key words DNA...

Mutations in the hereditary breast/ovarian cancer genes BRCA1/2 were shown to be synthetic lethal with poly(ADP-ribose) polymerase inhibitors (PARPi). This toxicity is assumed to derive from PARPi-induced DNA double strand breaks (DSBs) that necessitate BRCA function in homologous recombination (HR) and/or fork protection (FP). However, PARPi accelerates replication forks. While high-speed replication could cause DSBs, the finding that PARPi leads to single-stranded DNA (ssDNA) gaps/nicks suggests replication gaps could also or alone be the cause of synthetic lethality. Here, we demonstrate that PARPi toxicity derives from replication gaps. Isogenic cells deficient in BRCA1 or the BRCA1-associated FANCJ, with common DNA repair defects in HR and FP, exhibit opposite responses to PARPi. Deficiency in FANCJ, a helicase also mutated in hereditary breast/ovarian cancer and Fanconi anemia, causes aberrant accumulation of fork remodeling factor HLTF and limits unrestrained DNA synthesis with ssDNA gaps. Thus, we predict replication gaps as a distinguishing factor and further uncouple HR, FP and fork speed from PARPi response. BRCA-deficient cells display excessive gaps that are diminished upon resistance, restored upon re-sensitization and when targeted augment synthetic lethality with PARPi. Furthermore, we define the source of gaps to defects in Okazaki fragment processing (OFP). Unchallenged BRCA1-deficient cells have elevated poly(ADP-ribose) and chromatin-associated PARP1 but aberrantly low XRCC1 indicating a defective backup OFP pathway. Remarkably, 53BP1 loss resuscitates OFP by restoring XRCC1-LIG3 that suppresses the sensitivity of BRCA1-deficient cells to drugs targeting OFP or generating gaps. Collectively, our study highlights unprotected lagging strand gaps as a determinant of synthetic lethality, providing a new paradigm and biomarker for PARPi toxicity.

Le cancer de la prostate est la forme de cancer la plus fréquente et la troisième cause de décès par cancer chez l’homme dans les sociétés occidentales. Alors que la plupart des cancers de la prostate localisés sont éradiqués chirurgicalement, la plupart des tumeurs métastatiques répondant initialement aux thérapies par privation d’androgènes deviennent résistantes au traitement, causant généralement le décès du patient. Les gènes suppresseurs de tumeur PTEN et p53 étant fréquemment mutés dans les cancers de la prostate métastatiques et résistants à la castration, le laboratoire d’accueil a généré des modèles murins dans lesquels Pten et/ou Trp53 sont sélectivement invalidés à l’âge adulte dans les cellules épithéliales prostatiques dans le but de déterminer les évènements clés conduisant à la progression du cancer de la prostate. Notre étude révèle que l’invalidation de PTEN stimule la prolifération des cellules épithéliales prostatiques et conduit à des néoplasmes prostatiques intraépithéliaux en quelques mois. Cette hyper-prolifération induit un stress réplicatif et une réponse aux dommages de l’ADN qui va conduire à un arrêt progressif de la croissance cellulaire et une entrée en sénescence. Les cellules sénescentes sécrètent de nombreuses cytokines et de chimiokines, et peuvent accumuler des mutations contribuant ainsi à la progression de la tumeur. Il est notable qu’en l’absence de Trp53, les épithéliums prostatiques dépourvus de Pten développent des néoplasmes prostatiques intraépithéliaux entrant en sénescence. Cependant, la formation d’adénocarcinomes est accélérée et des tumeurs sarcomatoïdes pouvant générer à long terme des métastases apparaissent. En l’absence de Pten, certaines cellules épithéliales prostatiques perdent leur identité moléculaire en exprimant des marqueurs caractéristiques de cellules souches et différenciation neuroendocrinienne. Nous avons également mis en évidence des cellules épithéliales prostatiques déficientes en PTEN et p53 résistantes à la castration exprimant à la fois des marqueurs de cellules basales et luminales. En conclusion, nos travaux ont permis une avancée dans la compréhension des mécanismes conduisant à des formes incurables de cancer de la prostate. Les traitements actuels ayant des effets secondaires importants et pouvant générer des résistances, le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques permettant l’élimination des cellules sénescentes mais aussi des cellules épithéliales prostatiques exprimant des marqueurs de cellules basales et luminales dans les lésions précancéreuses représente des perspectives intéressantes pour traiter le cancer de la prostate. / Prostate cancer (PCa) is a leading cause of male cancer death worldwide. While most locally PCa are curable, metastatic tumors initially respond to androgen deprivation therapy but ultimately relapse to castration-resistant prostate cancer (CRPC), which is a lethal disease. Since the tumor suppressor genes PTEN and p53 are frequently mutated in metastatic and CRPC, the host laboratory generated mouse models in which Pten and/or Trp53 are selectively ablated in adult prostatic epithelial cells (PECs) in order to unravel the key events leading to prostate cancer progression. Our study reveals that Pten ablation stimulates PECs proliferation forming prostatic intraepithelial neoplasia (PIN) within a few months. This hyper-proliferation induces replicative stress and a DNA damage response (DDR), which in turn leads to a progressive growth arrest with characteristics of cell senescence. As senescent cells secrete a large number of cytokines and chemokines, and can accumulate other mutations, they might contribute to tumor progression. Importantly, in the absence of Trp53, most Pten-null PECs develop PINs that enter senescence. However partial loss of PECs identity is detected as we show enhanced stemness and focal neuroendocrine differentiation of luminal Pten-null PECs. In some cases, adenocarcinoma and sarcomatoid tumors are formed, and more than one-third of the latter develop metastases. Strikingly, we also show formation of a castrate-resistant cell entity of both Pten and Pten/Trp53-null PECs sharing luminal and basal markers. Taken together, as current treaments lead to side effects and resistance, the development of therapeutic strategies to eliminate senescent cells/and or PECs expressing luminal and basal/stem progenitor in pre- cancerous lesions represents promising option for prostate cancer treatment.