Les thérapies ciblées sont des agents dont le but est d’inhiber une voie oncogénique spécifiquement activée dans une tumeur. Ces thérapies peuvent donc cibler l’angiogenèse tumorale, les voies de signalisation cellulaire, la prolifération infinie, l’anti-apoptose ou le pouvoir métastatique. Outre leur effet en monothérapie, leur intérêt repose également sur leur combinaison avec les traitements standards, chimiothérapie, radiothérapie ou même chirurgie. Dans ce contexte, l’association des thérapies ciblées et de la radiothérapie paraît séduisante. En effet, les mécanismes qui sous-tendent la sensibilité ou la résistance à une irradiation sont maintenant mieux connus et permettent d’envisager des manipulations thérapeutiques afin d’améliorer encore les résultats d’une radiothérapie ou d’une radiochimiothérapie. L’objectif de cette thèse était d’exploiter les données d’histologie moléculaires des carcinomes pulmonaires pour évaluer de nouvelles approches de radiosensibilisation basée sur l’inhibition de signaux de survie en ciblant les protéines Bcl-2 et Bcl-XL et la voie IGF-1 dans les carcinomes à petites cellules (CPC) et en ciblant la voie EGFR dans les carcinomes non à petites cellules du poumon (CPNPC). L’un des objectifs était également d’intégrer une méthodologie de combinaison plus précise compte-tenu des discordances très fréquemment observées entre les effets pré-cliniques d’une association et les résultats des études cliniques de la même combinaison. Dans une première partie, nous avons cherché à inhiber les mécanismes antitapoptotiques mis en jeu dans les CPC au moyen de deux nouvelles classes de thérapies ciblées : un oligonucléotide antisens ciblant l’ARNm du gène BCL2 (oblimersen) et un « BH3 mimetic » inhibiteur des protéines Bcl-2/Bcl-XL (S44563). Nous avons démontré dans ces deux études l’intérêt du ciblage de « l’anti-apoptose » pour radiosensibliser les lignées de CPC. En utilisant le S44563, un « BH3 mimetic » qui induit une apoptose via la voie mitochondriale dans les lignées qui surexpriment les cibles à savoir Bcl-2 et Bcl-XL,, nous avons montré que l’inhibition de Bcl-2 et Bcl-XL permettait d’induire une radiosensibilisation par induction de l’apoptose. Le mécanisme d’interaction reposait probablement par une induction de l’expression des protéines anti-apoptotiques, en particulier Bcl- XL à la suite d’une irradiation via l’activation de la voie NF-κB. Ceci est confirmé par les études de séquence montrant que l’administration pendant et après l’administration de la radiothérapie est plus efficace réalisant ainsi une chimiosensibilisation sous l’effet d’une irradiation rendant les cellules tumorales plus dépendantes (concept d’addiction oncogénique contextuelle) aux mécanismes de résistance à l’apoptose. Dans une seconde partie, nous avons également montré que l’inhibition d’une voie de signalisation cellulaire (la voie IGF-1) permettait également d’obtenir une radiosensibilisation tumorale validant ainsi l’intérêt de ces combinaisons. En particulier, L’anticorps monoclonal ciblant IGF-1R, le R1507 augmente l’efficacité du cisplatine et au final améliore l’efficacité de la radio-chimiothérapie dans plusieurs lignées de CPC via la diminution de l’expression de IGF-1R avec pour conséquence une diminution de l’activation de ses effecteurs, en particulier AKT, indiquant que le R1507 augmente la radiosensibilité en supprimant l’activation de IGF-1R secondaire à l’irradiation. Cependant, nous avons montré par différentes approches d’étude du transcriptome que les cellules tumorales traitées par le R1507 pendant 4 semaines s’adaptaient en ré-exprimant IGF-1R, en activant p-IRS1 et en activant différentes voies oncogéniques telles que l’angiogenèse ou d’autres voies de signalisation cellulaire. Ces résultats suggèrent donc les limites d’un schéma adapté chez l’homme lors d’une radio-chimiothérapie concomitante et plaident pour une association précoce à d’autres thérapies ciblées. / Targeted therapies are drugs that block a specific molecular target involved in following alterations in cell physiology: growth signal self-sufficiency, insensitivity to growth-inhibitory signals, evasion of apoptosis, an unlimited replicative potential, sustained angiogenesis, tissue invasion, and metastasis. Although these compounds showed efficacy when given alone, there is now a rationale to combine these agents with other antitumor therapies such as chemotherapy, radiation and surgery. In this context, there is compelling data supporting the association between targeted therapies and radiation. The better understanding of mechanisms of sensitivity or resistance to radiation may help to envision new strategies to improve its efficacy. The primary goal of this work was to assess new strategies of radiosensitization based on molecular characteristics of both small cell lung cancer (by targeting Bcl-2 and Bcl- XL proteins as well as IGF-I pathway) and non-small cell lung cancer (by targeting EGFR pathway). The second objective was also to assess new methods to better investigate combination of radiation with new targeted therapies. In the first part of the work, we evaluated the impact of the inhibition of BCL-2 in small cell lung cancer cell lines with oblimersen, an antisense BCL-2 oligodeoxynucleotide and with a small peptide BH3 mimetic, S44563 which targets both Bcl-2 and Bcl- XL proteins. We showed that inhibiting anti-apoptotic mechanisms could enhance radiosensitivity of SCLC cells. S44563 caused SCLC cells to acquire hallmarks of apoptosis through activation of the mitochondrial pathway in Bcl2 and Bcl- XL overexpressing cell lines. S44563 markedly enhanced the sensitivity of SCLC cells to radiation in both in vitro and in vivo assays through apoptosis induction. This positive interaction was explained by the induction of radiation-induced anti-apopototic proteins, mainly Bcl- XL by the NF-κB pathway. These data were confirmed by in vivo experiments showing that the radiosensitization was greater when S44563 was given after the completion of the radiation in the context of radiation-induced oncogenic addiction. In the second part of the work, we showed that IGF-1R targeting increases the antitumor effects of DNA-damaging agents in SCLC model. R1507 (a monoclonal antibody directed against IGF-1R), exhibited synergistic effects with both cisplatin and IR in SCLC cell lines through IGF-IR downregulation and reduced activation of downstream AKT. However, we observed a transient reduction of IGF-1R staining intensity in vivo, concomitant to the activation of multiple cell surface receptors and intracellular proteins involved in proliferation, angiogenesis, and survival. These data underscore the challenge of the combination of concomitant radiotherapy and chemotherapy and support the early use of targeted therapies to improve the antitumor efficacy.