Reproduction de : Thèse d'exercice : Pharmacie : Nantes : 2008. / Bibliogr.

Les siRNA se sont des agents actifs et spécifiques couramment utilisés en thérapie génique. L’intérêt d’utiliser des nanoparticules en tant que vecteurs des siRNA est leur capacité à protéger ces derniers de la dégradation par les nucléases et également de leur permettre d’être délivrés au niveau de leur cible thérapeutique. Afin d’appuyer cette théorie, ce travail s’est concentré sur un modèle cellulaire de sarcome d’Ewing, dans le but de mettre au point un nouveau système galénique pour le transport de siRNA formé des nanoparticules bifonctionnelles de diamants fluorescentes recouvertes par des polymères cationiques. Ces nano-vecteurs sont capables d’induire efficacement l’inhibition de l’expression de l’oncogène EWS-Fli1 dans les cellules en culture s’ils transportent des siRNA dirigés contre ce gène. Par ailleurs, les nanodiamants, grâce à leurs propriétés de fluorescence stable et intense, ont constitué des outils de détection permettant de suivre leurs voies de pénétration, leur biodistribution cellulaire, ainsi que la cinétique de libération des siRNA dans le cytoplasme. Enfin, un modèle de nanodiamants fonctionnalisés par le polyéthylenimine a été choisi pour la poursuite des travaux biologiques en raison de son efficacité de vectorisation. / SiRNA are powerful and commonly used agent for the specific inhibition of gene expression. They need to be vectorized by nanoparticles to facilitate cell penetration and their protection from degradation in biological media. At first, cationic nanodiamonds coated with cationic polymers were developed and were able to adsorb siRNA on their surface. Using antisense siRNA against the oncogene EWS-Fli1, nanodiamonds allowed to efficiently induce the inhibition of expression of the oncogene EWS-FLI1 in cultured Ewing sarcoma cells. As a second goal of this study, the fluorescence of red color center created in the nanodiamonds was used to follow their pathways, their cellular biodistribution and the kinetics of release of siRNA into the cytoplasm. In conclusion, nanodiamonds functionalized by polyethylenimine showed a better transfection efficiency and were chosen for further biological studies.

L’objectif du projet est de comprendre l’effet du peptide vecteur (R/W)9 sur les cellules tumorales EF, modèles du sarcome d’Ewing. En effet, ce peptide a la capacité de remodeler le cytosquelette d’actine dans ces cellules, ainsi que de réduire leur motilité et leur aptitude à croître en indépendance d’ancrage (Delaroche D. JBC 2010).La première étape de ce travail a été la caractérisation in vitro de l’interaction directe avec l’actine par cross-linking chimique et spectrométrie de masse (Clavier S. EuProt 2014). Ensuite, pour avancer dans la compréhension de l’effet du peptide (R/W)9, deux approches ont été développées.La première approche, basée sur du photocross-linking in cellulo ou in lysat, vise à identifier des partenaires intracellulaires du peptide vecteur. Pour cela, nous avons mis au point et validé biologiquement une version photoactivable du peptide (R/W)9. Puis, avant de passer sur cellules entières, nous nous sommes assurés de la faisabilité de la réaction de photocross-linking in vitro sur un système d’interaction modèle que nous avons également utilisé pour développer un logiciel capable d’interpréter les spectres MS/MS d’espèces photocross-linkées (Xlink-Identifier, Collaboration Dr Du X). Des expériences de purification d’affinité ont également été menées en immobilisant le peptide (R/W)9 sur des billes de streptavidine ensuite mises en présence de lysat cellulaire. Les protéines capturées ont été identifiées par spectrométrie de masse haut-débit. La seconde approche est de la protéomique différentielle avec un marquage SILAC et a pour objectif de mettre en évidence l’influence du peptide vecteur sur l’expression des protéines. / The aim of the project is to understand the effect of (R/W)9 cell penetrating peptide (CPP) on EF tumoral cells, an Ewing sarcoma model cell line. Actually, this peptide is able to remodel the actin cytoskeleton of these cells, to decrease their motility as well as their ability to grow without anchorage (Delaroche D. JBC 2010).The first step of this work was to characterize the in vitro interaction with actin using chemical cross-linking and mass spectrometry (Clavier S. Euprot 2014). Then, in order to get a deeper understanding of (R/W)9 peptide effect, two approaches were developed. The goal of the first approach based on in cellulo or in lysate photocross-linking is to identify (R/W)9 CPP’s partners. To do this, we designed and biologically validated a photoactivable version of (R/W)9 peptide. Then, before starting to work with living cells, we checked the feasibility of in vitro photocross-linking on a model interacting system that we also used to develop a software able to interpret MS/MS spectra of photocross-linked species. (Xlink-Identifier, Collaboration with Dr. X. Du.). Affinity purification experiments were also performed by incubating streptavidin magnetic beads bearing (R/W)9 peptide with cell lysates. Captured proteins were identified using high-throughput mass spectrometry. The second approach is differential proteomic with SILAC labelling and aims at assessing the influence of (R/W)9 CPP on proteins expression.

Le Sarcome d'Ewing est un cancer pédiatrique rare, principalement dû à l'expression de l'oncogène de jonction EWS-Fli1, et dont les traitements médicamenteux ont peu évolué au cours des dernières décennies. Nous nous intéressons à une nouvelle approche thérapeutique utilisant des siRNA, ciblant spécifiquement l'oncogène EWS-Fli1, et permettant l'inhibition de la croissance tumorale. Durant mon travail de thèse, j'ai utilisé des nanocristaux de diamant issus soit de détonation (DND), soit de synthèse haute pression-haute température (NDHPHT) pour vectoriser les siRNA, accrochés par interaction électrostatique. Pour ce faire, les NDs ont été rendus cationiques par différentes méthodes: (i) hydrogénation assistée par plasma, (ii) par recuit thermique, ou (iii) par traitement chimique pour les DNDs, ou (iv) greffage covalent d'un polymère cationique sur des NDHPHT (COP-NDHPHT).Mes travaux ont comporté deux axes: (i) étude in vitro des complexes ND:siRNA (caractérisations physico-chimiques des NDs et étude de l'efficacité d'inhibition de l'oncogène par les complexes); (ii) distribution tissulaire de COP-NDHPHT, injectés dans des souris, grâce à des NDHPHT fluorescents, contenant des défauts azote-lacune. Pour les détecter individuellement dans des coupes d'organes de souris portant une tumeur xénogreffée sous-cutanée, nous avons développé un système d'imagerie en épifluorescence à grande ouverture numérique, et résolu en temps afin de rejeter l'autofluorescence tissulaire (de durée de vie plus courte que celle des NDs). Nous avons quantifié le nombre, l'état d'agrégation et la localisation cellulaire de ces vecteurs (grâce à un marquage histopathologique imagé simultanément) 24h après injection. Les NDs ont été clairement détectés dans les différents organes, dont la tumeur, ouvrant la voie à un contrôle de la progression tumorale grâce au siRNA. / Ewing Sarcoma is a rare pediatric cancer, caused in the majority of the cases by the expression of the fusion oncogene EWS-Fli1. Current treatments have not much evolved over the past decades. We are investigating a new therapy based on siRNA specifically targeting the oncogene and inhibiting the tumor growth. During my PhD thesis, I have tested different types of synthetic nanodiamonds (ND) used to vectorize siRNA electrostatically bound at their surface: ND produced by detonation (DND) or by High Pressure-High Temperature synthesis (NDHPTH). Their surfaces have been cationized by various processes: (i) plasma or (ii) thermal hydrogenation, (ii) chemical treatment, or (iv) covalent grafting of a copolymer (COP-NDHPHT).My PhD work included two main axis: (i) in vitro study of ND:siRNA complexes (NDs physico-chemical characterization and oncogene inhibition efficacy by the complexes); (ii) tissue distribution of COP-NDHPHT, injected into mice, using fluorescent NDHPHT containing nitrogen-vacancy defects. To detect them individually in sections of mouse organs carrying a subcutaneous xenograft tumor, we developed an epifluorescence imaging system with large numerical aperture and resolved in time to reject tissue autofluorescence (of a shorter lifetime than NDs). We quantified the number, the aggregation state and the cell localization (thanks to simultaneous histopathological imaging) of these vectors 24 hours after injection. NDs have been clearly detected in different organs, including the tumor, paving the way for tumor progression control with siRNA.