Le cancer colorectal (CRC) est la deuxième cause de décès par cancer dans le monde. Contrairement aux autres types de cancer, le CRC est une pathologie qu’il est possible à la fois de prévenir et de guérir si la tumeur est réséquée à un stade précoce. Cependant la plupart des CRC ne sont pas détectés avant d’avoir envahi d’autres organes ou des ganglions lymphatiques car les tests de dépistages actuels ne sont pas suffisamment spécifiques et sensibles. Dans ce contexte, il est urgent d’identifier des biomarqueurs permettant de détecter les CRC à des stades précoces, de suivre le développement des tumeurs pendant la durée du traitement et de prédire les récidives. Les mucines, O-glycosylprotéines majeures du mucus qui protège l’épithélium intestinal, sont fréquemment altérées dans les cancers colorectaux et jouent un rôle important dans la pathogénèse de la maladie. L’objectif principal de ce travail de thèse était d’explorer les altérations d’expression et de glycosylation des mucines intestinales durant les différentes étapes de la transformation maligne, et d’identifier, parmi les molécules modifiées, de potentiels biomarqueurs utilisables pour évaluer le pronostic et le risque de récidive après traitement. Les mucines ont été purifiées à partir de pièces opératoires d’individus sains et de patients atteints de CCR et leur profil de glycosylation a été déterminé par spectrométrie de masse. Les résultats obtenus démontrent une très forte diminution du niveau d’expression des O-glycanes sialylés basés sur un core 3 dans la tumeur, corrélée à une forte augmentation des O-glycanes sialylés basés sur un core 1. Aucune corrélation n’a pu être faite entre les stades des tumeurs et les répertoires de glycosylation des mucines. Cependant, à l’exception des antigènes sialyl-Tn, les tumeurs de patients ayant récidivé présentaient moins d’altérations dans leur profil de glycosylation de mucines, comparées aux tumeurs sans récidive. Ces résultats suggèrent que les O-glycanes de mucines provenant de tumeurs avec récidive masqueraient la situation pathologique en mimant une situation physiologique saine afin d’échapper au système de défense immunitaire. Nous avons également confirmé une augmentation de l’expression d’un antigène sialyl-Lex basé sur un core 3 dans la tumeur de patients sans récidive, qui semble entrer en compétition avec son homologue sulfo-Lex dans le côlon sain. Nous avons démontré une diminution significative de l’expression des Gal-3-O-sulfotransférases ainsi que de faibles variations de l’expression des α2,3-sialyltransférases, qui pourraient expliquer l’inversion des ratios d’expression de ces 2 antigènes. L’expression de DMBT1, une mucine-like, est fortement augmentée dans les stades précoces du CCR et une très forte expression de DMBT1 dans la muqueuse de résection des patients semble corrélée à un mauvais pronostic. En conclusion, notre travail a permis de démontrer pour la première fois une possible corrélation entre le profil de glycosylation des mucines dans la tumeur réséquée et le risque de récidive. Ces travaux démontrent également des altérations spécifiques de la glycosylation des mucines durant la transformation maligne et la progression vers le CCR. Ces résultats devraient permettre d’identifier de nouveaux marqueurs utilisables pour le pronostic et pour guider les oncologues dans le choix des traitements post-opératoires. / Colorectal cancer (CRC) is the second leading cause of cancer-related death in the Western world. Unlike many other malignancies, CRC is a preventable and curable disease if early stage tumors are removed. However many CRC remain undetected until they have spread to the surrounding organs or lymph, correlating with poor prognosis because of the low sensitivity and specificity of fecal occult blood tests used for screening of risk populations. In this context, there is an urgent need to identify biomarkers for early detection of CRC, to follow tumor development during the course of therapy and to predict recurrence. Mucins, major glycoproteins found in the mucus film covering and protecting the colon mucosa, are frequently altered in colon cancer and implicated in the pathogenesis of cancer. The main goal of this PhD project was to explore alteration of expression and glycosylation of colonic mucins during progression of adenomas to a colorectal cancer and to identify, among all these modified molecules, new potential biomarkers for prognosis and recurrence after treatment. Mucins were purified from healthy individuals and patients with colon cancer and their O-glycosylation patterns were determined by mass spectrometry. The obtained data showed an important decrease in the level of expression of sialylated core 3 based O-glycans in tumors correlated with an increase in sialylated core 1 structures. No correlation was established between stages of the tumor samples and mucin O-glycosylation. However, with the notable exception of sialyl Tn antigens, tumors with recurrence presented a milder alteration of glycosylation profile than tumors without recurrence. These results suggest that mucin O-glycans from tumors with recurrence might mimic a healthier physiological situation, hence deceiving the immune defense system. We confirmed an increased expression of a core 3 sialyl-Lex hexasaccharide in tumors of patients without any recurrence during the first 3 years after resection of the tumor, which appeared to compete with its sulfo-Lex counterpart in normal tissue. We demonstrated a significant decrease of expression of Gal-3-O-sulfotransferases together with small variations of α2,3-sialyltransferases expression levels that could explain the inversion of ratio for these two sugar motifs. Expression of DMBT1, a mucin-like, was highly increased in early stages of colon carcinoma and a high expression in normal mucosa of patients seemed to be correlated with a poor prognosis. In conclusion, our work demonstrated for the first time a possible correlation between mucin O-glycosylation patterns in the resected tumor of patients and the risk of recurrence. This study highlights specific pattern of mucin alterations during malignant transformation and progression of colon cancer. These findings might prove valuable as prognostic tools orienting the cure to be given to patients after resection.

Les gangliosides représentent une classe de glycosphingolipides porteurs d’un ou plusieurs résidus d’acide sialique. Alors que les tissus sains adultes expriment principalement des gangliosides de la série-a, l’expression des gangliosides complexes des séries b- et c- est limitée au système nerveux central. Une augmentation d’expression de ces gangliosides complexes est cependant observée sous certaines conditions physiopathologiques, notamment dans les cancers d’origine neuro-ectodermique. Ainsi, le GD3 et le GD2 sont des marqueurs oncofœtaux du mélanome et du neuroblastome où ils favorisent la prolifération, la migration et la différenciation cellulaires, ainsi que l’angiogenèse. L’objectif de ma thèse a été de déterminer l’influence des gangliosides complexes dans la progression et l’agressivité du cancer du sein. A cet effet, nous avons établi un modèle dérivant des cellules de cancer du sein MDA-MB-231 qui expriment la GD3 synthétase. Ces cellules expriment des gangliosides des séries b- et c- à leur surface, principalement le GD2, et se caractérisent par une augmentation de la migration et des capacités de prolifération en absence de facteurs de croissance. Ce phénotype prolifératif a été confirmé in vivo par des expériences de xénogreffes chez des souris immunodéficientes. Nous avons pu démontrer que l’expression de la GD3 synthétase renforce l’agressivité des cellules MDA-MB-231 par un mécanisme d’activation spécifique du récepteur c-Met et des voies de signalisation cellulaire MEK/ERK et PI3K/Akt. Les derniers résultats indiquent que le disialoganglioside GD2 joue un rôle essentiel dans la spécificité d’activation du récepteur c-Met dans les cellules MDA-MB-231. / Gangliosides define a class of glycosphingolipids with one or more sialic acid residues. Whereas normal human tissues mainly express a-series gangliosides deriving from GM3, the expression of complex gangliosides from b- and c-series is limited to the central nervous system and developing tissues during embryogenesis. However, an increase of complex gangliosides expression is observed in several pathological conditions including neuro-ectoderm-derived cancers. Thus, GD3 and GD2 are oncofetal markers of melanoma and neuroblastoma where they promote tumor progression by mediating cell proliferation, migration, adhesion and angiogenesis. The goal of my thesis was to determine the effect of complex gangliosides on breast cancer progression and aggressiveness. For that propose, we have established a cellular model deriving from MDA-MB-231 breast cancer cells expressing the GD3 synthase. The GD3 synthase expression induces the accumulation of b- and c-series gangliosides (mainly GD2) at the cell surface together with an increased migration and the acquisition of a proliferative phenotype in absence of growth factors. GD3 synthase expression also induces an increased tumor growth of MDA-MB-231 cells in severe combined immunodeficiency mice. We have clearly demonstrated that GD3 synthase expression induces the specific and constitutive activation of c-Met receptor and subsequent activation of MEK/ERK and PI3K/Akt transduction pathways. Altogether, these results clearly demonstrate the involvement of the disialoganglioside GD2 in MDA-MB-231 cell proliferation via the constitutive activation of c-Met.