- Extended longevity and high fecundity are two phenomena typical for reproductive castes (queens, eventually kings) of eusocial insects. In my thesis, we explore the hypothesis that the longevity of reproductives in the termite Prorhinotermes simplex is linked with the activation of the telomerase enzyme complex. Telomerase is well known for its life-extension functions, due especially to its capacity to prolong the telomeric ends of chromosomes. Therefore, we studied here the gene expression of: (1) the gene TERT coding for the catalytic subunit of the telomerase and (2) the genes of the main endocrine regulatory pathways, known to be responsible for the control of reproduction and longevity in insects. Expression dynamics of these genes were measured in sterile and reproductive castes of P. simplex during their development and sexual maturation. Based on our results obtained from the TERT expression analyses and their comparison with telomerase enzyme activities, we assume that the telomerase action in the long-lived reproductive individuals is regulated at a post-transcription level. Furthermore, we observed in reproductive castes a simultaneous upregulation of some transcription variants of vitellogenin and the genes for insulin signalling pathways. We can, therefore, conclude that in...

Purpose: The Hedgehog-signalling pathway (Hh) is frequently active in head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC). Overexpressed Hh associates with poor prognosis. The Hh inhibitor vismodegib targets smoothened (SMO) and, based on molecular data, may prevent resistance to EGFR targeting. Methods: To elucidate potential roles of vismodegib in HNSCC therapy, its sole effects and those combined with cisplatin, docetaxel, and cetuximab on HNSCC cell lines were assessed by MTT metabolisation and BrdU incorporation. Colony formation (CF) of primary HNSCC cells was studied utilizing the FLAVINO-protocol. Combinatory effects were analysed regarding antagonism, additivity or synergism. Associations between the ex vivo detected mode of action of vismodegib with other treatments related to patient characteristics were assessed and progression-free survival (PFS) in patient groups compared using Kaplan-Meier curves. Results: Vismodegib suppressed BrdU incorporation significantly stronger than MTT turnover; CF was significantly inhibited at ≥20 µM vismodegib while concentrations <20 µM acted hormetic. Combining 20 µM vismodegib plus docetaxel (T), cisplatin (P), and cetuximab (E), additively enhanced antitumoral activity in HNSCC samples from patients with superior PFS highlighting a potential role for ex-vivo testing of this combination for use as a prognostic classifier. Conclusion: We provide ex-vivo evidence for vismodegib’s potential in HNSCC therapies especially if combined with cetuximab, cisplatin and docetaxel.:Abkürzungsverzeichnis 1 Einleitung 1.1 Kopf-Hals-Tumore 1.1.1 Therapie von Kopf-Hals-TumoreN 1.1.2 Limitationen der etablierten Therapien 1.2 Eingesetzte Chemotherapeutika 1.2.1 Cisplatin 1.2.2 Docetaxel 1.2.3 Cetuximab 1.3 Hedgehog-Signaltransduktionsweg 1.3.1 Hedgehog-Signalweg und Karzinogenese 1.3.2 Vermittlung von Tumortherapieresistenz durch den Hedgehog-Signalweg 1.3.3 Zielgerichtete Tumortherapie durch Blockade des Hedgehog-Signalweges 1.4 Vismodegib 1.5 Ex-Vivo-Chemoresponse-Testung mittels FLAVINO-Assay 1.6 Zusammenfassung der Rationale der Untersuchung 1.7 Aufgabenstellung der Promotionsarbeit 2 Publikation 2.1 Reduzierte Proliferation und Koloniebildung von Plattenepithelkarzinomen der Kopf Hals Region unter dualer Inhibition des EGFR- und Hedgehog-Signalweges 3 Zusammenfassung der Arbeit 4 Literaturverzeichnis 5 Anlagen 5.1 Darstellung des Eigenanteils 5.2 Erklärung über die eigenständige Abfassung der Arbeit 5.3 Lebenslauf 5.4 Publikationen 5.5 Danksagung

Class I PI3Ks are a family (α, β, δ and γ) of ubiquitous lipid kinases that can be activated by cell surface receptors to 3-phosphorylate PI(4,5)P2 (phosphatidylinositol(4,5)-bisphosphate) and generate the signalling lipid PI(3,4,5)P3. The PI(3,4,5)P3 signal then activates a diverse collection of effector proteins involved in regulation of cell migration, metabolism and growth. The importance of this network is evidenced by the relatively high frequency with which cancers acquire gain-of-function mutations in this pathway and huge efforts to make PI3K inhibitors to treat cancer. The canonical model describing these events suggests class I PI3Ks are activated at the plasma membrane and generate PI(3,4,5)P3 in the inner leaflet of the plasma membrane where its effectors are activated. The PI(3,4,5)P3 signal can be terminated directly, by the tumour-suppressor and PI(3,4,5)P3-3-phosphatase PTEN, or modified to a distinct PI(3,4)P2 signal, by SHIP-family 5-phosphatases. The PI(3,4)P2 is removed by INPP4-family 4-phosphatases. Published work has shown that PI(3,4,5)P3 signalling can also occur in endosomes and nuclei, however, there is very little data defining the intracellular distribution of endogenous class I PI3Ks that supports these ideas; this is as a result of technical problems such as; their very low abundance, poor antibody-based tools and artefacts generated by overexpression of PI3Ks. Past work has indicated that, in PTEN-null mouse models of prostate tumour progression, either PI3Kβ or PI3Ks α and β, have important roles. Furthermore, the cell types and mechanism involved remained unclear. Recent published work in the host laboratory had indicated that there is an unexpectedly large accumulation of PI(3,4)P2 in PTEN-null cells that might be an important part of its status as a major tumour suppressor. The explanation and prevalence of this observation was unclear but potentially a result of PTEN also acting as a PI(3,4)P2 3-phosphatase in vivo. MEFs were derived from genetically-modified mice expressing endogenous, AviTagged class I PI3K subunits and used in experiments to define the subcellular localisation of class I PI3Ks. We found that following stimulation with PDGF, class IA PI3K subunits were unexpectedly depleted from the adherent basal membrane, in contrast, p85α and p110α, but not p85β and p110β, accumulated transiently in the nucleus. Interestingly, p110β, but none of the other subunits, was constitutively localised in the nucleus. These results support the idea that class I PI3K and PI(3,4,5)P3 signalling occurs in the nucleus. In organoids derived from WT, PI3Kγ-null or PTEN-null mouse prostate, application of PI3K-selective inhibitors revealed that PI3Kα had a dominant role in generating PI(3,4,5)P3 in prostate epithelial cells. The levels of PI(3,4)P2 were also elevated substantially in PTEN-null, compared to WT prostate organoids, use of PI3K-selective inhibitors suggested that it was also generated by PI3Kα. These data were consistent with the idea that PTEN can act as a PI(3,4)P2 3-phosphatase. Surprisingly, raising the pH of the organoids medium dramatically increased accumulation of PI(3,4,5)P3 and PI(3,4)P2, although the cause of this effect was unclear, we hypothesised the pH of the local environment may influence signalling via class I PI3Ks.

L’hypothyroïdie congénitale par dysgénésie thyroïdienne (HCDT) est la condition endocrinienne néonatale la plus fréquemment rencontrée, avec une incidence d’un cas sur 4000 naissances vivantes. L’HCDT comprend toutes les anomalies du développement de la thyroïde. Parmi ces anomalies, le diagnostic le plus fréquent est l’ectopie thyroïdienne (~ 50% des cas). L’HCDT est fréquemment associée à un déficit sévère en hormones thyroïdiennes (hypothyroïdisme) pouvant conduire à un retard mental sévère si non traitée. Le programme de dépistage néonatal assure un diagnostic et un traitement précoce par hormones thyroïdiennes. Cependant, même avec un traitement précoce (en moyenne à 9 jours de vie), un retard de développement est toujours observé, surtout dans les cas les plus sévères (c.-à-d., perte de 10 points de QI). Bien que des cas familiaux soient rapportés (2% des cas), l’HCTD est essentiellement considérée comme une entité sporadique. De plus, plus de 92% des jumeaux monozygotiques sont discordants pour les dysgénésies thyroïdiennes et une prédominance féminine est rapportée (spécialement dans le cas d’ectopies thyroïdiennes), ces deux observations étant clairement incompatible avec un mode de transmission héréditaire mendélien. Il est donc cohérent de constater que des mutations germinales dans les facteurs de transcription thyroïdiens connus (NKX2.1, PAX8, FOXE1, and NKX2.5) ont été identifiées dans seulement 3% des cas sporadiques testés et furent, de plus, exclues lors d’analyse d’association dans certaines familles multiplex. Collectivement, ces données suggèrent que des mécanismes non mendéliens sont à l’origine de la majorité des cas de dysgénésie thyroïdienne. Parmi ces mécanismes, nous devons considérer des modifications épigénétiques, des mutations somatiques précoces (au stade du bourgeon thyroïdien lors des premiers stades de l’embryogenèse) ou des défauts développementaux stochastiques (c.-à-d., accumulation aléatoire de mutations germinales ou somatiques). Voilà pourquoi nous proposons un modèle «2 hits » combinant des mutations (épi)génétiques germinales et somatiques; ce modèle étant compatible avec le manque de transmission familial observé dans la majorité des cas d’HCDT. Dans cette thèse, nous avons déterminé si des variations somatiques (épi)génétiques sont associées à l’HCTD via une approche génomique et une approche gène candidat. Notre approche génomique a révélé que les thyroïdes ectopiques ont un profil d’expression différent des thyroïdes eutopiques (contrôles) et que ce profil d’expression est enrichi en gènes de la voie de signalisation Wnt. La voie des Wnt est cruciale pour la migration cellulaire et pour le développement de plusieurs organes dérivés de l’endoderme (p.ex. le pancréas). De plus, le rôle de la voie des Wnt dans la morphogénèse thyroïdienne est supporté par de récentes études sur le poisson-zèbre qui montrent des anomalies du développement thyroïdien lors de la perturbation de la voie des Wnt durant différentes étapes de l’organogénèse. Par conséquent, l’implication de la voie des Wnt dans l’étiologie de la dysgénésie thyroïdienne est biologiquement plausible. Une trouvaille inattendue de notre approche génomique fut de constater que la calcitonine était exprimée autant dans les thyroïdes ectopiques que dans les thyroïdes eutopiques (contrôles). Cette trouvaille remet en doute un dogme de l’embryologie de la thyroïde voulant que les cellules sécrétant la calcitonine (cellules C) proviennent exclusivement d’une structure extrathyroïdienne (les corps ultimobranchiaux) fusionnant seulement avec la thyroïde en fin de développement, lorsque la thyroïde a atteint son emplacement anatomique définitif. Notre approche gène candidat ne démontra aucune différence épigénétique (c.-à-d. de profil de méthylation) entre thyroïdes ectopiques et eutopiques, mais elle révéla la présence d’une région différentiellement méthylée (RDM) entre thyroïdes et leucocytes dans le promoteur de FOXE1. Le rôle crucial de FOXE1 dans la migration thyroïdienne lors du développement est connu et démontré dans le modèle murin. Nous avons démontré in vivo et in vitro que le statut de méthylation de cette RDM est corrélé avec l’expression de FOXE1 dans les tissus non tumoraux (c.-à-d., thyroïdes et leucocytes). Fort de ces résultats et sachant que les RDMs sont de potentiels points chauds de variations (épi)génétiques, nous avons lancé une étude cas-contrôles afin de déterminer si des variants génétiques rares localisés dans cette RDM sont associés à la dysgénésie thyroïdienne. Tous ces résultats générés lors de mes études doctorales ont dévoilé de nouveaux mécanismes pouvant expliquer la pathogenèse de la dysgénésie thyroïdienne, condition dont l’étiologie reste toujours une énigme. Ces résultats ouvrent aussi plusieurs champs de recherche prometteurs et vont aider à mieux comprendre tant les causes des dysgénésies thyroïdiennes que le développement embryonnaire normal de la thyroïde chez l’homme. / Congenital hypothyroidism from thyroid dysgenesis (CHTD) is the most common congenital endocrine disorder with an incidence of 1 in 4,000 live births. CHTD includes multiple abnormalities in thyroid gland development. Among them, the most common diagnostic category is thyroid ectopy (~ 50 % of cases). CHTD is frequently associated with a severe deficiency in thyroid hormones (hypothyroidism), which can lead to severe mental retardation if left untreated. The newborn biochemical screening program insures the rapid institution of thyroid hormone replacement therapy. Even with early treatment (on average at 9 d), subtle developmental delay is still be observed in severe cases (i.e., IQ loss of 10 points). Although there have been some reports of familial occurrence (in 2% of the cases), CHTD is mainly considered as a sporadic entity. Furthermore, monozygotic (MZ) twins show a high discordance rate (92%) for thyroid dysgenesis and female predominance is observed in thyroid dysgenesis (especially thyroid ectopy), these two observations being incompatible with simple Mendelian inheritance. In addition, germline mutations in the thyroid related transcription factors NKX2.1, PAX8, FOXE1, and NKX2.5 have been identified in only 3% of sporadic cases and linkage analysis has excluded these genes in some multiplex families with CHTD. Collectively, these data point to the involvement of non-Mendelian mechanisms in the etiology of the majority of cases of thyroid dysgenesis. Among the plausible mechanisms are epigenetic modifications, somatic mutations occurring in the thyroid bud early during embryogenesis, or stochastic developmental events. Hence, we proposed a two-hit model combining germline and somatic (epi)genetic variations that can explain the lack of clear familial transmission of CTHD. In this present thesis, we assessed the role of somatic (epi)genetic variations in the pathogenesis of thyroid dysgenesis via a genome-wide as well as a candidate gene approach. Our genome wide approach revealed that ectopic thyroids show a differential gene expression compared to that of normal thyroids, with enrichment for the Wnt signalling pathway. The Wnt signalling pathway is crucial for cell migration and for the development of several endoderm-derived organs (e.g., pancreas). Moreover, a role of Wnt signalling in thyroid organogenesis was further supported by recent zebrafish studies which showed thyroid abnormalities resulting from the disruption of the Wnt pathway during different steps of organogenesis. Thus, Wnt pathway involvement in the etiology of thyroid ectopy is biologically plausible. An unexpected finding of our genome-wide gene expression analysis of ectopic thyroids was that they express calcitonin similar to normally located (orthotopic) thyroids. Such a finding, although in contradiction with our current knowledge of the embryological development of the thyroid attributes C cell origins to extrathyroidal structures (ultimobrachial bodies) upon fusion with a fully-formed, normally situated gland. Using a candidate gene approach, we were unable to demonstrate any differences in the methylation profile between ectopic and eutopic thyroids, but nevertheless we documented the presence of a differentially methylated region (DMR) between thyroids and leukocytes in the promoter of FOXE1, a gene encoding the only thyroid related transcription factor known to play a crucial role in regulating the migration of the thyroid precursors during development as shown by animal studies. We demonstrated by in vivo and in vitro studies that the methylation status of this DMR is correlated with differential expression of FOXE1 in non-tumoral tissues (thyroids and leukocytes). Knowing that DMRs are hotspots for epi(genetic) variations, its screening among CTHD patients is justifiable in our search for a molecular basis of thyroid dysgenesis, currently underway in a case-control study. The results generated during my graduate studies represent unique and novel mechanisms underlying the pathogenesis of CHTD, the etiology of which is still an enigma. They also paved the way for many future studies that will aid in better understanding both the normal and pathogenic development of the thyroid gland.

Lors d’une infection par un pathogène, des lymphocytes T CD8+ naïfs (LTn) spécifiques de l’antigène sont activés, prolifèrent et se différencient en LT effecteurs (LTe). Les LTe produisent différentes cytokines et acquièrent une activité cytotoxique menant à l’élimination du pathogène. Seulement 5 à 10 % des LTe survivront et se différencieront en LT mémoires (LTm), qui sont capables de répondre plus rapidement lors d’une seconde infection par le même pathogène, contribuant au succès de la vaccination. Toutefois, la compréhension de l’ensemble des mécanismes régulant le développement des LTe et des LTm demeure incomplète. Afin de mieux comprendre les signaux requis pour la différenciation des LT CD8+ lors de la réponse immune, nous avons posé deux hypothèses. Nous avons d’abord proposé que différentes cellules présentatrices d’antigène (CPA) fournissent différents signaux au moment de la reconnaissance antigénique influençant ainsi le devenir des LT CD8+. Vu leur potentiel d’utilisation en immunothérapie, nous avons comparé la capacité d’activation des LT CD8+ par les lymphocytes B activés via le CD40 (CD40-B) et les cellules dendritiques (CD). Nous avons montré que l’immunisation avec des CD40-B induit une réponse effectrice mais, contrairement à l’immunisation avec des CD, pratiquement aucun LTm n’est généré. Les LTe générés sont fonctionnels puisqu’ils sécrètent des cytokines, ont une activité cytotoxique et contrôlent une infection avec Listeria monocytogenes (Lm). Nous proposons qu’une sécrétion plus faible de cytokines par les CD40 B ainsi qu’une interaction plus courte et moins intime avec les LT CD8+ comparativement aux CD contribuent au défaut de différenciation des LTm observé lors de la vaccination avec les CD40-B. Ensuite, nous posé l’hypothèse que, parmi les signaux fournis par les CPA au moment de la reconnaissance antigénique, la voie de signalisation Notch influence le développement des LTe, mais aussi des LTm CD8+ en instaurant un programme génétique particulier. D’abord, grâce à un système in vitro, le rôle de la signalisation Notch dans les moments précoces suivant l’activation du LT CD8+ a été étudié. Ce système nous a permis de démontrer que la voie de signalisation Notch régule directement l’expression de la molécule PD-1. Ensuite, grâce à des souris où il y a délétion des récepteurs Notch1 et Notch2 seulement chez les LT CD8+ matures, un rôle de la voie de signalisation Notch dans la réponse immune des LT CD8+ a été démontré. Nos résultats démontrent que suite à une infection avec Lm ou à une immunisation avec des CD, la signalisation Notch favorise le développement de LTe, exprimant fortement KLRG1 et faiblement CD127, destinés à mourir par apoptose. Toutefois, la signalisation Notch n’a pas influencé la génération de LTm. De façon très intéressante, l’expression des récepteurs Notch influence la production d’IFN- en fonction du contexte d’activation. En effet, suite à une infection avec Lm, l’absence des récepteurs Notch n’affecte pas la production d’IFN- par les LTe, alors qu’elle est diminuée suite à une immunisation avec des CD suggérant un rôle dépendant du contexte pour la voie de signalisation Notch. Nos résultats permettent une meilleure compréhension des signaux fournis par les différentes CPA et de la voie de signalisation Notch, donc des mécanismes moléculaires régulant la différenciation des LT CD8+ lors de la réponse immunitaire, ce qui pourrait ultimement permettre d’améliorer les stratégies de vaccination. / Following an infection with a pathogen, antigen-specific naive CD8+ T lymphocytes (Tn) will proliferate and differentiate into effector (Te) cells. Those Te cells will produce different cytokines and acquire a cytotoxic activity, leading to pathogen clearance. Only 5 to 10 % of Te cells will survive and differentiate into memory CD8+ T lymphocytes (Tm) able to respond rapidly following a second encounter with the same pathogen, contributing to the success of vaccination. However, the mechanisms regulating Te and Tm cells development remain incompletely understood. To better understand the signals required for CD8+ T lymphocytes during an immune response, we proposed two hypotheses. First, we propose that different antigen presenting cells (APCs) can deliver different signals to CD8+ T lymphocytes at the time of priming leading to different outcome. Given their potential for use in immunotherapy, we compared the ability of CD40 activated B lymphocytes (CD40-B) and dendritic cells (DCs) to activate CD8+ T lymphocytes. We have shown that CD40-B cell immunisation leads to an effector response but very few Tm cells are generated compared to DC immunisation. The Te cells generated following CD40-B cell immunisation are functional because they secrete cytokine, are cytotoxic and control a Listeria monocytogenes (Lm) infection. We propose that CD40-B cells secrete less cytokines and interact during shorter period of time with the CD8+ T lymphocytes, without engulfment, contributing to the decreased Tm generation observed following immunisation with CD40-B cells. Second, among the signals provided by APC at the time of CD8+ T lymphocyte priming, we have hypothesised that the Notch signalling pathway influences Te and Tm cell differentiation by inducing a particular genetic program. Using an in vitro system, we first studied the role of the Notch signalling pathway in the hours following CD8+ T lymphocyte priming. We demonstrated that Notch signalling directly regulates PD-1 expression. Then, studying mice where Notch1 and Notch2 receptor genes are deleted only in mature CD8+ T lymphocytes, we characterised the role of the Notch signalling pathway on Te and Tm differentiation during an immune response. Our results show that following Lm infection or a DC immunisation, the Notch signalling pathway promotes the differentiation of short lived effector cells Te cells (KLRG1highCD127low) meant to die by apoptosis. However, the Notch signalling pathway did not influence the generation of CD8+ Tm cells. Most interestingly, IFN- regulation by the Notch signalling pathway depends on the activation context. Indeed, following Lm infection, lack of Notch receptors does not impact IFN- secretion by Te cells while it is significantly decreased following a DC immunisation suggesting a context dependant role for the Notch signalling pathway. Our findings provide a better understanding of the key signals provided by APC as well as the Notch signalling pathway, and thus the molecular mechanisms leading to CD8+ lymphocyte effector and memory generation which is crucial as this knowledge may ultimately lead to improved vaccination.

All viruses encode for at least one viral interferon (IFN) antagonist, which is used to subvert the cellular IFN response, a powerful antiviral innate immune response. Numerous in vitro and in vivo studies have demonstrated that IFN antagonism is crucial for virus survival, suggesting that viral IFN antagonists could represent promising therapeutic targets. This study focuses on Respiratory Syncytial Virus (RSV), an important human pathogen for which there is no vaccine or virus-specific antiviral drug. RSV encodes two IFN antagonists NS1 and NS2, which play a critical role in RSV replication and pathogenicity. We developed a high-throughput screening (HTS) assay to target NS2 via our A549.pr(ISRE)GFP-RSV/NS2 cell-line, which contains a GFP gene under the control of an IFN-stimulated response element (ISRE) to monitor IFN- signalling pathway. NS2 inhibits the IFN-signalling pathway and hence GFP expression in the A549.pr(ISRE)GFP-RSV/NS2 cell-line by mediating STAT2 degradation. Using a HTS approach, we screened 16,000 compounds to identify small molecules that inhibit NS2 function and therefore relinquish the NS2 imposed block to IFN-signalling, leading to restoration of GFP expression. A total of twenty-eight hits were identified; elimination of false positives left eight hits, four of which (AV-14, -16, -18, -19) are the most promising. These four hit compounds have EC₅₀ values in the single μM range and three of them (AV-14, -16, -18) represent a chemically related series with an indole structure. We demonstrated that the hit compounds specifically inhibit the STAT2 degradation function of NS2, not the function of NS1 or unrelated viral IFN antagonists. At the current time, compounds do not restrict RSV replication in vitro, hence hit optimization is required to improve their potency. Nonetheless, these compounds could be used as chemical tools to determine the unknown mechanism by which NS2 mediates STAT2 degradation and tackle fundamental questions about RSV biology.