Le cancer de la prostate (CaP) est actuellement le cancer le plus fréquent en France et constitue l'une des principales causes de décès par cancer chez l'homme dans les pays industrialisés. Un tiers des patients avec un CaP à priori localisé auront déjà des micro-métastases au moment du traitement local. Ces patients qui répondent dans un premier temps à la castration (hormonothérapie) seront cependant en échappement hormonal dans les 2 ans qui suivent. Récemment, plusieurs essais cliniques de phase III ont rapporté un gain de survie avec la chimiothérapie à base de docétaxel dans les CaPs métastatiques résistants à la castration. Néanmoins, la survie n'est prolongée que de 2 ou 3 mois et de nouvelles approches thérapeutiques ciblant des voies de signalisation spécifiques sont donc nécessaires. Les travaux réalisés au cours de cette Thèse ont permis tout d'abord de montrer, grâce à l'utilisation de TMAs, que la surexpression de TP53INP1, une protéine de réponse au stress, était un facteur de mauvais pronostic dans le CaP, prédictif notamment du risque de rechute biologique. Nous avons ensuite pu montrer grâce à des xénogreffes de cellules tumorales (LNCaP) que les taux d'ARNm de TP53INP1 diminuaient durant l'hormonothérapie et que TP53INP1 était de nouveau significativement surexprimée dans les tumeurs résistantes à la castration. Nous avons développé et déposé un brevet pour un oligonucléotide antisens (ASO) inhibant TP53INP1. Le traitement in vitro des lignées cellulaires hormonosensibles LNcaP et hormono-résistantes C4-2 par l'ASO induit une diminution d'expression de la protéine TP53INP1, inhibe la prolifération cellulaire et induit une augmentation de l'apoptose. / Prostate cancer (PC) is the most common malignancy in France and one of the most frequent leading causes of cancer-related death in men in industrialized countries. Even with aggressive screening, approximately one-third of patients believed to have localized PC will already have micro-metastatic disease at the time of definitive local therapy. These patients initially respond to androgen ablative therapy, but with time, their tumors ultimately become unresponsive and recur within 2 years as castration-resistant prostate cancer (CRPC). Recently, docetaxel-based regimens have shown improved survival in men with CRPC in phase III studies. However, the median overall survival was prolonged for only 2-3 months, and thus development of new therapeutic approaches that target relevant signaling pathways are essential to restore the androgen-sensitivity of CRPC. We showed, using tissue micro-array (TMA) analysis, that over-expression of Tumor Protein 53-Induced Nuclear Protein 1 (TP53INP1), a cell stress response protein, is a worse prognostic factor in PC, particularly predictive of biological cancer relapse. We also we found that TP53INP1 protein expression decreases during castration therapy (CT) and significantly increases in human CRPC. TP53INP1 mRNA was also significantly increased in castration-resistant (CR) tumors of LNCaP xenograft compared to the castration-sensitive (CS) taken before CT. We developed and world-wide patented one antisense oligonucleotide (ASO) targeting TP53INP1 (PCT/IB2011/054555). Treatment of LNCaP and C4-2 cells in vitro with TP53INP1 ASO downregulates TP53INP1 protein level, inhibits proliferation and induces apoptosis.

Background: Prostate Cancer (PC) is a common and highly variable disease. Using current diagnostic methods, the prostate specific antigen (PSA) blood test and histological grading of prostate tissue needle biopsies, it is often difficult to evaluate whether the patient has a PC that requires active treatment or not. The absolute majority of all 10,000 cases of PCs diagnosed annually in Sweden have tumours graded as Gleason score (GS) 6-7 and a PSA value in blood below 10. Many of these are harmless and can be left without active treatment and hence spared problematic post-therapy side-effects, others are highly malignant and require early diagnosis and treatment. Better prognostic markers are needed and the aim of this study was to evaluate prognostic markers and to test if these markers could identify patients with indolent tumours. Methods: We have studied tumour material from 419 men consecutively diagnosed with PC at transurethral resection (1975-1990). The majority of these patients (295) had no metastasis at diagnosis and was not given any curative treatment and only hormonal treatment upon symptoms from metastatic progression. Standard histological sections and tissue microarrays (TMA) from these tumours and surrounding normal prostate tissue were stained and evaluated for cell proliferation (Ki67), blood vessels (endoglin and von Willebrand factor, vWf) and the extracellular matrix component hyaluronan (HA). An orthotopic rat PC model was used to explore hyaluronan staining, hyaluronic acid synthase (HAS)-1 mRNA levels and the effect of local HA treatment on tumour growth. Results: Tumour cell proliferation (Ki67) and the density of intra-tumoural endoglin stained blood vessels were independent prognostic markers (i.e. they added prognostic information to the conventional prognostic markers; clinical stage and GS). None of the GS 6 patients with low staining for both Ki67 and endoglin died of PC within 15 years of follow-up. High HA staining in the tumour epithelium and stroma was a negative prognostic marker of cancer specific survival but they were not independent of GS. High HA staining and high vascular density in the stroma of the surrounding morphologically normal prostate were prognostic for short cancer specific survival. Implantation of tumour cells in the normal rat prostate resulted in an increase in HA and HAS-1 mRNA levels in the prostate tissue surrounding prostate tumours. Concurrently intra-prostatic injection of HA also stimulated tumour growth. Conclusions: By evaluating both tumour cell proliferation (Ki67) and vascular density, it is possible to identify patients with very low risk of cancer specific death in the absence of active treatment. Prostate tumours influence the surrounding non-malignant prostate tissue, for example they cause an increased angiogenesis and synthesis of hyaluronan. Such responses can possibly be used to diagnose PC and to evaluate PC aggressiveness.

Le cancer de la prostate est le cancer le plus fréquemment diagnostiqué et la troisième cause de mortalité liée au cancer chez les hommes au Canada. Un quart des patients diagnostiqués développeront une forme plus agressive de ce cancer. Bien que nous possédions plusieurs indices cliniques pronostiques dans les cancers localisés (score de Gleason, taux sérique d’antigène prostatique spécifique (APS), stade, etc.), ceux-ci sont insuffisants pour adéquatement distinguer les patients à faible risque de progression de ceux à haut risque. A ce jour, aucun biomarqueur pronostique n’est encore utilisé en clinique. Les cliniciens ont donc besoin de nouveaux outils plus efficaces pour stratifier ce cancer et pour s’assurer d’adapter au mieux le traitement à chaque patient. En nous basant sur la littérature et sur des études préliminaires (cohortes de moins de 65 patients), notre hypothèse est que les protéines PUMA-NOXA et les récepteurs membranaires de la famille ERBB seraient, lorsqu’utilisés en combinaison, des biomarqueurs prédictifs de la progression du cancer de la prostate. Les objectifs de cette thèse sont : 1) identifier et valider de bons anticorps pour chaque biomarqueur d’intérêt, 2) définir les niveaux d’expression de chaque biomarqueur sur une cohorte de 285 patients, et 3) établir les corrélations entre les niveaux d’expression et les données cliniques des patients. Dans l’optique d’une utilisation en clinique, des anticorps de type monoclonal ont été choisis pour identifier les biomarqueurs d’intérêts. Ces anticorps ont été testés et validés pour leur spécificité par immunobuvardage de type western blot et par immunofluorescence. La localisation de la protéine d’intérêt a été validée sur des échantillons de tissus de patients suivie de l’optimisation du multi-marquage sur les cellules épithéliales et basales. Après perfectionnement de l’analyse d’images, nous avons montré qu’une expression extrême (faible ou forte) de PUMA couplée à une forte expression de NOXA dans les glandes bénignes est associée à la rechute biochimique des patients. La présence de ces biomarqueurs dans les glandes bénignes permet d’envisager d’améliorer l’identification lors des premières biopsies des patients se qualifiant pour la surveillance active. Par ailleurs, le suivi de l’expression des récepteurs de la famille ERBB dans les glandes tumorales permet une stratification des patients atteints d’un cancer de la prostate en fonction des risques de rechute biochimique, de développement de métastases et de mort liée au cancer. Ainsi, les patients présentant la combinaison d’une forte expression de EGFR et d’une faible expression de ERBB3 sont les plus susceptibles de mourir spécifiquement de leur cancer de la prostate, en particulier si les cellules tumorales présentes en plus une faible expression de ERBB2 entrainant un fort risque de développer des métastases. Mon projet de doctorat aura donc permis d’identifier et de valider des biomarqueurs d’intérêt pour prédire l’évolution du cancer de la prostate et démontrer l’intérêt de suivre ces biomarqueurs en combinaison afin d’obtenir une meilleure stratification des patients. Ces résultats devront être validés sur une cohorte indépendante et multicentrique en vue de fournir aux cliniciens un plus grand nombre d’outils pour leur permettre de réaliser une stratification fine des patients atteints d’un cancer de la prostate, et ouvrirait la voie à de nouvelles stratégies thérapeutiques plus ciblées. / Prostate cancer is the most frequently diagnosed cancer and the third leading cause of cancer-related death in men in Canada. A quarter of patients will develop a more aggressive form of this cancer. While there are several clinical prognostic variables for localized prostate cancer (Gleason score, prostate specific antigen (PSA) levels, stage, etc.), these are insufficient to adequately distinguish between low and high-risk of progression cases. As a result, clinicians need new, more effective tools to stratify this cancer and to ensure that treatments are best tailored to each patient. To date, no prognostic biomarker has yet been used clinically. Based on the literature and preliminary studies of small cohorts (less than 65 patients), we hypothesize that the protein expression of PUMA-NOXA and ERBB family members could help with the prediction of prostate cancer progression. The objectives of this thesis are: 1) to identify and validate antibodies for each biomarker of interest, 2) to define the expression levels of each biomarker on a 285 patient cohort, 3) to evaluate the correlation between marker expression levels and patient clinical data. For clinical use, monoclonal-type antibodies were chosen to identify the biomarkers of interest. These antibodies were validated for specificity by western blot and immunofluorescence techniques. The localization of the protein of interest was further identified within samples of patient tissues and additional optimization involving combinatorial staining for epithelial and basal cells. After refining the imaging and statistical analysis of PUMA and NOXA in benign glands, we found that extreme (weak or strong) PUMA expression coupled with high NOXA expression was associated with biochemical relapse. In addition, these proteins have significant potential for predicting disease evolution based on the initial radical prostatectomy sample. The presence of these proteins in benign glands would allow the identification of patients less suitable for active surveillance. Additionally, statistical analysis of ERBB family receptors in tumor glands, when used alone, allow stratification of prostate cancer patients for the prediction of biochemical relapse, development of metastases and also specific death from prostate cancer. Moreover, patients expressing a combination of high EGFR expression and low ERBB3 expression are at high risk of biochemical relapse and are at higher risk of prostate cancer specific mortality. In addition, coupling this high EGFR – low ERBB3 combination to a low ERBB2 expression helps classify patients at high risk of developing metastases. My doctoral research project will have made it possible to identify and validate biomarkers of interest for predicting the progression of prostate cancer and demonstrating the interest of combining these biomarkers in order to achieve better stratification of patients with prostate cancer. In the context of clinical utility, these results need to be validated on an independent and multicenter cohort in order to confirm these findings. This would eventually provide clinicians with a greater number of tools at their disposal to correctly anticipate patient trajectories and possibly identify new therapeutic targets for the control of the disease.

In dieser Arbeit wurde eine neue Markierungsstrategie von Antikörpern mit dem Markierungsreagenz MeCAT (Metal Coded Tag) unter physiologischen Reaktionsbedingungen, sowie deren Anwendung in einem 8-fach Multiplex-Immunoassay von in Formalin-fixierten und in Paraffin-eingebetteten Gewebeschnitten entwickelt. Für eine aussagekräftige LA-ICP-MS Detektion von MeCAT-modifizierten Antikörpern, wurde eine Standardisierung für biologische Proben auf NC-Membranen, basierend auf einer homogenen Aufbringung eines internen Standards und Kalibrierstandards durch einen kommerziell verfügbaren Tintenstrahldrucker entwickelt und mit der ICP-MS Analyse von Lösungen evaluiert. Die LA-ICP-MS wurde in zwei 8-fach Multiplex-Immunoassays von Tissue Micro Arrays vom Prostatakarzinom und in Maushirngewebeschnitten zur Einschätzung von neurogenerative Erkrankungen erfolgreich eingesetzt werden. Es konnte hierbei gezeigt werden, dass das Nachweisvermögen, der hier entwickelten Methode bereits ausreicht, um die gängigen klinischen Biomarker mit guter Ortsauflösung nachzuweisen. / In this work a new tagging strategy of antibodies with the tagging reagent MeCAT (Metal Coded Tag) was developed under physiological reaction conditions. Their application was proved in an 8-fold multiplex immunoassay of formalin-fixed and paraffin-embedded tissue sections. For a significant LA-ICP-MS detection of MeCAT tagged antibodies standardization for biological samples owere developed. The standardization based on a homogeneous deposition onto the NC membrane via conventional CD-ink-jet printer was validated in addition with the ICP-MS analysis of solutions. The internal standardization of LA-ICP-MS was successfully applied in two 8-fold multiplex immunoassays for Tissue Micro Arrays (TMA) of prostate cancer and for detection of biomarkers for neurodegenerative diseases in mouse brain tissue sections. In both examples it could be shown that the detection capability of the new tagging strategy in combination with the printing standardization allows the detection of the clinical biomarker with good spatial resolutions.