FLIP (FLICE inhibitory protein) est une protéine anti-apoptotique qui a des identités de séquence partagées avec la protéine pro-apoptotique caspase-8. FLIP se trouve en compétence avec caspase-8 pour se fixer sur la protéine adaptatrice FADD, ce qui empêche l’activation de caspase-8 bloquant ainsi l'apoptose. Lors du développement des molécules interférant avec des protéines anti-apoptotiques, la recherche d'inhibiteurs de la protéine FLIP qui est surexprimée dans un très grand nombre de cancers, a échoué. Cela s'explique en partie par le fait que peu d'information structurelle de FLIP est actuellement disponible TRAIL est une cytokine de la famille TNFα. Elle est décrite pour activer des voies de signalisation conduisant à la mort cellulaire par apoptose. TRAIL a montré un grand intérêt dans la thérapie anticancéreuse, grâce à sa capacité d’induire la mort des cellules tumorales sans aucun effet sur les cellules normales. Cependant, l’efficacité de TRAIL est limitée par plusieurs mécanismes moléculaires. Un de ces mécanismes est la surexpression de FLIP qui fait compromettre l’utilisation thérapeutique de TRAIL. Le but principal de ce projet est de développer des nouvelles molécules capables d’inhiber la protéine FLIP dans les cellules tumorales, sans aucun effet sur la protéine homologue caspase-8. Après modélisation des protéines FLIP et caspase-8 sur la base de la structure cristallographique de FLIP viral et FADD respectivement, des premières expériences d’ancrage ou “docking” utilisant une banque de composés chimiques du «National Cancer Institute NCI » ont été réalisées. Les 9 molécules les plus intéressantes, étant comme sélectives pour FLIP et non caspase 8, ont été sélectionnées et testées sur des lignées de cancer de poumons surexprimant la protéine FLIP. Une co-administration de chacune des molécules inhibitrices de FLIP avec TRAIL a été faite pour vérifier la restauration de la voie apoptotique dans les cellules cancéreuses. Un test moléculaire de « Pull down assay » a été fait afin de confirmer l’inhibition de l’interaction de FLIP avec FADD. Finalement, l’évaluation de l’activité enzymatique des caspases a été étudiée pour vérifier la réactivation de la voie apoptotique après la combinaison de TRAIL avec les inhibiteurs de c-FLIP. En conclusion, la combinaison de TRAIL avec les inhibiteurs de FLIP aboutit à la restauration de la voie apoptotique dans des cellules cancéreuses. Ces composés nouvellement identifiés, peuvent servir ultérieurement comme des potentiels éléments des stratégies utilisées dans le domaine du traitement du cancer. / FLIP (FLICE Inhibitory Protein) is an anti-apoptotic protein which shares sequencesimilarity with the pro-apoptotic protein caspase-8. FLIP competes with caspase-8 for binding to the adaptor protein FADD (Fas-associated death domain), thus it inhibits caspase-8 activation, thereby blocking apoptosis. During the development of molecules interfering with anti-apoptotic proteins, searching for inhibitors of FLIP protein which is overexpressed in a very large number of cancers, has failed. This is partly due to the fact that little FLIP structural information is available at present. TRAIL is a member of TNFα superfamily. It has been described to activate the apoptotic signaling pathways. TRAIL showed great interest in anti-cancer therapy, due to its ability to induce tumor cell death without any effect on normal cells. However, the efficacy of TRAIL is limited by several molecular mechanisms. One of these mechanisms is the overexpression of FLIP which is able to compromise the therapeutic use of TRAIL. The main goal of this project is to develop novel inhibitory molecules able to interfere with FLIP in tumor cells without any effect on the homologous protein caspase 8. After the construction of FLIP and caspase-8 proteins on the basis of the crystallographic structure of the viral FLIP and FADD respectively, the first docking experiments using a chemical library of the National Cancer Institute NCI have been carried out. The most interesting molecules, being selective for FLIP versus caspase 8, were selected and tested on lung cancer cell lines that overexpress FLIP protein. Co-administration of FLIP inhibitors with TRAIL was performed to verify the restoration of the apoptotic pathway in cancer cells. A molecular test of "Pull down assay" was done in order to confirm the inhibition of the FLIP/FADD interaction. Finally, the evaluation of caspases activity was carried out to confirm the reactivation of the apoptotic machinery after TRAIL/FLIP-inhibitors combination. In conclusion, the combination of TRAIL with FLIP inhibitors resulted in apoptosis restoration in resistant tumor cells. These newly identified compounds may serve later as potential elements in cancer treatment field.

La plupart des traitements anticancéreux, comme la chimiothérapie ou la radiothérapie, sont cytotoxiques et causent des dommages à l'ADN dans le but d’induire la mort des cellules tumorales. Cependant, l’efficacité d’activité de réparation de l'ADN des tumeurs entraine des résistances intrinsèques et acquises aux traitements. L'une des étapes précoces de la réparation de l’ADN est le recrutement de protéines au niveau du site de dommage. Ce recrutement est coordonné par une cascade de modifications et est contrôlé par des protéines senseurs telles que la protéine kinase ADN dépendante (DNA-PK) et / ou la poly (ADP- ribose) polymérase (PARP). Dans ce manuscrit, nous avons identifié et caractérisé le mécanisme d'action de petites molécules d'ADN (les siDNA), mimant des cassures double brin (appelé Dbait) ou simple brin (appelé Pbait), dans l’inhibition des voies de réparation des cassures simple brin (SSBR/BER). Nous démontrons que les molécules Dbait recrutent et activent à la fois PARP et DNA-PK, contrairement aux molécules Pbait qui ne recrutent que la PARP. L'étude comparative de ces deux molécules permet d'analyser les rôles respectifs des deux voies de signalisation: les deux molécules recrutent les protéines impliquées dans la voie de réparation des cassures simple brin (comme PARP, PCNA et XRCC1) et empêchent leurs recrutements aux niveaux des lésions chromosomiques. Les molécules Dbait inhibent par ailleurs le recrutement des protéines impliquées dans la voie de réparation des cassures double brin (NHEJ et HR). Pbait et Dbait désorganisent la réparation de l’ADN et sensibilisent les cellules tumorales aux traitements. L’inhibition de la réparation des cassures simple brin semble dépendre d’un piégeage des protéines directement sur les siDNA ou indirectement sur les polymères PAR. L’inhibition des voies de réparation des cassures double brin (DSB) semble par contre se faire de façon indirecte ; cette inhibition résulterait plutôt de la phosphorylation des protéines de réparation des DSB de part l’activation de DNA-PK. Les molécules Dbait et Pbait induisent un effet de létalité synthétique des cellules tumorales BRCA mutées. Cependant, la mutation BRCA semble être suffisante mais non nécessaire pour induire la sensibilité des cellules tumorales aux traitements Dbait. En effet, nous avons démontré que les molécules Dbait peuvent aussi sensibiliser les cellules ne présentant pas de mutation BRCA mais ayant toutefois une forte instabilité génétique. Nous avons trouvé une corrélation entre le niveau basal de protéines de réparation de l'ADN (ɣH2AX, PARP et PAR), le taux basal de cassures à l’ADN, la présence de micronoyaux (MN) et la sensibilité des cellules tumorales au traitement Dbait. Nous avons émis l’hypothèse que cette instabilité génétique, déterminé par la quantification de MN dans des biopsies tumorales, pourrait être un biomarqueur prédictif de l’effet du Dbait, non seulement dans les cancers du sein, mais aussi dans les glioblastomes, les mélanomes, les mélanomes uvéaux et les cancers du côlon. / Most conventional cancer treatments, such as chemotherapy or radiotherapy, are cytotoxic and cause DNA damages in the tumoral treated cells, which ultimately lead to their death. However, several intrinsic and acquired resistances of tumors to these treatments are due to the tumor efficient DNA repair activities. One of the major early steps of DNA repair is the recruitment of repair proteins at the damage site and this is coordinated by a cascade of modifications controlled by sensor proteins such as DNA-dependent protein kinase (DNA-PK) and/or poly (ADP-ribose) polymerase (PARP). In this manuscript, we identify and characterize the mechanism of action of short interfering DNA molecules (siDNA), mimicking double-strand breaks (called Dbait) or single-strand breaks (called Pbait) in Single Strand Break Repair pathway (SSBR/BER) inhibition. We demonstrate that Dbait bound and induced both PARP and DNA-PK activities, whereas Pbait acts only on PARP. The comparative study of the two molecules allows analysis of the respective roles of the two signaling pathways: both molecules recruit proteins involved in single-strand break repair (such as PARP, XRCC1 and PCNA) and prevent their recruitment at chromosomal damage. Dbait, but not Pbait, also inhibits recruitment of proteins involved in double-strand break (DSB) repair. By these ways, Pbait and Dbait disorganized DNA repair, thereby sensitizing cells to treatments. SSB repair inhibition depends upon a direct trapping of the main proteins on both molecules and an indirect trapping in PAR polymers. DSB repair inhibition may be indirect, resulting from the phosphorylation of DSB repair proteins by activated DNA-PK. The DNA repair inhibition by both molecules is confirmed by their synthetic lethality with BRCA mutations tumoral cell lines. However, BRCA mutation could be sufficient but not necessary to induce breast cancer cell lines and tumors sensitivity to Dbait treatment. In fact, we demonstrate that Dbait molecules could also have a stand-alone effect in BRCA wild type cells with a high genetic instability. We found a correlation between DNA repair proteins basal level (ɣH2AX, PARP and PAR), DNA break basal level, presence of micronucleus (MN) and tumoral cell lines sensitivity to Dbait treatment. We hypothesis that this genetic instability, determined by MN in tumor biopsies, could be a predictive biomarker of Dbait stand-alone effect, not only in breast cancer treatment, but also in glioblastoma, melanoma, uveal melanoma and colon cancer treatment.