L’équilibre rédox entre les niveaux des espèces réactives de l’oxygène et de l’azote (ROS, RNS) et les espèces antioxydantes cellulaires est déterminant pour le fonctionnement normal de la cellule et sa viabilité. Le déséquilibre redox ou « stress oxydant » peut altérer les voies de signalisation cellulaires et générer des dommages sur les protéines, les lipides et l’ADN des cellules. Il est ainsi associé à de nombreuses pathologies, notamment les cancers. Les cellules cancéreuses présentent une dérégulation redox importante et un stress oxydant basal intrinsèque plus élevé par rapport aux cellules normales. Elles sont donc très dépendantes des systèmes antioxydants pour leur viabilité. Ainsi, l’administration de drogues qui i) génèrent des ROS / RNS additionnelles ou ii) inhibent les systèmes antioxydant cellulaires, permet une cytotoxicité sélective contre les cellules cancéreuses. C’est la base biologique de la « thérapie anticancéreuse basée sur la modulation de l’équilibre redox». Dans ce contexte, nos travaux ont pour but de décrypter les mécanismes redox derrière l’activité anticancéreuse de la vitamine C (VitC) et de l’auranofin (AUF), seuls ou en combinaison, dans le modèle du cancer du sein. La VitC à des concentrations pharmacologiques élevées présente des propriétés pro-oxydantes. Dans cette étude, l’activité anticancéreuse de la VitC contre les lignées du cancer du sein est associée à une génération extracellulaire et intracellulaire de peroxyde d'hydrogène (H₂O₂) accompagnée d'une oxydation intracellulaire du glutathion (GSH). L’approche protéomique «redoxome» a révélé que la VitC induit une altération de l'état rédox d’enzymes antioxydantes clés et d'un certain nombre de protéines contenant des cystéines, impliquées dans les métabolismes de l’ARN et l’ADN et dans les processus énergétiques. La VitC est également responsable d’un retard dans la progression du cycle cellulaire et d’une inhibition de la traduction. Finalement, des analyses bioinformatiques ont montré que les niveaux d'expression de la peroxiredoxine 1 (PRDX1) sont corrélés à la cytotoxicité différentielle de la VitC dans les cellules cancéreuses du sein. L'AUF, un antirhumatismal, est un inhibiteur des thiorédoxines réductases qui a reçu une attention croissante pour son activité anticancéreuse. Nos travaux montrent que l’AUF inhibe également le système antioxydant du GSH et que cette inhibition est primordiale pour son activité anticancéreuse. L’AUF modifie l'état redox de nombreuses protéines impliquées dans la prolifération et le cycle cellulaire, et provoque une déplétion des dNTPs et un arrêt du cycle cellulaire. De façon remarquable, nous avons démontré que la combinaison de l’AUF et de la VitC présente une cytotoxicité accrue, synergique, médiée par H₂O₂ dans les cellules MDA-MB-231 et d'autres lignées cellulaires du cancer du sein sans trop affecter les cellules normales. In vivo, l’efficacité de la combinaison AUF/VitC a été validée sur des xénogreffes de MDA-MB-231 chez les souris sans présenter une toxicité notable, tandis que l'administration de l’AUF ou de la VitC en monothérapie n’inhibe pas la croissance tumorale. Enfin, les analyses protéomiques, bioinformatiques et fonctionnelles ont identifié la prostaglandine réductase 1 (PTGR1) comme biomarqueur prédictif de la réponse des cellules cancéreuses du sein à la combinaison AUF/VitC. En résumé, ces résultats contribuent à une meilleure compréhension des mécanismes anticancéreux de la VitC et de l'AUF, seuls et en combinaison. En particulier, la combinaison de ces deux médicaments disponibles et non toxiques pourrait être efficace contre le cancer du sein triple négatif et potentiellement d'autres cancers présentant des propriétés redox similaires. Ainsi, une évaluation préclinique et clinique de ces traitements ouvrira la voie à des nouvelles thérapies anticancéreuses basées sur la modulation de l’équilibre redox cellulaire. / Reactive oxygen and nitrogen species (ROS, RNS) homeostasis and intracellular reductive/oxidative (redox) dynamics play a key role in regulating cell fate and are critical for normal cellular functions. Oxidative stress via the disruption of redox homeostasis can lead to aberrant cell signaling and toxic oxidative damage of DNA, lipids and proteins, and is therefore associated with human pathologies such as cancers. Cancer cells experience extensive redox deregulation and generally exhibit higher intrinsic basal oxidative stress than normal cells, as a consequence, they are more dependent on their antioxidant systems for survival. Thus, the administration of a drug generating additional ROS / RNS or inhibiting cellular antioxidant systems will exert a selective cytotoxicity towards cancer cells while sparing their normal counterparts. This is the biological basis for « redox-based anticancer therapy ». The work described here aims to investigate the redox-based anticancer activity of vitamin C (VitC) and auranofin (AUF), as single drugs or in combination, in breast cancer model. VitC at high pharmacological concentrations shows pro-oxidant properties. In this study, we showed that VitC anticancer activity against breast cancer cell lines was associated to extracellular and intracellular generation of hydrogen peroxide (H₂O₂), accompanied by the oxidation of intracellular glutathione (GSH). A “redoxome” proteomics approach revealed that VitC induces alterations of the redox state of key antioxidant enzymes and a number of cysteines-containing proteins including many proteins involved in RNA and DNA metabolisms and energetic processes. Cell cycle arrest and translation inhibition are associated with VitC-induced cytotoxicity. Finally, bioinformatics analysis and biological experiments identified that peroxiredoxin 1 (PRDX1) expression levels correlate with VitC differential cytotoxicity in breast cancer cells. AUF, an antirheumatic drug and known inhibitor of thioredoxin reductases, has been repurposed recently as a potent anticancer drug. We showed that AUF acts on both the thioredoxin and GSH systems and its impact on GSH system is essential for its anticancer activity. AUF alters the redox state of a number of nucleic acid-binding proteins involved in cell proliferation, cell division and cell cycle, triggering dNTP depletion and cell cycle arrest. Importantly, we observed that the combination of AUF and VitC reveals a synergetic and H₂O₂-mediated cytotoxicity towards MDA-MB-231 cells and other breast cancer cell lines without much impact on normal cells, thus decreasing the cytotoxic concentrations of AUF or VitC single drug. The anticancer potential of AUF/VitC combinations was validated in vivo on MDA-MB-231 xenografts in mice without notable side effects, while administration of AUF or VitC as a single agent failed to suppress tumor growth. Finally, SILAC proteomics, bioinformatics analysis, and functional experiments linked prostaglandin reductase 1 (PTGR1) expression levels with breast cancer cell response to AUF/VitC combination, thus identifying a potential predictive biomarker. Overall, these results provide new insights into the anticancer mechanisms of VitC and AUF, as single drugs and in combination. In particular, this combination of two non-toxic and commonly available drugs could be efficient against triple-negative breast cancer and potentially other cancers with similar redox properties. Further assessment in preclinical and clinical studies of these drugs and combinations could open new avenues for redox-based anticancer therapy.

Depuis le début des années 2000, les traitements anticancéreux oraux (TAO) sont en développement croissant, notamment dans le cancer du sein. Ils permettent aux patients la prise de comprimés par voie orale à domicile améliorant la qualité de vie. On estime que 10 à 34% des tumeurs du sein sur-expriment la protéine HER2 (HER2+) qui augmente le risque de métastases. Deux thérapies ciblées anti-HER2 sont actuellement disponibles : le trastuzumab, anticorps monoclonal administré par voie intraveineuse et le lapatinib, inhibiteur de tyrosine kinase administré par voie orale. D'après les recommandations de l'Agence Nationale d'Accréditation et d'Evaluation en Santé (ANAES, 2003), les TAO devraient être privilégiées par rapport aux formes intraveineuses prises à l'hôpital lorsque leur efficacité est équivalente. Dans la pratique courante des oncologues, les TAO semblent néanmoins sous-utilisées dans certains cas. En plus des freins médicaux connus (adhésion thérapeutique, gestion des effets indésirables), les TAO induisent une consommation de ressources hopitalières supplémentaires qui n'est pas valorisée dans le modèle de tarification à l'activité (T2A) des établissements hospitaliers, lequel repose sur la nature et la quantité d'activité médicale réalisée. Nous supposons que le modèle de T2A représente un frein économique à l'utilisation des TAO entrainant une disparité d'accès entre les traitements anticancéreux oraux et intraveineux. L'objectif de ce travail de thèse était donc de déterminer le rôle de la T2A dans l'accès des patients aux TAO au moyen d'une évaluation médico- économique de l'impact économique et organisationnel des TAO sur le système de soins. Une revue de littérature a permis de mettre en évidence le rôle du mode de financement des soins sur l'accès aux TAO en France et aux Etats-Unis. L'analyse des bases de données nationales hospitalières du Programme Médicalisé des Systèmes d'Information (PMSI) a permis de quantifier l'enjeu économique de la chimiothérapie pour les établissements de soins et qui représente la deuxième activité des hôpitaux en volume après l'hémodialyse. Le bénéfice lié aux séances de chimiothérapie a ainsi été estimé à 108 millions d'Euros en 2010 pour l'ensemble des établissements publics et privés en France. L'analyse a également permis de simuler le transfert d'allocation de ressources de l'hôpital vers les soins de ville induit par la substitution des séances de chimiothérapie par l'utilisation des TAO. Un modèle comparant le coût du traitement intraveineux (trastuzumab) aux TAO (lapatinib et capécitabine) dans le cancer du sein métastatique HER2+ a confirmé des coûts moindres pour les TAO (17 165€ versus 36 077€ par an et par patient) liés à une économie sur les transports médicalisés mais surtout sur les consommations hospitalières et ce, malgré un coût d'acquisition plus élevé des TAO. Malgré cet impact budgétaire négatif pour les hôpitaux, une étude de préférences (Méthode des Choix Discrets) conduite auprès d'un échantillon de 203 médecins hospitaliers et libéraux a montré que l'efficacité d'un traitement anticancéreux restait le déterminant principal de la décision thérapeutique (β=2,214, p<0,0001). L'étude a toutefois révélé que, aux stades avancés du cancer, la voie d'administration et son coût étaient également associés au choix du traitement (β=0,612, p=0,035 ;β=0,506, p<0,0001). Les résultats montrent donc que le modèle de financement de l'activité hospitalière influence le choix des modalités de traitement même si les critères d'ordre médicaux et environnementaux du patient demeurent des déterminants essentiels dans le choix du recours aux TAO (profil clinique du patient, adhésion thérapeutique, préférences du patient, environnement familial et socio-économique, conditions d'accès à l'offre de soins)

Depuis le début des années 2000, les traitements anticancéreux oraux (TAO) sont en développement croissant, notamment dans le cancer du sein. Ils permettent aux patients la prise de comprimés par voie orale à domicile améliorant la qualité de vie. On estime que 10 à 34% des tumeurs du sein sur-expriment la protéine HER2 (HER2+) qui augmente le risque de métastases. Deux thérapies ciblées anti-HER2 sont actuellement disponibles : le trastuzumab, anticorps monoclonal administré par voie intraveineuse et le lapatinib, inhibiteur de tyrosine kinase administré par voie orale. D’après les recommandations de l’Agence Nationale d’Accréditation et d’Evaluation en Santé (ANAES, 2003), les TAO devraient être privilégiées par rapport aux formes intraveineuses prises à l’hôpital lorsque leur efficacité est équivalente. Dans la pratique courante des oncologues, les TAO semblent néanmoins sous-utilisées dans certains cas. En plus des freins médicaux connus (adhésion thérapeutique, gestion des effets indésirables), les TAO induisent une consommation de ressources hopitalières supplémentaires qui n’est pas valorisée dans le modèle de tarification à l’activité (T2A) des établissements hospitaliers, lequel repose sur la nature et la quantité d’activité médicale réalisée. Nous supposons que le modèle de T2A représente un frein économique à l’utilisation des TAO entrainant une disparité d’accès entre les traitements anticancéreux oraux et intraveineux. L’objectif de ce travail de thèse était donc de déterminer le rôle de la T2A dans l’accès des patients aux TAO au moyen d’une évaluation médico- économique de l’impact économique et organisationnel des TAO sur le système de soins. Une revue de littérature a permis de mettre en évidence le rôle du mode de financement des soins sur l’accès aux TAO en France et aux Etats-Unis. L’analyse des bases de données nationales hospitalières du Programme Médicalisé des Systèmes d’Information (PMSI) a permis de quantifier l’enjeu économique de la chimiothérapie pour les établissements de soins et qui représente la deuxième activité des hôpitaux en volume après l’hémodialyse. Le bénéfice lié aux séances de chimiothérapie a ainsi été estimé à 108 millions d’Euros en 2010 pour l’ensemble des établissements publics et privés en France. L’analyse a également permis de simuler le transfert d’allocation de ressources de l’hôpital vers les soins de ville induit par la substitution des séances de chimiothérapie par l’utilisation des TAO. Un modèle comparant le coût du traitement intraveineux (trastuzumab) aux TAO (lapatinib et capécitabine) dans le cancer du sein métastatique HER2+ a confirmé des coûts moindres pour les TAO (17 165€ versus 36 077€ par an et par patient) liés à une économie sur les transports médicalisés mais surtout sur les consommations hospitalières et ce, malgré un coût d’acquisition plus élevé des TAO. Malgré cet impact budgétaire négatif pour les hôpitaux, une étude de préférences (Méthode des Choix Discrets) conduite auprès d’un échantillon de 203 médecins hospitaliers et libéraux a montré que l’efficacité d’un traitement anticancéreux restait le déterminant principal de la décision thérapeutique (β=2,214, p<0,0001). L’étude a toutefois révélé que, aux stades avancés du cancer, la voie d’administration et son coût étaient également associés au choix du traitement (β=0,612, p=0,035 ;β=0,506, p<0,0001). Les résultats montrent donc que le modèle de financement de l’activité hospitalière influence le choix des modalités de traitement même si les critères d’ordre médicaux et environnementaux du patient demeurent des déterminants essentiels dans le choix du recours aux TAO (profil clinique du patient, adhésion thérapeutique, préférences du patient, environnement familial et socio-économique, conditions d’accès à l’offre de soins) / Since the early 2000’s, oral anticancer drugs (OADs) are increasingly available especially for the treatment of breast cancer. This route of chemotherapy administration allows patients to take oral tablets at home improving their quality-of-life. We estimate that 10 to 34% of breast tumors over-express the HER2 protein (HER2+) that increases the risk of developing metastasis. Two anti-HER2 targeted therapies are currently available: trastuzumab, a monoclonal antibody administered intravenously and lapatinib, a tyrosine kinase inhibitor administered orally. According to the recommendations of the National Agency for Accreditation and Evaluation in Health (ANAES, 2003), OADs should be administered when their efficacy is equivalent to the one of intravenous forms taken at hospital. In the current practice of oncologists, OADs seem to be underused in some cases. The medical brakes to the use of OADs (i.e. adherence, management of side effects) are well known. Nonetheless, OADs induce additional hospital healthcare resources which are not taken into account in the hospital payment system that is based on the nature and the quantity of medical activities performed (i.e. per-case payment system (PPS)). We assume that the current model of PPS represents an economic barrier to the use of OADs and which induces a disparity of access between oral and intravenous cancer treatments. The objective of this thesis was to determine the role of the PPS on the patient access to OADs based on a medico-economic evaluation of the economical and organizational impacts of OADs on the health care system. A literature review has highlighted the role of the funding of care on the access to OADs in the French and US healthcare systems. From an analysis of the national hospital database (PMSI database), we have quantified the economic implications of chemotherapy administration that is the second hospital activity in volume after hemodialysis. Earnings associated with chemotherapy sessions have been estimated at 108 million Euros in 2010 for all private and public institutions in France. This analysis also allowed us to simulate the transfer of resources allocation from hospital to community setting induced by the substitution of chemotherapy sessions by the use of OADs. A model comparing the cost of intravenous anticancer drug (trastuzumab) to OADs (lapatinib and capecitabine) in the treatment of HER2+ metastatic breast cancer confirmed the lower costs for OADs (€ 17,165 versus € 36,077 per year per patient). The higher acquisition cost of OADs was offset by the cost savings in terms of medical transportation and hospital resources. Despite this negative budget impact for hospitals, a preference study (Discrete Choice Experiment) conducted among 203 physicians showed that the efficacy of cancer treatment remained the main determinant of the therapeutic decision (β=2.214, p<0.0001). The study has also revealed that, in the advanced stages of cancer, the route of administration and its associated cost was also associated with the treatment choice (β=0.612, p= 0.035; =β0.506, p<0.0001). Overall, the results show that the hospital payment system influences the choice of treatment modalities. Nonetheless, medical criterions related to the patient remain essential in the choice of using OADs (clinical profile of the patient, adherence, patient preferences, familial and socio-economic environment, and conditions of access to health care)

Les glycosides cardiotoniques sont des inhibiteurs des pompes sodium / potassium utilisés pour le traitements des insuffisances cardiaques, qui détiennent également des activités anticancéreuses et épigénétiques récemment caractérisées. Toutefois, dans l’objectif de repositionner ces médicaments comme traitement anticancéreux, les mécanismes sousjacents aux activités anticancéreuses et épigénétiques des glycosides cardiotoniques restent à être déterminés. Dans nos travaux, nous révélons que la proscillaridine A est le glycoside cardiotonique qui détient des activités anticancéreuses et épigénétiques les plus puissantes dans des lignées de cancer du côlon, de leucémies et de sarcomes pédiatrique. De plus, nous avons identifié que l’activité anticancéreuse de la proscillaridine A corrèle positivement avec le niveau d’expression protéique du proto-oncogène MYC dans un panel de 14 lignées cellulaires cancéreuses. Dans les lignées cellulaires exprimants un haut niveau de MYC telles que les lignées leucémiques, la proscillaridine A agit comme un inhibiteur de MYC et module sa stabilité protéique ainsi que la régulation transcriptionnelle et translationnelle de ces cibles. Cette inhibition est induite par la baisse significative de l’expression des enzymes épigénétiques les lysines acétyltransférases (KATs), qui contrôlent l’ajout des résidus d’acétylcoenzyme A sur les histones et sur d'autres protéines dont MYC. La baisse d’expression des KATs résultent à une baisse de l’acétylation des résidus de l’histone 3 et à une reprogrammation de l’acétylome des cellules cancéreuses surexprimant MYC. Ces changements au niveau de la chromatine induisent une reprogrammation transcriptionnelle et phénotypique des cellules surexprimant MYC, qui se traduit par une perte de la transcription des programmes oncogéniques et l’induction des programmes associés à la différenciation cellulaire. Pour finir, nous avons évalué le potentiel synergique anticancéreux et épigénétique de la proscillaridine A avec le médicament épigénétique la décitabine dans des lignées cancéreuses exprimants des niveaux différentiels de MYC. Dans une lignée résistante à la proscillaridine A et exprimant de faible niveau de MYC (lignée de cancer de côlon), la décitabine et la proscillaridine A démontrent des activités épigénétiques synergiques tandis que dans une lignée sensible à la proscillaridine A et surexprimant MYC (lignée de sarcome pédiatrique), la décitabine et la proscillaridine A démontrent des activités antiprolifératives synergiques. Dans ces travaux, nous avons donc démontré le potentiel de repositionner la proscillaridine A dans les cancers surexprimant MYC. Également, nous démontrons le potentiel synergique anticancéreux et épigénétique de la proscillaridine A avec la décitabine et nous suggérons d’étudier cette combinaison de médicaments dans les cancers plus résistants à la proscillaridine A. / Cardiac glycosides are sodium/potassium pomps’ inhibitors used for the treatment of heart failure, and whose anticancer and epigenetic activities have been recently characterized. However, in order to repurpose cardiac glycosides as anticancer drugs, mechanistic studies are required to identify the anticancer and epigenetic mechanism of actions. In our experiments, proscillaridin A exhibited the most powerful anticancer and epigenetic activities in colon cancer, leukemia, and sarcoma cell lines. Moreover, we demonstrated that in a panel of 14 cancer cell lines, proscillaridin A anticancer activities positively correlated with MYC protooncogene expression level. In high MYC expressing cell lines such as leukemia, proscillaridin A inhibited MYC expression through protein destabilization and through transcriptomic and translational regulation of MYC targets. Theses inhibitions are induced by the loss of lysine acetylatransferase (KAT) expressions, which are epigenetic enzymes controlling the addition of acetyl-coenzyme A on histones and other proteins such as MYC. KAT inhibitions are responsible for the global loss of histone 3 acetylation and acetylome reprogrammation in high MYC expressing cancer cells. These chromatin changes induced transcriptomic and phenotypic reprogrammation, defined by a loss of the transcription of oncogenic programs and the induction of cell differentiation. To finish, we evaluated the anticancer and epigenetic synergic potential of proscillaridin A in combination with the epigenetic drug the decitabine in cancer cell lines expressing different MYC levels. In a cancer cell line resistant to proscillaridin A treatments and expressing low MYC level (colon cancer cell line), the combination of decitabine and proscillaridin A demonstrated synergistic epigenetic activity although, in a cell line sensitive to proscillaridin A treatments and expressing high MYC level (sarcoma cell line), the combination of decitabine and proscillaridin A exhibited synergistic anti-proliferative activity. To conclude, we highlighted the potential of repurposing proscillaridin A as an anticancer treatment in high MYC expressing cells. Furthermore, we demonstrated the anticancer and epigenetic synergistic potential of proscillaridin A in combination with decitabine and we propose to study the drug combination in cancers that are resistant to proscillaridin A treatment.