La capacité des cellules à être invasives et métastasiques est une caractéristique fondamentale de la malignité tumorale. Nous avons récemment montré que le facteur d’ADP-ribosylation 1 (ARF1) est surexprimé dans les lignées cellulaires hautement invasives du cancer du sein et que la stimulation du récepteur au facteur de croissance épidermique (EGFR) peut activer cette isoforme pour contrôler la migration ainsi que la prolifération. Cependant, le rôle de cette GTPase dans la régulation du processus d’invasion cellulaire et les mécanismes moléculaires associés demeure inconnu. Nous avions comme objectifs dans cette thèse, de définir les voies de signalisation sous le contrôle d’ARF1 dans les cellules de cancer du sein et démontrer que l’expression et l’activation de cette GTPase est associée à un phénotype hautement invasif. Nos études démontrent que la modulation de l'expression et l'activité d’ARF1 affecte la capacité des cellules MDA-MB-231 (pour M. D. Anderson-metastatic breast-231), une ligne hautement invasive, à dégrader la matrice extracellulaire via l'activité de la métalloprotéinase MMP-9. ARF1 contrôle les deux principales structures impliquées dans l'invasion, en jouant sur la maturation d’invadopodes ainsi que la relâche de microvésicules membranaires. D’un point de vue mécanistique, l'axe de signalisation ARF1, RhoA-RhoC et la chaine légère de la myosine (MLC) explique ces phénomènes. De plus, nous démontrons que l'un des mécanismes par lequel ARF1 régule la migration est en contrôlant l'assemblage des points adhésions focaux et ce, dans plusieurs types de cellules cancéreuses du sein. ARF1, en étant un membre du complexe d’adhésion, réglemente le recrutement et l’activité de protéines clés à la β1-intégrine tels que la paxilline, la talin et la kinase d’adhésion focale (FAK). Pour finir, nous rapportons que ARF1 et ARF6 ont un rôle majeur dans la transition épithélio-mésenchymateuse. ARF1 est retrouvé fortement exprimé dans les tissus de sous-types les plus agressifs et les plus avancés de cancer du sein. Dans un modèle murin, la modulation à la baisse de l’expression d’ARF1 dans les cellules MDA-MB-231 corrèle avec la diminution de croissance des tumeurs primaires et l’installation des métastases pulmonaires. De plus, nous rapportons que la surexpression des ARF dans des cellules non invasives, les MCF7 (pour Michigan Cancer Foundation-7), permet la nidification de métastases. En effet, dans les MCF7, ARF1 contrôle l’adhésion intercellulaire via la β-caténine et l’E-cadhérine, promeut l’activation de l’oncogène Ras (pour Rat Sarcoma/ Rat Fibrosarcoma virus) et l’expression de plusieurs inducteurs de transition épithélio-mésenchymateuse comme snail et slug. De plus, ARF1 contrôle l’invasion, la prolifération cellulaire et même la résistance à certains agents chimio-thérapeutiques. Globalement, nos études identifient ARF1 comme un interrupteur moléculaire de la progression tumorale et suggèrent que la limitation de son expression/activité pourrait améliorer le devenir des patients atteints du cancer du sein. / Invasive and metastatic chapacities are fundamental features for tumor malignancy. We have recently shown that the ADP-ribosylation factor 1 (ARF1) is over-expressed in highly invasive breast cancer cell lines and stimulation of the epidermal growth factor receptor (EGFR) may activate this isoform to regulate migration and proliferation. However, the role of this GTPase in regulating cell invasion process and related molecular mechanisms remain unknown. In this thesis, we had as objectives, to define the signaling pathways under the control ARF1 in breast cancer cells and show that the expression and activation of the GTPase is associated with highly invasive phenotype. Our studies show that the modulation of the expression and activity of ARF1 affect the ability of MDA-MB-231 cells (M. D. Anderson-metastatic breast-231), a highly invasive line, to degrade the extracellular matrix via the activity of the metalloproteinase MMP-9. ARF1 controls the two main structures involved in the invasion, playing on invadopodia maturation and shedding of membrane microvesicles. The molecular mechanisms involve the regulation of RhoA and RhoC activity by ARF1 and the following downtream events associated with and the myosin light chain (MLC) phosphorylation. Furthermore, we demonstrate that ARF1 also regulates migration by controlling the assembly of focal adhesion complexes in many types of breast cancer cells. ARF1, also prensent in adhesion complexes, regulates the recruitment and activity of key proteins such as paxillin, talin and focal adhesion kinase (FAK) to β1 integrin. Finally, we report that ARF1 and ARF6 play a major role in the epithelial-mesenchymal transition (EMT). ARF1 is found highly expressed in tumor tissue of the most aggressive and advanced subtypes of breast cancer. Lowered expression of ARF1 in vivo in the MDA-MB-231 cells impars tumor growth in primary tumors and inhibits lung metastasis. We report that upregulation of the ARF in non-invasive cells, MCF7 (Michigan Cancer Foundation-7) induce metastasis nidification. Indeed, we show in MCF7 that ARF1 controls intercellular adhesion via the β-catenin and E-cadherin, promotes Ras (Rat Sarcoma/ Rat Fibrosarcoma virus) oncogene activation, and conrols expression of several epithelial-mesenchymal transition markers such as snail and slug. Moreover, we demonstrate that ARF1 controls invasion, proliferation and even resistance to certain chemo-therapeutic agents, in MCF7 cells. Overall, our studies identify ARF1, as a molecular switch of tumor progression and suggest that limiting its expression / activity could improve the outcome of breast cancer patients.

La transition épithélio-Mésenchymateuse (TEM) est un processus de plasticité cellulaire qui existe dans le développement embryonnaire et qui permet la formation des tissus et organes. Dans la cancérogénèse, ce processus est réactivé par des facteurs de transcription dont l’action implique très probablement un remodelage de la chromatine. La cartographie exacte de ces changements épigénétiques est peu connue à l’échelle du génome entier, même si il y a eu quelques études antérieures explorant les changements de quelques loci de façon bien ciblée. Ce mémoire traite du remodelage épigénétique médié par le facteur de transcription Twist1 dans un modèle de lignée mammaire immortalisée. L’architecture de ce remodelage a été cartographiée grâce à l’utilisation des techniques de haut-Débit pour analyser la méthylation de l’ADN (DREAM) et les modifications des histones (ChIPseq). Nos résultats montrent un changement majeur du méthylome pendant la TEM avec une hyperméthylation focale et une hypométhylation globale des corps des gènes prédominant au niveau des « domaines partiellement méthylés »; ces domaines sont déjà connus dans le développement pour gagner de façon concomitante à leur hypométhylation des marques d’histone répressives. Nous avons aussi observé un remodelage des domaines de l’histone répressive H3K27me3 avec une réduction de leur taille, et surtout le quasi doublement du nombre de gènes bivalents qui accompagne la transition. Le couplage de la méthylation de l’ADN avec le profil des microRNA nous a permis d’identifier le miR-203 comme l’unique microRNA régulé par méthylation de l’ADN durant la TEM; nous avons aussi montré que l’extinction épigénétique du miR-203 est requise pour la TEM et l’acquistion des propriétés de cellules souches. Enfin, nous avons réalisé une caractérisation génétique et/ou épigénétique de deux cancers rares, les carcinomes fibrolamellaires du foie et les carcinomes du rein à translocation. Pour les carcinomes fibrolamellaires du foie, nous avons décrit la nature endocrine de cette tumeur et établi une signature épigénétique basée sur la méthylation de l’ADN pouvant servir à différencier les formes histologiques appelées « pures » des formes « mixtes ». Pour les cancers du rein à translocation, nous avons montré les bases génétiques et épigénétiques de la différence entre les formes pédiatriques et adultes, avec la découverte fréquente du gain du bras chromosomique 17q dans les formes adultes. Nous avons aussi identifié une mutation récurrente dans le gène qui remodèle la chromatine INO80D appartenant à la famille INO80. En conclusion, ce travail explore le rôle de l’étude de l’épigénome pour comprendre la reprogrammation pendant les processus physiologiques comme la TEM d’une part et le cancer d’autre part. / The epithelial-Mesenchymal transition (EMT) is a process of cellular plasticity that exists in embryonic development and which allows the formation of tissues and organs. In carcinogenesis, the process is reactivated by transcription factors whose action probably involves chromatin remodeling. The exact mapping of these epigenetic changes is poorly understood genome-Wide, although there have been some previous studies exploring changes in so few well-Targeted loci. This thesis deals with the epigenetic remodeling mediated by the transcription factor Twist1 in a model of human mammary immortalized cell line. The architecture of this remodeling has been mapped through the use of high-Throughput techniques to analyze DNA methylation (DREAM) and histone modifications (ChIPseq). Our results suggest a major change in the EMT methylome with focal hypermethylation and gene body hypomethylation predominantly within "partially methylated domains"; these areas are already known in development to gain repressive histone marks concomitantly with DNA hypomethylation. We also observed landscape remodeling of repressive histone mark H3K27me3 with a reduction in domains size, and especially the almost doubling of the number of bivalent genes. The coupling of DNA methylation with the profile of microRNA has allowed us to identify miR-203 as single microRNA regulated by DNA methylation during EMT; we have also shown that epigenetic suppression of miR-203 is both required for EMT and acquisition of stem cell properties. Finally, we performed a genetic and/or epigenetic characterization of two rare cancers, named fibrolamellar hepatocellular carcinomas and translocation renal cell carcinomas. In fibrolamellar hepatocellular carcinoma, we described the endocrine nature of this tumor and established a signature based on DNA methylation which can be used to distinguish histological forms called "pure" from "mixed" fibrolamellar hepatocellular carcinomas. Regarding translocation renal cell carcinomas, we established the genetic and epigenetic basis of differences between pediatric and adult forms, characterized by frequent gain of 17q gain chromosomal arm in adults. We also identified recurrent mutations in the chromatin remodeling gene INO80D which belongs to INO80 family. In conclusion, this work explores the impact of analyzing the epigenome to understand reprogramming during physiological processes such as EMT and cancer.

La glycogénose de type Ia (GSDIa) est une maladie métabolique rare causée par un déficit en glucose-6- phosphatase (G6Pase), menant à l'absence de production endogène de glucose. Cette pathologie est caractérisée par des hypoglycémies sévères, une hépatomégalie et une stéatose hépatique ainsi qu'une néphromégalie. En absence de traitement curatif, la prise en charge de cette maladie repose actuellement sur des mesures diététiques très strictes. Cependant, des complications apparaissent avec l'âge comme le développement de tumeurs hépatiques et la progression de la néphropathie vers l'insuffisance rénale. Afin d'étudier l'évolution de cette pathologie à long terme, nous avons utilisé des modèles murins originaux présentant une invalidation du gène de la sous-unité catalytique de la G6Pase spécifiquement au niveau du foie ou des reins. Dans ce travail, nous avons démontré que la déficience en G6Pase uniquement au niveau des reins est suffisante pour entrainer le développement de la pathologie rénale de la GSDIa. Les souris déficientes en G6Pase hépatique nous ont permis de mettre en évidence les effets délétères d'une consommation modérée de fructose ou de galactose et d'une alimentation riche en lipides, de type « cafétéria », sur la pathologie hépatique de la GSDIa, en particulier sur le développement tumoral. Nous avons également démontré chez ces souris l'efficacité et l'innocuité d'un traitement par thérapie génique ciblant le foie. Le transfert de gène avec un vecteur lentiviral, permettant l'intégration du transgène au génome, semble plus efficace qu'avec un vecteur AAV pour prévenir le développement de la pathologie hépatique de la GSDIa et l'apparition des tumeurs / Glycogen storage disease type Ia (GSDIa) is a rare metabolic disease caused by glucose-6-phosphatase (G6Pase) deficiency, leading to the absence of endogenous glucose production. This pathology is characterized by severe hypoglycemia, hepatomegaly, hepatic steatosis and nephromegaly. In the absence of a curative therapy, the current treatments available consist in strict dietary management. However, various complications occur with aging, such as hepatic tumor development and progressive chronic renal disease leading to renal failure. In order to study the long term pathology development, we used original mouse models, presenting an invalidation of the gene encoding the G6Pase catalytic subunit, specifically in the liver or in the kidneys. In this work, we demonstrated that renal G6Pase deficiency alone is sufficient to induce the development of the GSDIa nephropathy. Mice with liver-specific G6Pase deficiency allowed us to highlight the deleterious effects of high-fat diet, such as « fast-food » diet, as well as moderate consumption of fructose or galactose on the hepatic GSDIa pathology, particularly on tumor development. Furthermore, we demonstrated the efficiency and innocuity of gene therapies targeting the liver in these mice. Gene transfer with a lentiviral vector, allowing transgene integration into the genome, seems to be more efficient than an AAV vector in preventing the development of hepatic GSDIa pathology and tumor formation

Au cours de la conversion métastatique des tumeurs épithéliales, les cellules tumorales acquièrent des capacités invasives/migratoires nouvelles. Ce changement phénotypique est associé au processus de TEM durant lequel les composants des jonctions serrées sont réorganisés. Parmi eux, la protéine adaptatrice sous membranaire zonula occludens (ZO)-1 est délocalisée de la membrane vers le cytoplasme et/ou le noyau où elle joue un rôle pro invasif au cours de la progression tumorale. Dans cette étude, nous nous sommes particulièrement intéressés à l’implication fonctionnelle de la fraction cyto-nucléaire de ZO-1 dans la régulation de l’expression de la chimiokine CXCL8/IL-8. In vitro, le niveau d’expression de l’IL-8 a été corrélé aux capacités invasives des cellules tumorales bronchiques et à la localisation de ZO-1. Par différentes techniques, nous avons montré non seulement que ZO-1 régule spécifiquement l’expression de l’IL-8 mais également qu’il régule la transcription du gène CXCL8 à travers l’activation du facteur de transcription NF-κB dans les cellules bronchiques et mammaires. En parallèle, l’étude de l’implication fonctionnelle de cet axe de régulation, dans des modèles ex vivo et in vivo, a mis en évidence le rôle pro-angiogénique de ZO-1 dont l’expression cyto-nucléaire dans les cancers bronchiques non-à petites cellules (CBNPC) a été corrélée avec une augmentation de la vascularisation de ces tumeurs.Ainsi, cette étude décrit le nouveau rôle de ZO-1 dans l’établissement d’un microenvironnement pro tumoral pro-angiogénique à travers sa capacité à moduler l’expression de l’IL-8 selon un mécanisme de régulation dépendant de la signalisation NF-κB. / In metastatic epithelial tumor conversion, cancer cells acquire new invasive and migratory capacities in association with epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) process. During EMT, the junctional components are reorganized and the sub-membrane scaffolding protein zonula occludens (ZO)-1 relocates from tight junctions into cyto-nuclear compartment where it displays pro-invasive functions during tumor progression. In the present study, we focused on functional involvement of cyto-nuclear pool of ZO-1 on CXCL8/IL-8 regulation. In vitro, we observed correlation between level of IL-8 protein, invasive capacities of lung cancer cells and ZO-1 location. By overexpression of various ZO members, we showed that ZO-1 controls specifically IL-8 expression and active CXCL8 gene transcription by NF-κB dependent mechanism in lung and breast cancer cells. We also reported by in vitro assays that ZO 1 activates NF-κB. Investigation of functional implication of this regulatory axis next showed the pro-angiogenic activity of ZO-1 in both ex vivo and in vivo angiogenesis assays. Finally, we founded that non-small cell lung carcinoma (NSCLC) presenting a cyto-nuclear ZO-1 pattern were significantly more angiogenic that those without detectable cyto-nuclear ZO-1 expression.Thus, this study presents a new role of ZO-1 in establishment of pro-angiogenic tumor microenvironment through its capacity to modulate IL-8 expression via an NF-κB dependent mechanism.

Les cellules cancéreuses ayant des propriétés souches, appelées cellules souches cancéreuses (CSCs), sont au sommet de l'organisation hiérarchique des tumeurs et sont soupçonnées d'être responsable des rechutes et de la formation de métastases. Cependant, nous nous sommes demandé comment ces cellules sont-elles capables de supporter le stress métabolique lié à l'oncogène et de croitre dans un environnement nutritif défavorable distinct de celui d'une tumeur établie ? Nous avons mis en évidence dans ce travail le rôle de la réponse aux glucocorticoïdes dans le contrôle de la plasticité mammaire et l'induction d'une plasticité métabolique nécessaire au maintien du potentiel tumorigène des CSCs. Nous avons montré qu'en régulant la reprogrammation cellulaire via l'induction du gène MAFB, les glucocorticoïdes contrôlent le caractère souche des cellules épithéliales malignes en activant la voie de biosynthèse des hexosamines. L'efficacité anabolique de ces cellules est alors augmentée, favorisant le développement de la tumeur et des métastases. Ensemble, nos résultats suggèrent que l'inhibition de l'activité métabolique des glucocorticoïdes pourrait être une stratégie pour éliminer les CSCs et traiter les tumeurs mammaires / Cancer cells with stemness properties - generally designated cancer stem cells (CSCs) - are at the apex of the hierarchical organisation of tumours and are believed to drive tumour recurrence and metastasis formation. However, how they perform these neoplastic activities in a nutritive environment that is distinct from the one in an established tumour is unknown. Here, we unveil the prominent role of glucocorticoid activity in the control of mammary cancer cell plasticity and the induction of metabolic pliancy necessary for the tumorigenic potential of CSCs. By regulating MAFB-dependent cell reprogramming, glucocorticoids control stemness traits in malignant epithelial cells. As an integral part of this regulation, glucocorticoids activate the hexosamine biosynthetic pathway and rewire the metabolism of CSCs. The anabolic efficiency of these cells increases then, fostering tumour and metastasis development. Together, our findings suggest that inhibition of glucocorticoid metabolic activity could be an original strategy for CSC eradication and tumour treatment

Un enjeu majeur en cancérologie est de réduire le risque de développement métastatique et de rechute. La transition épithélio-mésenchymateuse (EMT), processus physiologique au cours de l'embryogenèse, est un mécanisme central de la carcinogenèse, contribuant de façon précoce à la transformation et la dissémination des cellules tumorales via l'inhibition de la surveillance cellulaire (apoptose et senescence) et l'acquisition de capacités migratoires et invasives. Une autre caractéristique des cancers est la capacité d'échapper à la réponse immunitaire, puissante barrière anti-tumorale. Mais les cellules tumorales entretiennent des relations complexes avec le système immunitaire. Alors que la propension de l'inflammation et des cellules immunitaires innées à favoriser le développement tumoral et l'échappement immunitaire, via l'induction de l'EMT et le maintien d'un microenvironnement immuno-suppresseur, a été bien étudiée, le rôle éventuel de la réponse immunitaire adaptative dans la promotion de l'EMT est quant à lui peu connu. Grâce au développement d'un modèle murin de lignée tumorale mammaire plastique surexprimant l'oncogène Her2/Neu, ce travail démontre in vivo la capacité des cellules tumorales à subir l'EMT, induite par la réponse immunitaire médiée par les lymphocytes T. La déplétion spécifique des lymphocytes T (LT) CD4 restaure le phénotype épithélial de la tumeur, indiquant que les LT CD4 médient une réponse immunitaire induisant l'EMT. En retour, l'EMT confère aux cellules tumorales la capacité de modeler l'immunité comme le recrutement de neutrophiles. Ce travail apporte un nouvel éclairage sur les interactions entre cellules tumorales et système immunitaire / Current clinical challenge in many carcinomas is to reduce the risk of metastasis development and cancer recurrence. Epithelial-mesenchymal transition (EMT), a physiological process during embryogenesis, is a central mechanism in oncogenesis. EMT induction contributes to early transformation and dissemination through inhibition of cellular surveillance (apoptosis and senescence) and increased migrative and invasive behavior. Another necessary hallmark of cancer is the ability of tumor cells to evade immune surveillance, a powerful barrier against tumor progression. But cancer cells enjoy intricate relations with the immune system. Whereas inclination of inflammation and innate immune cells to favor tumor development and immune escape, via EMT induction and immunosuppressive microenvironment maintenance, has been well investigated, the role of adaptive immune response in EMT promotion is understudied. Based on the development of a plastic murine mammary tumor cell line model overexpressing Her2/Neu oncogene, this study demonstrate in vivo that tumor cells keep an epithelial phenotype in adaptive immunodeficient mice but undergo EMT under the pressure of T-cell mediated immune response, characterized by loss of epithelial EpCAM marker and acquisition of mesenchymal features and EMT transcriptomic signature. CD4 T cell depletion but not CD8 restores the epithelial phenotype of tumors, suggesting that CD4 T cells mediate an immune response that could lead ton EMT induction. In return, EMT confers the ability of tumor cells to shape immunity like intra-tumor neutrophil infiltration. This work shed a new light on interactions between tumor cells and immune system

En parallèle à son rôle dans l’initiation de la cascade métastatique, la transition épithéliomésenchymateuse est capable de faciliter la transformation néoplasique par le biais de mécanismes encore indéfinis. Nous avons démontré que, comme SNAIL1 et SNAIL2, l’expression de SNAIL3 est réactivée de façon aberrante dans les cancers humains, en particulier dans les carcinomes mammaires, établissant un lien entre l’ensemble des membres de la famille SNAIL et la tumorigénèse. Expérimentalement, les trois protéines SNAIL induisent une EMT avec des efficacités différentes. Ce différentiel reflète leur capacité à protéger les cellules de l’anoikis et à favoriser la prolifération dans des conditions de faible adhérence en absence d’altération oncogénique. La réversion partielle du processus d’EMT en réponse à l’expression ectopique des protéines ST14/Matriptase ou de l’E-cadhérine inhibe le potentiel oncogénique des protéines SNAIL. Nous avons donc démontré que la perte de protéines responsables du maintien de l’intégrité de l’épithélium contribue à l’activité pro-tumorale des inducteurs d’EMT / Beyond its role in initiating the metastatic cascade, cell commitment to the epithelial-to-mesenchymal transition program has been shown to facilitate neoplastic transformation, the underlying mechanisms yet remaining elusive. We herein demonstrate that likewise SNAI1 and SNAI2, the expression of SNAI3 is aberrantly reactivated in human cancers, mainly in breast carcinomas, linking all members of the SNAIL family to tumorigenesis. Experimentally, the three SNAIL proteins trigger EMT with unequal efficiencies. This differential mirrors their ability to protect cells from anoikis and to sustain proliferation in low-adherent conditions in absence of an oncogenic insult. Partial reversion of the EMT-process, achieved through forced expression of the ST14/Matriptase or E-cadherin proteins, alleviates the SNAIL oncogenic potential. We thus demonstrate that loss of epithelial integrity gatekeepers contributes to the tumor promoting activity of embryonic EMT-inducers

La fibrose pulmonaire idiopathique (FPI) est de pronostic sombre et sans traitement efficace. Elle est caractérisée par un début sous pleural et la présence de myofibroblastes responsables de la synthèse excessive de la matrice extracellulaire. La voie de signalisation du Transforming Growth Factor (TGF)-β1, facteur clé de la genèse de la fibrose et sa progression, passe par les Smads, notamment Smad4. Le TGF-β1 induit la différenciation des fibroblastes pulmonaires et des cellules épithéliales et mésothéliales en myofibroblastes. AB-crystallin est une protéine de choc thermique surexprimée dans la fibrose du foie, du rein et la fibrose vasculaire. Elle peut être induite par le TGF-β1. Dans ce travail, nous avons étudié le rôle d’αB-crystallin dans la fibrose pleurale et pulmonaire. Nous montrons qu’αB-crystallin est surexprimée dans les poumons et la plèvre de patients atteints de FPI. In vivo, dans trois modèles de fibrose pulmonaire (bléomycine, surexpression de TGF-β1 ou d’IL-1β) les souris KO pour αB-crystallin sont protégées de la fibrose avec une inhibition de la voie du TGF-β. In vitro, dans les cellules épithéliales, mésothéliales ou les fibroblastes, αB-crystallin augmente la localisation nucléaire de Smad4. En interagissant avec TIF1γ, responsable de l’export nucléaire de Smad4, elle favorise la séquestration nucléaire de Smad4 et son activité pro-fibrosante. Au contraire, son inhibition permet la formation du complexe Smad4/TIF1γ et l’export nucléaire de Smad4 inhibant son activité. Ce travail montre l’importance d’αB-crystallin dans la fibrose pleuro-pulmonaire et son rôle sur la voie du TGF-. AB-crystallin pourrait être une cible thérapeutique de la FPI. / Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) has no effective current treatment. It is characterized by a sub-pleural onset and the presence of myofibroblasts, responsible for the excessive extracellular matrix synthesis. Transforming Growth Factor (TGF)-β1 is considered as the major profibrotic cytokine. Its signaling pathway occurs through the Smads proteins, including Smad4. TGF-β1 allows the differentiation of lung fibroblasts and epithelial and mesothelial cells into myofibroblasts. AB-crystallin is a small heat shock protein overexpressed in liver, renal and vascular fibrosis and can be induced by TGF-β1. In this study, we assessed the role of αB-crystallin in pleural and pulmonary fibrosis. We show that αB-crystallin is overexpressed in the lung and the pleura of IPF patients. In vivo, in three pulmonary fibrosis models (bleomycin, TGF-β1 or IL-1β overexpression) αB-crystallin KO mice are protected from fibrosis with an inhibition of the TGF-β pathway. In vitro, in epithelial and mesothelial cells or fibroblasts, αB-crystallin increases Smad4 nuclear localization. Interacting with TIF1γ, responsible for the nuclear export of Smad4, it promotes the nuclear sequestration of Smad4 and thus its profibrotic activity. Instead, αB-crystallin inhibition allows the formation of the Smad4/TIF1γ complex and promotes Smad4 nuclear export an profibrotic activity. This work shows the importance of αB-crystallin in pleuro-pulmonary fibrosis and its role on the TGF-β1 pathway. AB-crystallin appears as a putative therapeutic target for IPF.

L’hadronthérapie par ions carbone est une alternative à la radiothérapie photonique dans le traitement des cancers des VADS, en raison d’une balistique précise et d’une efficacité biologique élevée, y compris au sein des zones tumorales hypoxiques. Ces cancers sont de mauvais pronostic en raison d’un risque élevé de récidives liées à la présence de cellules souches cancéreuses (CSCs). L’objectif de ce travail était de déterminer les spécificités moléculaires de la réponse aux ions carbone par rapport aux photons dans deux lignées cellulaires de cancer des VADS et leur sous-population CSCs en hypoxie et normoxie. Il s’est focalisé sur le rôle de la protéine HIF-1α dans la survie cellulaire, dans la mesure où l’hypoxie favorise sa stabilisation mais également la radiorésistance; sur la transition épithélio-mésenchymateuse (EMT) et la détection-réparation des cassures double-brin (CDBs) de l’ADN. HIF-1α est stabilisée plus précocement dans les CSCs par rapport aux non-CSCs. Son activation, tout comme celle des voies de l’EMT (STAT3, MEK/p38/JNK et Akt/mTOR) est dépendante des radicaux libres oxygénés (RLO), dont la production est homogène dans la cellule en réponse aux photons. Par contre, les RLO produits dans la trace des ions carbone ne permettent pas d’activer HIF-1α et les voies de l’EMT. Sous hypoxie, une relation a été établie entre l’activation d’HIF-1α et celles des voies de détection (ATM) et de réparation (Rad51) des CDBs (Recombinaison Homologue). Ces travaux démontrent que l’avantage thérapeutique des ions carbone repose sur la répartition spatiale des RLO à l’échelle nanométrique et consécutivement sur la non-activation de voies clés de la défense cellulaire tumorale / Hadrontherapy using carbon ions is an alternative to photon irradiation in the treatment of Head and Neck cancers, because of accurate ballistics and high biological efficiency, including hypoxic tumor areas. These cancers are of poor prognosis because of a high risk of recurrences related to the presence of cancer stem cells (CSCs).The aim of this work was to determine the molecular specificities of the response to carbon ion irradiations compared to photons in two cancer cell lines and their CSCs’ subpopulation, in hypoxic and normoxic conditions. This work focused on the role of the HIF-1α protein in cell survival, since hypoxia promotes its stabilization, but also in the radioresistance; the epithelial-mesenchymal transition (EMT) and the detection and repair of DNA double-strand breaks (DSBs). HIF-1α is stabilized earlier in CSCs compared to non-CSCs. Its activation, as well as the EMT pathways (STAT3, MEK/p38/JNK and Akt/mTOR), are dependent on reactive oxygen species (ROS), whose production is homogeneous in response to photons. At the opposite, the ROS produced in the carbon ion tracks are insufficient to activate HIF-1α and the upstream EMT pathways. Under hypoxic conditions, a relationship has been established between HIF-1α activation and that of the DSBs detection (ATM) and repair (Rad51) pathways (Homologous Recombination). These studies demonstrate that the therapeutic advantage of carbon ions is based on the spatial ROS distribution at the nanoscale and consequently on the non-activation of key pathways involved in tumor cell defense

Il est reconnu que la protéine filamenteuse intermédiaire Nestine est exprimée lors du processus de cicatrisation et du remodelage fibrotique. De plus, nous avons identifié l’expression de la Nestine au sein de deux populations distinctes qui sont directement impliquées dans les réponses de fibroses réparative et réactive. Ainsi, une population de cellules souches neurales progénitrices résidentes du coeur de rat adulte exprime la Nestine et a été identifiée à titre de substrat de l’angiogenèse et de la neurogenèse cardiaque. Également, la Nestine est exprimée par les myofibroblastes cicatriciels cardiaques et il a été établi que la protéine filamenteuse intermédiaire joue un rôle dans la prolifération de ces cellules. Ainsi, l’objectif général de cette thèse était de mieux comprendre les évènements cellulaires impliqués dans la réponse neurogénique des cellules souches neurales progénitrices résidentes cardiaques Nestine(+) (CSNPRCN(+)) lors de la fibrose réparative cardiaque et d’explorer si l’apparition de fibroblastes Nestine(+) est associée avec la réponse de fibrose réactive secondaire du remodelage pulmonaire. Une première publication nous a permis d’établir qu’il existe une régulation à la hausse de l’expression de la GAP43 (growth associated protein 43) et que cet événement transitoire précède l’acquisition d’un phénotype neuronal par les CSNPRCN(+) lors du processus de cicatrisation cardiaque chez le rat ayant subi un infarctus du myocarde. De plus, la surimposition de la condition diabétique de type 1, via l’injection unique de Streptozotocine chez le rat, abolit la réponse neurogénique des CSNPRCN(+), qui est normalement induite à la suite de l’ischémie cardiaque ou de l’administration de 6-hydroxydopamine. Le second article a démontré que le développement aigu de la fibrose pulmonaire secondaire de l’infarctus du myocarde chez le rat est associé avec une augmentation de l’expression protéique de la Nestine et de l’apparition de myofibroblastes pulmonaires Nestine(+). Également, le traitement de fibroblastes pulmonaires avec des facteurs de croissances peptidiques pro-fibrotiques a augmenté l’expression de la Nestine par ces cellules. Enfin, le développement initial de la condition diabétique de type 1 chez le rat est associé avec une absence de fibrose réactive pulmonaire et à une réduction significative des niveaux protéiques et d’ARN messager de la Nestine pulmonaire. Finalement, la troisième étude représentait quant à elle un prolongement de la deuxième étude et a alors examiné le remodelage pulmonaire chronique chez un modèle établi d’hypertension pulmonaire. Ainsi, les poumons de rats adultes mâles soumis à l’hypoxie hypobarique durant 3 semaines présentent un remodelage vasculaire, une fibrose réactive et une augmentation des niveaux d’ARN messager et de la protéine Nestine. De plus, nos résultats ont démontré que la Nestine, plutôt que l’alpha-actine du muscle lisse, est un marqueur plus approprié des diverses populations de fibroblastes pulmonaires activés. Également, nos données suggèrent que les fibroblastes pulmonaires activés proviendraient en partie de fibroblastes résidents, ainsi que des processus de transition épithélio-mésenchymateuse et de transition endothélio-mésenchymateuse. Collectivement, ces études ont démontré que des populations distinctes de cellules Nestine(+) jouent un rôle majeur dans la fibrose réparative cardiaque et la fibrose réactive pulmonaire. / It is well established that the intermediate filamentous protein Nestin is expressed during wound healing and fibrotic remodeling. Furthermore, we have identified Nestin expression in two distinct populations directly implicated in reparative and reactive fibrosis. The adult rodent heart contains a resident population of neural progenitor/stem cells that express Nestin and identified as a cellular substrate of cardiac angiogenesis and neurogenesis. Moreover, Nestin is also expressed in cardiac scar myofibroblasts and the intermediate filament protein plays a direct role in proliferation. Thus, the general aim of the present thesis was to better understand the cellular events implicated in the neurogenic response of neural progenitor/stem cells during cardiac reparative fibrosis and to explore whether the appearance of Nestin(+)-fibroblasts was associated with reactive fibrotic response secondary to pulmonary remodeling. The first study revealed that the transient upregulation of growth associated protein 43 (GAP43) represents a transition event during the acquisition of a neuronal-like phenotype by cardiac resident neural progenitor/stem cells in the scar of the infarcted rat heart. Furthermore, the superimposition of a type 1 diabetic environment, via the single injection of streptozotocin in rats, abrogated the neurogenic response of cardiac resident neural progenitor/stem cells to ischemia and 6-hydroxydopamine, respectively. The second study has demonstrated that the development of acute pulmonary fibrosis secondary to myocardial infarction of the adult rat heart was associated with the increased expression of Nestin protein levels and appearance of Nestin(+)-myofibroblasts. Furthermore, the treatment of pulmonary fibroblasts with putative pro-fibrotic peptide growth factors increased Nestin protein levels. Lastly, in the lungs of type 1 diabetic rats, the absence of a reactive fibrotic response was associated with a significant downregulation of Nestin protein/mRNA levels. Finally, the third study represented an extension of the second study and examined chronic lung remodeling in an established model of pulmonary hypertension. The lungs of adult male rats subjected to 3 weeks of hypobaric hypoxia were associated with vascular remodeling, reactive fibrosis and increased Nestin protein and mRNA levels. Moreover, Nestin, rather than smooth muscle α-actin expression was identified as a more relevant marker of activated pulmonary fibroblasts. Furthermore, the appearance of activated pulmonary fibroblasts may be derived in part from resident fibroblasts and secondary to endothelial-mesenchymal transition and epithelial-mesenchymal transition. Collectively, these studies have demonstrated that distinct populations of Nestin-expressing cells play a seminal role in cardiac reparative fibrosis and pulmonary reactive fibrosis.