Les cellules Natural Killer (NK), actrices majeures de la vigilance anti-tumorale, sont modulées par des facteurs nutritionnels et métaboliques. L'inhibition de leur activité favorise le développement tumoral. Un régime alimentaire hypercalorique induisant l'obésité est un facteur de risque de développer un cancer du sein. Au niveau du micro-environnement tumoral mammaire, la biodisponibilité en certaines molécules contrôle non seulement les cellules néoplasiques mais, également les cellules immunes infiltrées. Ainsi, la leptine, sécrétée à forte concentration par les adipocytes mammaires, pourrait favoriser la croissance tumorale et altérer les cellules NK. L'arginine fortement consommée par les cellules tumorales et les cellules suppresseurs dérivées des myéloïdes pourrait faire défaut aux cellules NK. L'objectif de cette thèse est de caractériser les activités fonctionnelles et métaboliques des cellules NK en situation de stress nutritionnel. Dans un premier temps, nous avons exploré, in vivo, l'impact d'un régime hypercalorique sur l'activité des cellules NK et sur le développement tumoral mammaire. Ensuite, nous avons cherché à identifier les potentielles altérations fonctionnelles des cellules NK en mimant, in vitro, les conditions retrouvées au niveau du micro-environnement tumoral telles que la présence de concentration élevée en leptine et la déplétion en arginine. Des souris Balb-c "nude" femelles ont été soumises à un régime hypercalorique (HC) versus une diète normo-calorique (NC) pendant 6 mois. Au bout de 5 mois, des cellules tumorales mammaires (MCF-7 ; groupes NCT et HCT) ou le véhicule (groupes NC et HC) ont été implantés au niveau de la quatrième paire de glandes mammaires. Sous régime HC, le développement tumoral s'accompagne d'une perte de masse grasse, de masse maigre et de poids corporel avec un volume et un poids de tumeur augmentés. Cette diète induit au niveau tumoral une sur-expression des ARNm d'enzymes impliquées dans la glycolyse et une sous-expression des acteurs du cycle de Krebs. Sous régime HC, l'expression de la caspase 3 clivée et des récepteurs des oestrogènes β et de la progestérone est réduite alors que celle du Ki67 est accrue. Les cellules NK des souris HC ont une cytotoxicité diminuée. Bien que la présence de tumeur stimule l'activité lytique des cellules NK, la cytotoxicité de ces cellules reste inférieure dans le groupe HCT comparativement à celle du groupe NCT. La leptine stimule, in vitro, de façon dose-dépendante l'activité métabolique des cellules NK. A fortes concentrations, elle active leur cytotoxicité vis-à-vis des cellules cibles MDA-MB-231. Cet effet passe par une stimulation de l'expression de TRAIL et de l'IFN-γ par les cellules NK. En revanche, vis-à-vis des cellules cibles MCF7, les cellules NK présentent une activité lytique réduite en présence de fortes concentrations de leptine, probablement en lien avec une réduction de l'expression de la perforine. En réponse à une déplétion en arginine dans le milieu de culture, la prolifération et la cytotoxicité des cellules NK sont abaissées. L'altération de la reconnaissance des cellules cibles par les récepteurs NKp46 et NKp30, la moindre transmission du signal activateur par la chaine ζ et la faible production d'IFN-γ peuvent expliquer l'inhibition de la cytotoxicité des cellules NK. Ainsi, un apport énergétique élevé favorise le développement tumoral mammaire notamment eninhibant la cytotoxicité des cellules NK. De plus, la leptine à fortes concentrations stimule ou réduit, in vitro, la cytotoxicité des cellules NK selon la nature des cellules cancéreuses mammaires cibles. Une déplétion en arginine, in vitro, quant à elle, inhibe la prolifération et la cytotoxicité des cellules NK. Ces travaux contribuent à mieux comprendre l'impact du micro-environnement sur la réponse antitumorale des cellules NK. / Natural killer (NK) cells are critical mediators of anti-tumor immunity. A high-calorie diet inducing obesity is associated with breast cancer development. NK cells are modulated by dietary and metabolic factors and a decrease in their lytic activity promotes mammary tumor development. In the breast microenvironment, high concentration of leptin can be secreted by mammary adipocytes and thereby could stimulate tumor growth and control immune cells. Arginine, strongly consumed by tumor and myeloid-derived suppressor cells, could be lacking to NK cells. The aim of this work is to characterize the functional and metabolic activities of NK cells in response to nutritional stress. Initially, we explored in vivo the impact of a high-calorie diet on NK cells activity and mammary tumor development. Then, we identified potential functional alterations in NK cells by mimicking the conditions found in the tumor microenvironment such as the presence of high leptin concentration and arginine depletion. Female Balb-c nude mice were fed a high-caloric diet (HC) versus a standard caloric diet (SC) for 6 months. After five months, mammary tumor cells (MCF-7, SCT, HCT) or MatrigelTM (SC, HC) were implanted into the fourth mammary fat pads. The tumor development in HC diet-fed mice was associated with a decrease in body weight, body fat and lean mass and an increase in volume and weight of tumors. This diet induced tumor over-expression, at the transcriptional level, of enzymes involved in glycolysis and a down-expression of citrate cycle actors. Protein tumor levels of cleaved caspase 3, estrogen β and progesterone receptors were reduced while Ki67 was increased in the HC diet-fed mice. NK cell cytotoxicity of HC diet-fed mice was reduced. Although the presence of tumor stimulated NK cell lytic activity, this later was lower in the HCT group compared to the one of SCT mice. In vitro, leptin stimulated, in dose-dependent manner, the metabolic activity of NK cells. High leptin concentrations enhanced NK cell cytotoxicity against the MDA-MB-231 target cells. This phenomenon involved the increase of expression of TRAIL and IFN-γ in NK cells. However, against the MCF-7 target cells, NK cell lytic activity was reduced in the presence of high concentrations of leptin, probably in link to the decreased perforin expression. NK cell proliferation and cytotoxicity were impaired in response to arginine depletion. This inhibition of NK cell cytotoxicity could be linked to a low target cells recognition by NKp46 and NKp30, a reduced activating signal transmission by ζ chain and a low production of IFN-γ. Thus, high energy intake promotes mammary tumor development in particular by inhibiting NK cell cytotoxicity. In vitro, high leptin concentrations stimulate or reduce NK cell cytotoxicity according to the breast cancer cell targets. Furthermore, arginine depletion inhibits NK cell proliferation and cytotoxicity in vitro. These findings provide insight into the microenvironment impacts on NK cell antitumor response in tumor development.

Les tumeurs stromales gastro-intestinales (GIST) sont les tumeurs mésenchymateuses les plus fréquentes du système digestif. Elles ont pour origine les cellules interstitielles de Cajal (ICC) ou les cellules précurseurs mésenchymateuses communes aux ICCs et aux cellules musculaires lisses (SMC). Les GISTs sont des tumeurs qui sont chimiorésistantes et radiorésistantes. L'identification de mutations activatrices des gènes KIT (75-80%) ou/et PDGFRA (5-10%) a ouvert la voie à un traitement systémique chez les patients GIST sous forme d'Imatinib, un inhibiteur de tyrosine-kinase. Si ce traitement aboutit à une réponse clinique d'amélioration, un certain nombre d'effet secondaire sont néanmoins observés, comme les résistances au traitement. Afin d'améliorer le traitement initial, la physiopathologie du GIST doit progresser. La musculature de l'appareil digestif est une structure complexe composée de SMCs, de neurones entériques, de fibroblastes et d'ICCs. Au cours du développement, le mésoderme splanchnique donnera lieu au moins à deux types de cellules, les SMCs et les ICCs. Récemment, notre laboratoire a montré que la protéine de liaison à l'ARN RBPMS2 (pour RNA Binding Protein with Multiple Splicing 2) est impliquée dans le développement et le remodelage des SMCs digestives. Les travaux que j'ai réalisés au cours de ma thèse avaient pour objectifs d'étudier l'expression et la fonction de RBPMS2 dans les tumeurs GISTs humains. Nous avons analysé l'expression de RBPMS2 dans les GIST humains et nous avons démontré que RBPMS2 était fortement exprimé dans les tumeurs GISTs de manière indépendante de l'activité KIT. Nous avons également analysé la fonction de RBPMS2 en culture et avons montré que l'expression ectopique de RBPMS2 dans les SMCs humaines adultes et différenciées culture conduisaient à l'augmentation de leur taux de prolifération et altèreraient leur différenciation. Ces résultats suggèrent que RBPMS2 et les voies de signalisation qu´il contrôle pourraient être des cibles thérapeutiques potentielles dans la thérapie des tumeurs GISTs. / Gastrointestinal stromal tumors (GIST) are the most common mesenchymal neoplasm of the GI tract. They are supposed to arise from the interstitial cells of Cajal (ICCs) or from a mesenchymal precursor cell, common of ICCs and smooth muscle cells (SMCs). GISTs are highly resistant to conventional chemotherapy and radiotherapy. However, a targeted therapy is now proposed. These tumors have activating mutations in two closely related genes, the KIT (75-80%) or/and the PDGFRA (5-10%). Targeting these mutated activated proteins with Imatinib mesylate, a small-molecule tyrosine kinase inhibitor, has proven efficient in GIST treatment. However, resistance to Imatinib finally develops and new-targeted therapies are necessary. The musculature of the gastrointestinal (GI) tract is a highly complex structure composed of visceral SMCs, enteric neurons, fibroblast-like cells and ICCs. During the development, the splanchnic mesoderm will give rise at least to two cell types, ICCs and SMCs. Recently our laboratory showed that the RNA Binding Protein with Multiple Splicing 2 (RBPMS2) is involved into the development and remodeling of SMC.My PhD works investigate the expression and function of RBPMS2 in human GISTs. We analyzed the expression of RBPMS2 in human GISTs and we found that RBPMS2 was abnormally highly expressed in the tumoral cells of GISTs. We also analyzed the function of RBPMS2 into human adult SMC cell culture and demonstrated that ectopic expression of RBPMS2 in mature and differentiated SMC cultures increases their proliferation rate and alters their differentiation. These findings suggest that RBPMS2 could be a potential target for cancer therapy.

Le cancer est chaque année responsable de 7,6 millions de décès dans le monde. L'amélioration des traitements constitue donc un enjeu majeur de santé publique. Il a été démontré que l'association d'un diagnostic précoce et d'un traitement efficace était associée à un impact significatif sur la survie des patients. De nombreux facteurs pronostics de la survie ont été identités et sont actuellement utilisés en routine clinique. Ce diagnostic est souvent réalisé en partieà l'aide de l'imagerie de Tomographie par Emission de Positons (TEP), cette dernière s'étantavérée être un outil très performant pour l'identification des tumeurs et métastases dans uncertain nombre de modèles de cancer. La TEP fait partie des modalités d'imagerie fonctionnelleet a donc le potentiel de fournir des informations liées à la biologie sous-jacente des cancers.Toutefois, du fait de sa faible résolution spatiale, elle n'avait que très peu été utilisée avec cet objectif.Ce travail de thèse a consisté à étudier des paramètres quantitatifs pouvant être extraitsde ces images, plus spécifiquement ceux permettant la caractérisation de l'hétérogénéité intratumorale. Nous avons pu identifier un ensemble de paramètres issus de l'analyse de texture quisont reproductibles, robustes aux effets de volume partiel et à la méthode de segmentation, etvraisemblablement liés à la physiologie tumorale. Nous avons également pu mettre en évidencele potentiel de ces paramètres extraits d'images de diagnostic, pour contribuer à la prédiction dela réponse thérapeutique ainsi que comme facteur pronostic. Ces nouveaux indices quantitatifspourraient à relativement court terme venir compléter les facteurs de référence courammentutilisés aujourd'hui en oncologie pour la prise en charge thérapeutique des patients. / Cancer is responsible every year for the death of 7.6 million people. Treatments improvement is thus of the greatest importance regarding public health. The association of an early diagnosis with an efficient treatment was shown to lead to a significant impact on patients survival rates. Numerous prognostic factors have been identified and are now being used in clinical routine. Nowadays, Positron Emission Tomography (PET) imaging is often used for tumor and metastasis identification because of its established accuracy in numerous cancer models. PET belongs to the functional imaging techniques and may potentially therefore provide information relative to cancer biology. Nevertheless, because of its low spatial resolution, this technique has not been extensively considered for such a purpose. This thesis work aimed at studying quantitative parameters that could be extracted from PET images through texture analysis, in order to characterize tumor heterogeneity. We identified a set of reproducible parameters, robust with respect to partial volume effects as well as segmentation methods that are probably related to the tumor physiology. We have also demonstrated the power of these parameters obtained from diagnostic images for contributing in predicting the therapeutic response as prognostic factors. These new quantitative parameters could in the relatively short term be utilized complementarily to standard oncology factors for patient management purposes.

Les métastases hépatiques de tumeurs endocrines digestives sont hypervasculaires et hétérogènes. Les mécanismes de développement de ces métastases hépatiques, en particulier le rôle de l’angiogenèse tumorale associée à ces tumeurs, sont complexes. Ceci explique la difficulté de prédire le profil évolutif de ces tumeurs et de trouver des facteurs prédictifs de réponses aux traitements médicaux utilisés. L’objectif de notre travail a été de mieux comprendre : le rôle de l’angiogenèse dans le développement des métastases hépatiques de tumeurs endocrines digestives ; les mécanismes d’actions et en particulier leur activité anti-angiogénique, de deux types de molécules (analogue de la somatostatine et inhibiteur de mTOR). Nos résultats nous ont permis à travers une double approche expérimentale, in vitro et in vivo de : (a) montrer la complexité de la régulation de la synthèse et de la sécrétion du VEGF par les cellules endocrines néoplasiques ; (b) confirmer expérimentalement la dissociation entre expression du VEGF et capacités angiogéniques d’une part, propriétés invasives et métastatiques d’autre part, dans les tumeurs endocrines digestives ; (c) montrer expérimentalement que l’inhibition de l’angiogenèse peut contribuer à l’effet anti-tumoral de substances d’intérêt thérapeutique dans les tumeurs endocrines digestives / Liver metastases of digestive endocrine tumors are hypervascular and heterogeneous. The mechanisms of development of these metastases, especially the role of angiogenesis, are complex. This explains the difficulty to predict the natural history of these tumors and to find predictive factors of response to medical treatments. Our aim was to evaluate: the role of angiogenesis in the development of liver metastasis from digestive endocrine tumors; mechanisms of action, especially antiangiogenic activity, of two drugs (somatostatin analogues and mTOR inhibitor). We were able to demonstrate through an in vitro and in vivo experimental approach that: (a) the regulation of VEGF synthesis and secretion is complex, with different roles according to the cell studied; (b) there is a dissociation between VEGF expression and angiogenic capacities, on one hand, and invasive and metastatic properties, on the other hand; (c) the inhibition of angiogenesis may contribute to the anti-tumoral effect of several drugs of therapeutic interest in digestive endocrine tumors

Les mutations du gène MEN1 prédisposent au syndrome des Néoplasies Endocriniennes Multiples de type 1 (NEM1), caractérisé par des tumeurs endocrines multiples. Les souris hétérozygotes pour Men1 développent des tumeurs similaires, ainsi que des cancers de la prostate et des glandes mammaires, avec une incidence faible. J’ai pu montrer que l’expression de la protéine menin, codée par ce gène, est totalement inactivée dans les carcinomes prostatiques développés chez ces souris et est associée à une dérégulation de l’expression du récepteur aux androgènes et une inactivation de l’inhibiteur des CDK p27, un gène cible connu de menin. Des souris WapCre-Men1 F/F, où le gène Men1 est invalidé dans les cellules mammaires, développent des néoplasies intraépithéliales mammaires (MIN) avec une forte incidence à partir de 9 mois. Une fuite d’expression du transgène WapCre dans l’hypophyse entraîne en plus le développement de prolactinomes chez ces souris, les conduisant à une mort prématurée. Par diverses analyses, j’ai pu déterminer que l’augmentation de l’incidence de ces lésions ne pouvait pas être seulement expliquée par l’influence des prolactinomes. De manière intéressante, j’ai pu mettre en évidence une nette diminution du marquage membranaire de beta-caténine, un partenaire connu de menin, ainsi que de E-cadhérine dans les lésions MIN, suggérant une altération de la cohésion cellulaire en absence de menin. L’ensemble des données obtenues pendant ma thèse indiquent un rôle potentiel de l’invalidation du gène Men1 dans le développement de carcinomes prostatiques et de néoplasies mammaires chez la souris / Mutations of the MEN1 gene predispose to multiple endocrine neoplasia type 1 (MEN1) syndrome, characterized by the occurrence of multiple endocrine tumours. Heterozygous Men1 mutant mice not only recapitulate MEN1 pathology, but also display prostatic and mammary carcinomas with a low incidence. I showed that the expression of menin, coded by the Men1 gene, was completely inactivated in the prostatic carcinomas developed in these mice. Deregulated expression of androgen receptor and the inactivation of p27 CDK inhibitor, a menin target gene, were also found in these lesions. In addition, my data demonstrated that mammary-specific disruption of the Men1 gene in mice led to high incidence of mammary intraepithelial neoplasia (MIN) from 9 months of age in the mutant mice. An unexpected leakage activity of the WapCre transgene in pituitary resulted in the development of prolactinomas and premature death in the mutant mice. Several analyses provided evidence showing that the increased incidence of MIN lesions could not be simply explained by the influence of prolactinomas. Interestingly, we observed a strong reduction of beta-catenin, a known menin partner, and E-cadherin membrane expression in these lesions, suggesting an alteration of cellular adhesion in the absence of menin. On the whole, these data indicate a potential implication of Men1 disruption in the development of prostate carcinomas and mammary intraepithelial neoplasia in mice

La littérature récente suggère que certaines sous populations cellulaires appelées cellules initiatrices de tumeurs (CIT) seraient particulièrement résistantes aux traitements actuels qui visent préférentiellement les cellules prolifératives et, de ce fait, participeraient activement à l'initiation de récidives tumorales et à la formation des métastases. La caractérisation de ces cellules ainsi que de leurs régulateurs revêt par conséquent un intérêt considérable pour la recherche fondamentale et translationnelle. La progastrine est une pro-hormone sécrétée en quantité anormalement importante par la majorité des tumeurs colorectales et qui joue un rôle important dans la promotion du développement tumoral. Les données publiées du laboratoire montrent en effet que l'inhibition de la PG conduit à la baisse des activités WNT/b-caténine et Notch qui sont des voies de signalisations anormalement activées dans les cancers colorectaux (CCR) et nécessaires au maintien des CIT coliques. Ainsi, le but de ce travail de thèse a été de déterminer si la PG possède un rôle régulateur des CIT coliques. Nos résultats indiquent que la PG est fortement exprimée dans des modèles cellulaires enrichis en CIT tels que le sont les colosphères ou les cellules exprimant fortement l'activité enzymatique des aldéhydes déshydrogénases (ALDH+). Le ciblage de la PG, soit par ARN interférent soit par l'utilisation d'anticorps neutralisant la PG dans des lignées cellulaires ou dans des cellules fraichement isolées de biopsies d'adénocarcinomes coliques humains, altère fortement la capacité d'initiation de colosphères sur plusieurs générations alors que le phénotype est sauvé par l'ajout de PG exogène. Ces résultats reflètent un potentiel d'autorenouvellement moindre des CIT in vitro en absence de PG. Le nombre de cellules ALDH+ diminue aussi significativement en absence de PG. À l'inverse, l'ajout de PG exogène stimule da capacité d'initiation des colosphères et augmente le nombre de cellules ALDH+. In vivo, la diminution de l'expression de la PG dans les cellules ALDH+ permet un délai dans l'initiation tumorale et diminue de 16x la propagation des CIT lors du deuxième passage chez la souris immunodéprimée. Ainsi, la PG est sécrétée par les CIT coliques, et, en retour, cette pro-hormone régule le maintien de ces cellules. Enfin, même si le rôle de la PG dans le tissu intestinal sain n'est pas primordial, nos résultats montrent qu'elle est produite par des cellules situées au fond des cryptes intestinales. Nos résultats viennent conforter l'idée selon laquelle le ciblage de la PG représente une stratégie thérapeutique prometteuse pour le traitement du CCR. / Recent literature strongly suggests that tumor initiating cells (TIC), resistant to chemotherapies, would be responsible for recurrence and metastasis development in colorectal cancer. Discovering new targets to eradicate these cells become urgent. Our team has shown that Progastrin (PG), a hormonal precursor abnormally secreted by most of colorectal tumors, would be a promising therapeutic target for colorectal cancer (CRC). In a mouse model developing spontaneously intestinal tumors, PG expression reduction leads to tumor growth decrease and remaining tumors display an increase of cell differentiation. Interestingly, tumorigenesis diminution is mediated by WNT-bcatenin and Notch transcriptional activity inhibition. These pathways being abnormally activated in CRC and essential for TIC survival and self-renewal, the aim of this work is thought to characterize PG involvement in TIC phenotype. Our results indicate that Progastrin is produced in TIC enriched models such as in colonospheres and in cells that highly expressed Aldehyde Dehydrogenase (ALDH+) activities. Targeting PG by RNAi or using neutralizing antibodies in cell lines or in cells that were freshly isolated from human's colon adenocarcinoma leads to decrease colonosphere number and self-renewal. Moreover, ALDH+ cells number decline after PG downregulation. In contrast, PG supplementation increases colonospheres initiation as well as ALDH+ cell number. In vivo, PG downregulation in ALDH+ cells that usually secretes PG leads to tumor initiation delay even after a second passage of bulk cells in immunodeficient mice. These results suggest also TIC frequency decrease in absence of PG. Thus, we show that PG is secreted by TIC and regulates their activities. Finally, PG role is not primordial for intestinal tissue homeostasis but our results show that this pro-hormonal precursor is preferentially produced at the bottom of intestine crypt cells. To conclude, our results strongly consolidate the idea of targeting Progastrin as a promising therapeutic strategy for colorectal cancer management.

Les tumeurs gliales et glioneuronales sont les tumeurs cérébrales les plus fréquentes chez l'enfant. Elles sont généralement d'excellent pronostic. En revanche, les astrocytomes pilocytiques (AP) hypothalamo-chiasmatiques, ont un potentiel évolutif plus agressif. Ce travail de thèse propose une nouvelle stratégie thérapeutique pour ce sous-type d'AP selon la méthode du « drug repositioning », en employant la combinaison du celecoxib et de la fluvastatine. Nos travaux ont montré in vitro que cette association de molécules était synergique, capable d'arrêter le cycle cellulaire, de diminuer la prolifération et d'induire l'apoptose des cellules tumorales. Cette combinaison a également été testée avec succès chez une patiente souffrant d'un AP multifocal et réfractaire aux traitements conventionnels dans le cadre d'une thérapie métronomique. Ce manuscrit décrit également l'étude histo-moléculaire de plusieurs séries de tumeurs gliales et glioneuronales pédiatriques menées afin d'améliorer leur caractérisation et leur diagnostic. Nos travaux ont confirmé la présence de la fusion KIAA1549:BRAF dans les AP analysés ainsi que le caractère péjoratif de la topographie hypothalamo-chiasmatique, du variant histologique pilomyxoïde et de l'âge au diagnostic inférieur à 36 mois. Ils ont également montré l'absence de différence moléculaire entre les gliomes corticaux de grade II et des DNT. Enfin, nos travaux ont montré que les DNT, les GG et les PXA partagent la mutation BRAFV600E et l'expression de CD34. Ces travaux confirment l'implication majeure de l'altération de la voie des MAPKinases dans la tumorigenèse de ces tumeurs, constituant ainsi une cible thérapeutique prometteuse. / Glial and glioneuronal tumors are the most frequent brain tumors in children. They are characterized by an excellent prognosis. However, hypothalamic-chiasmatic pilocytic astrocytomas (PA) have a more aggressive outcome. In the first part, we propose a new therapeutic strategy for hypothalamic-chiasmatic PA according to drug repositioning method, by using celecoxib, and fluvastatin. We showed that, in vitro, this combination was synergistic, stopped cell cycle, inhibited cell proliferation and increased apoptosis. In addition, this combination was tested with success, under a metronomic chemotherapy, for a girl suffering from a multifocal PA and refractory to conventional treatment. This new strategy of treatment appears promising for this type of tumor because it is less toxic than conventional chemotherapy and not too expensive. In the second part, this manuscript describes the histo-molecular study of several retrospective series of glial and glioneuronal pediatric tumors conducted to improve their characterization and their diagnosis. We confirmed the presence of the fusion gene KIAA1549: BRAF in PA as well as the pejorative nature of the hypothalamic-chiasmatic topography, pilomyxoïde histology and the age at diagnosis less than 36 months. We also showed no molecular difference between cortical grade II gliomas associated with chronic epilepsy and the DNT group. Finally, we showed that DNT, GG and PXA share BRAFV600E mutation and expression of CD34. These studies confirm the major implication of the MAPKinase altered pathway in tumorigenesis of glial and glioneuronal pediatric tumors, constituting a promising therapeutic target.

La thérapie photodynamique (PDT) appliquée aux tumeurs cérébrales est évaluée comme une stratégie complémentaire par rapport aux thérapies conventionnelles. De nombreux travaux mettent en exergue le rôle prépondérant joué par l'effet vasculaire de la PDT dans l'éradication tumorale. Ainsi, une accumulation sélective du photosensibilisateur au niveau des néo-vaisseaux tumoraux favorise cet effet et donc, l'efficacité du traitement photodynamique. La stratégie vasculaire consistant à coupler un photosensibilisateur à un peptide ligand pour cibler le récepteur neuropiline-1 (NRP-1) surexprimé par les cellules endothéliales angiogéniques a été validée, démontrant également l'induction de l'expression du facteur tissulaire immédiatement après PDT. Grâce à l'utilisation de nanoparticules multifonctionnelles, des améliorations ont été apportées à la stratégie initiale pour une PDT interstitielle (iPDT) guidée par l'imagerie. Fonctionnalisées par le peptide ligand, vecteur du photosensibilisateur et d'un agent de contraste puis rendues furtives, les nanoparticules sélectionnées présentent les propriétés originales requises pour une action combinée en IRM et PDT ciblée. Les nano-objets sont affins pour NRP-1 et conservent leur caractéristique photo-activable. Les essais sur rats nude xénogreffés en orthotopique par un modèle de gliome malin humain, valident la faisabilité du concept de iPDT guidée par l'IRM en temps réel. Après injection des nanoparticules par voie intraveineuse, un rehaussement positif du signal IRM est observé au niveau de la zone tumorale pour optimiser l'implantation de la fibre optique. Les résultats obtenus par IRM de perfusion et, l'expression protéique de NRP-1 au niveau du tissu et des berges tumorales, valident la sélectivité des nanoparticules fonctionnalisées. La combinaison des techniques d'imagerie non-invasives (IRM, SRM, TEP/CT) a permis le suivi thérapeutique / Photodynamic therapy (PDT) for brain tumors appears to be complementary to conventional treatments. Number studies show the major role of the vascular effect in the tumor eradication by PDT. To promote this vascular effect, a selective targeting of neuropilin-1 (NRP-1), mainly over-expressed by tumor angiogenic vessels, was investigated using a photosensitizer coupled to a ligand peptide. We validated the interest of using this active-targeting strategy to promote this vascular effect by the induction of tissue factor expression immediately post-PDT. For interstitial PDT (iPDT) of brain tumors guided by real-time imaging, multifunctional nanoparticles consisting of a surface-localized tumor vasculature targeting NRP-1 and encapsulated PDT and imaging agents, have been developed. The selected nanoparticles are favourable to a photosensitizer targeting strategy for iPDT combined with MRI.Characterization studies of the nanoparticles reveal a photodynamic efficiency and demonstrate a molecular affinity of the functionalized nanoparticle to NRP-1 target. After intravenous injection of the multifunctional nanoparticles into rats with intracranial glioma, we demonstrate a positive contrast enhancement of the tumor tissue by MRI, allowing the optimization of the optical fiber implantation. Perfusion MRI data and NRP-1 protein expression of the tumor and brain adjacent to tumor tissues check selectivity of the functionalized nanoparticle. The combination of non-invasive techniques of imaging (MRI, MRS, PET/CT) validates this concept of iPDT guided by MRI

Nous avons proposé dans cette thèse une nouvelle approche de modélisation des réponses cellulaire et tumorale durant la radiothérapie. Cette modélisation est fondée sur les chaînes de Markov. Elle se situe dans le cadre de la théorie de cible qui suppose qu'il existe dans la cellule des régions sensibles appelées cibles, qui doivent toutes être désactivées pour tuer la cellule. Un premier travail est consisté à proposer un modèle à temps discret en tenant compte non seulement des phases de réparations cellulaires entre les fractions de dose mais également de l'hétérogénéité des dommages cellulaires.Nous avons ensuite proposé un modèle stochastique de la durée de vie cellulaire. Cette modélisation fut également étendue à une population de cellules et a permis d'établir de nouvelles expressions des probabilités d'efficacité et de complication thérapeutique. Nos derniers travaux portent sur le développement d'un modèle de type chaîne de Markov à temps continu qui pourrait être appliqué aux réponses des tumeurs traitées par la thérapie photodynamique / In this thesis, we have proposed a Markov chain modeling of the cell and tumor behaviors during radiotherapy. Our approach is based on the target theory where it is assumed that the cell contains a number of sensitive sites called targets which must be all deactivated to produce the cell death. A first task was to provide a discrete-time model taking cell repair between dose fractions and the heterogeneity of cellular damage into account. Then, we proposed a stochastic model of the cell lifespan. This model was also extended to a cell population and allowed to derive new expressions of the efficiency and complication probabilities of the treatment. Finally, we focused on the development of a model based on Markov chain in continuous time which could be applied to the responses of tumors treated by photodynamic therapy

Au cours de ma thèse, je me suis intéressée à une population cellulaire rare et peu étudiée de l’épithélium intestinal ; les cellules tuft. La fonction de ces cellules fut longtemps débattue dans la littérature, jusqu’à ce que nous découvrions leur fonction dans l’initiation de la réponse immune de type II en réponse à une infection parasitaire. De manière intéressante, ces cellules sont présentes de manière massive et transitoire au sein des lésions adénomateuses précoces et certains groupes ont suggéré l’implication de ces cellules en tant que cellules souches tumorales. Les principaux objectifs de ma thèse ont été de déterminer le rôle des cellules tuft au cours de la tumorigenèse intestinale et colorectale.Nous avons montré que l’absence de cellules tuft impacte le processus de tumorigenèse à la fois dans l’intestin grêle, dans des souris de la lignée Apc14/+, et au niveau du colon, après traitement avec un agent carcinogène. Nos données indiquent que si les cellules tuft n’agissent pas en tant que cellules souches tumorales, leur absence impacte certaines populations de cellules immunitaires. Afin de déterminer les mécanismes permettant aux cellules tuft de moduler le microenvironnement immunitaire, nous avons identifié par analyse transcriptomique de cellules tuft isolées par cytométrie en flux, des gènes codant pour des médiateurs connus pour être impliqués dans la communication avec le système immunitaire. Des analyses in-vivo, permettront de valider d’un point de vue fonctionnel l’implication de ces médiateurs immunitaires dans la fonction immuno-régulatrice des cellules tuft ainsi que dans le développement tumoral.L’ensemble de ces travaux a permis d’identifier une fonction immuno-régulatrice des cellules tuft au cours d’une infection parasitaire, mais aussi très probablement lors du développement tumoral. La compréhension des mécanismes permettant aux cellules tuft de moduler certaines populations de cellules immunitaires permettra d’identifier des cibles d’intérêt thérapeutique potentiel pour le traitement de patients atteints d’un cancer colorectal. / I focused my PhD project on a scare epithelial cell population referred as tuft cells. Their function has been debated for decades in the literature, until we discovered their crucial role in the initiation of the so-called type-2 immune response following parasitic infection. Interestingly, tuft cells are present in early adenomatous intestinal lesions and literature suggested that these cells could act as cancer stem cells. The main objective of my PhD was to determine the tuft cell function during intestinal and colorectal cancer.We showed that tuft cells deficiency impacts both intestinal and colorectal tumorigenesis process, using Apc14/+ mouse strain and chemically induced carcinogenesis model, respectively. Our data indicate that tuft cells are not cancer stem cells, but that these cells are able to regulate immune cell populations. To get more insights into mechanisms allowing tuft cells to modulate the immune microenvironment, we identified, by transcriptomic analysis of FACS-isolated tuft cells, specific genes encoding mediators involved in the crosstalk with the immune system. Functional in-vivo validation of the most relevant candidates will identify tuft cells derived factors crucial for the immune-regulatory tuft cell function and for tumor development.This work allowed to highlight the immune-regulatory function of tuft cells during parasitic infection and likely during tumor development. A better knowledge of the mechanisms allowing tuft cells to shape either a pro- or an anti-tumoral microenvironment, will potentially paves the way for new therapeutic strategies regarding intestinal and colorectal tumorigenesis.