Des mutations faux-sens au niveau du récepteur à activité tyrosine kinase FGFR3 (Fibroblast Growth Factor Receptor 3) entrainent sa suractivation qui apporte des dysfonctions biologiques dans plusieurs maladies. L’achondroplasie, la forme la plus commune de chondrodysplasie liée à Fgfr3, est une maladie génétique rare, touchant 1 nouveau-né sur 20 000, caractérisée par des signes cliniques spécifiques : nanisme rhizomélique, membres courts, macrocéphalie, hypoplasie de l’étage moyen de la face, compression cervico-médullaire. L’activité anormale du récepteur induit des défauts de l’ossification endochondrale responsables du phénotype pathologique. Pendant longtemps le seul traitement pour cette maladie a été l’allongement chirurgical des membres, cependant au cours des dernières années de nombreux chercheurs ont développé des potentielles stratégies thérapeutiques basées sur des études moléculaires. L’objectif de ma thèse était d’évaluer une nouvelle approche thérapeutique pour l’achondroplasie. Une stratégie thérapeutique prometteuse prévoit l’utilisation de petits inhibiteurs chimiques, connus sous le nom d’inhibiteurs de tyrosine kinases, qui sont capables d’arrêter l’activité de FGFR3. J’ai estimé les effets d’un de ces composés, NVP-BGJ398, dans un modèle murin mimant le nanisme achondroplase (Fgfr3Y367C/+). Des expérimentations effectuées ont montré une amélioration des caractéristiques pathologiques dans les souris traitées avec NVP-BGJ398. Nous avons également examiné l’impact de la mutation activatrice de FGFR3 sur le développement mandibulaire. L’étude a reconnu un défaut dans la croissance mandibulaire chez l’homme et la souris atteints. En outre nous avons pu investiguer la croissance osseuse de la mandibule et corriger le défaut pathologique avec NVP-BGJ398. Enfin j’ai participé à des analyses moléculaires pour décrire comment trois mutations de FGFR3 localisées à la même position (Lys650) peuvent induire trois différents nanismes avec sévérité croissante. Les résultats ont fourni une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires pathologiques et pourront mener à des nouvelles cibles pour des approches thérapeutiques. / Missense mutations in the tyrosine kinase receptor FGFR3 (Fibroblast Growth Factor Receptor 3) lead to its overactivation causing biological dysfunctions in several diseases. Achondroplasia, the most common Fgfr3-related chondrodysplasia, is a rare genetic disorder, affecting 1 in 20000 live births, characterized by particular clinical features: rhizomelic dwarfism, short limbs, macrocephaly, midface hypoplasia, cervicomedullary compression. The abnormal activity of the receptor induces endochondral ossification defects that are responsible for the pathological phenotype. For a long time the only treatment for this disease was the limb lengthening surgery, however in recent years several researchers have developed potential therapeutic strategies based on molecular studies. The objective of my thesis was to evaluate a novel therapeutic approach for achondroplasia. A promising therapeutic strategy involved the use of small chemical inhibitors, known as tyrosine kinase inhibitors, that are able to arrest the FGFR3 activity. I have assessed the effects of one of these compounds, NVP-BGJ398, in a mouse model mimicking the acondroplastic dwarfism (Fgfr3Y367C/+). The experiments performed showed an improvement of all pathological hallmarks in NVP-BGJ398 treated mice. We have also inspected the impact of the activating FGFR3 mutation on the mandibular development. The study established a defect in mandibular growth in both affected patients and mice. Furthermore we could investigate the mandibular bone growth and correct the pathological defect with NVP-BGJ398. Finally I have participated in molecular analyses to describe how three FGFR3 mutations at the same position could lead to three different dwarfisms with increasing severity. The results provided a better understanding of FGFR3 pathological molecular mechanisms and could lead to new targets for therapeutic approaches.

La tyrosine kinase cytoplasmique Src est un régulateur essentiel de la croissance et de l’adhésion cellulaires induites par de nombreux stimuli extracellulaires, dont les facteurs de croissance et certains composants de la matrice extracellulaire. La dérégulation de son activité catalytique lui confère des propriétés oncogéniques importantes conduisant à la formation de tumeurs agressives chez l’Homme. La plupart des connaissances actuelles sur sa régulation catalytique repose sur des données structurales de cristallographie qui ont révélé l’importance des interactions intramoléculaires SH2 et SH3-dépendantes dans le contrôle des conformations ouvertes et actives de Src. Les domaines SH3, SH2 et kinase de Src sont associés au domaine SH4 N-terminal d'ancrage à la membrane plasmique via un domaine unique (DU) flexible. Le rôle du DU dans la régulation de Src reste obscur car il est intrinsèquement désordonné et par conséquent, cette région n'a pas été incluse dans les analyses structurales originelles. L'analyse par RMN de l'extrémité N-terminale de Src a révélé une conformation partiellement structurée du DU par le contact de séquences peptidiques spécifiques avec les lipides membranaires et le domaine SH3 (Perez et al, 2013; Maffei et al, 2015). De plus, cette interaction est régulée par phosphorylation des Ser69 et Ser75 localisées à proximité de ce domaine. L’objectif de ma thèse était d’adresser la relevance biologique de ces données structurales en me focalisant sur le rôle d’une partie du DU identifiée comme importante par RMN. J’ai montré que l’inactivation de cette région par des mutations perte de fonction, diminue fortement la signalisation de Src dans les cellules non transformées humaines ainsi que ses propriétés tumorales dans les cellules cancéreuses colorectales métastatiques révélant la pertinence biomédicale du système. Des analyses de protéomique m’ont permis de révéler un mécanisme original par lequel cette région contrôle la capacité de Src à phosphoryler ses substrats. En conclusion, ces données confirment un rôle important du DU sur l'activité et la signalisation de Src et révèlent un rôle critique des domaines désordonnés dans les tumeurs chez l’Homme. L’inhibition de cette région unique par de petites molécules devrait conduire à de nouvelles stratégies thérapeutiques dans le cancer. / The membrane-anchored non-receptor tyrosine kinase Src is involved in numerous signal transduction pathways and hyperactive Src is a potent oncogene and driver of human metastasis. Most of our knowledge on Src kinase regulation relies on structural data, which revealed SH2 and SH3-dependent intramolecular interactions to control active conformations of the protein. The kinase, SH3 and SH2 domains of Src are attached to the membrane-anchored SH4 domain through the flexible unique domain (UD). The role of this UD remains obscure due to its intrinsically disordered properties for which reason it was not included in original structural analyses. Interestingly, membrane-associated intrinsic disordered domains are more prevalent among signaling and cancer-related proteins and they are thought to play critical roles in human disease. NMR analysis of Src N-terminus in the presence of lipids revealed a partially structured conformation of the UD through the contact of a small peptide sequence with membrane lipids and the SH3 domain of the protein (Perez et al, 2013; Maffei et al, 2015). This interaction was regulated by phosphorylation of Ser69 and Ser75 surrounded this central region. The aim of my thesis project was to assess the biological relevance of this structural data. Interestingly, I showed that expression of Src mutants with UD loss of function drastically affected Src activity and signaling in human non-transformed cells as well as Src oncogenic properties in metastatic colorectal cancer cells. This highlights the biomedical relevance of the system. Further proteomic analysis revealed an unsuspected mechanism by which this region controls the Src capacity to phosphorylate specific substrates involved in cancer cell activity. These data support a previously unrecognized important role of the UD on Src activity and signaling and reveals a critical role of intrinsic disordered domains in the regulation of kinase signaling in human disease. Targeting this unique region by small molecules may be of therapeutic value in human cancer.

Le mélanome est un cancer de la peau agressif et au mauvais pronostic. Si de nouvelles solutions thérapeutiques efficaces ont été développées, les taux de réponses sont variables et transitoires. Découvrir de nouveaux mécanismes oncogéniques dans cette pathologie reste donc nécessaire. Durant mes travaux, j’ai pu démontrer que la protéine tyrosine-kinase FES est exprimée dans les mélanocytes normaux. Cette expression est largement perdue dans un panel de lignées cellulaires de mélanome, au niveau protéique et transcriptionnel ainsi que dans des cultures primaires d’échantillons de patients. La perte de FES est due à une hyper-méthylation de son promoteur et est réversible. En ré-exprimant FES de manière stable dans deux lignées cellulaires de mélanomes, j’ai montré que cette réexpression entraînait une diminution des capacités oncogéniques des cellules. De plus, en analysant les données d’une cohorte de mélanomes (TCGA), j’ai pu établir qu’une diminution importante ou une perte d’expression de FES se retrouve dans près de 40% des patients, et qu’elle est corrélée à une hyper-méthylation du gène FES. Les patients ayant une faible expression de FES présentent un moins bon pronostic soulignant l’importance de ce phénomène. Enfin, en croisant un modèle murin déficient pour le gène Fes avec un modèle de mélanome, nous observons que les tumeurs sous fond Fes KO sont plus prolifératives et plus volumineuses.Ainsi, par des analyses in vitro, sur des données de patients ou en croisant des modèles murins, j’ai pu démontrer que FES est exprimée au niveau des mélanocytes normaux et y exerce un rôle de suppresseur de tumeur. / Among skin cancers, melanoma is the most aggressive and has the worst prognosis. In the last years, new therapeutic tools have been developed but responses differ between patients and are often transient due to resistance mechanisms. This highlights the need to improve understanding of molecular mechanisms of the disease. During my thesis, I have shown for the first time that FES tyrosine kinase is expressed in normal melanocytes, and that its expression is lost at the protein and RNA levels in most melanoma cell lines. The same result is observed in a panel of 12 patients’ short-term cultures. The lack of expression is due to FES promoter hyper-methylation and can be reverted using a hypomethylating agent. By restoring FES expression in two melanoma cell lines, I observe a decrease of oncogenic properties of the cells. Moreover, the analysis of the TCGA data on melanoma indicate that FES expression is strongly decreased or lost in about 40% of patients, and that this loss of expression is correlated with FES promoter methylation. Importantly, patients with low level of FES mRNA have poor prognosis compared to FES expressing patients. Finally, Fes knock-out mice crossed with an inducible melanoma mouse model indicate that tumors proliferation and size are more important under a Fes KO background.In conclusion, by using melanoma cells in vitro, data from melanoma patients and mouse models, I have demonstrated that FES is expressed in normal melanocytes and clearly plays a tumor suppressor role.in melanoma.

Kinases play a crucial role in regulating cellular signaling cascades, making them therapeutic targets for several human diseases. In human cancers, mis-regulation and mutations of kinases such as EGFR (epidermal growth factor receptor) have been found to drive malignant transformation. Due to the conserved structural elements of protein kinases, the majority of kinase inhibitors available have a tendency to inhibit multiple targets. The biological impact of this promiscuity is insufficiently defined and the prevalence of cellular compensatory mechanisms additionally varies the clinical responses to drug treatment. In order to understand the relationship between selectivity and efficacy, prior to clinical trials, it is essential to characterize how inhibitors interact with the kinome within a cellular context. Monitoring inhibitor-target interactions generally involves in vitro assaying with purified proteins or protein domains, which compromises the native integrity of the kinases. Cellbased assays either gain outcomes from bulk populations that average out cell variance or phenotypic assays that lack molecular resolution. To obtain information on drug interactions on a single cell level, we have developed a method to measure the direct binding of kinase inhibitors to their targets in situ and in vivo. Kinase inhibitors are chemically tagged with fluorophores that serve as acceptors to genetically tagged donor fluorophores on the enzyme and the interaction is measured using FRET-FLIM. With epidermal growth factor receptor (EGFR) and irreversible EGFR inhibitors as the model system, this approach has been applied to image inhibitor-kinase interactions in live and fixed cells. Using this method, a small panel of tyrosine kinase targets, and labeled inhibitors, we were able to investigate the cross-specificity within the panel. Additionally it was found that the specificity of inhibitors for specific kinase conformations enables the distinction between EGFR in the active and inactive conformation by the inhibitor-probes. / Thesis (Ph.D.)-University of KwaZulu-Natal, Pietermaritzburg, 2011.

Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karol. inst., 2005. / Härtill 4 uppsatser.

Avec près de 150 000 décès estimés en 2012 d’après l’Agence internationale pour la Recherche sur le Cancer, le cancer représente la première cause de mortalité en France. Cette maladie est caractérisée par la prolifération anarchique et incontrôlée de certaines cellules de l’organisme qui échappent aux mécanismes de contrôle. A l’heure actuelle, les thérapies anticancéreuses visent principalement ces cellules tumorales en agissant sur des protéines qu’elles surexpriment, telles que les récepteurs aux facteurs de croissance à activité tyrosine kinase.Nos travaux se sont essentiellement portés sur quatre de ces récepteurs : l’EGFR (Epidermal Growth Factor Receptor), le VEGFR (Vascular Endothelial Growth Factor Receptor), le PDGFR (Platelet-Derived Growth Factor Receptor) et le récepteur c-Kit. Plusieurs hétérocycles azotés (quinazoline, benzotriazine, thiénopyrimidine) se différenciant par leur motif anilino ou aryloxy en position 4 ont été conçus, synthétisés et évalués pharmacologiquement. Parmi ces produits, les 4-aryloxyquinazolines substituées en position 7 par des chaînes aminoalkoxy se sont révélées être de puissants inhibiteurs des récepteurs VEGFR, PDGFR et c-Kit présentant un fort pouvoir anti-angiogénique. En parallèle de ces travaux, des dérivés de type 2-aminoquinazoliniques ont été conçus. Ces composés substitués par différentes anilines en position 4 ont montré un pouvoir antiprolifératif intéressant grâce à leur intercalation entre les paires de bases de l’ADN. / According to the International Agency for Research on Cancer, cancer is the first cause of death in France with about 150 000 deaths estimated in 2012. This disease is characterized by anarchistic and uncontrolled proliferation of cells that escape control mechanisms. Currently, the anticancer drugs target mainly the cancerous cells that overexpress proteins, such as growth factor receptors with tyrosine kinase activity.Our work is mainly carried on four of these receptors: EGFR (Epidermal Growth Factor Receptor), VEGFR (Vascular Endothelial Growth Factor Receptor), PDGFR (Platelet-Derived Growth Factor Receptor) and c-Kit receptor. Several heterocycles (quinazoline, benzotriazine, thienopyrimidine) differing by their aniline or aryloxy moiety in C-4 position were designed, synthesized and evaluated. Among these products, the 4-aryloxyquinazolines substituted by aminoalkoxy chains in C-7 position have the characteristic to be potent inhibitors of VEGFR, PDGFR and c-kit receptor with high anti-angiogenic potency. Simultaneously, 2-aminoquinazoline derivatives were designed. These compounds substituted by various anilines in C-4 position showed interesting antiproliferative activity through their intercalation between the pairs of DNA bases.

Plusieurs évidences cliniques et expérimentales soutiennent un rôle important de la dérégulation du récepteur à activité tyrosine kinase (RTK) Met dans l’étiologie et la progression du cancer colorectal (CCR). En effet, Met contrôle plusieurs fonctions biologiques nécessitant une étroite régulation telles que la prolifération, la survie cellulaire, la migration et l’invasion. Lorsqu’une forme constitutivement active de Met, Tpr-Met, est exprimée dans des cellules épithéliales intestinales (CEI), celles-ci se transforment et acquièrent des pouvoirs oncogéniques. Par des analyses de protéomique quantitative, notre équipe a démontré que la transformation induite par Tpr-Met dans les CEI était accompagnée d’une modulation des niveaux de protéines impliquées dans la régulation du cytosquelette, incluant une diminution de 31,2 fois de transgéline (TAGLN). Étant une protéine régulant plusieurs processus cellulaires de par sa capacité à réorganiser le cytosquelette d’actine, nous avons émis l’hypothèse que la perte de TAGLN dans le CCR serait due à la suractivation du récepteur Met et que celle-ci contribuerait aux fonctions oncogéniques de Met. Nos travaux de recherche indiquent, pour la première fois, que Met régule négativement la protéine TAGLN de façon dépendante et indépendante de MEK, notamment par le recrutement des protéines Shc et Grb2 aux résidus tyrosine du récepteur. De plus, par la réexpression de TAGLN dans les CEI transformées par Tpr-Met, nous démontrons que la perte de TAGLN contribue aux fonctions oncogéniques de Met, telles que la croissance au-delà de la confluence et en indépendance d’ancrage, la migration, ainsi que la croissance de tumeurs in vivo chez la souris. De plus, cette étude valide cliniquement la corrélation inverse entre l’expression de Met et de TAGLN dans le CCR. Étonnamment, à des faibles niveaux d’expression de MET, l’expression de TAGLN est corrélée de façon négative avec la survie des patients. Au contraire, à des hauts niveaux de MET, l’expression de TAGLN ne permet pas une stratification des patients selon leur pronostic de survie. En conclusion, nous démontrons que le RTK Met régule négativement TAGLN. Cependant, chez les patients où cette régulation n’a pas lieu, l’expression de MET protègerait ceux-ci d’un mauvais pronostic. Cette étude suggère que les niveaux de TAGLN et de MET pourraient représenter des biomarqueurs permettant d’identifier en clinique les patients atteints de CCR susceptibles de bénéficier de thérapies ciblant le récepteur Met.

published_or_final_version / Surgery / Doctoral / Doctor of Philosophy

published_or_final_version / abstract / Surgery / Master / Master of Philosophy

published_or_final_version / Medicine / Doctoral / Doctor of Philosophy