La tyrosine kinase cytoplasmique Src est un régulateur clé de la signalisation induite par les facteurs de croissance et les intégrines. Src présente des propriétés oncogéniques lorsqu'elle est dérégulée, une situation fréquemment retrouvée dans les cancers colorectaux (CCR). Sous sa forme activée, Src participe à la croissance tumorale et à la formation de métastases. Cependant, les mécanismes de dérégulation impliqués sont mal connus. En effet, SRC est rarement muté dans ces cancers. Mon travail de thèse a mis en évidence un nouveau mécanisme de dérégulation de Src via l'inactivation de SLAP. SLAP est une protéine de signalisation de type adaptateur qui régule négativement la signalisation lymphocytaire. De part son association avec l'E3-ligase Cbl, il induit la dégradation de substrats importants de la tyrosine kinase Lck nécessaires à l'activation lymphocytaire. Je montre que SLAP est également exprimé dans le tissu épithélial colique et que son expression est fréquemment perdue au cours de la progression tumorale colorectale. SLAP inhibe la tumorigénicité et le potentiel métastasant des cellules de CCR. Sur le plan moléculaire, SLAP définit une boucle de rétrocontrôle d'une voie oncogénique Src/EphA2/Akt initiée par Src via la dégradation protéasome-dépendante du récepteur EphA2 impliquant l'ubiquitine E4-ligase UBE4A. Ces résultats révèlent un nouveau mécanisme d'induction oncogénique de Src, une fonction insoupçonnée de suppresseur de tumeurs de SLAP et montrent l'importance d'une E4-ligase et des protéines adaptatrices dans la régulation négative de la signalisation initiée par les tyrosine kinases dans la progression tumorale. / The cytoplasmic tyrosine kinase Src mediates intracellular signaling induced by growth factors and integrins. When deregulated, Src acquires oncogenic properties. Src deregulation largely occurs in the absence of mutation of the corresponding gene but the underlying molecular mechanisms involved in this process are still unclear. Here I uncovered a novel mechanism of Src oncogenic induction in colorectal cancer (CRC) via SLAP silencing. SLAP is an adaptor protein and signaling molecule that controls lymphocytes activation. By association with E3-ligase Cbl, SLAP induces proteasomal degradation of important components of T cell receptor signaling, which impedes lymphocytes activation. I show that SLAP is also expressed in the epithelial tissue of the colon, but its expression is frequently lost during tumorigenesis. I also show that SLAP controls tumorigenicity and invasiveness of CRC cells. At the molecular level, SLAP specifies a feedback loop of a Src/EphA2/Akt oncogenic signaling that is initiated by Src itself. Precisely, phosphorylation of EphA2 on Tyr594 by Src creates a binding site for SLAP-SH2 to elicit receptor degradation. This novel SLAP function is independent of Cbl but requires its interaction with the E4-ligase UBE4A. SLAP down-regulation observed in cancer cells dramatically increases EphA2 levels and amplifies a Src/EphA2/Akt signaling required for cell tumorigenicity. Thus, SLAP inactivation defines a novel mechanism of Src oncogenic induction in human cancer.

Les inhibiteurs de tyrosine kinases (ITKs) sont une nouvelle classe thérapeutique ayant connu un grand essor ces dix dernières années. Inhibiteurs compétitifs de l’adénosine triphosphate (ATP), ils sont utilisés dans le traitement de nombreux cancers dans lesquels une dérégulation de tyrosine kinases a été mise en évidence. Malgré une efficacité prouvée, des cas de résistance sont rapportés, en particulier avec l’exemple de la leucémie myéloïde chronique (LMC) et le traitement par ITK. Cette variabilité inter-individuelle peut être due à des mécanismes de résistance propre de la cellule tumorale ou à des variations dans les paramètres pharmacocinétiques de la molécule. De nombreuses études ont analysé l’impact de polymorphismes (SNPs) dans des gènes codants pour les déterminants pharmacocinétiques et pharmacodynamiques des ITKs. Nous avons analysé l’impact de SNPs sur l’obtention de la réponse moléculaire majeure à 1 an dans 2 cohortes de patients atteints de LMC et traités par imatinib. C1236T, G2677T/A et C3435T, 3 SNPs du gène MDR-1 codant pour la glycoprotéine P et les SNPs de la région codante du gène SLC22A1 à l’origine du transporteur d’influx hOCT1. L’impact bénéfique de l’allèle 1236T ou haplotype *4 et l’impact péjoratif de l’allèle 2677G ou haplotype *1, retrouvés dans la 1ère cohorte n’ont pas été retrouvés dans la 2ième cohorte suggérant un impact mineur voire nul de ces derniers sur la réponse à l’imatinib. L’impact des SNPs de SLC22A1 observés dans la 2ième cohorte nécessite d’être confirmé. Des travaux supplémentaires à plus grande échelle, selon des critères nécessitant d’être harmonisés, sont nécessaires avant d’espérer pouvoir aboutir à une «médecine personnalisée» pour l’imatinib mais également de façon générale pour l’ensemble des ITKs. / Tyrosine kinases inhibitors (TKIs) are a new class of drugs having bloomed over the past decade. As competitive inhibitors of the adenosine triphosphate, they are used in the treatment of many cancers in which deregulation of tyrosine kinases has been demonstrated. In spite of dramatic efficacy, cases of resistance have been reported particularly with chronic myeloid leukemia (CML) and TKI treatment. This inter-individual variability may be due to mechanisms of intrinsic resistance of tumor cells or changes in the pharmacokinetic parameters of the molecule. Numerous studies have analyzed the impact of polymorphisms (SNPs) in genes coding for pharmacokinetic and pharmacodynamic determinants. We analyzed the impact of SNPs on major molecular response at 1 year in 2 cohorts of patients with CML treated with imatinib. C1236T, G2677T/A, C3435T, three SNPs in the MDR-1 gene encoding P-glycoprotein and SNPs in the coding region of the SLC22A1 gene encoding hOCT1. The protective impact of the 1236T allele or haplotype*4 and the pejorative impact of the 2677G allele or haplotype*1, found in the 1st cohort, were not replicated in the 2nd cohort, suggesting minor or no impact on the response to imatinib. The impact of SLC22A1 SNPs observed in the 2nd cohort needs to be confirmed. Further works on a larger cohort, according to criteria that need to be harmonized, are necessary before we reach a “personalized medicine” for imatinib but also for all TKIs

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.

<p>Tyrosine phosphorylation is a crucial mechanism in cellular signaling and regulates proliferation, differentiation, migration and adhesion. The phosphorylation reaction is reversible and is governed by two families of enzymes: protein tyrosine kinases and protein tyrosine phosphatases (PTPs). This thesis investigates the role of PTPs in regulating receptor protein tyrosine kinases (RTKs), and explores a mechanism for regulation of phosphatase activity.</p><p>Most receptor tyrosine kinases are activated by ligand induced dimerization, which results in an increase in receptor phosphorylation. Preparations of ligand-stimulated dimeric PDGF β-receptors were shown to be less susceptible to dephosphorylation compared with unstimulated receptors. This revealed that reduced receptor dephosphorylation contributes to ligand-induced increase in RTK phosphorylation.</p><p>The receptor-like phosphatase DEP-1 site-selectively dephosphorylates the PDGF β-receptor. One of the most preferred sites is the PLC-γ binding phosphotyrosine pY1021, and the autoregulatory pY857 is one of the least preferred sites. By using chimeric phospho-peptides derived from these two sites as substrate for DEP-1, it was shown that a lysine residue at position +3 acts as a negative determinant for DEP-1 and that an aspartic acid residue at position –1 is a positive determinant.</p><p>The modulatory effect of TC-PTP on PDGF β-receptor signaling was explored by using mouse embryonic fibroblasts derived from TC-PTP knockout mice. PDGF β-receptors derived from knockout cells exhibited a higher level of ligand-induced phosphorylation compared to receptors from wildtype cells. The increase was unevenly distributed between different autophosphorylation sites. The PLC-γ binding site, previously implicated in chemotactic response, displayed the largest increase. Consistently, a cell migration assay revealed hyper-responsiveness to PDGF of TC-PTP knockout cells as compared to wildtype cells.</p><p>Reversible oxidation of the active site cysteine in PTPs is a mechanism, which have been postulated to regulate phosphatase specific activity. An antibody-based generic method for detection of oxidized PTPs was developed. Using this method it was revealed for the first time that UV-induced inactivation of PTPs involves oxidation of the active site cysteine.</p>

Tyrosine phosphorylation is a crucial mechanism in cellular signaling and regulates proliferation, differentiation, migration and adhesion. The phosphorylation reaction is reversible and is governed by two families of enzymes: protein tyrosine kinases and protein tyrosine phosphatases (PTPs). This thesis investigates the role of PTPs in regulating receptor protein tyrosine kinases (RTKs), and explores a mechanism for regulation of phosphatase activity. Most receptor tyrosine kinases are activated by ligand induced dimerization, which results in an increase in receptor phosphorylation. Preparations of ligand-stimulated dimeric PDGF β-receptors were shown to be less susceptible to dephosphorylation compared with unstimulated receptors. This revealed that reduced receptor dephosphorylation contributes to ligand-induced increase in RTK phosphorylation. The receptor-like phosphatase DEP-1 site-selectively dephosphorylates the PDGF β-receptor. One of the most preferred sites is the PLC-γ binding phosphotyrosine pY1021, and the autoregulatory pY857 is one of the least preferred sites. By using chimeric phospho-peptides derived from these two sites as substrate for DEP-1, it was shown that a lysine residue at position +3 acts as a negative determinant for DEP-1 and that an aspartic acid residue at position –1 is a positive determinant. The modulatory effect of TC-PTP on PDGF β-receptor signaling was explored by using mouse embryonic fibroblasts derived from TC-PTP knockout mice. PDGF β-receptors derived from knockout cells exhibited a higher level of ligand-induced phosphorylation compared to receptors from wildtype cells. The increase was unevenly distributed between different autophosphorylation sites. The PLC-γ binding site, previously implicated in chemotactic response, displayed the largest increase. Consistently, a cell migration assay revealed hyper-responsiveness to PDGF of TC-PTP knockout cells as compared to wildtype cells. Reversible oxidation of the active site cysteine in PTPs is a mechanism, which have been postulated to regulate phosphatase specific activity. An antibody-based generic method for detection of oxidized PTPs was developed. Using this method it was revealed for the first time that UV-induced inactivation of PTPs involves oxidation of the active site cysteine.

Cancers display heterogeneity in genetic profiles of the individual cancer cells and in the composition of different malignant and non-malignant cell populations. Such intra-tumor heterogeneity plays a role in treatment response and the emergence of resistance to cancer therapies. Approaches that address this complexity and improve stratification of patients for treatment are therefore highly warranted. Thus, the aims of this thesis were to further develop and apply in situ technologies for expression and mutation analyses of candidate cancer genes to gain a deeper understanding of cancer biology and to study intra-tumor heterogeneity. In paper I, we established and validated a procedure for scalable in situ hybridization of large gene sets in human formalin-fixed paraffin-embedded tissues for analysis of gene expression. This method was used in paper II for large-scale expression analysis of the tyrosine kinome and phosphatome, two gene families whose members are frequently mutated in many forms of cancers. Systematic, compartment-specific expression mapping at cell type resolution enabled us to identify several novel vascular markers that have gone unnoticed in bulk transcriptomic analyses. In papers III and IV, we used padlock probes for in situ mutation detection in single cells for studies of genetic intra-tumor heterogeneity. In paper III, multiplex detection and genotyping of oncogenic point mutations was demonstrated in routinely processed tissue materials, whereas in paper IV we further the application by demonstrating multiplex detection of fusion gene transcripts. Collectively, the work presented in this thesis employs in situ-based methods to obtain spatial resolution of gene expression and mutation patterns in normal and cancer tissues, thereby broadening our understanding of the cancer genome.

Thesis (Ph. D.)--University of Washington, 2000. / Vita. Includes bibliographical references (leaves 108-119).

Thesis (Ph. D.)--West Virginia University, 2001. / Title from document title page. Document formatted into pages; contains vi, 195 p. : ill. (some col.). Vita. Includes abstract. Includes bibliographical references (p. 182-190).