Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les nanotechnologies appliquées à la médecine, et plus particulièrement à l’oncologie, ont permis le développement d’une nouvelle classe d’entités, appelées communément nanomédicaments ou médicaments vectorisés. Ce projet de recherche a pour objectif d’encapsuler du docétaxel dans un vecteur lipidique unilamellaire furtif, puis de greffer en surface le trastuzumab afin d’en améliorer le profil pharmacocinétique, notamment en optimisant la spécificité de la phase de distribution. Les résultats obtenus montrent qu’il est possible de développer un immunoliposome furtif de 140 nm encapsulant 90 % de docétaxel avec un taux de greffage de trastuzumab de 30 %. L’approche en cytométrie de flux que nous avons développée et appliquée a permis une quantification absolue du nombre d’anticorps présents en surface. In vitro, un double screening en culture 2D et en sphéroïde 3D a démontré la supériorité antiproliférative de l’immunoliposome comparativement à tous les autres traitements, indépendamment du statut Her2 des lignées étudiées. Les études in vivo ont confirmé cette supériorité, y compris comparativement au T-DM1, l’antibody-drug conjugate de référence dans la pathologie. Les études de biodistribution ont montré que l’accumulation de notre forme vectorielle dépendait de la taille et du degré de vascularisation des tumeurs, plus que statut Her2 tumoral. En conclusion, nous avons démontré l’intérêt thérapeutique de développer des formes vectorielles dans la prise en charge du cancer du sein, comparativement aux traitements standard. Une optimisation de la phase de distribution explique la supériorité antiproliférative obtenue avec l’immunoliposome. / The application of nanotechnology in medicine, especially oncology, has allowed for the development of a new class of entities, commonly called nanomedicine or vectorized medicine.This research project aims to encapsulate docetaxel in a stealthy, unilamellar, lipidic vector, then graft trastuzumab onto its surface to improve its pharmacokinetic profile, specifically by optimizing the specificity of the distribution phase.The results show that it is possible to develop a stealthy immunoliposome of 140 nm encapsulating 90% docetaxel and a trastuzumab grafting rate of 30 %. The flow cytometry approach that we developed and applied allowed for an absolute quantification of the number of antibodies present on the surface. In vitro, a double screening in 2D culture and in 3D spheroid showed the antiproliferative superiority of the immunoliposome compared to all the other treatments, regardless of the Her2 status in the cells studied. In vivo studies have confirmed said superiority compared to T-DM1; the benchmark antibody-drug conjugate for this pathology. Biodistribution studies have shown that the accumulation of our vector depends moreover on the size and degree of tumor vascularization than its Her2 status. In conclusion, we have demonstrated the therapeutic value of developing vector forms in the management of breast cancer therapy compared to standard treatments. The optimization of the distribution phase explains the antiproliferative superiority obtained by using the immunoliposome.

Les cancers du sein luminaux, exprimant le récepteur aux œstrogènes (RE) représentent 65-75% des cancers du sein soit environ 35.000 nouvelles patientes par an en France. Les référentiels thérapeutiques en vigueur recommandent une prescription systématique d’hormonothérapie au stade précoce, et quasiment constante au stade avancé. Néanmoins, il est admis que plus de 20% des patientes au stade précoce, et la quasi-totalité au stade avancé, vont échapper au traitement endocrinien, rendant impératif le développement de modèles précliniques permettant d’étudier les mécanismes d’hormonorésistance. Dans un contexte de modèles cellulaires anciens et très imparfaits (MCF7, T47D), et de quasi absence de modèles murins pertinents, nous avons choisi de développer des modèles murins dérivés de tumeurs fraîches, dits PDX (patient derived xenografts). Nous avons montré que ces modèles, difficiles à obtenir, récapitulaient avec une grande fidélité les caractéristiques morphologiques et biologiques des tumeurs d’origine. Les PDX se distinguent également par une grande stabilité de ces caractéristiques lors des passages successifs, les rendant utilisables au long cours. Nous avons également évalué les modèles obtenus pour leur profil de sensibilité à diverses modalités de traitement hormonal.Dans une seconde étape, nous avons développé des modèles résistants à partir des PDX précédemment obtenues. Quatre modèles ont pu être obtenus, qui nous ont permis d’avoir à disposition des modèles rendant compte de situations cliniques variées. Ces 4 modèles ont fait l’objet d’analyses biologiques extensives visant à identifier les caractéristiques moléculaires potentiellement associées à telle modalité de résistance : nos données suggèrent fortement qu’il y a autant de mécanismes de résistance que de situations, rendant illusoire une définition biologique unifiée de l’hormonorésistance. La reprogrammation fonctionnelle du RE semble être au centre de ces mécanismes.La voie PI3K/mTOR est une des plus fréquemment associée à l’hormonorésistance. De manière originale, nous avons mis en évidence que cette voie était activée aussi bien dans les modèles sensibles que dans les modèles résistants. La troisième étape a consisté à évaluer l’efficacité de l’everolimus, agent ciblant mTORC1. Nous avons pu montrer que l’everolimus était hautement actif dans toutes les situations considérées, sans argument pour une synergie entre everolimus et tamoxifène ou exemestane. En revanche, il existe une nette tendance à la synergie avec le fulvestrant, inhibiteur hautement spécifique du RE entraînant sa dégradation, et faisant suggérer des interactions avec la voie non génomique du RE.Nous testons actuellement des inhibiteurs spécifiques de la PI3KCA grâce à diverses collaborations industrielles qui permettront également de mener des analyses génomiques approfondies. De multiples projets académiques sont en cours. / Luminal breast cancer (ER+, HER2 negative) accounts for 65-75% of all breast carcinomas. Current guidelines strongly recommend endocrine treatment at both the early and advanced stages. However, more than 20% of early stage patients, and all advanced patients will eventually develop endocrine resistance.As most preclinical models (MCF7, T47D) do not recapitulate tumor biology, we have chosen to develop murine models derived from fresh tumors, hence called patient derived xenografts (PDX). We show that these models, although difficult to generate, faithfully exhibit the morphological and biological features of their parental counterpart, with high long term stability. These models have also been evaluated for their sensitivity to various endocrine treatments.In the next step, we developed from these initially endocrine sensitive models new tumors rendered resistant to endocrine therapies. We show that there is no unique biological pattern associated with endocrine resistance, although ER functional reprogramming appears to be critical. We also show that PI3K/mTOR pathway activation, may not be always related to endocrine resistance, and suggest that fulvestrant, an ER down regulator, may be highly synergistic with everolimus in specific cases.Several PI3KCA inhibitors are currently being evaluated in this setting.

Les lymphocytes T ?d seraient des effecteurs essentiels dans la réponse immunitaire aux stress induits notamment par les infections et la tumorigénèse. Plusieurs arguments dont leur localisation intra-épithéliale mais aussi leurs capacités effectrices multiples et rapides les caractérisent comme des acteurs primordiaux dans l’immunité anti-tumorale. Mon projet de thèse consistait à examiner le potentiel anti-tumoral des lymphocytes T ?d humains, Vd2 négatifs (neg), dans un contexte in vivo, grâce à l’utilisation d’un modèle murin. Des études antérieures menées au laboratoire démontraient une expansion de lymphocytes T Vd2neg dans la circulation sanguine de transplantés rénaux développant une infection à cytomégalovirus (CMV). Des clones T Vd2neg, isolés de ces patients, présentaient une forte réactivité in vitro contre des cellules infectées par le CMV mais aussi contre des cellules tumorales notamment d’origine colique (comme la lignée HT29). Un ligand commun induit par l’infection à CMV et la transformation tumorale, reconnu par les clones T Vd2neg serait à l’origine de cette double réactivité. La première partie de mon projet s’est concentrée sur l’étude du potentiel anti-tumoral de ces clones T Vd2neg in vivo, qui comprenait leur capacité à atteindre des cellules tumorales d’origines coliques (HT29) et à les lyser. Dans un modèle de xénogreffe dans des souris immunodéficientes, nous avons démontré que les clones TVd2neg, injectés dans le péritoine (i.p) pouvaient retarder la croissance de tumeurs solides HT29 sous-cutanées. D’après nos résultats, cette inhibition du développement tumoral proviendrait d’une action précoce et spécifique des cellules T Vd2neg et impliquerait le récepteur à chimiokine CCR3. Nos données suggèrent donc que des lymphocytes T Vd2neg, réactifs contre le CMV, pourraient migrer in vivo jusqu’au site d’injection des cellules tumorales et inhiber la croissance de la tumeur probablement grâce à leur acticité cytolytique. La deuxième partie de mon projet de thèse proposait d’approfondir l’étude du rôle des lymphocytes T Vd2neg contre les tumeurs coliques. Ainsi nous avons testé, in vivo, l’implication de lymphocytes T Vd1+ humains, une population représentative des épithéliums intestinaux, dans le cancer métastatique colorectal (CMC). Nous avons développé un modèle d’implantation orthotopique de cellules tumorales HT29 dans des souris immunodéficientes, qui mime le développement du CMC chez l’homme. Des tumeurs primaires intra-caecales et des métastases pulmonaires et hépatiques se développent chez les souris. De plus, nous avons pu suivre leur croissance grâce à l’introduction de la luciférase dans les HT29 et à une technique d’imagerie in vivo en bioluminescence. Nos résultats montrent qu’un traitement continu des souris par des injections de lignée T Vd1+ en i.p inhibe le développement des tumeurs primaires et retarde l’apparition des métastases à distance. Ces données soutiennent l’implication des lymphocytes T Vd2neg dans le contrôle des CMC. De façon intéressante, elles mettent en avant une implication anti-métastatique des cellules T Vd2neg. L’ensemble de nos travaux souligne le rôle des cellules T Vd2neg dans la réponse immunitaire contre les cancers colorectaux et étaye leur potentiel d’action lors de la progression des tumeurs vers des métastases, ouvrant ainsi des perspectives pour l’utilisation de ces cellules dans les thérapies des CMC. / Gamma delta (?d) T lymphocytes contribute to host immune competence uniquely especially during stress immune responses to infections and tumors. Because ?d T cells colonize epithelial surfaces, where they can exert rapid and pleiotropic effector functions, they are critical protagonists in anti-cancer response. During my Phd project we explored the anti-tumor potential of Vd2 negatives (neg) ?d T lymphocytes, in vivo using a mouse xenograft tumor model. A few years ago, studies in our laboratory showed an increase of peripheral blood Vd2neg ?d T lymphocytes in allograft recipients infected by cytomegalovirus (CMV). Interestingly, Vd2neg ?d T clones isolated from these patients showed a cytotoxic activity against CMV infected fibroblast in vitro. Moreover, they were able to kill colon cancer cells (HT29) in vitro, in contrast to normal epithelial cells. Cancer cell- as well as CMV infected cell- killing involved T cell receptor (TCR) engagement, independently of major histocompatibility complex (CMH) recognition, probably with a common ligand. The first part of my Phd project was undertaken to evaluate the in vivo tumor reactivity of anti-CMV Vd2neg clones, including their ability to inhibit tumor growth as well as their migratory potential toward colon cancer cells. In immunodeficient mice, we showed that systemic intraperitoneal (i.p) injections with human Vd2neg clones inhibited the growth of HT29 hypodermal tumors xenografts. Furthermore, our results demonstrated that Vd2neg T cells had an early and specific anti-tumor effect, and that such activity could be hampered in vivo using an anti-CCR3 antibody. Our study suggest that Vd2neg T cells with an anti-viral potential are able to reach a tumor site in vivo, and inhibit tumoral growth exercising a cytolytic activity. The second part of my Phd project proposed to get further insights on the role of Vd2neg T cells in the immune surveillance against colon cancer. To this aim, we tested, the involvement of human Vd1+ T lymphocytes, a substantial fraction of T cells in intestinal epithelia, in limiting tumor spread in vivo, using a mouse model of colorectal carcinoma (CRC). We sat up a physiological mouse model of CRC by orthotopic microinjection of HT29 colon cell, which mimics the natural history of human CRC. Indeed, primary colic tumors and pulmonary and hepatic distant metastases grew in mice. Furthermore, bioluminescence imaging was used to follow the outcome of luciferase expressing cancer cells. We showed that systemic treatment with human Vd1+ T lymphocytes could inhibit the growth of intracaecal HT29 tumors and led a substantial reduction of distant metastases. Our results are the first arguing for a crucial role of ?d T cells against CRC, specially in preventing the dissemination of colon cancer cells. Taken together, our results underline the role of of ?d T cells in theimmune response against colorectal cancer. Our findings put forward Vd2neg T cells as attractive candidates for novel anti-tumor immunotherapy protocols.

L’adénocarcinome épithélial de l’ovaire (CEO) est le cancer gynécologique le plus mortel. La recherche de nouvelles thérapies repose principalement sur des modèles précliniques 2D et in vivo avec des lignées cellulaires (LC) pour générer les évidences nécessaires à l’initiation d’essais cliniques. Ce processus requiert des fonds substantiels en recherche/santé qui est associé à un taux d’attrition élevé laissant supposer des lacunes dans le modèle actuel. Nos publications antérieures suggèrent que la sensibilité in vitro de nos LC du CEO à la chimiothérapie carboplatin varie en 2D ou 3D. Il reste à élucider lequel de ces modèles est le plus représentatif de la réponse in vivo. De ce fait, nous avons émis l’hypothèse que le modèle 3D refléterait plus étroitement la sensibilité in vivo. L’objectif de cette étude était de caractériser la réponse au carboplatin de nos LC du CEO en monocouches et en sphéroïdes (3D), puis de les comparer à leur réponse in vivo (xénogreffes). Un total de 6 LC du CEO a été injecté dans des souris qui ont reçues trois différentes concentrations de carboplatin. Leurs réponses ont été évaluées/classées selon leurs mesures de volume tumoral et l’immunofluorescence. Ces mêmes LC ont été ensemencées dans des plaques à très faible adhérence pour former des sphéroïdes et les traiter. Des analyses de cytométrie en flux ont été effectuées afin de classer les LC selon leur concentration inhibitrice médiane (CI50). Nous avons comparé le tout aux résultats 2D (CI50) précédemment publiés. Nos résultats montrent que le système 3D démontre la meilleure concordance avec le modèle in vivo. Notamment, notre LC ultra-résistance en 2D devient plus sensible en modèle murin ou encore en 3D. Inversement, une LC ultra-sensible en 2D est plus résistante en xénogreffe et en sphéroïde. Les résultats découlant de notre étude sont importants à considérer lors d’investissement de temps et de fonds dans les études de criblage et de prédiction de réponses thérapeutiques. / Epithelial ovarian adenocarcinoma (EOC) is the most lethal gynecological cancer. The drug discovery pipeline is heavily based on preclinical models. Typically, 2D cell line (CL)-based models are used to screen compounds followed by validation in animal models to generate the evidence needed to design clinical trials. This process incurs a high cost to the research pipeline and still results in high drug attrition rates. This may in part reflect the poor translation of preclinical to clinical results and points to deficiencies in modeling. Previous work from our laboratory shows that the sensitivity of our EOC CLs to carboplatin therapy varies between 2D and 3D in vitro models, however it is unclear how these differences align with the in vivo response. We hypothesize that 3D models will more closely reflect therapeutic in vivo response. The objective of this study was to characterize the carboplatin sensitivity of EOC CLs in 2D and 3D-spheroids and compare them to in vivo response using mouse xenografts. We injected mice with 6 different EOC CLs that were treated with 3 different carboplatin concentrations. Tumor volume measurements and immunofluorescence viability stains were used to categorize CLs by their sensitivity. The same CLs were seeded in low attachment plates to form, and thereafter treat, spheroids. Flow cytometry analysis was used to classify CLs by their 50% inhibitory response (IC50). The 2D response (IC50) for these CLs has previously been published. Our results show that therapeutic response changes significantly for a single CL between different systems, and the 3D model was most concordant with the in vivo model. Our ultra-resistant CL in 2D became more sensitive in 3D/mouse models. In contrast, the highly 2D sensitive CL became more resistant in our xenograft/spheroid models. The results are important to consider when investing time/funds in drug screening and therapeutic response prediction studies.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Le Mélanome Uvéal (MU) est la tumeur de l’œil la plus fréquente dans les adultes. Aucune thérapie pour la prévention ou le soins des métastases a donné preuve d’efficacité. Nous avons établi 7 lignées cellulaires de MU à partir soit de la tumeur du patient soit du matériel tumorale provenant de xénogreffes dérivées de patients (Patient-derived Xenografts, PDXs). Ces lignées cellulaires présentent les altérations cytogénétiques et les mutations « drivers » qui ont été jusqu’au présent identifiées dans la maladie; quatre d’entre elles présentent une déficience de la protéine BAP1 (BRCA1 associated protein-1), l’ altération qui caractérise la progression tumorale dans le MU. Cette collection de lignées a été utilisée pour identifier des nouvelles stratégies thérapeutiques. Une analyse in vitro avec une série d’inhibiteurs specifiques des vois de signalisation MEK/ERK, PKC, et PI3K/mTOR a montré l’efficacité de l’inhibiteur de mTOR Everolimus sur la prolifération cellulaire, effet qui a été confirmé dans 4 PDXs ou le composé a ralenti significativement la croissance cellulaire. Nous avons ensuite effectué une analyse systématique de la synergie en combinant les inhibiteurs. La synergie la plus importante est produite par l’association d’ Everolimus et de l’inhibiteur de PI3K GDC0941, résultat confirmé par une forte augmentation de l’apoptose quand les 2 drogues sont utilisées en combinaison. Pour conclure nous avons établi un instrument utile pour l’étude préclinique du MU . Nos résultats montrent que Everolimus est efficace dans l’inhibition de la croissance de MU in vitro et in vivo et que la combinaison d’un inhibiteur de mTOR et d’un inhibiteur de PI3K est très efficace dans l’induction de l’apoptose des cellules de MU. Enfin, des dérivées de la vitamine D pourraient exercer un effet antiprolifératif spécifique sur les MU avec mutation de BAP1. / Uveal melanoma (UM) is the most common primary tumor of the eye in adults. There is no standard adjuvant treatment to prevent metastasis and no effective therapy in the metastatic setting. We have established a unique panel of 7 UM cell lines from either patient’s tumors or patient-derived tumor xenografts (PDXs). These cell lines bear the cytogenetic alterations and driver mutations associated with UM so far. Importantly four of them display BAP1 (BRCA1 associated protein-1) deficiency, the hallmark of tumor progression in UM. We used this panel of cell lines to identify novel therapeutic strategies for UM patients. In vitro analysis of a series of specific inhibitors of the MEK/ERK, PKC and PI3K/mTOR pathways showed the efficacy of mTOR inhibitor Everolimus in reducing the viability of UM cell lines, a finding confirmed by significantly delayed tumor growth in 4 PDXs. We then preformed a systematic analysis of drug synergy examining the effect of combinations of the selected inhibitors. The best synergy was found with PI3K inhibitor GDC0941 and Everolimus. This was confirmed by a strong increase in apoptosis with this drug combination. In conclusion we have established an useful tool for performing preclinical studies in UM . Our results show that Everolimus efficiently inhbits UM growth in vitro and in vivo, and that mTOR inhibition coupled with PI3K inhibition is a highly effective in inducing apoptosis in UM cells. Finally Vitamin D derivatives might possibly exert a specific anti proliferative effect on BAP1 mutated UM cell lines.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Les cellules tumorales circulantes (CTC) représentent une source de matériel tumoral accessible de manière non invasive, susceptible de fournir des informations cliniques et fondamentales. Ces cellules issues de tumeurs primitives ou métastatiques représentent une population hétérogène d’éléments très rares circulant dans le sang. La personnalisation des traitements en oncologie repose sur la caractérisation moléculaire de biopsies tumorales mais celles-ci peuvent être difficiles à réaliser ou peu informatives. De ce fait, la caractérisation moléculaire et fonctionnelle des CTC présente un double intérêt, clinique pour identifier des biomarqueurs de sensibilité à des traitements, et fondamental pour étudier les mécanismes qui sous-tendent leur potentiel à initier des tumeurs.Les objectifs de ma thèse ont été d’une part de caractériser par séquençage de l’exome (WES) les CTC à l’échelle de cellule unique de patients atteints de cancers de la prostate (PCa) métastatiques et d’autre part d’établir puis caractériser des modèles de xénogreffes dérivés de CTC (CDX) chez des patients atteints de cancers bronchiques non à petites cellules (CBNPC) ou de PCa.Pour répondre au premier objectif, nous avons développé une méthode expérimentale globale incluant trois approches technologiques permettant d’enrichir et d’isoler des CTC individuelles de différents phénotypes (épithélial, épithélio-mésenchymateux et mésenchymateux), d’amplifier la totalité du génome (WGA) et de le séquencer. Le WES a été réalisé pour 34 échantillons de CTC sélectionnés sur des critères de qualité du WGA, ainsi que pour les biopsies de métastases correspondantes chez sept patients. Deux patients présentant une hétérogénéité phénotypique de leurs CTC, ont été analysés en profondeur. Nous avons mis en évidence des mutations partagées entre les CTC et les biopsies tumorales correspondantes ainsi que des mutations uniquement retrouvées dans les CTC. Ces mutations spécifiques aux CTC sont présentes dans tous les phénotypes et affectent particulièrement les gènes impliqués dans le remodelage du cytosquelette, la réparation de l’ADN ou l’invasion. L’existence de mutations communes entre les CTC de différents phénotypes suggère une relation phylogénique entre ces cellules mais une évolution divergente pendant le processus métastatique. Ce travail est soumis pour publication.Dans la seconde partie de ma thèse, nous avons implantés les CTC de 67 patients atteints de CBNPC et 24 patients atteints de PCa chez des souris immunodéprimées. Nous avons établis quatre CDX de CBNPC et un CDX de PCa. La caractérisation de ces modèles, des biopsies tumorales, des CTC collectées au moment de la xénogreffe, des CDX et des lignées cellulaires établies à partir du CDX, ont révélé que les CTC, le CDX et les lignées cellulaires « miment » le phénotype et le profil mutationnel des biopsies tumorales. La caractérisation plus approfondie de l’une des lignées cellulaires montre la présence d’un stress réplicatif et d’une instabilité génomique élevée. Ce résultat nous oriente sur l’hypothèse d’un rôle éventuel de l’instabilité génomique dans la tumorigénicité des CTC.Dans ce travail, nous avons montré que le profil mutationnel des CTC présente de fortes similitudes avec les biopsies tumorales des patients dans les patients atteints de PCa étudiés. De plus, nous avons observé l’existence de mutations spécifiques aux CTC, non détectées dans les biopsies tumorales. Également, nous montrons que des CTC issues de CBNPC et de PCa sont tumorigéniques in vivo et qu’elles reflètent le profil mutationnel des biopsies tumorales des patients. Ces modèles constituent des outils originaux et intéressants pour identifier de nouvelles cibles thérapeutiques et stratégies anti-cancéreuses, et comprendre les mécanismes qui supportent le potentiel des CTC à initier des tumeurs. / Circulating tumor cells (CTCs) represents an non invasive source of tumor material which may provide clinical and basic information. These cells derived from primary or metastatic tumors represents an heterogeneous population of very rare events which circulates in the blood. Oncology personnalized medicine is based on biopsies molecular characterization but these are sometimes which difficult to realize and poorly informative. Thereby molecular and functional characterization of CTCs presents a double interest, clinical to identify treatments biomarkers sensitivity and basic to study mechanisms underlying their tumor inititiating cell (TIC) potential. The two goals of my thesis were on the one hand to characterize by whole-exome sequencing (WES) at the single level the CTCs from patients with metastatic prostate cancers (mPCa) and on the other hand to establish and characterize CTC-derived xenografts (CDX) from patients with non-small-cell lung cancer (NSCLC) or mPCa. For the first goal we developped a global workflow which include three technological approaches to enrich and isolate individual CTCs from different phenotype (epithelial, epithelial and mesenchymal, mesenchymal), to perform whole genome amplification (WGA) and to sequence them. WES was performed on 34 CTC samples selected according to WGA quality and on corresponding metastasis biopsies from seven patients. Two patients with phenotypic heterogeneity of CTCs were deeply analyzed. We highlighted shared mutations between CTCs and matched biopsies as well as mutations only detected in CTCs. These private CTC mutations are detected in all phenotype and particularly affect genes invlved in cytoskeleton remodeling, DNA repair or invasion. The existence of common mutations between CTCs from various phenotype suggests a phylogenic link between these cells but a divergent evolution during metastatic process. This work is submitted for publication. For the second goal, we implanted CTCs from 67 NSCLC patients and 28 mPCa patients in immunocompromised mice. We established four NSCLC CDX and one mPCa CDX. The characterization of tumor biopsies, CTCs collected at the time of xenograft, CDX and CDX-derived cell lines revealed that CTCs, CDX and cell lines miror the phenotype and mutational landscape of tumor biopsies. The more deeply characterization of one cell line show the presence of a high replicative stress and genomic instability. This result directs us to the hypothesis of a possible role of the genomic instability in CTC tumorigenicity.We demonstrated in this work that CTCs mutational landscape harbors high similairities with patients tumor biopsies in mPCa. Furthermore we observed CTC private mutations not detected in tumor biopsies. Also we showed that some CTCs from NSCLC and mPCa are tumorigenic in vivo and that these CTCs mirror mutational profile of patients tumor biopsies. These models are original and interesting tools to identify new therapeutic targets and anti-tumoral strategies and understand mechanisms underlying the TIC potential of CTCs.

Le cancer de la prostate est le cancer le plus diagnostiqué et représente la troisième cause de mort par cancer chez les hommes au Canada. Environ un quart des patients auront une récidive biochimique suite aux traitements de première ligne (chirurgie ou radiation). Le traitement systématique subséquent est la thérapie de déprivation à l’androgène qui permettra, dans un premier temps, un ralentissement de la croissance de la tumeur dite hormonosensible. Puis, dans un second temps, cette thérapie mènera à une progression vers un stade résistant à la castration avec ou sans métastases. De plus, environ 10% des patients recevront un diagnostic de cancer de la prostate métastatique. Cette forme du cancer de la prostate est une des formes les plus agressives et, à ce jour, il n’existe aucun traitement curatif. C’est pourquoi il est important de mieux déterminer les facteurs impliqués dans la progression du cancer de la prostate. De nombreuses études menées par le laboratoire ont permis d’identifier la kinase IKKe comme un facteur impliqué dans la progression du cancer de la prostate. Ainsi, il a été montré que les lignées résistantes à la castration expriment constitutivement IKKe sécrètent IL-6 et IL-8, cytokines impliquées dans la transactivation du récepteur à l’androgène, un des mécanismes de progression de ce cancer. Pour permettre cette sécrétion, IKKe phosphoryle C/EBP-b, facteur de transcription, ce qui conduit à l’activation de la transcription des gènes IL-6 et IL-8. Par ailleurs, C/EBP-b joue un rôle dans le contrôle de la sénescence induite par la thérapie de déprivation à l’androgène. Nous émettons donc l’hypothèse que IKKe interfère avec les mécanismes de sénescence induit par la thérapie de déprivation à l’androgène et que cibler IKKe permettrait de contrôler la croissance du cancer de la prostate résistant à la castration. Le premier objectif fut d’évaluer l’impact de l’inhibition de IKKe sur le destin cellulaire lors de la progression du cancer de la prostate. La déplétion de IKKe induit un phénotype de sénescence dans la lignée PC-3. L’utilisation d’inhibiteurs de IKKe, le BX795 et l’Amlexanox, induit un phénotype de sénescence dans les cellules résistantes à la castration, où IKKe a une expression constitutive, accompagnée d’une forte induction de dommages à l’ADN et d’une instabilité génomique, de façon dose-dépendent. Dans les iii cellules hormonosensibles, les inhibiteurs n’ont que très peu d’effet puisque l’expression de IKKe n’est pas constitutive. De plus, les inhibiteurs de IKKe ralentit la croissance tumorale des xénogreffes PC-3 et DU145, alors qu’ils n’ont aucun effet sur la croissance tumorale de la xénogreffe hormonosensible 22Rv1. Le deuxième objectif avait pour but de caractériser le rôle de IKKe dans l’échappement de la sénescence induite par la thérapie de déprivation à l’androgène. Nos travaux de recherche montrent que la déplétion ou l’utilisation de l’Amlexanox induit une diminution du recrutement de C/EBP-b au niveau du promoteur du gène de Rad51, protéine indispensable pour l’efficacité des mécanismes de réparation des dommages à l’ADN. De plus, bloquer la voie de réparation médiée par Rad51 par l’intermédiaire de l’Amlexanox améliore la sensibilité à l’Olaparib des cellules résistantes à la castration in vitro. De même, dans un modèle de xénogreffes résistantes à la castration, la combinaison Amlexanox – Olaparib montre un meilleur effet sur le ralentissement de la croissance tumorale. En conclusion, ce projet de doctorat aura permis de préciser les mécanismes impliquant IKKe dans la progression du cancer de la prostate. Les résultats apportent un nouvel éclairage sur le rôle de IKKe dans la régulation des dommages à l’ADN, particulièrement sur la transcription du gène Rad51 via C/EBP-b. De plus, les expériences in vivo montrent le potentiel thérapeutique de l’Amlexanox, notamment en le combinant avec l’Olaparib, afin de contrôler la croissance des tumeurs résistantes à la castration. / Prostate cancer is the most frequently diagnosed cancer and is the third leading cause of cancer death in men in Canada. About a quarter of patients will have a biochemical recurrence following first-line treatments (surgery or radiation). The subsequent systematic treatment is androgen deprivation therapy which will initially slow the growth of hormone- sensitive tumors. Almost inevitably this therapy will lead to progression towards castrate resistance with or without metastases. In addition, approximately 10% of patients will be initially diagnosed with metastatic prostate cancer. This form of prostate cancer is one of the most aggressive forms and, to date, there is no curative treatment. This underscores the important of better understanding the factors involved in the progression of prostate cancer. Numerous studies conducted by our laboratory have identified IKKe kinase as a factor involved in the progression of prostate cancer. It has been shown that castrate resistant cell lines that constitutively express IKKe secrete IL-6 and IL-8, cytokines involved in the transactivation of the androgen receptor, one of the mechanisms leading to cancer progression. IKKe contributes to this through the phosphorylation of C/EBP-b, a transcription factor, which leads to the activation of the transcription of the IL-6 and IL-8 genes. Furthermore, C/EBP-b plays a role in the control of senescence induced by androgen deprivation therapy. We therefore hypothesized that IKKe interferes with the mechanisms of senescence induced by androgen deprivation therapy and that targeting IKKe would control the growth of castration-resistant prostate cancer. The first objective was to assess the impact of IKKe inhibition on cell fate during prostate cancer progression. Depletion of IKKe induces a senescence phenotype in the PC- 3 cell line. The use of the IKKe inhibitors, BX795 and Amlexanox, induces a senescence phenotype in castrate resistant cell lines, where IKKe is constitutively expressed, accompanied by a strong induction of DNA damage and genomic instability in a dose- dependent manner. Since IKKe expression is not constitutive in hormone-sensitive cell lines, IKKe inhibitors have very little effect in these. In addition, IKKe inhibitors slow the growth of the PC-3 and DU145 xenografts, while they have no effect on the growth of hormone-sensitive 22Rv1 xenografts. v The second objective was to study the role of IKKe in the senescence escape induced by androgen deprivation therapy. Our research shows that the IKKe depletion or the use of Amlexanox induces a decrease in the C/EBP-b recruitment on the promoter of the Rad51 gene, a protein essential for the efficiency of the mechanisms of DNA damage repair. In addition, blocking the Rad51-mediated repair pathway through Amlexanox enhances susceptibility to Olaparib in castrate resistant cell lines in vitro. Likewise, in a castrate resistant xenograft model, the combination Amlexanox - Olaparib has a stronger effect on tumor growth as compared to a control or each treatment individually. In conclusion, this doctoral research has made it possible to identify a new mechanism implicating IKKe in the progression of prostate cancer. The results show the role of IKKe in the regulation of DNA damage, particularly on the transcription of the Rad51 gene via C/EBP-b. In addition, in vivo experiments show the therapeutic potential of Amlexanox, particularly in combination with Olaparib, to control the growth of castrate resistant tumors.