Summary: While multiple organs are affected in cystic fibrosis (CF) patients, chronic lung disease is the most severe clinical manifestation caused by chronic bacterial infection and concomitant airway inflammation. The sequence of events at the onset of pulmonary infection and inflammation is controversial and not fully characterized. The aim of this work was to highlight an early inflammatory state in CF airways before any infection and to investigate the molecular mechanisms underlying this intrinsic inflammation. We showed increased levels of pro-inflammatory proteins in the lungs of a CF fetus compared to the lungs of two normal fetuses. Using different CF cell models, we confirmed the over-production of numerous pro-inflammatory molecules. We then demonstrated that the transcription of these inflammatory genes is NF-kB and AP-1-dependent and that these transcription factors are activated through IKK and ERK kinase activation. We also identified that the IL-1b and bFGF inhibition, two pro-inflammatory proteins over-expressed in our CF models, decreased the expression of several pro-inflammatory genes. Among the molecules over-secreted by CF epithelial cells, chemokines such as IL-8, Gro-a, Gro-b, Gro-g and ENA-78 or growth factors such as VEGF and bFGF are know to be pro-angiogenic factors. We further demonstrated that conditioned media from CF epithelial cells were able to induce proliferation, migration and sprouting of cultured primary endothelial cells. Our data demonstrated that the absence of CFTR (CF transmembrane conductance regulator) at the plasma membrane leads to an intrinsic AP-1 and NF-kB activation. These activations lead to a pro-inflammatory state sustained through autocrine factor secretion and also through the angiogenic process induced by CF epithelial cells.

Des données antérieures obtenues dans notre laboratoire ont montré le rôle essentiel de PAI-1 dans la croissance de cellules cancéreuses dorigine murine et linduction dune angiogenèse concomitante (Bajou et al, 1998;Bajou et al, 2001). Bien que ces résultats aient été confirmés par dautres groupes dans différents modèles expérimentaux (Gutierrez et al, 2000;McMahon et al, 2001), très peu dinformations concernant limplication de PAI-1 dans la progression des carcinomes humains étaient disponibles dans la littérature. Cest pourquoi, dans le premier chapitre de ce travail, nous nous sommes intéressés au comportement de différentes lignées de carcinomes humains lorsquelles sont placées dans un environnement dépourvu en PAI-1. Lensemble des résultats obtenus est décrit dans la première publication intitulée : « Host plasminogen activator inhibitor-1 promotes human skin carcinoma progression in a stage-dependent manner » (Maillard et al, 2005, Neoplasia, 7: 57-66) La synthèse des différentes études utilisant différents modèles expérimentaux in vivo (voir introduction, Tableau 6) a montré quelques divergences quant à linfluence de PAI-1 dans la progression tumorale et la formation de métastases. Ces résultats contradictoires pourraient sexpliquer en partie par la grande diversité des modèles expérimentaux utilisés. Les lignées de cellules tumorales utilisées, le nombre de cellules implantées, ainsi que le site dimplantation chez les animaux sont quelques uns des facteurs pouvant influencer les résultats. Dans ce contexte, lutilisation danimaux transgéniques développant spontanément des lésions tumorales est une alternative attrayante pour étudier limpact dun facteur sur lévolution de ces lésions. A lheure actuelle, un seul groupe sest intéressé à limpact dun déficit en PAI-1 dans un modèle de souris développant de manière spontanée des adénocarcinomes mammaires qui métastasent dans les poumons, et na pas observé de différences entre les animaux déficients en PAI-1 et leurs contrôles de type sauvage (Almholt et al, 2003). Ce deuxième chapitre est consacré à létude de limplication de PAI-1 dans un autre modèle murin de cancérogenèse spontanée, à savoir, les souris TRP-1/SV40 Tag caractérisées par un développement de tumeurs oculaires qui forment des métastases dans le cerveau. Ce travail a été réalisé en collaboration avec le Laboratoire de Vectorologie et de Transfert de Gènes (Docteur M. Perricaudet, UMR8121, Villejuif, France), au cours dun séjour de plus de 6 mois. Lensemble des résultats obtenus est décrit dans la seconde publication intitulée : « Reduction of brain metastases in transgenic ocular tumor in plasminogen activator inhibitor-1 deficient mice » (Maillard et al, soumis pour publication) Les résultats présentés dans le troisième chapitre mettent en avant lintérêt des chambres de transplantation in vivo de kératinocytes tumoraux comme modèle détude des interactions hôte-tumeur. Dans un premier temps, ce modèle nous a permis de déterminer limportance de lorigine cellulaire de PAI-1 (cellules tumorales ou cellules hôtes) sur son effet pro-angiogène. Dautre part, des effets opposés de PAI-1 en fonction de sa concentration ont été mis en évidence et apportent des éléments de réponse quant aux effets pro- ou anti-angiogènes de cet inhibiteur des activateurs du plasminogène. Les résultats sont repris dans la troisième publication intitulée : « Host-derived plasminogen activator inhibitor-1 (PAI-1) concentration is critical for in vivo tumoral angiogenesis and growth » (Bajou et al, 2004, Oncogene, 23:6986-6990) Dans un second temps, en collaboration avec léquipe du Professeur J. Boniver (Laboratoire dAnatomie et de Cytologie Pathologiques, ULg, Liège), les chambres de transplantation ont été utilisées pour évaluer in vivo lefficacité thérapeutique du GM-CSF comme cytokine favorisant la migration intratumorale de cellules dendritiques matures. Ces travaux sont présentés dans la quatrième publication intitulée : « Delivery of granulocyte-macrophage colony-stimulating factor in bioadhesive hydrogel stimulates migration of dendritic cells in models of human papillomavirus-associated (pre)neoplastic epithelial lesions » (Hubert et al, 2004, Antimicrobial agents and chemotherapy, 48: 4342-4348)

3-bromophenyl 6-acetoxymethyl-2-oxo-2H-1-benzopyran-3-carboxylate (IK9) was recently reported to be a potent inhibitor of cancer cell invasion and angiogenesis. It markedly reduced in vitro invasion of human HT1080 fibrosarcoma cells through collagen-coated porous membranes (Boyden chamber assay) and in vivo tumour growth in athymic nude mice. It was furthermore able to decrease angiogenesis ex vivo in a rat aortic ring assay and in vivo in a choroidal neovascularisation mice model. It nevertheless presents some water solubility and stability problems, which should be taken into account for further investigations. In the first part of the project, we synthesized original IK9 derivatives, modulated at the 3- and 6-positions, by introducing functional groups able to improve water solubility and metabolic stability. Their anti-invasive potency was screened in the Boyden chamber assay and the generated results highlighted some structure-activity relationships. A second part of the project was devoted to the elucidation of the actually unknown mechanism of action of IK9. Anti-invasive or anti-proliferative effects against endothelial cells, main actors of the angiogenic process, were not emphasised. We showed that IK9 acts likely not as an inhibitor of receptor tyrosine kinases (EGFR, PDGFR and VEGFR). The compound generates a weak decrease of mRNA coding for metalloproteinases (MMPs) 2 and 9, and on the other hand a substantial diminution of MMP 2 and 9 secretions by HT1080 fibrosarcoma cells. In conclusion, the consideration of anti-invasive properties together with the worked out solubility and stability profiles highlights several series, notably 6-hydroxycoumarins, 6-hydroxymethylcoumarins and coumarin-3-sulfonamides, whose interest as potential successors to IK9 is undeniable. Le 6-acétoxyméthyl-2-oxo-2H-1-benzopyrane-3-carboxylate de 3-bromophényle (IK9) est un dérivé coumarinique décrit comme inhibiteur puissant de linvasion tumorale et de langiogenèse. Il inhibe linvasion des cellules HT1080 de fibrosarcome humain in vitro à travers une membrane poreuse recouverte dune couche de collagène (test en « chambres de Boyden ») et la croissance tumorale in vivo chez des souris athymiques nues. Il est par ailleurs capable de bloquer langiogenèse, à la fois dans un modèle ex vivo danneaux daorte de rats et dans un modèle in vivo de néovascularisation choroïdale chez la souris. Il présente pour autant une problématique dhydrosolubilité et de stabilité, dont il faudra tenir compte lors dinvestigations futures. Dans une première partie du projet, nous avons synthétisé des dérivés originaux de lIK9, modulés en position 3 et 6 du noyau coumarinique, en introduisant des fonctions susceptibles daugmenter lhydrosolubilité et la stabilité métabolique des molécules obtenues. Leur pouvoir anti-invasif a été évalué dans le test en « chambres de Boyden », ce qui nous a permis de mettre en évidence différentes relations structure-activité. Une deuxième partie du projet fut consacrée à létude du mécanisme daction de lIK9, qui est non identifié jusquà présent. Un effet anti-invasif ou anti-prolifératif envers les cellules endothéliales, actrices principales du processus dangiogenèse, na pu être observé. LIK9 nagit vraisemblablement pas en tant quinhibiteur de plusieurs récepteurs de type tyrosine kinase (EGFR, PDGFR et VEGFR). Le composé engendre une légère baisse de lexpression de lARNm codant pour les métalloprotéases matricielles (MMPs) 2 et 9 mais par contre entraîne une diminution substantielle de la sécrétion des MMPs 2 et 9 par les cellules HT1080 de fibrosarcome humain. En conclusion, la prise en compte simultanée de lactivité anti-invasive, de lhydrosolubilité et de la stabilité met en avant plusieurs séries de dérivés, notamment des 6-hydroxycoumarines, des 6-hydroxyméthylcoumarines et des coumarine-3-sulfonamides, dont lintérêt en tant que successeurs potentiels de lIK9 est indéniable.