Le cancer et les maladies cardiovasculaires sont deux problèmes de santé majeurs. Les survivants du cancer ont un risque plus élevé de développer et de mourir d'une maladie cardiovasculaire par rapport à la population générale. De même, les patients atteints de maladies cardiovasculaires sont également plus susceptibles de recevoir un diagnostic de cancer. Bien que les deux conditions partagent de nombreux facteurs de risque, le cancer et les maladies cardiovasculaires ont traditionnellement été étudiés séparément. Récemment, une vague de recherches en cours a mis en évidence des points communs biologiques entre le cancer et les maladies cardiovasculaires. Ces découvertes ont été rendues possibles grâce à des avancées scientifiques importantes, notamment la caractérisation moléculaire élargie des modulateurs de l'inflammation, l'élucidation des structures du protéasome et de l'inflammasome, ainsi que des contributions visant à renforcer nos connaissances sur l'immunité cellulaire. Grâce à ces avancées, il est désormais possible d'obtenir des informations précieuses sur les circuits complexes de la réponse immunitaire innée et adaptative, ainsi que sur les mécanismes de défense de l'hôte. Les progrès notables réalisés dans ces domaines ont posé les bases solides de la biologie de l'inflammation. L'application des principes appris dans ce domaine à la maladie humaine n'a que récemment commencé à donner des résultats fructueux, conduisant à la croissance exponentielle du domaine de l'inflammation dans le cancer et les maladies cardiovasculaires. Pour le cancer comme pour les maladies cardiovasculaires, l'immunomodulation est récemment apparue comme un facteur clé dans leur traitement et leur prise en charge. Avec le temps, il est également devenu évident que cibler une voie inflammatoire particulière pour traiter une condition peut avoir des implications importantes pour l'autre, reflétant l'interaction complexe entre ces deux processus pathologiques. Les avancées réalisées ont permis de reconnaître que l'inflammation joue un rôle actif dans le développement et la progression physiopathologique du cancer et des maladies cardiovasculaires. Toutefois, la compréhension de l'inflammation sur le cancer et les maladies cardiovasculaires est en constante évolution, et des recherches en cours sont nécessaires pour découvrir de nouvelles informations sur les mécanismes complexes de leurs relations. Dans ce contexte, nous avons entrepris des analyses distinctes pour approfondir notre compréhension et contribuer aux efforts de recherche innovants en cours, afin de réduire le fardeau croissant du cancer et des maladies cardiovasculaires. Premièrement, nous avons effectué une méta-analyse génétique sur le risque de cancer incident chez les patients atteints de maladie coronarienne prenant des statines. Dans cette étude, nous avons pu identifier et répliquer une variation génétique associée à un risque plus élevé de diagnostic incident de cancer chez les femmes utilisatrices de statines. La variation génétique se trouvait dans la région de l'antigène leucocytaire humain qui est largement responsable de l'activation des lymphocytes T et de la régulation des réponses immunitaires. Ces résultats réitèrent l'implication active des processus inflammatoires sous-jacents à la maladie coronarienne et au cancer. Deuxièmement, nous avons cherché à explorer l'effet de l'hématopoïèse clonale, une condition dans laquelle certaines cellules sanguines sont produites à partir d'une seule cellule mutée plutôt qu'à partir de processus normaux de production de cellules sanguines, sur le risque de décès par causes cardiovasculaires chez les patients diagnostiqués avec un cancer en utilisant une grande cohorte prospective. Dans une première analyse, nos résultats ont montré que les porteurs de modifications chromosomiques en mosaïque, un type distinct d'hématopoïèse clonale, présentaient un risque plus élevé de décès par maladie coronarienne que les non-porteurs. Dans une analyse de suivi, nos résultats ont montré que les porteurs d'hématopoïèse clonale de potentiel indéterminé étaient plus susceptibles de succomber à la mort due à des causes de maladies cardiovasculaires que les non-porteurs. Bien que la présence combinée des deux types d'hématopoïèse clonale n'était pas associée à un effet additif sur les critères d'évaluation liés aux maladies cardiovasculaires, elle a conféré un risque plus élevé de mortalité globale par rapport à ceux ayant un seul type d'hématopoïèse clonale. D'autres contributions scientifiques apportées au cours de mes études doctorales mettent l'accent sur le potentiel de l'utilisation de thérapies anti-inflammatoires pour réguler l'inflammation, et donc modifier le développement de l'hématopoïèse clonale, réduisant efficacement les événements cardiovasculaires et éventuellement les effets liés au cancer. Dans l'ensemble, les résultats de la thèse actuelle confirment que les processus inflammatoires sous-tendent le développement et la progression des maladies cardiovasculaires et du cancer. Cependant, les résultats de cette thèse soulignent la nécessité d'une évaluation continue, compte tenu des variations dans les liens entre l'inflammation, le cancer et les maladies cardiovasculaires à travers diverses voies inflammatoires et types de cancers. / Cancer and cardiovascular diseases are two major health threats to humanity. Survivors of cancer have a higher risk of developing and dying from cardiovascular disease compared to the general population. Similarly, patients with cardiovascular disease are also more likely to be diagnosed with cancer. While both conditions share many risk factors, cancer and cardiovascular disease have traditionally been studied in isolation. Recently, ongoing research has revealed biological commonalities between the two diseases. These findings are owed to significant scientific advances that have allowed for an expanded molecular characterization of inflammatory modulators, the elucidation of the structures of proteasome and inflammasome, and the advancement of knowledge in cellular immunity. Thanks to these advancements, valuable insights can now be gained into the complex circuity of the innate and adaptive immune response, as well as the mechanisms of the host defenses. The remarkable progress made in these areas has laid a strong foundation for inflammation biology, and the application of the principles learned in this field to human disease has only recently begun to yield fruitful results, leading to the exponential growth of the field of inflammation in cancer and cardiovascular disease. For both cancer and cardiovascular disease, immuno-modulation has recently emerged as a key factor in their treatment and management. Moreover, it has become apparent that targeting a particular inflammatory pathway to treat one condition can have significant implications for the other, reflecting the complex interplay between these two disease processes. These developments have enabled the recognition that inflammation is an active participant in the pathophysiological development and progression of both cancer and cardiovascular disease. However, our understanding of the role of inflammation in cancer and cardiovascular disease is still evolving, as ongoing research is necessary to uncover new insights into the complex mechanisms of their triangular relationship. In the present PhD thesis, we sought to conduct distinct analyses that would further our understanding and contribute to the current efforts in innovative research that could help reduce the growing burden of cancer and cardiovascular disease. First, we performed a genetic meta-analysis on the risk of incident cancer in patients with coronary artery disease taking statins. In that study, we were able to identify and replicate a genetic variant that was associated with a higher risk of incident cancer diagnosis in women statin users. The genetic variant was located in the human leukocyte antigen region that is largely responsible for the activation of T cells and the regulation of immune responses. These findings underscore the active involvement of inflammatory processes in the development of coronary artery disease and cancer. Second, we sought to explore the effect of clonal hematopoiesis, a condition in which certain blood cells are produced from a single mutated cell rather than from normal blood cell production processes, on the risk of death from cardiovascular-related causes in a large prospective cohort of patients diagnosed with cancer. In a first analysis, our findings showed that carriers of mosaic chromosomal alterations, a distinct type of clonal hematopoiesis, had a higher risk of death from coronary artery disease than non-carriers. In a follow-up analysis, our findings showed that carriers of clonal hematopoiesis of indeterminate potential were more likely to succumb to death from cardiovascular disease causes than non-carriers, and while the combined presence of both types of clonal hematopoiesis was not associated with an additive effect on cardiovascular-related endpoints, it did confer a greater risk of overall mortality compared to those with either type of clonal hematopoiesis alone. Other scientific contributions made during the course of my doctoral studies emphasize on the potential use of anti-inflammatory therapeutics to alter the course of clonal evolution, for the purpose of reducing cardiovascular-related outcomes, and simultaneously cancer-related endpoints. Overall, the results of this thesis support the notion that inflammatory processes underlie both diseases’ development and progression. However, the results of this thesis also highlight the need for continuous evaluation, taking into account the variations in the connections among inflammation, cancer, and cardiovascular disease across various inflammatory pathways and types of cancers.

Introduction: Au Canada, le cancer de la prostate est le cancer le plus fréquemment diagnostiqué chez les hommes et le plus mortel après les cancers du poumon et du côlon. Il y a place à optimiser le traitement du cancer de la prostate de manière à mettre en œuvre une médecine personnalisée qui s’adapte aux caractéristiques de la maladie de chaque patient de façon individuelle. Dans ce mémoire, nous avons évalué la réponse aux dommages de l’ADN (RDA) comme biomarqueur potentiel du cancer de la prostate. Les lésions potentiellement oncogènes de l'ADN déclenche une cascade de signalisation favorisant la réparation de l'ADN et l’activation des points de contrôle du cycle cellulaire pour préserver l’intégrité du génome. La RDA est un mécanisme central de suppression tumorale chez l’homme. La RDA joue un rôle important dans l’arrêt de la prolifération des cellules dont les génomes sont compromis, et donc, prévient la progression du cancer en agissant comme une barrière. Cette réponse cellulaire détermine également comment les cellules normales et cancéreuses réagissent aux agents utilisés pour endommager l'ADN lors du traitement du cancer comme la radiothérapie ou la chimiothérapie, en plus la présence d,un certain niveau de RDA dans les cellules du cancer de la prostate peuvent également influer sur l'issue de ces traitements. L’activation des signaux de la RDA peut agir comme un frein au cancer dans plusieurs lésions pré-néoplasiques de l'homme, y compris le cancer de la prostate. Il a été démontré que la RDA est augmentée dans les cellules de néoplasie intra- épithéliale (PIN) comparativement aux cellules prostatiques normales. Toutefois, le devient de la RDA entre le PIN et l’adénocarcinome est encore mal documenté et aucune corrélation n'a été réalisée avec les données cliniques des patients. Notre hypothèse est que les niveaux d’activation de la RDA seront variables selon les différents grades et agressivité du cancer de la prostate. Ces niveaux pourront être corrélés et possiblement prédire les réponses cliniques aux traitements des patients et aider à définir une stratégie plus efficace et de nouveaux biomarqueurs pour prédire les résultats du traitement et personnaliser les traitements en conséquence. Nos objectifs sont de caractériser l'activation de la RDA dans le carcinome de la prostate et corréler ses données avec les résultats cliniques. Méthodes : Nous avons utilisé des micro-étalages de tissus (tissue microarrays- TMAs) de 300 patients ayant subi une prostatectomie radicale pour un cancer de la prostate et déterminé le niveau d’expression de protéines de RDA dans le compartiment stromal et épithélial des tissus normaux et cancéreux. Les niveaux d’expression de 53BP1, p-H2AX, p65 et p-CHK2 ont été quantifiés par immunofluorescence (IF) et par un logiciel automatisé. Ces marqueurs de RDA ont d’abord été validés sur des TMAs-cellule constitués de cellules de fibroblastes normales ou irradiées (pour induire une activation du RDA). Les données ont été quantifiées à l'aide de couches binaires couramment utilisées pour classer les pixels d'une image pour que l’analyse se fasse de manière indépendante permettant la détection de plusieurs régions morphologiques tels que le noyau, l'épithélium et le stroma. Des opérations arithmétiques ont ensuite été réalisées pour obtenir des valeurs correspondant à l'activation de la RDA qui ont ensuite été corrélées à la récidive biochimique et l'apparition de métastases osseuses. Résultats : De faibles niveaux d'expression de la protéine p65 dans le compartiment nucléaire épithélial du tissu normal de la prostate sont associés à un faible risque de récidive biochimique. Par ailleurs, nous avons aussi observé que de faibles niveaux d'expression de la protéine 53BP1 dans le compartiment nucléaire épithéliale du tissu prostatique normal et cancéreux ont été associés à une plus faible incidence de métastases osseuses. Conclusion: Ces résultats confirment que p65 a une valeur pronostique chez les patients présentant un adénocarcinome de la prostate. Ces résultats suggèrent également que le marqueur 53BP1 peut aussi avoir une valeur pronostique chez les patients avec le cancer de la prostate. La validation d'autres marqueurs de RDA pourront également être corrélés aux résultats cliniques. De plus, avec un suivi des patients plus long, il se peut que ces résultats se traduisent par une corrélation avec la survie. Les niveaux d'activité de la RDA pourront éventuellement être utilisés en clinique dans le cadre du profil du patient comme le sont actuellement l’antigène prostatique spécifique (APS) ou le Gleason afin de personnaliser le traitement. / Background: Prostate cancer is the most frequently diagnosed cancer in Canadian men and is the third deadliest after lung and colon cancers. Currently, prostate cancer treatments are based on results obtained of digital rectal exam, Gleason scores from biopsy specimens and serum PSA (Prostatic Specific Antigen) levels. The identification of specific biomarkers for diagnosis and prognosis, as well as new therapeutic targets, is quickly paving the way for personalized medicine. Ideally, in the future, patient care will include molecular signature of a patient's disease to guide for a more efficient treatment. In this thesis, we evaluated the DNA damage response (DDR) as a potential biomarker in prostate cancer. DNA lesions in mammalian cells trigger the DDR signalling cascade that orchestrates DNA repair and activate cell cycle checkpoints to preserve genome integrity. Loss of genome stability is usually associated with cancer development, and activated DDR signalling in cells with genomic instability act as a cancer barrier in several pre-neoplastic human lesions, including prostate cancer. Thus, the DDR is an important cancer suppression mechanism. The DDR is also activated in response to anti- cancer agents including radiation therapy (RT) and DNA-damaging chemotherapies. Pre- existing DDR levels in prostate cancer cells may influence the outcome of these cancer treatments. DDR signalling has been detected during human prostate cancer progression from low levels in normal prostate cells to high levels in high-grade prostatic intraepithelial neoplasia (HG-PIN). However, DDR signalling variations detected from HG-PIN to adenocarcinoma remain unclear, and no correlations were performed with patient clinical outcome data. Our hypothesis is that the levels of persistent DDR signalling activity will be variable with different grades and aggressiveness of prostate cancer. The levels of this activity could be correlated with the clinical responses to treatments and could even predict this process. We believe that having new biomarkers will help personalizing cancer treatment and certainly increase treatments’ efficiency. Our objectives are to characterize the occurrence of DDR activation in prostate carcinoma and to correlate it with patients’ survival and responsiveness to treatment. Methods: We used tissue microarrays (TMAs) from human radical prostatectomy specimens of 300 men with prostate cancer and estimated the level of DDR protein expression in the stromal and epithelial compartments of normal and aggressive cancer tissues. The expression level of the DDR markers p53 binding protein-1 (53BP1), phosphorylated H2AX (p-H2AX), p65 (p65 subunit of Nuclear Factor (NF-κB) and phosphorylated checkpoint kinase-2 (p-CHK2) was quantified using immunofluorescence (IF) coupled to high-content automated imaging. The quantification of our DDR markers was first validated on an experimental TMA (TMA-cell) including normal and irradiated (to induce DDR signalling) cultured human fibroblasts. The data was quantified using binary layers commonly used to classify pixels in an image so areas could be analysed independently allowing the segregation of specific compartments including nuclei, epithelia and stroma. Arithmetic operations were performed to render values corresponding to DDR activation that were then correlated with clinical outcomes such as biochemical recurrence and occurrence of bone metastasis. Results: We found that low levels of p65 protein expression in the nuclear epithelial compartments of normal prostate tissue were associated with a reduced probability of biochemical failure (which corresponds to a rise in the serum level of PSA in prostate cancer patients following treatment, surgery in this cohort of patients). Moreover, we also observed that low levels of 53BP1 protein expression in the nuclear epithelial compartments of normal and cancerous prostate tissue were associated with a lower incidence of bone metastasis. Conclusion: These results confirm that p65 has prognostic value in patients with prostate adenocarcinoma. Based on our results, we suggest that 53BP1 marker may have a prognostic value as well. The validation of other markers and particularly DDR markers may correlate with patients’ outcome. With longer follow-up, it may translate into correlation with survival. Levels of DDR activity in cancer tissue could be used in daily clinic as part of the patient’s diagnostic profile as much as his prostatic specific antigen (PSA) or Gleason score in order to predict response and personalize the treatment in order to guide the patients towards the most appropriate treatment amongst all those available for their prostate cancer.

Les pyréthrinoïdes et les pyréthrines sont des insecticides neurotoxiques auxquels on attribue également des effets néfastes sur les systèmes immunitaire, hormonal et reproducteur. Ils sont abondamment utilisés en agriculture, mais aussi en horticulture, en extermination et dans le traitement d’infestations parasitaires humaines et animales (gale, poux). Il y a donc un intérêt en santé environnementale à connaître l’ampleur de l’exposition humaine à ces pesticides. La mesure des métabolites urinaires des pyréthrinoïdes et des pyréthrines apparaît une approche de choix pour arriver à cette fin puisqu’elle permet, en théorie, d’obtenir un portrait global de l’exposition. Or,traditionnellement et par soucis de simplicité les concentrations volumiques ou ajustées pour la créatinine) de ces biomarqueurs dans des urines ponctuelles sont déterminées, mais l’effet de l’utilisation de ces unités sur la validité des estimations de dose quotidienne absorbée n’a jamais été vérifié. L’objectif général de cette thèse était donc de développer, appliquer et valider une nouvelle stratégie de mesure et d’analyse de biomarqueurs pour améliorer la précision et la fiabilité des évaluations de l’exposition individuelles et populationnelles aux pyréthrinoïdes et pyréthrines. Les objectifs spécifiques étaient : i) de caractériser l’exposition humaine à ces contaminants en région urbaine et rurale au Québec et ii) de comparer la validité de la nouvelle stratégie de mesure et d’analyse de biomarqueurs urinaires proposée avec les autres méthodes plus usuelles utilisées pour estimer l’exposition individuelle et populationnelle et les doses absorbées de pyréthrinoïdes. Des adultes et des enfants, recrutés dans la population de l’Île de Montréal et de la Montérégie ont recueilli leurs urines pendant une période d’au moins douze heures et complété un questionnaire documentant les sources potentielles d’exposition. Les quantités de métabolites de pyréthrinoïdes et pyréthrines (pmol) mesurées dans les urines ont été ajustées pour une période de douze heures exactement et pour le poids corporel. Les quantités excrétées en région urbaine ont été comparées à celles excrétées en région rurale et les données individuelles et populationnelles ont été comparées à celles qui auraient été obtenues si des concentrations volumiques ou ajustées pour la créatinine avaient été mesurées. Les résultats montrent que l’exposition à ces pesticides est ubiquiste puisque plus de 90% des participants excrétaient les principaux métabolites de pyréthrinoïdes et pyréthrines à un niveau supérieur au seuil de détection analytique. Les résultats suggèrent que l’alimentation pourrait être à l’origine de ce niveau de base puisque les autres sources d’exposition connues n’ont été que rarement rapportées. Au Québec, l’exposition en milieu rural apparaissait légèrement plus importante qu’en milieu urbain et certains facteurs d’exposition, comme l’utilisation de pesticides domestiques, ont été rapportés plus fréquemment en milieu rural. Enfin, il a été démontré que la mesure des concentrations volumiques ou ajustées pour la créatinine de biomarqueurs est une approche qui peut entraîner des biais importants (jusqu’à 500% d’erreur et plus) en particulier lors de l’évaluation de l’exposition individuelle. Il est évident que les autorités de santé publique et de santé environnementale employant des biomarqueurs urinaires afin d’évaluer l’exposition aux pyréthrinoïdes et aux pyréthrines (ainsi qu’à d’autres molécules ayant des demi-vies d’élimination similaire)devraient diriger leurs efforts vers la mesure des quantités excrétées pendant une période d’au moins douze heures pour obtenir un portrait le plus valide possible de l’exposition. Il serait aussi souhaitable de mieux documenter la toxicocinétique de ces molécules chez l’humain afin d’établir avec une plus grande confiance la relation entre les quantités excrétées de biomarqueurs et les doses absorbées de ces contaminants. / Pyrethroids and pyrethrins are neurotoxic insecticides also considered to have negative effects on the immune, endocrine and reproductive systems. They are abundantly used for agricultural and horticultural purposes, for pest control and to treat human and animal parasitic infestations (scabies, lice). Consequently, there is in environmental health an interest in evaluating the extent of human exposure to these pesticides. The measurement of pyrethroid and pyrethrin metabolites in urine seems to be the best approach because it provides in theory a global depiction of the exposure. Because of it straightforwardness, it is common practice to use the biomarkers volume-weighted or creatinine-adjusted concentrations in spot urine samples, however the validity of daily doses estimates derived from these units has yet to be assessed. The main goal of this research was to develop, apply and validate a new approach to the measurement and analysis of biomarkers to improve the precision and the reliability of estimates of pyrethroid and pyrethrin exposure at the individual and population levels. The specific objectives were: i) to characterize human exposure to these contaminants in urban and rural populations in Quebec and ii) to assess the validity of this new strategy of measurement and analysis of urinary biomarkers with the biological monitoring strategies generally used to assess individual and population pyrethroid exposure and absorbed doses. Adults and children recruited in the population of the Island of Montreal and of Monteregie collected their urines for at least twelve hours and filled a questionnaire about their potential sources of exposure. The amounts of pyrethroid and pyrethrin metabolites measured in urine (pmol) were adjusted to a fixed twelve hour period and for the body weight. The amounts excreted in the urban area were compared to those from the rural area and individual and population data were compared to those that would have been obtained if volume-weighted or creatinine-adjusted concentrations would have been used. Results show that exposure to these pesticides is very common, with more than 90% of the participants excreting the main pyrethroid and pyrethrin metabolites above the analytical limit of detection. These results also suggest that the diet could be the main contributor to this base level because the other known sources of exposure were rarely reported. In the province of Quebec, the exposure in a rural area seemed slightly more important than in an urban area and some exposure factors, like the use of household pesticides, were reported more frequently in rural area. Finally, it was shown that the measurement of volume-weighted or creatinine-adjusted concentrations is an approach that can lead to an important bias (an error of up to 500% and more) especially for the assessment of individual exposure. It becomes obvious that public health and environmental health authorities using urinary biomarkers to assess pyrethroid and pyrethrin exposure (or other compounds with similar half-lives) should focus their efforts on measuring the amounts excreted during a period of at least twelve hours to obtain the best picture of the exposure. It would also be pertinent to increase the knowledge of the toxicokinetic behaviour of these compounds in humans in order to establish with greater confidence the relation between the excreted amounts and the absorbed doses of these contaminants.

La progéria ou HGPS (Hutchinson-Gilford progeria syndrome) est une maladie caractérisée par un vieillissement prématuré et accéléré extrêmement rare. Son incidence est estimée à environ 1 cas pour 4 à 8 millions de naissances selon les études. Les signes cliniques qui la caractérisent incluent notamment un retard de croissance majeur, une lipodystrophie, des ostéolyses distales et une atteinte cardiovasculaire qui est la cause du décès à l'âge moyen de 13 ans. La progéria est causée de façon prédominante par une mutation de novo dans le gène LMNA codant les lamines A et C, découverte par notre équipe en 2003. Cette mutation récurrente, prédite pour être silencieuse (c.1824C>T; p.Gly608Gly), active un site d'épissage cryptique qui génère une forme tronquée, anormalement prénylée et toxique de la lamine A, appelée la progérine. Ce travail de thèse a eu pour objectifs : 1) la caractérisation de différents marqueurs moléculaires et phénotypiques des lignées de patients atteints d'HGPS ou de syndromes apparentés ainsi que dans le modèle murin de progéria LmnaG609G/G609G, 2) la caractérisation des aspects cognitifs de ce modèle murin ainsi qu'une étude élargie de l'expression des lamines dans le cerveau, 3) le développement de nouvelles approches thérapeutiques dans le cadre de la progéria, in vitro et in vivo, incluant notamment l'exploration des effets d'une molécule antioxydante, le resvératrol, ainsi que l'adaptation de l'approche thérapeutique par oligonucléotides antisens (AON) (Osorio et al. 2011) visant à son administration par voie orale. / Hutchinson-Gilford progeria syndrome (HGPS) is an extremely rare genetic disease characterized by premature, accelerated and segmental aging with an estimated incidence of 1 in 4 to 8 million of births. Children with HGPS present with major growth retardation, lipodystrophy, distal osteolysis and cardiovascular defects that cause their death at the mean age of 13 years. In 2003, our team discovered the causative mutation of HGPS in the LMNA gene. Despite being predicted as silent (c.1824 C>T; p.Gly608Gly), this de novo mutation activates a cryptic splicing site leading to the production of a truncated, aberrantly prenylated and toxic form of lamin A, called progerin. The main objectives of this thesis have been: 1) characterizing molecular and cellular biomarkers in HGPS or related syndromes patients' cell lines, together with the progeria mouse model LmnaG609G/G609G, 2) characterizing cognitive aspects as well as lamins' and progerin expression in the central nervous system in the same in vivo model and 3) the developement, in vitro and in vivo, of novel therapeutic approaches for progeria using either resveratrol, an antioxidant molecule, or micelle-coated antisense oligonucleotides with the intent of adapting an oral treatement for progeria children.

Le cancer médullaire de la thyroïde (CMT), qui représente 5 à 8% des cancers de la thyroïde, est issu de la transformation maligne des cellules C du parenchyme thyroïdien. Ce cancer, sporadique dans 70 à 80% des cas et familial pour les 20 à 30% restants, est essentiellement lié à des anomalies du proto-oncogène RET, codant un récepteur à activité tyrosine kinase. La fréquence élevée des mutations activatrices de RET ont permis d’identifier ce récepteur comme une cible thérapeutique majeure. Si la chirurgie est le traitement de référence pour les formes localisées, les formes localement avancées ou métastatiques, de pronostic plus péjoratif étaient avant le développement des thérapies moléculaires ciblées, dans une impasse thérapeutique. La meilleure compréhension de la biologie des tumeurs a permis le développement de ces thérapies plus rationnelles et plus spécifiques, en particulier des inhibiteurs d’activité tyrosine kinase (ITK). L’optimisation de leur utilisation en clinique nécessite de mieux comprendre leurs mécanismes d’action.Dans ce contexte, les objectifs de cette thèse ont été à la fois cognitifs et cliniques, visant à améliorer la compréhension de la réponse moléculaire à deux ITKs, le sunitinib et la vandetanib,dans le CMT, et à identifier de nouveaux biomarqueurs de suivi thérapeutique. Dans un premier temps, nous avons montré les effets antiprolifératifs, antitumoraux et antiangiogéniques du sunitinib et du vandetanib dans un modèle de CMT muté RETC634W, mettant en évidence des profils d’activité proches entre les deux inhibiteurs. Puis, les principales voies de signalisation mises en jeu lors de la réponse à ces ITKs ont été explorées par Reverse-Phase Protein Array(RPPA). Par une approche transcriptomique haut-débit menée sur des modèles précliniques, les principales fonctions cellulaires impliquées dans la réponse au sunitinib et au vandetanib ont été identifiées. Le rôle de gènes participant à l’invasion tissulaire et au pouvoir métastatique a été mis en évidence. De nouveaux biomarqueurs potentiels de réponse au vandetanib et au sunitinib, tels que l’IL-8 et le TGF-2 dont les taux sériques sont significativement plus élevés chez les patients atteints de CMT, ont été identifiés. Enfin, l’intérêt de trois approches méthodologiques dans lesuivi de la réponse antitumorale chez les patients a été évalué. Ainsi, le développement d’une méthode de dosage du vandetanib par spectrométrie de masse a permis de suggérer un lien entre des taux sériques élevés et l’apparition de toxicités sévères. L’évaluation de biomarqueurs dans le sérum de patients traités par le vandetanib a souligné l’intérêt de l’IL-8 comme marqueur pronostic potentiel dans cette pathologie. Enfin les résultats préliminaires, évaluant la réponse au sunitinib par échographie doppler sur un modèle préclinique de souris xénogreffées, ont confirmé l’intérêt de l’imagerie fonctionnelle dans ce domaine. / Medullary thyroid carcinoma (MTC) accounts for 5-8% of all thyroid cancers and occurs as either a sporadic form or in a familial context (25% of cases). Mutations which activate the RET proto-oncogene, encoding a tyrosine kinase receptor, are responsible for familial forms and are also detected in one-third of sporadic tumors. MTC patients with local disease may be cured after initial surgery, but persistent or recurrent disease occurs in half of cases, and distant metastases are the major cause of tumor related death. Up to now there is no effective systemic treatment and new therapeutic strategies are needed for locally advanced or metastatic MTC patients. The constitutive activation of RET is crucial in MTC pathogenesis and led to the development of small compounds targeting its tyrosine kinase activity (TKI). Gaining an understanding of how cancer cells respond to drugs is challenging to improve clinical use of these new therapeutic agents. In this context, we aimed to characterize molecular mechanisms of action of sunitinib and vandetanib, two TKIs currently evaluated in MTC patients. Our results, in in vitro as well as in vivo MTC models based on the RETC634W TT cell line, demonstrate that sunitinib and vandetanib has similar antiproliferative, antitumoral and antiangiogenic properties. Using the Reverse Phase Protein Array (RPPA) large-scale technology, we identified major signalling pathways inhibited after TKIs’ treatment. Expression microarrays allowed us to investigate signaling pathways modified after sunitinib and vandetanib treatment and to show that TKIs’ treatment induced major changes in the expression of genes involved in tissue invasion and metastasis. We identified encoding secreted proteins as candidate soluble biomarkers of response and, among them, we demonstrated that metastatic MTC patients presented increased serum levels of IL-8 and TGF-2. Three modalities for determining early responses to targeted agents in MTC patients were evaluated. First, a sensitive mass spectrometry assay was developed for the quantitation of vandetanib, and applied in MTC patients, showing a potential relationship between toxic side-effects and vandetanib serum levels and suggesting that therapeutic drug monitoring may be a useful tool for MTC patients’ follow-up. Then, candidate biomarkers were investigated in MTC patients underlying the potential use of IL-8 as prognostic marker. Finally, using doppler imaging in xenografted mice model, we confirmed the utility of imaging techniques in clinical evaluation of TKI’s response.

L’infarctus du myocarde (IDM), responsable du remodelage ventriculaire, peut conduire, s’il est délétère, à l’insuffisance cardiaque (IC), principale cause de mortalité à travers le monde. Les récentes découvertes ont montré l’implication des ARNs non codants, microARNs (miARNs) et les longs ARNs non codants (lncARNs), dans les processus physiologiques et pathologiques et notamment dans les maladies cardiovasculaires. L’objectif de ce travail a été d’étudier le potentiel des miARNs et des lncARNs en tant que biomarqueurs pronostiques et diagnostiques ainsi qu’en tant que cibles thérapeutiques dans l’IDM et le remodelage ventriculaire. Dans un premier temps, nous avons évalué le pouvoir diagnostique des miARNs sur une cohorte de patients présentant des douleurs thoraciques. Le miR-208b et le miR-499 ont montré une bonne capacité diagnostique de l’IDM, ne dépassant toutefois pas celle des troponines. Nous avons ensuite observé que le miR-150 présente une plus faible concentration dans le sang de patients avec un remodelage ventriculaire post-IDM par rapport aux patients sans remodelage, le positionnant comme un biomarqueur intéressant dans le pronostic de l’IC. Enfin, nous avons montré une régulation importante de plusieurs lncARNs dans le cœur de souris, 24 heures après IDM et 2 lncARNs, MIRT1 et MIRT2, ont été mis en avant pour leur association avec le remodelage. En conclusion, nos études ont montré l’utilité des ARNs non codants pour améliorer l’identification des patients à risque de développer une IC après IDM et ont permis également de mettre en évidence de nouvelles cibles thérapeutiques qui pourraient prévenir le remodelage ventriculaire post-IDM / Myocardial infarction (MI responsible for left ventricular remodeling which can be deleterious and the development of heart failure (HF). HF is one of the leading causes of mortality worldwide and despite many improvements, it remains a major challenge in clinical practice. Recent discoveries in genomics have showed the involvement of non-coding RNAs, including microRNAs (miRNAs) and long non-coding RNAs (lncRNAs), in physiological and pathological processes and notably linked to cardiovascular diseases. The goal of this work was to study the potential of miRNAs and lncRNAs as prognostic and diagnostic biomarkers and as therapeutic targets in MI and left ventricular remodeling leading to HF. First, we evaluated the diagnostic value of miRNAs in patients with chest pain. MiRNA-208b and miR-499 have shown a good diagnostic capacity for MI. However, these miARNs failed to improve the diagnosis of MI by troponins. MiRNA-208b could also predict patient mortality after MI but this capacity was modest. Then, we observed that miR-150 was present at a low level in the blood of patients with left ventricular remodeling post-MI compared to patients without remodeling. Therefore, miRNA-150 is an interesting prognostic biomarker. Finally, we have shown a significant regulation of several lncRNAs in mouse heart, 24 hours after MI, and 2 lncRNAs, MIRT1 and MIRT2, have been demonstrated for their association with left ventricular remodeling. In conclusion, our studies have shown the utility of non-coding RNAs to improve the identification of patients at risk of developing HF after MI and also allowed to identify potential therapeutic targets to prevent left ventricular remodeling

L’imagerie par résonance magnétique (IRM) est une technique d’imagerie médicale largement utilisée pour son caractère non-invasif et pour sa capacité à explorer les tissus mous. Des techniques IRM avancées et innovantes ont été développées de manière à améliorer la spécificité du signal des techniques conventionnelles et ainsi accéder à de nouvelles informations. Un axe de recherche particulièrement important en IRM concerne la possibilité d’accéder in vivo à des informations sur la myéline. Cette dernière est un constituant majeur du système nerveux central qui assure la bonne conduction nerveuse. Sa dégradation est l’une des caractéristiques de la sclérose en plaques, qui est la première cause de handicap sévère non traumatique chez le jeune adulte. Imager la myéline par IRM demeure néanmoins un challenge du fait du temps de relaxation T2 très court des protons la constituant. Le transfert d’aimantation inhomogène (ihMT) est une technique récemment découverte qui permet d’isoler le signal de composantes macromoléculaires grâce à leurs propriétés de relaxation dipolaire, caractérisées par la constante T1D. L’objectif de ce travail de thèse a concerné la validation de la technique ihMT comme biomarqueur de la myéline et l’évaluation de la spécificité du signal pour la myéline, sur des modèles murins (souris). / Magnetic resonance imaging (MRI) is a non-invasive medical imaging technique, widely used to explore soft tissues. Advanced and innovated MRI techniques have been developed to improve the specificity of conventional MR sequences thus allowing accessing new information. A particularly important research topic concerns the ability to in vivo access myelin information. Myelin is a major component of the central nervous system responsible for a good nerve conduction. Myelin alteration occurs in multiple sclerosis, one of the main cause for young adult permanent disability. However, myelin MRI is challenged by the very short relaxation time, T2, of myelin protons. Inhomogeneous magnetization transfer (ihMT) is a recent technique, which allows assessing macromolecular tissue component by exploiting their dipolar order relaxation properties, characterized by the time constant T1D. The objective of this thesis concerned the validation of ihMT as a myelin biomarker and the evaluation of the specificity of ihMT for myelin on mouse models.

Les biomarqueurs sanguins peuvent être utilisés pour définir le pronostic des patients ou permettre de déterminer les altérations moléculaires des cancers, et peut-être pouvoir guider les traitements de thérapies ciblées.Les cellules tumorales circulantes sont le reflet de la cascade métastatique et de la progression tumorale. La détection et la caractérisation des CTC est un domaine clé de la recherche dans le cancer. Cependant, il n’existe pas de méthode standard pour la détection des CTC, et le premier objectif de notre étude a été de comparer deux systèmes de détection des CTC basé sur l’expression de l’antigène EpCAM (CellSearch), ou la taille des cellules (ISET). Nos résultats montrent qu’il existe une bonne corrélation pour la détection des CTC dans les cancers du sein ou de la prostate, mais pas dans les cancers bronchiques. Ces résultats suggèrent qu’il est nécessaire de développer d’autres techniques de détection des CTC pour l’énumération et la caractérisation pour permettre une médecine de précision.A ce jour il n’existe aucun marqueur validé pour prédire l’efficacité des antiangiogéniques. Les CEC et CEP sont des marqueurs prometteurs. Dans notre étude, nous avons fait l’hypothèse que les CEC et les CEP pouvaient être pronostic de la survie des patients inclus dans les études de phases précoces. Nos résultats montrent qu’un taux élevé de CEP est associé à un mauvais pronostic, et que les CEP pourraient permettre de mieux sélectionner les patients. En conclusion, les marqueurs sanguins comme les CTC, les CEC ou les CEP peuvent être utilisés comme des facteurs pronostiques ou permettre une caractérisation moléculaire, et être une partie intégrante des programmes de médecine de précision. / Non-inasive biomarkers detected in the blood could be use for risk) stratification or molecular classification in advanced cancer patients, and could be a guide for molecular targeted therapies. Circulating tumor cells reflect the metastatic cascade and the cancer progression. The detection and molecular characterization of circulating tumor cells (CTCs) are a key area of translational cancer research. However, there is no universal method to detect CTC, and the primary objective of our study was to compare CTC detection systems based on the expression of the EpCAM antigen (CellSearch assay) or on cell size (ISET assay). Our results showed concordant results in CTC detection in breast and prosatet cancer patients, but not in lung cancer patients. These results suggest that we need to develop other CTC-detection techniques CTC for enumeration and characterization in order to to contribute to guiding specific targeted.To date, no biomarker has been validated for the prediction of efficacy of antiangiogenic agents in patients with advanced cancer. CEC and CEP counts have recently emerged as a potential candidate. In our study, we hypothesised that CEC and CEP are prognostic in patients enrolled in phase I. Our results showed that High CEP levels are associated with poor prognostics and could provide a new tool for patient selection in early anticancer drug trials.In conclusion, non invasive biomarkers such as CTC or CEC, CEP detectable in the blood could be used in the clinic as prognostic factors or surrogates for traditional tumor biopsies, and be a major component of precision medicine.

Excision Repair Cross-Complementation group 1 (ERCC1) est une enzyme de réparation de l’ADN fréquemment déficiente dans le cancer bronchique non-à-petites cellules. Bien qu’une expression faible d’ERCC1 soit prédictive de réponse aux sels de platine, l’efficacité des chimiothérapies à base de platine est limitée par leur toxicité et l’apparition de résistance, justifiant la nécessité de stratégies thérapeutiques alternatives. Par ailleurs, l’absence de test compagnon diagnostic permettant d’évaluer la fonctionnalité d’ERCC1 dans la pratique clinique empêche actuellement toute thérapie personnalisée basée sur le statut ERCC1.Afin d’identifier de nouvelles stratégies thérapeutiques pour les tumeurs ERCC1-déficientes en exploitant le concept de létalité synthétique, des screens à haut-débit , utilisant des composés pharmaceutiques ou par ARN interférence, ont été réalisés dans un modèle isogénique de CBNPC déficient en ERCC1. Cette approche a permis d’identifier plusieurs inhibiteurs de poly(ADP-ribose) polymerase 1 et 2 (PARP1/2), tels l’opalarib (AZD2281), le niraparib (MK-24827) et BMN 673 comme sélectifs pour les cellules ERCC1-déficientes. Les mécanismes sous-tendant cette sensibilité sélective ont été étudiés, et les résultats suivants ont été mis en évidence : (i) les cellules ERCC1-déficientes présentent un blocage prolongé en phase G2/M après exposition à l’olaparib ; (ii) l’isoforme 202 d’ERCC1, dont le rôle a été récemment mis en évidence dans la résistance aux sels de platine, module également la sensibilité aux inhibiteurs de PARP ; (iii) la déficience en ERCC1 est épistatique avec les défauts de recombinaison homologue (RH), malgré une capacité normale des cellules ERCC1-déficientes à former des foyers RAD51 ; ceci suggère qu’ERCC1 pourrait intervenir dans la réparation d’une lésion de l’ADN induite par l’inhibiteur de PARP1/2 en amont de l’invasion du brin d’ADN lors de la RH ; (iv) l’inhibition de l’expression de PARP1 par ARN interférence permet de restaurer la résistance aux inhibiteurs de PARP1/2, dans les cellules ERCC1-déficientes uniquement. Ces résultats suggèrent que les inhibiteurs de PARP1/2 pourraient représenter une nouvelle stratégie thérapeutique chez les patients dont la tumeur est déficiente en ERCC1 et un essai clinique va être mis en place pour évaluer cette hypothèse.Afin d’explorer la présence de biomarqueurs de la fonctionnalité d’ERCC1, quatre approches ont été entreprises en parallèle dans le modèle isogénique de CBNPC déficient en ERCC1: (i) irradiation aux UV, afin d’évaluer la voie NER (Nucleotide Excision Repair); (ii) séquençage d’exome, dans le but de rechercher une signature génomique (ADN) ; (iii) analyse du transcriptome cellulaire, pour identifier des modifications d’expression d’ARN ; et (iv) SILAC (Stable Isotope Labeling by Amino acids in Cell culture) afin de comparer le protéome des cellules ERCC1-déficientes et ERCC1-proficientes. Ces approches ont permis d’identifier une potentielle signature génomique, ainsi que de biomarqueurs d’activité – guanine deaminase (GDA) et nicotinamide phosphoribosyltransferase (NAMPT). De plus amples validations et investigations mécanistiques de ces observations préliminaires sont actuellement requises. / Excision Repair Cross-Complementation group 1 (ERCC1) is a DNA repair enzyme that is frequently deficient in non-small cell lung cancer (NSCLC). Although low ERCC1 expression correlates with platinum sensitivity, the clinical effectiveness of platinum therapy is limited - mainly by toxicities and occurrence of resistance - highlighting the need for alternative treatment strategies. In addition, the lack of a reliable assay evaluating ERCC1 functionality in the clinical setting currently precludes personalising therapy based on ERCC1 status. To discover new synthetic lethality-based therapeutic strategies for ERCC1-defective tumours, high-throughput drug and siRNA screens in an isogenic NSCLC model of ERCC1 deficiency were performed. This approach identified multiple clinical poly(ADP-ribose) polymerase 1 and 2 (PARP1/2) inhibitors such as olaparib (AZD-2281), niraparib (MK-4827) and BMN 673 as being selective for ERCC1 deficiency. The mechanism underlying ERCC1-selective effects was dissected by studying molecular biomarkers of tumour cell response, and revealed that: (i) ERCC1-deficient cells displayed a significant delay in double-strand break repair associated with a profound and prolonged G2/M arrest following PARP1/2 inhibitor treatment; (ii) ERCC1 isoform 202, which has recently been shown to mediate platinum sensitivity, also modulated PARP1/2 sensitivity; (iii) ERCC1-deficiency was epistatic with homologous recombination deficiency, although ERCC1-deficient cells did not display a defect in RAD51 foci formation. This suggests that ERCC1 might be required to process PARP1/2 inhibitor induced DNA lesions prior to DNA strand invasion; and (iv) PARP1 silencing restored PARP1/2 inhibitor resistance in ERCC1-deficient cells but had no effect in ERCC1-proficient cells, supporting the hypothesis that PARP1 might be required for the ERCC1 selectivity of PARP1/2 inhibitors. This study indicated that PARP1/2 inhibitors as a monotherapy could represent a novel therapeutic strategy for NSCLC patients with ERCC1-deficient tumours, and a clinical protocol is being written to evaluate this hypothesis.To investigate whether a surrogate biomarker of ERCC1 functionality could be developed, four parallel approaches were undertaken in the ERCC1-isogenic NSCLC model: (i) UV irradiation, to evaluate the Nucleotide Excision Repair (NER) pathway; (ii) whole exome sequencing, to look for an ERCC1-associated genomic scar at the DNA level; (iii) transcriptomic analysis, to investigate changes at the RNA expression level; and (iv) SILAC (Stable Isotope Labeling by Amino acids in Cell culture) analysis, to compare proteomic profiles between ERCC1-proficient and ERCC1-deficient cells. These approaches allowed the identification of putative genomic signature and potential metabolic surrogate biomarkers - guanine deaminase (GDA) and nicotinamide phosphoribosyltransferase (NAMPT). Further validation and mechanistic investigations of these latter preliminary observations are warranted.

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