L’amélioration de la prise en charge personnalisée des cancers de l’ovaire nécessite le développement de nouvelles approches thérapeutiques et d’outils capables de prédire la réponse au traitement et la récidive. L’étude des miARNs cellulaires et circulants représente un champ d’investigation prometteur en oncologie, et ils pourraient rapidement constituer de nouveaux outils diagnostiques, pronostiques, voire thérapeutiques. Suite à la réalisation d’un criblage fonctionnel haut débit d’une banque de miARNs sur des lignées cancéreuses ovariennes, nous avons identifié plusieurs miARNs d’intérêt. Alors que l’utilisation des miARNs en tant qu’agents thérapeutiques n’est pas aujourd’hui envisageable, la caractérisation des cibles «pas-à-pas» de l’un de ces candidats, le miR-3622b-5p, en lien avec son action anti-tumorale au sens large (pro-apoptique, sensibilisation au cisplatine et anti-invasive) sur un panel de lignées cancéreuses ovariennes, a permis de renforcer l’intérêt de l’approche que nous développons qui consiste à reproduire l’effet de miARNs en ciblant les déterminants de leur action à l’aide de molécules inhibitrices, potentiellement utilisables en clinique. En parallèle, afin d’identifier globalement les cibles (leur aspect direct ou indirect vis-à-vis d’un miARN devenant alors secondaire) et réseaux associés des miARNs les plus prometteurs, identifiés lors du du screening, et en se basant initialement sur le premier apoptomiR identifié au laboratoire, le miR-491-5p, pour en faire la preuve de concept, une évaluation de l’approche méthodologique combinant des données d’approches multi-omiques a permis de conclure quant à l’intérêt de coupler les analyses trancriptomique et protéomique pour identifier de nouvelles cibles/voies en lien avec son action pro-apoptotique et ainsi proposer des associations pharmacologiques pertinentes et innovantes pour les cancers de l’ovaire. Par ailleurs, nous avons identifié une signature de miARN sérique capable d’identifier les patients susceptibles de présenter une résistance aux sels de platine et potentiellement aux inhibiteurs de PARP, préalablement à toute chimiothérapie et au moment de la récidive avant la seconde ligne de traitement. En résumé, ces résulats offrent de grandes promesses et placent les miARNs au coeur la médecine de précision de demain dans les cancers de l’ovaire. / Improving the personalized management of ovarian cancer requires the development of new therapeutic approaches and tools able to predict treatment response and recurrence. The study of cellular and circulating miRNAs represents a promising field of investigation in oncology, and they could quickly constitute new diagnostic, prognostic and even therapeutic tools. Following a high-throughput functional screening of a miRNA library on ovarian cancer lines, we identified several miRNAs of interest. While the use of miRNAs as therapeutic agents is not currently possible, the characterization of the targets «step-by-step»of one of these candidates, the miR-3622b-5p, with its broad anti-tumoral activity (pro-apoptic, sensibilisation to cisplatin and anti-invasive) on a panel of ovarian cancer lines, made it possible to reinforce the interest of the approach which we develop which consists in reproducing the effect of miRNAs by targeting the determinants of their action using inhibitory molecules, potentially usable in the clinic. In parallel, in order to globally identify the targets (their direct and indirect aspect next to a miRNA then becoming secondary) and associated networks of the most promising miRNAs, identified during the screening, and initially based on the first laboratory-identified apoptomiR, the miR-491-5p, to provide a proof of concept, an evaluation of the methodological approach combining data from multi-omic strategies led to the conclusion that it is useful to combine the trancriptomic and proteomic analyses to identify new targets/pathways related to its pro-apoptotic action and thus propose relevant and innovative pharmacological associations for ovarian cancers. In addition, we have identified a serum miRNA signature capable of identifying patients who may be resistant to platinum-based chemotherapy and potentially PARP inhibitors, prior to any chemotherapy and at the time of recurrence before the second line of treatment. In summary, these results offer great promise and place miRNAs at the heart of tomorrow's precision medicine in ovarian cancer.

Les effets du GSSE (Grape seed and skin extract), extrait de raisin particulièrement riche en antioxydants, ont été étudiés pour prévenir les troubles métaboliques et cardiovasculaires liés à l’obésité. L’obésité est caractérisée par une accumulation ectopique de graisse dans les tissus non adipeux tels que le cerveau. Cette lipotoxicité cérébrale induit une inflammation chronique au niveau du cerveau. Dans ce présent travail, nous avons décrit l’effet anti-obésité du GSSE dans un modèle expérimental d’obésité induite par un régime alimentaire à haute teneur en graisses (HFD) tout en mettant l’accent sur le stress oxydant ainsi que le dysfonctionnement métabolique du cerveau qui n’est pas organe cible de l’obésité. Grâce à ce travail, nous avons développé une approche protéomique quantitative Nano LCMS/MS Label free afin d’identifier les biomarqueurs liés au traitement riche en lipides (HFD) et à la protection apportée au cerveau par le GSSE. Pour ce faire, on a eu recours à un modèle animal afin de mieux comprendre les voies métaboliques potentielles altérées par l’obésité et la protection apportée par le GSSE. Plusieurs protéines ont été identifiées et quantifiées en comparant le protéome cérébral total chez les rats dans les différentes conditions de traitements. On a eu recours à des outils de bioinformatique qui nous ont permis de conclure que ces protéines significativement différenciées sont principalement liées à la voie de la phosphorylation oxydative, de la glycolyse / néoglucogenèse et celle de la signalisation du calcium. Ces résultats ont été confirmés par la mesure de quelques activités enzymatiques métaboliques. Fait intéressant, qu’elles soient sous ou surexprimées par le traitement du HFD, le GSSE corrige l’effet délétère apporté aux différentes protéines et enzymes suite au traitement du HFD. D’autres voies métaboliques cérébrales ont été induites par le GSSE telle que le « HIF signaling pathway ». Ces résultats nous permettent de fournir un élan pour l’investigation thérapeutique du GSSE contre différents désordres métaboliques. / The effects of GSSE (Grape seed and skin extract) extracted from grapes particularly rich in antioxidants have been studied to prevent metabolic and cardiovascular disorders related to obesity. Obesity is characterized by an ectopic accumulation of fat in non-adipose tissues such as the brain. This cerebral lipotoxicity induces chronic inflammation of the brain. In this work, using quantitative proteomic analysis, biochemical and bio-informatic tools allows us to identify actors of metabolic and biological pathways that were disregulated in brain of experimentally-induced obese rats and corrected by GSSE treatment. While our data are consistent with previous findings of obesity-induced brain lipotoxicity, such as enhancement of proteins belonging to the OXPHOS and calcium pathways, they also unveiled novel pathways including the up-regulation of HIF-signaling pathway in HFD brains. In the same context, GSSE abrogated HFD-induced signaling pathway elevation either by modulating several proteins or by inducing some others that were not affected by HFD

Cette thèse de doctorat est une étude de la biologie et de la dynamique des microARN circulants, démontrant leur potentiel comme biomarqueurs pour l’amélioration de la surveillance et de l’évaluation pronostique dans le cancer. Il s’agit des ARN non codants simple-brin, d'environ 19-25 nt de longueur. Ils jouent un rôle clé dans la régulation de l'expression génomique au niveau post-transcriptionnel, en ciblant et réprimant la traduction des ARNm par complémentarité partielle avec leur 3'-UTR. Ils sont également libérés dans le milieu extracellulaire, la circulation et les liquides biologiques. Leur stabilité remarquable et leur diversité dans la circulation, ainsi que leur provenance maligne ou normale, en font des candidats biomarqueurs intéressants, reflétant potentiellement l'état et la dynamique d’une tumeur. Nous nous sommes focalisés sur les carcinomes ovariens (OvCa) et nasopharyngés (NPC), essayant d'élucider la relation entre les miARN plasmatiques et le pronostique des OvCa après une première ligne de traitement, ainsi que d’évaluer leur utilité dans la détection d’une réponse précoce des NPC au traitement. Le carcinome ovarien séreux est la malignité gynécologique la plus agressive. L'absence de symptômes précoces et l'insuffisance des moyens modernes pour détecter la maladie résiduelle et évaluer les résultats du traitement signalent le besoin de nouveaux biomarqueurs diagnostiques et pronostiques. En utilisant des prélèvements plasmatiques séquentiels OvCa avant et après traitement, nous avons étudié un groupe de miARN, en comparaison à des lésions pelviennes bénignes et des femmes en bonne santé. MiR-200b avait une concentration nettement plus élevée dans les échantillons malins avant traitement par rapport aux deux groupes non cancéreux. L'analyse pré- et post-traitement de miR-200b en parallèle avec le biomarqueur standard CA125 a révélé des variations distinctes et une corrélation significative de la variation de miR-200b avec le temps de rémission (PFS). Nous concluons que miR-200b pourrait éventuellement être utilisé comme biomarqueur supplémentaire pour l'estimation de la rémission à la fin du traitement. Le carcinome nasopharyngé (NPC) d'autre part est une tumeur constamment associée à une infection latente des cellules malignes par le virus d’Epstein-Barr (EBV), présentant une distribution géographique particulière. La position de la tumeur rend difficile l'approche chirurgicale, les biomarqueurs évaluant différentes approches thérapeutiques étant de grande importance. Etudiant une nouvelle forme orale de l'agent démethylant 5-azacytidine, démontrée prometteuse pour un tiers des patients NPC qui l’ont reçue, nous avons essayé d'évaluer son impact sur l'expression des miARN et des protéines virales. Malgré l'infection virale latente, les miARN viraux sont abondamment exprimés. En traitant pendant deux semaines quatre modèles de tumeur NPC développés in vivo, nous avons observé une réponse nette dose-dépendante dans les deux. L'analyse protéique a montré une induction de la protéine activatrice du cycle lytique BZLF1, renforçant les preuves antérieures d'induction partielle du cycle lytique viral par la 5-azacytidine. L'analyse des miARN a confirmé l'expression robuste des miARN BART et l'absence des miARN BHRF1 dans les NPC sans traitement. Lors du traitement, nous avons détecté les miR-BHRF1 à la fois dans la tumeur et le plasma des souris traitées. Cette induction a été validée par un traitement ultérieur d'une semaine qui a aussi mis en évidence l'induction de l’expression de l'ARNm de BHRF1, transcrit par le locus situé parmi les miARN BHRF1. Une induction de ces miARN a été observée après traitement par des agents de chimiothérapie, suggérant une utilité clinique potentielle des miR-BHRF1 comme biomarqueurs pour l’évaluation précoce de l’efficacité du traitement. Notre objectif actuel est de valider cette induction par chimiothérapie et étendre nos études au plasma humain. / This doctorate thesis provides an insight into the biology and dynamics of circulating microRNAs, demonstrating their potential to become crucial biomarkers for a better surveillance and prognosis of cancer. MicroRNAs (miRNAs) are small, single-stranded non-coding RNAs, 19-25 nt long, with a key role in the post-transcriptional regulation of gene expression, repressing the translation of target mRNAs through partial base-pair complementarity with their 3’-UTR. They can be released in the extracellular medium, being protected from RNases by association with various transporters and reach body fluids and circulation, participating in intercellular communication. Their remarkable stability and manageable diversity in circulation, as well as the fact that they derive from both malignant and normal cells make them very attractive biomarker candidates, potentially reflecting tumor state and dynamics. We have been focusing on ovarian (OvCa) and nasopharyngeal (NPC) carcinomas, attempting to elucidate the relation between plasma miRNAs and the prognosis of OvCa after first-line treatment, as well as to evaluate their use in the detection of early response of NPC tumors to treatment. Serous epithelial ovarian carcinoma is the most frequent ovarian and the most aggressive gynecologic malignancy. The absence of early symptoms and the insufficiency of modern means to accurately map residual disease and assess treatment outcome highlight the need for new diagnostic and prognostic biomarkers. Using sequential plasma samples from OvCa patients before and after first-line treatment, we studied a pre-selection of miRNAs, comparing them to samples from benign pelvic lesions and healthy women. MiR-200b exhibited a distinct higher concentration in malignant samples before treatment compared to both non-cancerous groups. Pre- and post-treatment assessment of miR-200b in parallel with the standard biomarker CA125 revealed distinct variations and a significant correlation of miR-200b variation with the progression-free survival (PFS) of the patient. We suggest that miR-200b could eventually be used as a supplementary biomarker for estimation of the remission upon treatment completion. Nasopharyngeal carcinoma (NPC) on the other hand is a tumor consistently associated to latent Epstein-Barr virus (EBV) infection of the malignant cells, presenting a unique geographical incidence pattern. The deep position of the tumor makes it tough to access surgically, with biomarkers assessing different therapeutic approaches being greatly needed. Studying a new oral form of the demethylating agent 5-azacytidine, proven to be promising for one third of NPC patients receiving it as a monodrug, we attempted to identify impact of the drug on the expression of viral miRNAs and proteins. Despite the latent viral infection, viral miRNAs are abundantly expressed, attracting interest in EBV-associated malignancies. Treating four in vivo developed NPC tumor models for two weeks, we observed clear response in two of them, in a dose-dependent manner. Protein analysis showed an induction of the immediate-early lytic protein BZLF1, solidifying previous evidence of partial activation of the viral lytic cycle by 5-azacytidine. MiRNA analysis confirmed robust expression of BART and absence of BHRF1 miRNAs at baseline status of NPC. Upon treatment, we observed an induction of BHRF1 miRNAs in both tumor and plasma of treated mice. This induction was successfully validated in a following one-week treatment and completed by a recorder de novo expression of the BHRF1 mRNA, transcribed within the BHRF1 miRNA loci. A weaker induction of BHRF1 miRNAs was also recorded after treatment with standard chemotherapeutic agents, suggesting a potential clinical utility of these miRNAs as circulating biomarkers for detection of early response to treatment. We are further working to confirm this induction by chemotherapy and extend our study to plasma samples derived from treated patients.

Les lectines sont des protéines ubiquitaires qui se lient spécifiquement et de manière réversible aux sucres sans les modifier. Elles peuvent déchiffrer le glycocode : les informations stockées dans les sucres à la surface d'une cellule. Les lectines sont impliquées dans de nombreux processus biologiques tels que la cohésion cellulaire, le développement, la signalisation cellulaire, la défense ou les infections microbiennes. Elles peuvent présenter des propriétés exploitables, par exemple antiprolifératives, antivirales ou antitumorales et sont des outils recherchés en glycobiologie. Le règne fongique a suscité un large intérêt ces dernières années, car il est une source prometteuse et largement inexplorée pour les lectines ayant de nouvelles spécificités et/ou activités. Les données structurales sont encore limitées pour les lectines fongiques et ce projet vise notamment à combler cette lacune en étudiant deux familles de lectines reconnaissant des marqueurs glycosidiques associés aux cancers. Via une approche multidisciplinaire, l'interaction de ces lectines avec leur ligand au niveau atomique a été disséquée et des modifications ont été réalisées pour les rendre plus spécifiques pour un motif particulier. Les lectines recombinantes sauvages ou mutées ont été exprimées dans Escherichia coli puis purifiées par des méthodes chromatographiques classiques. La spécificité et l'affinité ont été déterminées par différentes techniques telles que l'hémagglutination, les puces à sucre et la microcalorimétrie de titration. La caractérisation structurale a été effectuée par cristallographie aux rayons X et a permis de définir les déterminants de la protéine et du ligand indispensables à l'interaction et d'aider à la conception et à l'évaluation structurale de mutants. Enfin, des analyses sur cellules et tissus cancéreux ont confirmé leur potentiel en tant qu’outils de marquage, ce qui permet d’envisager leur utilisation pour des applications biomédicales ou biotechnologiques. / Lectins are ubiquitous proteins which bind specifically and reversibly carbohydrates without modifying them. They can decipher the glycocode: information stored in carbohydrates found at the surface of any cell. Lectins are involved in many biological processes such as cell cohesion, development, cell signaling, defense or microbial infections. They can present exploitable properties such as antiproliferative, antiviral or antitumor and are interesting tools in glycobiology. The fungal kingdom has attracted wide interest in the recent years since it is a promising and largely unexplored source for lectins for novel specificity and activities. Structural data are still limited for fungal lectins and this project aims to fill this gap of knowledge whilst studying new lectins specific for two glycosidic cancer markers. Via a multidisciplinary approach, we dissected the interaction of those lectins with their ligand at the atomic level or modified them to optimized their specificity or affinity. Recombinant wild-type and mutated lectins were expressed in Escherichia coli and then purified by classical chromatography methods. The specificity and affinity were determined by different techniques such as hemagglutination, glycan arrays, and microcalorimetry. Finally, structural characterization was performed by X‐ray crystallography in order to localize the sugar binding site, to obtain the specific protein and ligand determinants necessary for the interaction and to help for the design and structural evaluation of mutants. Finally, analysis on cancer cells and tissues confirmed their potential as labelling tools thereafter for biomedical or biotechnological applications.

Les maladies fibroprolifératives se caractérisent par l’accumulation de constituants de la matrice extracellulaire en réponse à une agression chronique et répétée conduisant à la destruction de l’architecture tissulaire. Les myofibroblaste, sous l’influence du TGFβ, représentent les cellules effectrices majoritaires dans ce processus. Les miARN, régulateurs négatifs de l’expression génique, interviennent dans de nombreux mécanismes physio-pathologiques dont la fibrose tissulaire mais leur mécanismes d’action et la synergie potentielle entre miARN co-régulés au sein d’un même cluster restent mal compris. Nos travaux ont consisté à caractériser l’implication du cluster miR-199/214 généré à partir du LncARN DNM3os, dans la fibrose pulmonaire. Nous avons montré que les miARN de ce cluster participent à l’activation et à la différenciation des fibroblastes en myofibroblastes via la régulation des voies canoniques et non canoniques du TGF-β. Ce cluster agit également en tant qu’inhibiteur de la réparation épithéliale. In vivo, l’inhibition de l’un de ces « fibromiRs », a permis, dans un modèle murin, de réduire significativement les lésions de fibrose. Par ailleurs, de par leur présence et leur stabilité dans les fluides biologiques, les miARN représentent également une nouvelle classe de biomarqueurs diagnostiques ou pronostiques non invasifs. Nous avons ainsi montré que les niveaux sériques de miR-21-5p étaient augmentés chez les patients présentant une fibrose rénale sévère. Ces travaux soulignent l’importance des miARN dans la pathogénèse des maladies fibroprolifératives et montrent qu’ils représentent de nouvelles cibles thérapeutiques ou des biomarqueurs non invasifs. / Fibrotic diseases are characterized by the accumulation of extracellular matrix components in response to chronic aggression leading to the destruction of tissue architecture. Myofibroblasts, controlled by TGFβ, are central effectors in this process. MiRNAs, negative regulator of gene expression, are involved in many patho-physiological mechanisms, including tissue fibrosis but their mechanisms of action and the potential synergistic activity between co-regulated miRNAs within the same cluster remain poorly understood. Our work consisted in characterizing the involvement of the miR-199/214 cluster, generated from LncRNA DNM3os, in pulmonary fibrosis. We have shown that these miRNAs are involved in the activation and the differentiation of fibroblasts to myofibroblasts through the regulation of canonical and non-canonical TGF-β pathways. This cluster also acts as an inhibitor of epithelial repair. In vivo, the inhibition of one of this “FibromiR”, significantly decrease fibrosis, in a murine lung fibrosis model. In addition, because of their presence and their stability in biological fluids, miRNAs also represent a new class of non-invasive diagnostic or prognostic biomarker. We showed that serum levels of miR-21-5p were increased in patients with severe kidney fibrosis. These studies highlight the importance of miRNAs in pathogenesis of fibrotic disorders and show that they represent new therapeutic targets or non-invasive biomarkers.

Alors que le rôle dans la protection contre des pathogènes par le système immunitaire est bien compris, son rôle dans la progression tumoral est bien plus complexe avec certains mécanismes protecteurs tandis que d’autres sont néfastes. Le principal rôle physiologique du cerveau est lui de percevoir et intégrer les stimuli physiques et sociaux, d’intégrer ces signaux et de moduler l’activité des processus physiologiques de l’organisme pour s’adapter à ces conditions. Bien que les systèmes nerveux et immunitaires aient longtemps été considérés comme fonctionnant indépendamment, de multiples études cliniques et précliniques ont formellement démontré que ces deux systèmes pouvaient se réguler réciproquement. Bien que de nombreuses études visent à mieux comprendre les interactions entre les systèmes nerveux et immunitaire, de nombreuses questions restent sans réponses. Alors que les études cliniques ont prouvé un rôle positif dans la progression tumorale du bien-être, les mécanismes moléculaires ne sont pas encore compris. De plus, de nombreuses études ont essayé de trouver si les cytokines pouvaient être utilisées comme biomarqueurs diagnostic ou prédictif de la réponse au traitement dans les maladies psychiatriques, aucune cytokine étudiée à cette date n’a été démontrée comme suffisamment sensible ou spécifique pour être utilisée comme test diagnostique. Au cours de mes travaux de thèses, j’ai travaillé sur deux projets distincts étudiant les relations entre systèmes nerveux et immunitaires. Le but de mon premier projet a été d’identifier des mécanismes par lesquels un environnement enrichi (EE) associé à une meilleure activité sensorielle, cognitive et motrice pouvait impacter la progression métastatique chez la souris. Nous avons découvert que l’EE avait un effet protecteur dans la prise métastatique pulmonaire. Cette protection est associée à une diminution du niveau de corticostérone sérique, une augmentation de l’inflammation pulmonaire après extravasation de cellules tumorales circulantes. Cette protection est abolie en absence de signalisation sur récepteur aux glucocorticoïdes dans les monocytes inflammatoires. Alors que les monocytes inflammatoires sont généralement décrits comme favorisant la progression tumorale, ils peuvent aussi avoir une action antitumorale, suggérant que leur rôle est bien plus complexe qu’actuellement décrit. Nos résultats ont mis en avant un mécanisme antitumoral de reprogrammation dépendant des glucocorticoïdes des monocytes inflammatoires inhibant la progression métastatique. Mon second projet avait pour but d’identifier des biomarqueurs de la réponse aux traitements de patients ayant un premier épisode psychotique (FEP). Nous avons eu la possibilité d’accéder une cohorte de sérums et données cliniques de 325 patients FEP, tous les patients ont été traités avec le même antipsychotique. Nous avons d’abord utilisé une approche de clustering hiérarchique non supervisé pour stratifier les 325 patients dans 4 sous-groupes en utilisant uniquement leur symptomatologie. Un sous-groupe (C1A) après comparaison avec le reste de la cohorte, montre une symptomatologie plus sévère ainsi qu’un taux de réponse le plus faible après 4 semaines de traitement. Le groupe C1A montre aussi une augmentation du niveau de plusieurs biomarqueurs sériques pro-inflammatoire permettant une validation externe de cette stratification. L’utilisation de 6 variables biologiques (IL-15, protéine c-réactive, CXCL-12, niveaux d’IgG anti CMV et anti Toxoplasma gondii) et de 2 variables cliniques (Âge et utilisation de drogues récréationnelle) a permis de prédire la réponse après traitement. La précision de prédiction après validation croisée est très bonne avec une aire sous courbe moyenne de 81.0% (± 0.05). Une confirmation de ces résultats dans d’autres essais cliniques pourrait amener le développement d’une nouvelle approche basée sur le dosage de biomarqueurs sériques dans le choix du traitement chez les patients psychotiques. / While the immune system is well known for its protective role against infectious pathogens, its role in cancer progression is more complex with some immune mechanisms being protective while others are detrimental. The primary physiological role of the brain is to perceive external physical and social conditions, assess their implications for organismal well-being and modulate the activity of internal physiological processes to optimally adapt to those external conditions. Immune and the nervous systems have long been considered to operate independently from each other, many preclinical and clinical studies have clearly demonstrated that these two systems interact and regulate each other. Despite more and more studies aim at investigating the interactions between the nervous and the immune systems, important issues remain to be elucidated. For example, while human studies have demonstrated a positive impact of well-being on cancer progression, the underlying molecular mechanisms have not been elucidated. On another topic, and while many investigators have investigated whether cytokines could be used as diagnosis or prognosis biomarkers is psychiatric diseases, none of the cytokine studied to date have proven to possess the sensitivity and specificity expected for an accepted diagnostic test value. During my PhD, I have worked on two different projects both related to the interactions between the nervous and the immune system. The goal of my first project was to elucidate the mechanisms by which enriched environment conductive to enhanced sensory, cognitive and motor stimulation impact metastatic progression in mice. We have found that mice housed in enriched environment were protected from lung metastasis. Protection was associated with lower serum corticosterone levels, increased lung inflammation following extravasation of circulating tumour cells, and rapid killing of early infiltrating tumour cells. Protection was abolished when inflammatory monocytes were deficient in glucocorticoid receptor signalling. Thus, while inflammatory monocytes have been shown to promote cancer progression, our results disclosed a novel anti-tumour mechanism whereby glucocorticoid receptor-dependent reprogramming of inflammatory monocytes can inhibit cancer metastasis. The goal of my second project was to identify immune-related biomarkers of remission in first-episode psychotic (FEP) patients. To this aim, we have taken advantage of our privileged access to clinical data and serum samples from 325 FEP patients who have all been treated with an atypical antipsychotic. We have first used a hierarchical unsupervised clustering approach to stratify 325 FEP patients into four subtypes based on their clinical symptoms. Compared to the rest of the cohort, one subtype (C1A) exhibited more severe positive and negative symptoms and were the most at risk of being non-remitters following treatment for 4 weeks. C1A patients also exhibited higher levels of several pro-inflammatory biomarkers therefore providing an external validation to our clustering approach. Most importantly, six biological variables (serum levels of IL-15, C reactive protein, CXCL-12, anti- cytomegalovirus and anti-Toxoplasma immunoglobulins) and two clinical variables (age, recreational drug use), predicted early remission following treatment with Amisulpride in C1A patients. Prediction accuracy assessed by cross-validation calculated by 10,000 iterations of 4-fold cross-validation was very good with a mean area under the curve (AUC) of 81.0% ± 0.05. Further validation of our results in future clinical trials would pave the way for the development of a blood-based assisted clinical decision support system for the choice of treatment in psychotic patients.

Une meilleure compréhension des mécanismes de résistance aux agents pathogènes couplée à une caractérisation de la capacité immune devient un axe de recherche prioritaire en élevage. L’objectif global de la thèse est d’exploiter des informations de phénotypage, de génétique et de génomique pour étudier l’architecture génétique de la capacité immune chez le porc et contribuer à l’identification de marqueurs génétiques et de biomarqueurs sanguins prédictifs de variations de niveaux de paramètres immuns. Le projet s’articule autour de trois axes complémentaires et les résultats obtenus sont basés sur l’exploitation des jeux de données issus des projets IMMOPIG et SUS_FLORA financés par l’ANR, pour lesquels des cohortes de 450 et 560 porcelets ont été prélevés à 60 jours d’âge, trois semaines après une vaccination contre Mycoplasma hyopneumoniae.Nous avons analysé le déterminisme génétique de l’expression des gènes dans le sang par une analyse eGWAS (génotypage 60K SNP et transcriptome du sang pour 242 animaux) validée pour partie par une étude de la régulation spécifique d’allèles (ASE) des transcrits (RNA-Seq sur 38 animaux). Les résultats d’eGWAS mettent en évidence de multiples associations locales (n=2839) et à distance (n=1752) entre des polymorphes SNP et des variations de transcription, réparties sur l’ensemble des chromosomes. Les analyses ASE confirment l’importance du contrôle génétique en cis, avec une régulation allélique trouvée pour 763 gènes. Les fonctions biologiques associées sont notamment reliées au processing des ARN et à l’immunité. La région du complexe majeur d’histocompatibilité a été trouvée particulièrement riche en eQTL et ASE. L’ensemble de ces données a permis d’établir, pour le porc, une première cartographie des eQTL et gènes soumis à ASE dans le sang.Nous avons étudié les co-variations entre des paramètres immunitaires et le transcriptome du sang pour 243 individus. Les paramètres immunitaires incluent la numération formule sanguine, la caractérisation de sous-populations cellulaires par cytomètre de flux, des dosages sériques (protéine C réactive, haptoglobine, anticorps spécifiques anti Mycoplasma hyopneumoniae), des dosages de réponse suite à des stimulations in vitro du sang total (phagocytose, cytokines IL1b, IL2, IL6, IL8, IL10, TNFa, INFg). Nous avons confirmé l’héritabilité de nombreux paramètres immuns et identifié des covariations avec des profils géniques, offrant des hypothèses sur des biomarqueurs candidats.Nous avons également conduit une analyse fonctionnelle sur quatre animaux de 70 jours d’âge pour caractériser et comparer les profils de transcrits du sang et de trois tissus lymphoïdes associés au tube digestif (ganglion mésentérique, plaques de Peyer jéjunales et iléales). Les données RNA-Seq ont mis en évidence des différentiels d’expression entre les tissus, ce nombre étant plus limité entre les deux types de plaques de Peyer. De manière tout à fait intéressante, parmi les fonctions biologiques enrichies par les gènes différentiellement exprimés entre les deux plaques de Peyer, sont identifiées les voies de différenciation lymphocytaires Th1 et Th2, en cohérence avec une surabondance de lymphocytes B dans les plaques de Peyer iléales.L’ensemble de ces résultats apporte des informations nouvelles pour avancer dans la compréhension du déterminisme génétique des variations de paramètres immunitaires chez le porc, la recherche de polymorphismes causaux de ces variations et l’identification de biomarqueurs sanguins pertinents pour phénotyper la compétence immunitaire. / A better understanding of the mechanisms for resistance to pathogens along with the characterization of the immune capacity has become a priority for research in breeding. The overall objective of this PhD project was to use phenotyping, genetic and genomic information to study the genetic architecture of the immune capacity in the pig and to contribute to the identification of genetic markers and blood biomarkers that predict variations of immune parameter levels. The study was focused on three complementary axes and the results obtained were based on the use of data collected as part of the IMMOPIG and SUS_FLORA projects financed by the ANR, for which 450 and 560 piglet cohorts were sampled at 60 days of age, three weeks after vaccination against Mycoplasma hyopneumoniae.We analyzed the genetic determinism of gene expression in the blood using an eGWAS (60K SNP genotyping and blood transcriptome for 242 animals) confirmed in part by an allele specific expression (ASE) of transcripts (RNA-Seq on 38 animals). The eGWAS results showed multiple local (n=2839) and distant associations between the SNP polymorphisms and transcription variations, spread over all the chromosomes. The ASE analyses confirmed the cis genetic control of gene expression, with allele regulation being found for 763 genes. The biological functions associated were notably associated with RNA processing and immunity. The region of the major histocompatibility complex was found particularly rich in eQTL signals and genes with ASE in the blood.We studied the co-variations between immune parameters and blood transcriptomes for 243 individuals. The immune parameters included the blood count, cell subpopulation characterization by flow cytometry, serum assays (reactive C protein, haptoglobin, antibodies specific for Mycoplasma hyopneumoniae), immune response after in vitro stimulation of peripheral blood (phagocytosis, IL1b, IL2, IL6, IL8, IL10, TNFa, INFg cytokines). We confirmed the heritability of numerous immune parameters and identified covariations with gene profiles, providing hypotheses on biomarker candidates.We also led a functional analysis on four animals at 70 days-of-age in order to characterize and compare the transcriptome profiles of peripheral blood and three gut-associated lymphoid tissues (mesenteric lymph nodes, jejunal and ileal Payer’s patches). The RNA-Seq data showed differential expression between tissues; this number was more limited between the two types of Peyer’s patches. Interestingly, among the biological functions enriched by the differentially expressed genes between the Peyer’s patches, we identified the Th1 and Th2 lymphocyte differentiation pathways, which was in agreement with an over-abundance of B lymphocytes in the ileal Peyer’s patches.Together these results provide new information on the understanding of the genetic determinism of immune parameter variations in the pig, the search for causal polymorphisms of these variations and the identification of relevant blood biomarkers for phenotyping immune competence.

Le rôle de l’inflammation dans la discopathie dégénérative a pu être étudié dans certains modèles animaux, de tissus post-mortem ou parfois dans des tissus chirurgicaux mais ce phénomène reste encore mal compris. La dégénérescence des disques intervertébraux peuvent être à l’origine de diverses pathologies rachidiennes telles que la hernie discale, la radiculopathie et la myélopathie. Le disque subit un déséquilibre homéostasique, une néoinnervation et une néovascularisation laissant pénétrer les cellules immunitaires au sein du disque. Nous avons analysé 78 échantillons de plasma de patients atteints de pathologie du rachis ayant eu recours à la chirurgie. Les patients ont été stratifié en quatre groupes selon la présence ou l’abscence de myélopathie, hernie discale, radiculopathie, spondylolisthésis, lésions nerveuses et canal étroit. Nous avons identifié un profil de biomarqueurs plasmatiques propre à chacun des groupes. Un profil pro-inflammatoire (augmentation de la protéine C-ractive (CRP), du facteur de nécrose tumorale (TNFα)) semble s’apparié aux patients souffrant de myélopathie, avec une augmentation significative de neurofilament à chaine légère (NfL), confirmant une atteinte de la moelle épinière et une dégradation axonale. Les patients atteints de radiculopathie, ont de faibles niveaux de cytokines pro-inflammatoires. Les patients souffrant de spondylolisthésis semblent être caractérisés par l’augmentation de la chimiokine 22 à motif CC (CCL22) et de la molécule soluble d’adhésion intercellulaire (sICAM-1). La concentration en adiponectine est diminuée chez tous les patients. Des niveaux élevés des biomarqueurs de CD40-ligand soluble (sCD40L), de lipocalin-2 (LCN2) et du sérum amyloïde A (SAA) étaient associés à la dégénérescence des disques intervertébraux. / The role of inflammation in degenerative disc disease has been studied in animal models, in post-mortem tissue and surgical tissue, but the phenomenon remains poorly understood. Degeneration of the intervertebral discs contributes to various spinal pathologies such as disc herniation, radiculopathy, and myelopathy. The disc undergoes homeostatic imbalance, neoinnervation, and neovascularization, allowing immune cells to penetrate the disc tissue. We analyzed blood samples from patients with spinal pathology who had undergone surgery. We stratified patients according to their clinical criteria, and measured inflammatory, antiinflammatory, and trophic biomarkers in samples and compared them with healthy donor samples. We develop a plasma biomarker profile specific to subgroups of patients. A pro-inflammatory profile (increased CRP, TNFα) appears to be associated with patients suffering from myelopathy, with a significant increase in NfL, confirming damage to the spinal cord and axonal degradation compared with other patients and healthy donors. Patients with radiculopathy had low levels of pro-inflammatory cytokines. Patients suffering from spondylolisthesis seem to be characterized by an increase in CCL22 and sICAM-1, which may allow macrophages to penetrate the damaged disc. Adiponectin concentration was lower in all patient subgroups compared to healthy donors. The elevated levels of the biomarkers sCD40L, LCN2 and SAA, were linked to intervertebral degeneration.

Le syndrome d’apnées obstructives du sommeil (SAOS) est associé à de nombreuses co-morbidités métaboliques et cardiovasculaires. L’hypoxie intermittente chronique, une des composantes du SAOS, induit des mécanismes intermédiaires délétères tels que stress oxydatif, inflammation, insulino-résistance ou encore dyslipidémie, à l’origine de ces comorbidités. Ces mécanismes intermédiaires sont également communs à d’autres pathologies respiratoires chroniques telles que la bronchopneumopathie chronique obstructive (BPCO) et le syndrome d’obésité hypoventilation (SOH).L’hypoxie intermittente et les mécanismes intermédiaires associés sont aussi à l’origine de l’existence et de la progression de la stéatopathie métabolique (« non alcoholic fatty liver disease »). Ce lien entre pathologies respiratoires chroniques et atteinte hépatique est un mécanisme essentiel mais plus récemment étudié des co-morbidités dans le SAOS et la BPCO. Différents biomarqueurs cardiométaboliques ont donc été étudiés dans ces pathologies respiratoires chroniques à la fois pour caractériser les co-morbidités et l’atteinte systémique et pour apprécier l’impact de différentes thérapeutiques. La première partie de cette thèse sera consacrée à une revue systématique des différents biomarqueurs cardio-métaboliques liés à chacune de ces 3 pathologies respiratoires chroniques : SAOS, BPCO et SOH.Le traitement du SAOS par pression positive continue (PPC) a un effet bénéfique sur les symptômes fonctionnels liés à cette pathologie. Cependant, l’impact de la PPC sur d’autres conséquences cardio-métaboliques délétères du SAOS reste encore à démontrer par des essais randomisés contrôlés, notamment sur l’atteinte hépatique.Dans la seconde partie de cette thèse, nous détaillerons l’impact de la PPC sur les différents marqueurs cardiométaboliques du SAOS à l’aide d’une revue systématique puis d’une étude randomisée contrôlée sur l’impact de la PPC sur les marqueurs d’atteinte hépatique.Par ailleurs, les patients atteints de SAOS, BPCO ou SOH reçoivent du fait de leur polypathologie (multimorbidité) des traitements médicamenteux multiples qui visent à contrôler au mieux les co-morbidités. Il est donc primordial de considérer la prise en charge globale de ces patients du point de vue de leurs traitements instrumentaux (PPC et ventilation non invasive) mais aussi en considérant l’impact des traitements médicamenteux associés. En effet, les traitements médicamenteux peuvent interférer avec la sévérité de la pathologie elle-même et impacter les biomarqueurs liés aux comorbidités associées. La troisième partie de cette thèse sera consacrée à l’étude d’un antihypertenseur chez le patient SAOS et envisagera l’influence des médicaments sur la pertinence de l’usage des bicarbonates comme marqueurs diagnostiques du SOH.En conclusion, nous insisterons sur la nécessité d’une prise en charge intégrée multi systémique et d’une prise en charge personnalisée de ces patients. / Obstructive sleep apnea (OSA) is associated with related metabolic and cardiovascular comorbidities. Chronic intermittent hypoxia the hallmark of OSA induces deleterious intermediary mechanisms such as oxidative stress, systemic inflammation, insulin resistance and dyslipidemia. Cardiovascular and metabolic comorbidities are also key features of other chronic respiratory diseases such as chronic obstructive pulmonary disease (COPD) and obesity hypoventilation syndrome (OHS). Chronic hypoxia and deleterious intermediary mechanisms also trigger occurrence and progression of non alcoholic fatty liver disease. This link between chronic respiratory diseases and liver injury is observed through modifications of specific liver biomarkers in OSA and COPD. A variety of cardiometabolic biomarkers have been studied for stratification of cardio-metabolic risk and assessing treatment impact in chronic respiratory diseases. The first part of this PhD thesis is a systematic review of cardio-metabolic biomarkers in 3 respiratory diseases: OSA, COPD and OHS.Continuous positive airway pressure (CPAP) the first line therapy for OSA improves symptoms and quality of life. However, CPAP effects on cardio-metabolic consequences remains still debated. In the second part of the PhD thesis, we will address CPAP impact on different cardiometabolic biomarkers and more specifically in markers of liver injury by reporting original results of a randomized controlled trial (RCT).Polypharmacy is usual in patients with OSA, COPD or OHS. Beyond CPAP or non invasive ventilation treatment, it is essential address the contribution of associated medications. Indeed, pharmacological treatments can interfere with the severity of the disease and control of associated comorbidities. The third part of the thesis will present a RCT evaluating Bosentan in hypertensive OSA patients and will present how medications for comorbidities decrease bicarbonate diagnosis value for OHS.We will conclude by underlining the crucial importance of personalized medicine and integrated care in chronic respiratory diseases.

Chacune de nos cellules possède l’information génétique nécessaire à la constitution de l’organisme entier, mais les cellules différenciées n’expriment qu’un répertoire restreint de gènes. Le contrôle des expressions des gènes apparaît fondamental dans la mise en place et le maintien de l’identité cellulaire. Le contrôle transcriptionnel, premier niveau de régulation de l’expression des gènes, est basé sur l’intégrité de la séquence génique et sur son accessibilité, elle-même conditionnée par les mécanismes épigénétiques contrôlant la dynamique chromatinienne. Dans un contexte pathologique, des altérations génétiques et/ou épigénétiques pourront alors être à l’origine de dérégulations géniques et mener à des fonctions cellulaires altérées. Lors du développement d’un carcinome bronchique, les cellules pulmonaires acquièrent une capacité de prolifération incontrôlée et une résistance accrue à l’apoptose. Ces caractéristiques phénotypiques, bases de la croissance tumorale, sont le reflet des anomalies qui s’accumulent dans le génome des cellules cancéreuses. Aux altérations génétiques somatiques (mutations ponctuelles, remaniements chromosomiques) s’ajoute un bouleversement global du paysage épigénétique, le tout conduisant une crise de l’identité cellulaire et à des dérégulations massives des expressions géniques. Alors que la répression aberrante de gènes (notamment des gènes suppresseurs de tumeur) a été largement étudiée, l’activation ectopique de gènes normalement silencieux demeure un aspect plus méconnu. Notre hypothèse de travail est que les expressions hors-contexte de gènes tissu-spécifiques puissent être non seulement impliquées dans le phénomène de cancérogenèse, mais également constituer des biomarqueurs tumoraux ou cibles thérapeutiques innovantes. Dans cette thèse, notre attention s’est portée sur le gène PRL codant la prolactine, normalement exprimée dans l’hypophyse et absente du poumon non tumoral. Nous avons détecté une activation ectopique du gène PRL dans 10% des tumeurs pulmonaires, principalement des tumeurs neuroendocrines. Nous avons observé que l’expression de PRL est associée à des tumeurs particulièrement agressives et à un pronostic sombre pour les patients. Nous avons également démontré que l’expression de PRL confère aux cellules cancéreuses pulmonaires une résistance accrue à un stress génotoxique. De manière inattendue, nos résultats suggèrent que l’effet oncogène de l’expression de PRL ne repose pas sur les mécanismes d’action classique de la prolactine et nous avons dû remettre en question l’hypothèse initiale d’une sécrétion de l’hormone par les cellules cancéreuses pulmonaires et d’une action autocrine/paracrine au sein de la tumeur via l’activation du récepteur à la prolactine. Le récepteur est en effet absent des cellules cancéreuses pulmonaires et le transcrit PRL exprimé est dépourvu de ses premiers exons, ce qui pourrait conduire à la production d’une protéine tronquée de son peptide signal, incapable d’emprunter la voie de sécrétion classique, et par conséquent retenue à l’intérieur de la cellule cancéreuse pulmonaire. Même si les mécanismes d’action in cellulo de la prolactine restent à décrypter, nos données suggèrent que l’expression ectopique de PRL pourrait constituer une nouvelle cible thérapeutique dans le traitement des tumeurs pulmonaires agressives. Ce travail de thèse, incluant également des résultats complémentaires obtenus sur trois gènes spécifiques du testicule exprimés de manière aberrante dans les tumeurs pulmonaires (BRDT, SOX30 et SPATA22) met en lumière l’intérêt des expressions ectopiques. Celles-ci peuvent en effet fournir de nouveaux outils de diagnostic et de pronostic aux cliniciens, mais également de nouvelles approches ciblées en complément des thérapies classiques qui ne suffisent pas à limiter la mortalité importante due aux néoplasies pulmonaires. / Each human cell contains a genome carrying all the genetic information necessary for the constitution of the whole organism. However, differentiated cells express only a restricted repertoire of genes. The control of gene expressions is fundamental for the establishment and maintenance of cell identity. The first level of gene expression regulation, the transcriptional control, is based on the integrity of the gene sequence but also on its accessibility, itself dependent on a set of epigenetic mechanisms that control chromatin dynamics. In a pathological context, genetic and epigenetic alterations can lead to gene deregulations and altered cellular functions. During the bronchial carcinogenesis, lung cancer cells acquire a capacity of uncontrolled proliferation and an increased resistance to cell death. These phenotypic characteristics, favoring tumor growth, result from abnormalities that accumulate in the genome of cancer cells. These are somatic genetic alterations, from point mutations to large-scale chromosomal rearrangements, but also a global disruption of the epigenetic landscape – both leading to an identity crisis and to gene deregulations. While the phenomenon of aberrant gene repression (including repression of tumor suppressor genes) has been extensively studied, ectopic activation of normally silent genes remains poorly understood. Our hypothesis is that the “out of context” expression of tissue-specific genes not only could be involved in carcinogenesis, but could also be of high interest as tumor biomarkers or novel therapeutic targets. In this work, we focused on the prolactin-encoding PRL gene, normally mainly expressed in the pituitary gland and absent from non-tumor lung. We detected an ectopic PRL gene activation in 10% of lung tumors, mainly neuroendocrine tumors. We observed that PRL expression is associated with aggressive tumors and a poor prognosis for patients. We also found that the expression of PRL is associated with an increased resistance of lung cancer cells to a genotoxic stress. Unexpectedly, our data suggest that the oncogenic action of PRL expression is not based on the conventional mechanisms of prolactin action, and we did not confirm the initial hypothesis of a secretion by lung cancer cells of the prolactin hormone, and its action in an autocrine/paracrine loop within the tumor through the activation of the prolactin receptor. Indeed, the receptor is absent in lung cancer cells and the transcribed PRL mRNA is missing its first exons, possibly leading to the production of a truncated prolactin protein, without a functional signal peptide, therefore unable to follow the classical secretion pathway and retained inside the cancer cell. Although the detailed mechanisms of prolactin action in lung cancer remain to be deciphered, our study suggests that the ectopic expression of PRL could be used as a new therapeutic target in the treatment of aggressive lung tumors. This work, also including additional results on three testis-specific genes aberrantly expressed in lung tumors (BRDT, SOX30 and SPATA22) highlights the interest of studying ectopic gene expressions in tumor cells, which can provide new diagnosis and prognosis tools for clinicians as well as new targeted approaches that could be used in addition to conventional lung cancer therapies, which are presently insufficient to limit the high mortality due to lung neoplasms.