Introduction Le cancer bronchique est un problème de santé publique en étant la première cause de décès par cancer dans le monde. Il reste de mauvais pronostic avec une résistance au Cisplatine qui est inéluctable dans l'histoire naturelle de la maladie. Nous nous sommes intéressés à l'association du CDDP aux inhibiteurs de la Poly(ADP-ribose) polymérase. Les inhibiteurs pharmacologiques de PARP sont source d'optimisme en oncologie clinique en monothérapie pour des tumeurs déficientes pour une voie de réparation de l'ADN et en association aux cytotoxiques classiques.Matériel et méthodes Nous avons généré 9 clones résistants au CDDP après culture de la lignée A549 dans des faibles doses de CDDP. Deux inhibiteurs pharmacologiques de PARP, CEP8983 (CEP) et PJ34 (PJ), ainsi que des siRNA spécifiques de PARP1 sont utilisés pour l'inhibition de PARP. L'apoptose est mesurée en cytométrie de flux par l'intermédiaire du potentiel membranaire de la mitochondrie DiOC6(3) et la perméabilisation de la membrane plasmique est évaluée par l'iodide de propidium. Le test de clonogénicité permet d'évaluer la capacité des cellules à échapper à la mort et à former une colonie. L'activité métabolique des cellules est mesurée par la mesure de clivage du sel de tetrazolium WST-1. L'immunofluorescence sur cellules fixées a permis d'étudier les dommages de l'ADN (γH2AX), la voie intrinsèque de l'apoptose (l'activation de la caspase 3 et la libération du cytochrome c) et la recombinaison homologue (BRCA1, RAD51). En Western Blot nous avons mesuré l'expression et l'activité de PARP (PAR) ainsi que l'expression d'acteurs de la réparation par excision de base (BER) (XRCC1 and polymérase β). Nous avons développé une méthode de détection de PAR en immunohistochimie sur des tissus inclus en paraffine. Résultats Nous avons trouvé un effet synergique pour l'association du CDDP aux inhibiteurs de PARP in vitro. De façon inattendue nous avons observé que les clones résistants au CDDP développent une addiction à PARP et sont spécifiquement tués par l'inhibition de PARP contrairement à la lignée parentale. Ces clones exhibent une hyperexpression et une hyperactivité de PARP. La réponse aux inhibiteurs de PARP corrèle plus précisément avec l'activation plutôt qu'avec l'expression de PARP, pointant que PAR est un biomarqueur plus précis que PARP. Nous avons observé que l'hyperactivation de PARP accompagne une résistance induite au CDDP et prédispose à une sensibilité aux inhibiteurs de PARP dans d'autres lignées de cancer bronchique (H460 et H1650), de mésothéliome (P31), de cancer de l'ovaire (TOV112D) et de col (HeLa). Dans des expériences in vivo nous avons noté que dans les xénogreffes obtenues à partir de clones résistants au CDDP, l'expression de PAR est stablement retrouvée en immunohistochimie. Ces tumeurs répondaient à l'inhibition de PARP par le PJ en diminuant l'expression de PAR. Les clones résistants au CDDP sensibilisés aux I PARP ont une recombinaison homologue conservée, cependant ont un déficit dans les étapes terminales du BER.Conclusion Nous avons identifié un effet synergique pour l'association des inhibiteurs de PARP au CDDP de des lignées de cancer bronchique. Nous avons observé une dépendance à PARP dans des lignées de cancer bronchique résistantes au CDDP et déficientes pour l'élongation du BER. Nous postulant que PAR est un biomarqueur spécifique de la réponse aux inhibiteurs de PARP.

美國最高法院於2013年6月13日，發佈自2010年起纏訟多年的 AMP v. USPTO & Myriad Genetics案判決，最高法院全體一致認為，與天然相同的DNA序列，即使經過單離（isolated）仍然不具有可專利性，但補償性的DNA（complementary DNA，簡稱cDNA），則為人為發明產物具有可專利性。 判決出來後，引發各界譁然，相關基因測試業者擔心，最高法院的見解，會使基因研發的投資意願大幅減少，反而會阻礙往後創新研發。但支持者認為基因本屬人類共有產物，且否准基因專利後，能夠讓其他更低價、更有效率的檢測方法進入市場，對社會有助益。在專利權人的私有利益與公共衛生利益激烈衝突下，各方都有鏗鏘有力的理由。 美國專利商標局（USPTO）從1980年代起，開始核發與基因有關之專利，並在2001年公布「實用性檢查指引」（Utility Examination Guidelines），認為單離的人類DNA或純化DNA分子，亦可賦予專利，透過賦予專利排他權，達鼓勵研發創新之目的。從過去三十年來，基因相關專利數量劇增，也因為專利排他的特性，對現有的科學研究產生阻礙，不僅如此，對於患者而言，因為專利權人積極行使權利，成為市場唯一壟斷者，使患者無法獲得其他醫療意見（second opinion）的權利，這也是Myriad案備受矚目的原因之一。 因此，本論文將藉由AMP v. USPTO & Myriad Genetics案，重新省思對於人體基因是否具有可專利性，並整理美國司法實務過往對於可專利標的、基因專利等重要判決進行分析，最後提出本文的見解，試圖提出一些可能的解決方案。

DNA damage response pathways are a complicated network of proteins that function to remove and/or reverse DNA damage. Following genetic insult, a signal cascade is generated, which alerts the cell to the presence of damaged DNA. Once recognized, the damage is either removed or the damaged region is excised, and the original genetic sequence is restored. However, when these pathways are defective the cell is unable to effectively mediate the DNA damage response and the damage persists unrepaired. Thus, the proteins that maintain the DNA damage response pathway are critical in preserving genomic stability. One essential DNA repair protein is the Breast Cancer Associated gene, BRCA1. BRCA1 is essential for mediating the DNA damage response, facilitating DNA damage repair, and activating key cell cycle checkpoints. Moreover, mutations in BRCA1 lead to a higher incidence of breast and ovarian cancer, highlighting the importance of BRCA1 as a tumor suppressor. In an effort to better understand how BRCA1 carried out these functions, researchers sought to identify additional BRCA1 interacting proteins. This led to the identification of several proteins including the BRCA1 Associated C-terminal Helicase, BACH1. Due to the direct interaction of BACH1 with a region of BRCA1 essential for DNA repair and tumor suppression, it was speculated that BACH1 may help support these BRCA1 function(s). In fact, initial genetic screenings confirmed that mutations in BACH1 correlated not only with hereditary breast cancer, but also with defects in DNA damage repair processes. The initial correlation between BACH1 and cancer predisposition was further confirmed when mutations in BACH1 were identified in the cancer syndrome Fanconi anemia (FA) (complementation group FA-J), thus giving BACH1 its new name FANCJ. These findings supported a previously established link between the FA and BRCA pathways and between FA and DNA repair. In particular, we demonstrated that similar to other FA/BRCA proteins, suppression of FANCJ lead to a substantial decrease in homologous recombination and enhanced both the cellular sensitivity to DNA interstrand cross-linking agents and chromosomal instability. What remained unknown was specifically how FANCJ functioned and whether these functions were dependent on its interaction with BRCA1 or other associated partners. In fact, we identified that FANCJ interacted directly with the MMR protein MLH1. Moreover, we found that the FANCJ/BRCA1 interaction was not required to correct the cellular defects in FA-J cells, but rather that the FANCJ/MLH1 interaction was required. Although both the FA/BRCA and MMR pathways undoubtedly mediate the DNA damage response, there was no evidence to suggest that these pathways were linked, until recently. Our findings not only indicate a physical link between these pathways by protein-protein interaction, but also demonstrated a functional link.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Telomere maintenance is a critical component of genomic stability. An increasing body of evidence suggests BRCA1, a tumor suppressor gene with a variety of functions including DNA repair and cell cycle regulation, plays a role in telomere maintenance. Mutations in BRCA1 account for approximately half of all hereditary breast and ovarian cancers, and the gene is silenced via promoter methylation and loss of heterozygosity in a proportion of sporadic breast and ovarian cancers. The objective of this study was to determine whether GRN163L, a telomerase inhibitor, currently in clinical trials for the treatment of cancer, has enhanced anti-cancer activity in BRCA1 mutant breast/ovarian cancer cell lines compared to wild-type cancer cells. BRCA1 mutant cancer cells were observed to have shorter telomeres and increased sensitivity to telomerase inhibition, compared to cell lines with wild-type BRCA1. Importantly, GRN163L treatment was synergistic with DNA-damaging drugs, suggesting potential synthetic lethality of the BRCA1 cancer subtype and telomerase inhibition In a related study to examine the roles of BRCA1/2 in telomere maintenance, DNA and RNA extracted from peripheral blood were used to investigate the age-adjusted telomere lengths and telomere-related gene expression profiles of BRCA1 and BRCA2 individuals compared to individuals who developed sporadic cancer and healthy controls. BRCA1 mutation carriers and breast cancer patients showed the shortest average telomere lengths compared to the other groups. In addition, distinct genomic profiles of BRCA mutation carriers were obtained regarding overexpression of telomere-related genes compared to individuals who developed sporadic or familial breast cancer. In summary, telomerase inhibition may be a viable treatment option in BRCA1 mutant breast or ovarian cancers. These data also provides insights into further investigations on the role of BRCA1 in the biology underlying telomere dysfunction in cancer development.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Cancer stem cells (CSCs) are proposed to play a major role in tumor progression, metastasis, and recurrence. The Human Epidermal growth factor Receptor 2 (HER2) gene is amplified and/or its protein product overexpressed in approximately 20% of breast cancers. HER2 overexpression is associated with increased CSCs, which may explain the aggressive phenotype and increased likelihood of recurrence for HER2+ breast cancers. Telomerase is reactivated in tumor cells, including CSCs, but has limited activity in normal tissues, providing support for the use of telomerase inhibition in anti-cancer therapy. Telomerase inhibition via an antagonistic oligonucleotide, imetelstat (GRN163L), has been shown to be effective in limiting cell growth in vitro and limiting tumor growth. Moreover, we have previously shown imetelstat can decrease metastases to the lungs, leading us to question if this is due to imetelstat targeting the CSC population. In this thesis, we investigated the effects of imetelstat on CSC and non-CSC populations of HER2+ breast cancer cell lines, as well as a triple negative breast cancer cell line, which lacks HER2 overexpression. Imetelstat inhibited telomerase activity in both CSC and non-CSC subpopulations. Moreover, imetelstat treatment alone and in combination with trastuzumab significantly reduced the CSC fraction and inhibited CSC functional ability, as shown by a significant decrease in mammosphere counts and invasive potential. Tumor growth rate was slower in combination treated mice compared to either drug alone. Additionally, there was a trend toward decreased CSC marker expression in imetelstat treated xenograft cells compared to vehicle control. The decrease in CSC marker expression we observed occurred prior to and after telomere shortening, suggesting imetelstat acts on the CSC subpopulation in telomere length dependent and independent mechanisms. Our study suggests addition of imetelstat to trastuzumab may enhance the effects of HER2 inhibition therapy.

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La plupart des traitements anticancéreux, comme la chimiothérapie ou la radiothérapie, sont cytotoxiques et causent des dommages à l'ADN dans le but d’induire la mort des cellules tumorales. Cependant, l’efficacité d’activité de réparation de l'ADN des tumeurs entraine des résistances intrinsèques et acquises aux traitements. L'une des étapes précoces de la réparation de l’ADN est le recrutement de protéines au niveau du site de dommage. Ce recrutement est coordonné par une cascade de modifications et est contrôlé par des protéines senseurs telles que la protéine kinase ADN dépendante (DNA-PK) et / ou la poly (ADP- ribose) polymérase (PARP). Dans ce manuscrit, nous avons identifié et caractérisé le mécanisme d'action de petites molécules d'ADN (les siDNA), mimant des cassures double brin (appelé Dbait) ou simple brin (appelé Pbait), dans l’inhibition des voies de réparation des cassures simple brin (SSBR/BER). Nous démontrons que les molécules Dbait recrutent et activent à la fois PARP et DNA-PK, contrairement aux molécules Pbait qui ne recrutent que la PARP. L'étude comparative de ces deux molécules permet d'analyser les rôles respectifs des deux voies de signalisation: les deux molécules recrutent les protéines impliquées dans la voie de réparation des cassures simple brin (comme PARP, PCNA et XRCC1) et empêchent leurs recrutements aux niveaux des lésions chromosomiques. Les molécules Dbait inhibent par ailleurs le recrutement des protéines impliquées dans la voie de réparation des cassures double brin (NHEJ et HR). Pbait et Dbait désorganisent la réparation de l’ADN et sensibilisent les cellules tumorales aux traitements. L’inhibition de la réparation des cassures simple brin semble dépendre d’un piégeage des protéines directement sur les siDNA ou indirectement sur les polymères PAR. L’inhibition des voies de réparation des cassures double brin (DSB) semble par contre se faire de façon indirecte ; cette inhibition résulterait plutôt de la phosphorylation des protéines de réparation des DSB de part l’activation de DNA-PK. Les molécules Dbait et Pbait induisent un effet de létalité synthétique des cellules tumorales BRCA mutées. Cependant, la mutation BRCA semble être suffisante mais non nécessaire pour induire la sensibilité des cellules tumorales aux traitements Dbait. En effet, nous avons démontré que les molécules Dbait peuvent aussi sensibiliser les cellules ne présentant pas de mutation BRCA mais ayant toutefois une forte instabilité génétique. Nous avons trouvé une corrélation entre le niveau basal de protéines de réparation de l'ADN (ɣH2AX, PARP et PAR), le taux basal de cassures à l’ADN, la présence de micronoyaux (MN) et la sensibilité des cellules tumorales au traitement Dbait. Nous avons émis l’hypothèse que cette instabilité génétique, déterminé par la quantification de MN dans des biopsies tumorales, pourrait être un biomarqueur prédictif de l’effet du Dbait, non seulement dans les cancers du sein, mais aussi dans les glioblastomes, les mélanomes, les mélanomes uvéaux et les cancers du côlon. / Most conventional cancer treatments, such as chemotherapy or radiotherapy, are cytotoxic and cause DNA damages in the tumoral treated cells, which ultimately lead to their death. However, several intrinsic and acquired resistances of tumors to these treatments are due to the tumor efficient DNA repair activities. One of the major early steps of DNA repair is the recruitment of repair proteins at the damage site and this is coordinated by a cascade of modifications controlled by sensor proteins such as DNA-dependent protein kinase (DNA-PK) and/or poly (ADP-ribose) polymerase (PARP). In this manuscript, we identify and characterize the mechanism of action of short interfering DNA molecules (siDNA), mimicking double-strand breaks (called Dbait) or single-strand breaks (called Pbait) in Single Strand Break Repair pathway (SSBR/BER) inhibition. We demonstrate that Dbait bound and induced both PARP and DNA-PK activities, whereas Pbait acts only on PARP. The comparative study of the two molecules allows analysis of the respective roles of the two signaling pathways: both molecules recruit proteins involved in single-strand break repair (such as PARP, XRCC1 and PCNA) and prevent their recruitment at chromosomal damage. Dbait, but not Pbait, also inhibits recruitment of proteins involved in double-strand break (DSB) repair. By these ways, Pbait and Dbait disorganized DNA repair, thereby sensitizing cells to treatments. SSB repair inhibition depends upon a direct trapping of the main proteins on both molecules and an indirect trapping in PAR polymers. DSB repair inhibition may be indirect, resulting from the phosphorylation of DSB repair proteins by activated DNA-PK. The DNA repair inhibition by both molecules is confirmed by their synthetic lethality with BRCA mutations tumoral cell lines. However, BRCA mutation could be sufficient but not necessary to induce breast cancer cell lines and tumors sensitivity to Dbait treatment. In fact, we demonstrate that Dbait molecules could also have a stand-alone effect in BRCA wild type cells with a high genetic instability. We found a correlation between DNA repair proteins basal level (ɣH2AX, PARP and PAR), DNA break basal level, presence of micronucleus (MN) and tumoral cell lines sensitivity to Dbait treatment. We hypothesis that this genetic instability, determined by MN in tumor biopsies, could be a predictive biomarker of Dbait stand-alone effect, not only in breast cancer treatment, but also in glioblastoma, melanoma, uveal melanoma and colon cancer treatment.