De nombreux sites industriels émettent, non-intentionnellement, depuis des années des particules ultra-fines dans l’air. De nombreuses questions se posent sur leurs effets sur les écosystèmes et la santé humaine. Dans ce contexte, nous avons axé nos recherches autour de nanoparticules de fer manufacturées (Fe-NP), représentatives de celles que l’on retrouve dans les fumées des industries métallurgiques dunkerquoises et nous avons mené en parallèle des études d’écotoxicité et de toxicité. L’objectif principal de ces recherches était d’étudier l’impact de Fe-NP manufacturées exposées par voie aérienne sur deux modèles biologiques : Physcomitrella patens (Hedw.) Bruch & Schimp. et des cultures primaires de cellules épithéliales bronchiques humaines (HBEC). Pour répondre à ces objectifs, nous avons dû passer par l’étape indispensable qu’est la caractérisation fine de notre modèle de NP. En effet, la caractérisation physico-chimique doit être la plus complète possible (8 paramètres) de façon à déterminer, au préalable, leurs propriétés de surface. Puis, nous avons vérifié leur pénétration au sein de nos modèles biologiques. Puis, des biomarqueurs liés au stress oxydant ont été dosés chez la bryophyte, exposée à des concentrations faibles en Fe-NP. Premièrement, aucune perte de vitalité chez notre plante n’a pu être observée au cours du temps aux doses testées. Nos études n’ont pas permis de mettre en évidence une augmentation significative des espèces réactives de l’oxygène et du malondialdéhyde ; ainsi qu’une modulation significative du ratio GSSG/GSH, même si un phénomène de « sur-compensation » peut être évoqué sur le long terme, conduisant à la production de GSH au sein de notre plante témoignant d’une adaptation de la plante au stress. Enfin une analyse toxicogénomique a montré des modulations de l’expression (non significatives) de tous les isoformes des gènes d’intérêt étudiés aux doses testées. Dans le cadre d’études de toxicité, nous avons caractérisé notre modèle cellulaire par coloration immunocytologique. Puis, un test de viabilité nous a permis de choisir notre dose d’exposition : 2 μg.cm-2. Les travaux sur le stress oxydant et la modulation de l’expression génique ont été réalisés sur des cultures de cellules issues de trois patients différents pour prendre en compte la variabilité interindividuelle. Contrairement à certaines publications, nous n’avons pas montré une augmentation dose-dépendante des ROS. Puis, notre étude pangénomique, nous a permis de sélectionner 10 gènes d’intérêt dont l’étude approfondie a mis en évidence des effets précoces (dès 6 h d’exposition) sur des gènes impliquées dans des phénomènes inflammatoires. Néanmoins, les Fe-NP n'ont pas causé d’augmentation significative du MDA et du ratio GSSG/GSH après plusieurs jours d'exposition. Suite à ces résultats, il est maintenant envisageable de mener des recherches sur les impacts des nanoparticules d’origine environnementale à l’aide de nos deux modèles biologiques et d’améliorer les connaissances concernant leur danger potentiel pour l’environnement et la santé humaine. / Many industries emit, unintentionally, ultra-fine particles in the air, for many years. Many questions arise about their effects on ecosystems and human health. In this context, we focused our research on the iron-engineered nanoparticles (Fe-NP), representative of industrial smoke emitted by metallurgical industries and we conducted, in parallel, toxicity and ecotoxicity studies. The main objective of this work was to study the impact of Fe-NP exposed by air in two biological models: Physcomitrella patens (Hedw.) Bruch & Schimp. and primary cultures of human bronchial epithelial cells (HBEC). To meet these objectives, we had to characterize our NP model. Indeed, the physic-chemical characterization must be as complete as possible (8 parameters) to determine, firstly, their surface properties. Then, we checked their penetration within our biological models. And, oxidative stress biomarkers were measured in the bryophyte, exposed to low concentrations of Fe-NP. Firstly, any loss of vitality could be observed over time at the doses tested. Our studies have failed to demonstrate a significant increase of reactive oxygen species and malondialdehyde, and a significant modulation of the ratio GSSG/GSH, although the phenomenon of "over-compensation" can be discussed, over the long term, leading to the production of GSH in our plant showing a plant adaptation to stress. Finally a toxicogenomic analysis showed modulation of expression (not significant) of all isoforms of the genes of interest studied at the doses tested. For toxicity studies, we characterized our cellular model by immunocytological staining. Then, a viability test allowed us to choose the exposure dose: 2 μg.cm-2. The research on oxidative stress and the modulation of gene expression were performed on cells derived from three different patients to take into account individual variability. Unlike some publications, we did not show a dose-dependent increase of ROS. Then, the pangenomic study has allowed us to select 10 genes. A detailed study of this genes showed early effects (from 6 h of exposure) in genes involved in inflammation. However, Fe-NP did not cause any significant increase of MDA and GSSG/GSH ratio after several days of exposure. Following these results, it is now possible to conduct research on the impacts of ultra-fine particles using our two biological models and improve knowledge about their potential danger on the environment and human health.

L’arrivée récente de l’immunothérapie a bouleversé la prise en charge des cancers broncho-pulmonaires non à petites cellules (CBNPC). Le nivolumab, anticorps inhibiteur du point de contrôle immunitaire PD-1, a montré des résultats remarquables en deuxième ligne métastatique après échec des chimiothérapies standards de première intention. Cependant, seul un quart des patients tire un bénéfice durable de la prise de ce traitement. `A ce jour, aucun biomarqueur prédictif de l'efficacité thérapeutique du nivolumab n'a pu être identifié de manière claire et consensuelle. La recherche de biomarqueurs prédictifs de bénéfice ou de résistance à ce traitement répresente donc un enjeu majeur.L’apparition du séquençage à haut débit au cours de la dernière décennie a eu un impact considérable sur la recherche clinique et fondamentale, permettant d’appréhender la génétique d’une tumeur dans son ensemble. Ces nouvelles techniques s’ajoutent à d’autres déjà éprouvées telles que l’immunophénotypage ou l’immunohistochimie à disposition des chercheurs pour une analyse extensive des caractéristiques de la tumeur et du patient.L’objectif de ce travail a été d’identifier des marqueurs prédictifs d’efficacité du nivolumab dans le traitement des CBNPC avancés au moyen de ces différentes technologies. Pour cela, notre étude s'est alors intéressée à une cohorte multicentrique de 115 patients atteints de CBNPC et traités par nivolumab en deuxième ou troisième ligne métastatique après échec d'un doublet cytotoxique. Dans les limites de disponibilité et de qualité des échantillons, les profils génétique, transcriptomique et immunohistochimique de la tumeur ainsi que les profils clinique et immunologique des patients ont été analysés.Nos résultats mettent en évidence des marqueurs prédictifs majeurs de réponse au nivolumab. Ainsi, une bonne réponse au doublet cytotoxique de première intention favorise une efficacité optimale du nivolumab en ligne ultérieure. Par ailleurs, un contrôle régulier de l'évolution des cellules myéloïdes immunosuppresives et des cellules cytotoxiques exprimant TIM-3 d'un patient permet de détecter une résistance primaire ou secondaire au traitement. D'autre part, l'estimation conjointe des expressions des protéines PD-L1 et CD8 par séquençage d'ARN constitue un marqueur prédictif majeur de réponse. Sa capacité prédictive surpasse celle de l'estimation de PD-L1 seule et celle d'autres signatures transcriptomiques précédemment établies et composées d'un nombre plus important de gènes. Enfin, l'étude des séquençages d'exome des tumeurs montre l'importance d'une analyse étendue de la génétique tumorale et la nécessité de ne pas se limiter à l'estimation de sa charge mutationnelle.Dans ce travail, nous avons pu mettre en évidence des marqueurs prédictifs d'efficacité du nivolumab dans le traitement des CBNPC avancés. Nos résultats soulignent l'importance de l'utilisation de plusieurs technologies pour la caractérisation de la biologie tumorale et de l'immunité du patient dans une démarche de découverte de biomarqueurs et de construction de modèles prédictifs d'efficacité des immunothérapies. / The recent introduction of immunotherapy has disrupted the management of non-small cell lung cancer (NSCLC). Nivolumab, an antibody targeting the immune checkpoint inhibitor PD-1, has shown remarkable results in seconde-line setting after failure of standard first-line chemotherapy. However, only a quarter of patients benefits from this therapy. To date, no predictive biomarker of the therapeutic efficacy of nivolumab has been identified in a clear and consensual manner. The research for predictive biomarkers of efficacy or resistance to this treatment is, therefore, a major challenge.The emergence of high-throughput sequencing over the past decade has had a significant impact on clinical and fundamental research, making possible to understand the genetics of a tumor as a whole. These new techniques are in addition to other already proven techniques such as immunophenotyping or immunohistochemistry available to researchers for extensive analysis of tumor and patient characteristics.The objective of this work was to identify predictors of the efficacy of nivolumab in the treatment of advanced NSCLC using these different technologies. To do this, our study focused on a multicentre cohort of 115 NSCLC patients treated with nivolumab in the second- or third-line after failure of a cytotoxic doublet. Within the limits of sample availability and quality, the genetic, transcriptomic and immunohistochemical profiles of the tumor as well as the clinical and immunological profiles of the patients were analysed.Our results highlight major predictive markers of response to nivolumab. Thus, a good response to the first-line cytotoxic doublet promotes optimal efficacy of subsequent online nivolumab. In addition, regular monitoring of the evolution of a patient's immunosuppressive myeloid cells and cytotoxic cells expressing TIM-3 can detect primary or secondary resistance to treatment. On the other hand, the joint estimation of PD-L1 and CD8 protein expressions by RNA sequencing is a major predictive marker of response. Its predictive capacity surpasses that of the PD-L1 estimate alone and that of other previously established transcriptomic signatures composed of a larger number of genes. Finally, the study of tumor exome sequencing shows the importance of extensive analysis of tumor genetics and the need not only to focus on the estimation its mutation burden.In this work, we were able to identify predictive markers of the efficacy of nivolumab in the treatment of advanced NSCLC. Our results highlight the importance of using several technologies for the characterization of tumor biology and patient immunity in a process of biomarker discovery and the construction of predictive models of the efficacy of immunotherapies.

Dans ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés aux rôles de l'hypoxie intermittente (HI) sur l'inflammation respiratoire. Dans un premier travail, nous avons caractérisé le profil inflammatoire des cellules épithéliales nasales humaines (CENH) en réponse à l'HI et mis en évidence une augmentation significative de la sécrétion d'IL-8, de PDGF AA, de VEGF et de gélatinases. L'IL-8 sécrétée était active comme en atteste le pouvoir chémotactique majeur des surnageants de CENH envers les neutrophiles. De plus, nous avons montré que l'HI per se était responsable d'une augmentation de la migration des neutrophiles et que l'addition d'IL-8 potentialisait cet effet, d'autant plus qu'elle agissait sur des neutrophiles de patients présentant un syndrome d'apnées/hypopnées du sommeil, déjà activés. Dans le second travail, nous avons mis en évidence une réponse spécifique des cellules musculaires lisses bronchiques à l'HI avec une sécrétion de VEGF et surtout une augmentation de leurs capacités de migration. De surcroît, nous avons montré que le surnageant des CENH soumises à l'HI induisait une augmentation majeure de ces capacités de migration, dépendant de la sécrétion de PDGFAA. Nos études montrent que l'HI induit une réponse inflammatoire des cellules résidentes de l'arbre trachéobronchique, cellules épithéliales et musculaires lisses. L'utilisation d'un modèle in vitro a permis d'isoler cette réponse tissulaire spécifique de l'influence d'une inflammation vasculaire et systémique. Ces résultats peuvent expliquer la neutrophilie observée dans les expectorations des apnéiques ainsi que les résultats fonctionnels respiratoires de ces patients

La mucoviscidose est causée par des mutations du gène CFTR (p.Phe508del étant la plus fréquente). Celui-ci code pour la protéine CFTR qui constitue un canal chlorure exprimé à la face apicale des cellules épithéliales. Au niveau du reticulum endoplasmique (RE), le contrôle de qualité conformationnelle oriente la majorité du CFTR en cours de repliement vers une voie de dégradation. Une fraction limitée du WT-CFTR parvient cependant à se replier correctement et peut ensuite progresservers la surface cellulaire, contrairement au Phe508del-CFTR (qui est néanmoins fonctionnel). Lorsque des formes mutées sont exportées à partir du RE, grâce à des traitements correcteurs, elles sont alors instables à la membrane plasmique. Par ailleurs, il a été montré que l'organisation des microfilaments d'actine participe à l'ancrage du canal au cytosquelette et à sa stabilité. Or, la petite GTPase Cdc42 influence la dynamique de nucléation de l'actine fibrillaire. Au cours de nos travaux, nous avons testé l'implication de Cdc42 et de certains de ses effecteurs dans la régulation de WT-CFTR dans des cellules épithéliales bronchiques. Dans ce cadre, la fonction de la voie Cdc42 a été perturbée par des traitements pharmacologiques et par ARN interférence. Les résultats obtenus, principalement par biotinylation de surface, ont permis de proposer que (1) la protéine Cdc42 participe à ladégradation de formes mal repliées de CFTR dans les étapes précoces et tardives de la voie de sécrétion et (2) la voie Cdc42, par son implication dans l'organisation de l'actine F corticale, affecte l’ancrage du canal chlorure au cytosquelette et régule ainsi son recrutement dans des vésicules d'internalisation. / Cystic Fibrosis is caused by CFTR gene mutations (p.Phe508del being the most frequently encountered). The CFTR protein functions as a chloride channel expressed at the plasma membrane of epithelial cells. Its productive folding in the endoplasmicreticulum (ER) is poorly efficient and unfolded proteins are therefore targeted to degradation. Nevertheless, a limited fraction of WT-CFTR acquires a native conformation and then progesses into the secretory pathway. In the case of Phe508del-CFTR, virtually all channels are degraded at this step except through corrector treatments. Under these conditions the mutant remains unstable at the plasma membrane (although it is functionnaly competent). Furthermore, it has been shown that fibrillar actin organization is involved in CFTR tethering to the cytoskeleton and channel stability. Moreover, the small GTPase Cdc42 promotes F actin nucleation. In the present study, we aimed at testing the involvement of Cdc42, and of some of its effectors, in WT-CFTR regulation in epithelial airway cells. In this context, Cdc42 pathway function was altered through pharmacological treatments or siRNAmediated depletions. Our results, mainly obtained via cell surface biotinylation assays, led us to propose that (1) Cdc42 is involved in misfolded CFTR degradation at early and late steps of the secretory pathway, and (2) Cdc42 pathway, through its F actin organization function, affects CFTR anchoring to the cytoskeleton and thus regulates its endocytosis.

La prise en charge des cancers bronchiques localisés et localement avancés reste un challenge thérapeutique en cas de traitement par radiothérapie ou radio-chimiothérapie avec des taux d’échec importants. Il a été démontré que la Tomographie par Emission de Positons (TEP) au FDG était indispensable dans la stadification et la planification de la radiothérapie des cancers bronchiques non à petites cellules. De nombreux travaux ont proposé d’adapter le traitement de radiothérapie aux données de la TEP du métabolisme (FDG) mais également à partir de la TEP de l’hypoxie. Nous avons au cours des dernières années essayé de définir les différentes stratégies d’adaptation de la radiothérapie à partie des données de l’imagerie fonctionnelle. Dans le premier travail (travail 1), nous avons analysé les différentes méthodes de segmentation de traceurs à faible contraste pour obtenir des méthodes reproductibles et utilisables au cours d’essais thérapeutiques multicentriques. Ce travail a permis de définir une méthode de segmentation pour le FMISO (traceur de l’hypoxie) mais également pour la FLT qui permet de définir la prolifération. Le second travail (travail 2a et 2b) est le résultat de l’étude multicentrique d’augmentation de dose de radiothérapie à partir des données de la TEP FMISO. Dans ce travail, nous avons proposé de réaliser un boost de radiothérapie chez les patients présentant des tumeurs hypoxiques. Il a été démontré qu’une augmentation modérée de la dose de radiothérapie permettait d’obtenir le même contrôle local à 3 mois pour des tumeurs pourtant plus volumineuses et une tendance à un contrôle supérieur à 3 ans chez les patients ayant pu bénéficié d’un boost par rapport à ceux traités à 66Gy (26.5 mois versus 15.3 mois). Les travaux suivants (travaux 3 et 4) s’intéressent à l’hétérogénéité de fixation de la TEP-FDG et aux méthodes de segmentation de ce traceur en per-radiothérapie. Ces données permettent d’envisager des doses de radiothérapie hétérogènes avec des augmentations ciblées sur les volumes les plus hypermétaboliques en pré-traitement ou sur les volumes pour lesquels il persiste une fixation pathologique en cours de traitement. Les travaux 5 et 6 s’intéressent aux corrélations entre les zones les plus hypermétaboliques (FDG) et les zones hypoxiques (FMISO). Dans un premier temps, nous mettons en évidence le manque de corrélation entre ces 2 traceurs puis dans un second temps l’impact dosimétrique des différentes stratégies de radiothérapie adaptative basée sur la TEP du métabolisme ou de l’hypoxie. Dans le dernier travail (travail 7), nous avons comparé les résultats de deux traceurs de l’hypoxie chez des patients traités par chirurgie pour un cancer bronchique ; ces données ont été comparées aux données d’immunohistochimie pour permettre une meilleure connaissance des traceurs de l’hypoxie. L’ensemble de ces travaux doit permettre une meilleure identification des stratégies de radiothérapie adaptative basée sur l’imagerie fonctionnelle par TEP du métabolisme ou de l’hypoxie. / Résumé en anglais non disponible

Dans ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés aux rôles de l’hypoxie intermittente (HI) sur l’inflammation respiratoire. Dans un premier travail, nous avons caractérisé le profil inflammatoire des cellules épithéliales nasales humaines (CENH) en réponse à l’HI et mis en évidence une augmentation significative de la sécrétion d’IL-8, de PDGF AA, de VEGF et de gélatinases. L’IL-8 sécrétée était active comme en atteste le pouvoir chémotactique majeur des surnageants de CENH envers les neutrophiles. De plus, nous avons montré que l’HI per se était responsable d’une augmentation de la migration des neutrophiles et que l’addition d’IL-8 potentialisait cet effet, d’autant plus qu’elle agissait sur des neutrophiles de patients présentant un syndrome d’apnées/hypopnées du sommeil, déjà activés. Dans le second travail, nous avons mis en évidence une réponse spécifique des cellules musculaires lisses bronchiques à l’HI avec une sécrétion de VEGF et surtout une augmentation de leurs capacités de migration. De surcroît, nous avons montré que le surnageant des CENH soumises à l’HI induisait une augmentation majeure de ces capacités de migration, dépendant de la sécrétion de PDGFAA. Nos études montrent que l’HI induit une réponse inflammatoire des cellules résidentes de l’arbre trachéobronchique, cellules épithéliales et musculaires lisses. L’utilisation d’un modèle in vitro a permis d’isoler cette réponse tissulaire spécifique de l’influence d’une inflammation vasculaire et systémique. Ces résultats peuvent expliquer la neutrophilie observée dans les expectorations des apnéiques ainsi que les résultats fonctionnels respiratoires de ces patients / In present work, we addressed the role of Intermittent Hypoxia (IH) on respiratory inflammation. In a first study, we characterized the inflammatory profile of the human nasal epithelial cells (CENH) in response to IH and showed a significant increase of the IL-8, PDGF AA, VEGF and gelatinases secretion. The released IL-8 was active, as shown by the ability of supernatants to induce neutrophil migration. Furthermore, we showed that IH per se induced neutrophil migration and that IL-8 had an additive effect, especially on already activated neutrophils from patients suffering from sleep apnea/hypopnea syndrome (SAHS). In the second study, we showed a specific response of bronchial smooth muscle cells (BSMC) to IH with induction of VEGF secretion and an increase in migration capacities. In addition, supernatants of CENH exposed to IH induced a major increase of BSMC migration, dependent on PDGFAA secretion. Our studies show that IH leads to an inflammatory response of the resident tracheobronchial cells, both epithelial and smooth muscle cells. The use of an in vitro model allowed to isolate the specific tissular response from the influence of a vascular and systemic inflammation. These results can explain the neutrophilia observed in induced sputum of patients with SAHS, as well as the results of their pulmonary functional tests

Les canaux TRP (Transient Receptor Potential) sont des acteurs clés de l'homéostasie calcique. Plusieurs de ces canaux interviennent dans l'influx calcique des cellules épithéliales bronchiques, notamment TRPC6, qui est impliqué dans un couplage fonctionnel avec le canal Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator (CFTR). Les mutations du CFTR (F508del et G551D) sont à l'origine de la mucoviscidose (Cystic Fibrosis (CF)), qui aboutit à l'augmentation de l'influx calcique dans les cellules CF. L'objectif de ce travail a été d'étudier l'implication des canaux TRP dans la dérégulation de l'influx calcique des cellules épithéliales bronchiques CF. Nous avons mis en évidence que CFTR régulait négativement l'activité de TRPC6, tandis que l'influx calcique via TRPC6 permettait de potentialiser l'activité du canal muté CFTR-G551D, activé au préalable par le VX-770. Nous proposons donc une nouvelle stratégie thérapeutique, combinant un potentiateur de CFTR et un activateur spécifique de TRPC6. Nous nous sommes ensuite intéressés au rôle des canaux TRPV, en particulier TRPV5 et TRPV6, dans l'influx calcique des cellules épithéliales bronchiques. Nous avons observé que l'influx Ca2+ constitutif, attribuable à ces deux canaux, était doublé dans les cellules CF, dû à une augmentation de l'activité de TRPV6. En effet, l'expression de la PLC-δ1, une enzyme régulant négativement TRPV6, est dramatiquement réduite dans les cellules CF. La correction de l'adressage du F508del-CFTR a permis de normaliser l'activité de TRPV6 sans restaurer l'expression de la PLC-δ1 dans les cellules CF, suggérant un contrôle plus complexe de TRPV6 dans les cellules épithéliales bronchiques. / TRP (Transient Receptor Potential) channels are keys actors of Ca2+ homeostasis. Several of these channels are involved in the Ca2+ influx of bronchial epithelial cells, including TRPC6 which is implicated in a functional coupling with the Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator (CFTR) channel. CFTR mutation leads Cystic Fibrosis (CF) disease and causes abnormal Ca2+ homeostasis trought an increased of Ca2+ influx in CF bronchial epithelial cells. Our objective is to investigate the implication of TRP channels in abnormal Ca2+ influx of CF bronchial epithelial cells.We showed that CFTR down regulates TRPC6 activity whereas Ca2+ influx through TRPC6 potentiates G551D-CFTR, activated by VX-770. We propose a new therapeutic strategy that combines a CFTR potentiator and a specific activator of TRPC6. Then, we focused on the role of TRPV channels, particularly TRPV5 and TRPV6, in Ca2+ influx of bronchial epithelial cells. We observed that constitutive Ca2+ influx, related to TRPV5/TRPV6 activity, was twice higher in CF cells due to the increase of TRPV6 activity. The expression of PLC-δ1, an enzyme that negatively regulates TRPV6 activity, is dramatically decreased in CF cells. The correction of F508del-CFTR trafficking allows TRPV6 activity normalization but do not restore PLC-δ1 expression level in CF cells, suggesting a more complex control of TRPV6 in bronchial epithelial cells.