Les cancers du sein luminaux, exprimant le récepteur aux œstrogènes (RE) représentent 65-75% des cancers du sein soit environ 35.000 nouvelles patientes par an en France. Les référentiels thérapeutiques en vigueur recommandent une prescription systématique d’hormonothérapie au stade précoce, et quasiment constante au stade avancé. Néanmoins, il est admis que plus de 20% des patientes au stade précoce, et la quasi-totalité au stade avancé, vont échapper au traitement endocrinien, rendant impératif le développement de modèles précliniques permettant d’étudier les mécanismes d’hormonorésistance. Dans un contexte de modèles cellulaires anciens et très imparfaits (MCF7, T47D), et de quasi absence de modèles murins pertinents, nous avons choisi de développer des modèles murins dérivés de tumeurs fraîches, dits PDX (patient derived xenografts). Nous avons montré que ces modèles, difficiles à obtenir, récapitulaient avec une grande fidélité les caractéristiques morphologiques et biologiques des tumeurs d’origine. Les PDX se distinguent également par une grande stabilité de ces caractéristiques lors des passages successifs, les rendant utilisables au long cours. Nous avons également évalué les modèles obtenus pour leur profil de sensibilité à diverses modalités de traitement hormonal.Dans une seconde étape, nous avons développé des modèles résistants à partir des PDX précédemment obtenues. Quatre modèles ont pu être obtenus, qui nous ont permis d’avoir à disposition des modèles rendant compte de situations cliniques variées. Ces 4 modèles ont fait l’objet d’analyses biologiques extensives visant à identifier les caractéristiques moléculaires potentiellement associées à telle modalité de résistance : nos données suggèrent fortement qu’il y a autant de mécanismes de résistance que de situations, rendant illusoire une définition biologique unifiée de l’hormonorésistance. La reprogrammation fonctionnelle du RE semble être au centre de ces mécanismes.La voie PI3K/mTOR est une des plus fréquemment associée à l’hormonorésistance. De manière originale, nous avons mis en évidence que cette voie était activée aussi bien dans les modèles sensibles que dans les modèles résistants. La troisième étape a consisté à évaluer l’efficacité de l’everolimus, agent ciblant mTORC1. Nous avons pu montrer que l’everolimus était hautement actif dans toutes les situations considérées, sans argument pour une synergie entre everolimus et tamoxifène ou exemestane. En revanche, il existe une nette tendance à la synergie avec le fulvestrant, inhibiteur hautement spécifique du RE entraînant sa dégradation, et faisant suggérer des interactions avec la voie non génomique du RE.Nous testons actuellement des inhibiteurs spécifiques de la PI3KCA grâce à diverses collaborations industrielles qui permettront également de mener des analyses génomiques approfondies. De multiples projets académiques sont en cours. / Luminal breast cancer (ER+, HER2 negative) accounts for 65-75% of all breast carcinomas. Current guidelines strongly recommend endocrine treatment at both the early and advanced stages. However, more than 20% of early stage patients, and all advanced patients will eventually develop endocrine resistance.As most preclinical models (MCF7, T47D) do not recapitulate tumor biology, we have chosen to develop murine models derived from fresh tumors, hence called patient derived xenografts (PDX). We show that these models, although difficult to generate, faithfully exhibit the morphological and biological features of their parental counterpart, with high long term stability. These models have also been evaluated for their sensitivity to various endocrine treatments.In the next step, we developed from these initially endocrine sensitive models new tumors rendered resistant to endocrine therapies. We show that there is no unique biological pattern associated with endocrine resistance, although ER functional reprogramming appears to be critical. We also show that PI3K/mTOR pathway activation, may not be always related to endocrine resistance, and suggest that fulvestrant, an ER down regulator, may be highly synergistic with everolimus in specific cases.Several PI3KCA inhibitors are currently being evaluated in this setting.

La protéine kinase D1, PKD1, est une sérine/thréonine kinase activée par de nombreux facteurs mitogènes. Les études, menées jusqu’à présent sur les fonctions de PKD1, ont montré qu’elle semble jouer un rôle dans la régulation de plusieurs processus biologiques fondamentaux impliqués dans le développement des tumeurs. Cependant, le rôle précis et les cibles de PKD1 restent largement méconnus. Au cours de ce travail, nous avons tout d’abord démontré que l’inhibition de PKD1 dans les cellules de mélanome inhibe la croissance et la motilité cellulaire, induit l’expression de la E-cadhérine et une diminution de la N-cadhérine. D’autre part, nous nous sommes intéressés au rôle des perturbateurs endocriniens dans les cellules tumorales mammaires et avons démontré que PKD1 est une cible des perturbateurs endocriniens (PE). Les PE, tels que le bisphénol A (BPA) et les phtalates, sont des produits chimiques ubiquitaires de notre environnement. Leur rôle dans la croissance tumorale mammaire est bien documenté. Néanmoins, les mécanismes moléculaires précis par lesquels ces molécules agissent demeurent encore inconnus. Au cours de notre travail, nous avons démontré que ces PE induisent de façon dose-dépendante la prolifération des cellules MCF-7 (cellules d’adénocarcinome mammaire) et que ce processus biologique est dépendant de l’expression de PKD1. Ainsi, l’ensemble de ce travail fait apparaître, d’une part, que PKD1 pourrait être une nouvelle cible thérapeutique anti-tumorale potentielle dans le mélanome et que, d'autre part, PKD1est une cible moléculaire de certains PE dans le cancer du sein. / Protein kinase D1, PKD1, is a serine/threonine kinase which can be activated by mitogens and that regulates various functions involved in the development of tumors. However, its precise role and targets are still unclear. Our study demonstrates that PKD1 inhibition in melanoma cells decreased cell growth and motility, and reversed the E- to N-cadherin switch. On the other hand, we examined the role of endocrine disruptors (EDs) in breast cancer cells and identified PKD1 as a target of these compounds. EDs, such as bisphenol A (BPA) and phthalates, have been found molecular mechanisms are still ubiquitously throughout our environment. Their role in breast tumor growth has been well documented. However, their precisemolecular mechanisms are still unknown. Our study demonstrates that EDs induce dose-dependently MCF-7 cell growth and that this biological process is dependent upon PKD1expression. Thus, this work may define PKD1 as a novel potential anti-tumor therapeutic target in melanoma and identifies PKD1 as a new molecular target of some EDs in breast cancer cells.

PKD1 est une sérine-thréonine kinase codée par le gène PRKD1. Elle appartient à la famille des protéines kinase D (PKD). La famille des PKD comprend également deux autres membres, PKD2 et PKD3 qui partagent une grande similarité structurale avec PKD1. Certaines études suggèrent que la PKD1 est impliquée dans de nombreuses voies oncogéniques telles que MAPK, NF-κB, HDAC ... Les données préliminaires de notre équipe avait montré que PKD1 est fortement exprimée dans les lignées cellulaires de mélanome ayant un phénotype mésenchymateux. Nous avons également montré que PKD1 participe à l’indépendance vis-à-vis des oestrogènes dans le cancer du sein et que la forte expression des transcrits PRKD1 était associée à une moins bonne survie dans les tumeurs traitées au Tamoxifène. L'objectif de ma thèse est d'analyser le rôle de la PKD1 dans le maintien du phénotype mésenchymateux dans le mélanome et de déterminer si PKD1 pourrait être un facteur pronostique et une cible thérapeutique pertinente pour certaines sous-populations de cancer du sein. Nous avons analysé les marqueurs moléculaires impliqués dans le phénotype mésenchymateux et épithélial (cadhérine, β-caténine ...) ainsi que les caractéristiques fonctionnelles des cellules de mélanome ayant un phénotype mésenchymateux après inhibition pharmacologique de PKD1. Les résultats ont montré que l'inhibition de PKD1 induit une réversion du phénotype mésenchymateux vers un phénotype pseudo-épithélial moins agressif. L'expression de PRKD1, PRKD2 et PRKD3 a été analysée par RT-qPCR dans 527 tumeurs de sein. Nous avons montré que les niveaux plus élevés d'ARNm de PRKD1 étaient associés à un mauvais pronostic dans la population globale de cancer du sein et plus particulièrement dans les tumeurs ERα- et les tumeurs triples négatives. Nous avons criblé des inhibiteurs pharmacologiques de PKD1 en collaboration avec la société pharmaceutique AB Science, et nous avons évalué l'activité anti-tumorale de plusieurs d’entre eux in vitro dans la lignée cellulaire de cancer du sein triple négative MDA-MB-436 et in vivo dans un modèle de PDX (xénogreffe dérivée du patient) de cancer du sein triple négatif. L’inhibition pharmacologique de PKD1 ou à l’aide de siRNA a réduit la capacité des cellules MDA-MB-436 à former des colonies. L'inhibition pharmacologique de PKD1 a également réduit la croissance tumorale in vivo dans le modèle de PDX. Finalement, nous avons analysé l'expression de PRKD1 dans différentes cohortes multi-cancers. Nos résultats ont montré qu'une forte expression de PRKD1 est retrouvée dans le mélanome et le glioblastome. En conclusion, les résultats ont montré que PKD1 pourrait être une cible thérapeutique pertinente pour le mélanome, le cancer du sein et le glioblastome. / PKD1 is a serine-threonine kinase encoded by the PRKD1 gene. It belongs to the protein kinase D (PKD) family. The PKD family also includes PKD2 and PKD3 which share a high structural similarity with PKD1. Some studies suggest that PKD1 is involved in many oncogenic pathways such as MAPK, NF-κB, HDAC... Recent data from our group showed that PKD1 is more expressed in melanoma cell lines with mesenchymal phenotype compared to melanoma cell lines with epithelial phenotype. We also showed that PKD1 participates in the development and/or maintenance of the estrogen-independent phenotype in breast cancer, and that high PKD1 mRNA levels were associated with a worse outcome in tamoxifen-treated tumors. The objective of my thesis is to analyze the role of PKD1 in the maintenance of mesenchymal phenotype in melanoma and to determine whether PKD1 could be a prognostic factor and/or a therapeutical target for the treatment of breast cancer subpopulations. We analyzed molecular markers involved in mesenchymal and epithelial phenotype (cadherin, β-catenin …) and the functional characteristics of mesenchymal melanoma cells after PKD1 pharmacological inhibition. Results suggest that PKD1 inhibition induced a mesenchymal to epithelial like transition in these melanoma mesenchymal cell lines. In addition, the expression of PRKD1, PRKD2 and PRKD3 was analyzed by RT-qPCR in 527 breast cancers. We showed that higher PRKD1 mRNA levels were associated with a lower metastasis-free survival in the overall breast cancer population. PRKD1 prognostic value was even stronger in ERα- and in triple negative tumors. Then, we tested PKD1 inhibitors in collaboration with the AB Science pharmaceutical company. We assessed the anti-tumoral activity of PKD1 inhibitors in vitro in TNBC (triple negative breast cancer) cell lines and in vivo in a TNBC PDX (patient derivated xenograft) model. PKD1 pharmacological inhibition or depletion by siRNA reduced colony forming units in MDA-MB-436 TNBC cells. PKD1 pharmacological inhibition also reduced tumor growth in vivo in TNBC PDX model. Following those results, we analyzed PRKD1 expression in different multi-cancer cohorts. Our results showed that higher PRKD1 expression is found in melanoma and glioblastoma. In conclusion, results showed that PKD1 could participate in the maintenance of mesenchymal phenotype in melanoma. And that PKD1 could be an interesting therapeutic target in melanoma, breast cancer and glioblastoma.

La formation des métastases est un processus multi étapes à travers lequel les cellules cancéreuses se détachent de la tumeur primaire pour envahir à distance dans un site secondaire. L’acquisition de capacités migratoires et invasives des cellules tumorales est cruciale dans la cascade métastatique. L'activation mutationnelle des protéines Ras favorise l'oncogenèse en perturbant une multitude de molécules et de voies qui sont impliquées dans la régulation de plusieurs processus, y compris l'invasion cellulaire et la motilité. Les petites Rho GTPases (Rac1, Cdc42 et RhoA)jouent un rôle central en contrôlant la migration cellulaire via l'assemblage des fibres d'actine, la contractilité de l'actomyosine et des microtubules.Rac1 stimule la motilité de type mésenchymateuse en favorisant la formation de lamellipodes via la formation du complexe régulateur Wave(WRC), un promoteur clé de la polymérisation de l'actine. Les protéines Ral,une autre famille de petites GTPases agissant en aval de Ras, a récemment été impliquée dans la régulation de la migration cellulaire. En particulier,RalB joue un rôle essentiel dans la motilité cellulaire en mobilisant le complexe Exocyst, son principal effecteur. Durant mon projet de thèse,nous avons investigué les mécanismes moléculaires qui contrôlent la motilité cellulaire et l'invasion en aval de la voie oncogénique Ras via le complexe RalB / Exocyst.Dans la première partie de ce manuscrit, nous avons identifié et caractérisé que le complexe WRC est à la fois un nouveau partenaire et mais aussi acteur du complexe Exocyst. En outre, nous démontrons que le complexe Exocyst dirige le complexe WRC à l’extrémité des cellules4mobiles. Cette hypothèse a été caractérisée dans la deuxième partie du manuscrit. En effet, en utilisant la technique d’optogénétique nous avonsmis en évidence le mécanisme moléculaire impliqué dans l'invasion.L’activation de RalB par Ras via les facteurs d'échange Rgl1 et Rgl2,mobilise le complexe Exocyst qui recrute ainsi le complexe WRC à l’extrémité des cellules. Cette cascade d’activation favorise la formation de protrusions, la migration et l'invasion. De manière surprenante, nous montrons que la GTPase Rac1, considérée comme la GTPase clée dans la formation de protrusions cellulaires, n'est pas impliquée dans ce processus.Enfin, nous avons analysé le niveau des protéines Ral dans une cohorte de patientes atteintes de cancer du sein. Nos résultats montrent pour la première fois une accumulation de la protéine RalB dans les compartemets invasif et métastatique suggérant un rôle potentiel de RalB dans l'invasion et la propagation métastatique des cancers du sein humain. Pour conclure,notre travail met en évidence un rôle crucial de la voie Ral, souvent sousestimée,dans le contexte de l'invasion cancéreuse. / Metastasis is a multistep process by which cancer cells migrate awayfrom the primary neoplastic mass to give rise to secondary tumors at distantsites. Thus, the acquisition of motility and invasive traits by tumor cells is acrucial step for metastasis to occur. Mutational activation of Ras proteinspromotes oncogenesis by disturbing a multitude of molecules andpathways that participate to the regulation of several processes includingalso cell invasion and motility. Among them a central role is played by Rhosmall GTPases (Rac1, Cdc42 and RhoA) which control cell migrationthrough their actions on actin assembly, actomyosin contractility andmicrotubules. Rac1 drives mesenchymal-type motility by promotinglamellipodia formation via the Wave Regulator Complex (WRC), a keypromoter of actin polymerization. Another family of small GTPases that actdownstream Ras, the Ral proteins, has been recently involved in theregulation of cell migration. RalB, through the mobilization of its maineffector the Exocyst complex, was shown to play an essential role in cellmotility. In this work of thesis, we investigated the molecular mechanismsthrough which RalB/Exocyst pathway controls cell motility and invasiondownstream oncogenic Ras.In the first part of this manuscript we describe the identification andcharacterization of the WRC complex as a novel interactor of the Exocyst.Furthermore, we provide evidences for Exocyst to be involved in drivingthe WRC to the leading edge of motile cells. This hypothesis, was finallydemonstrated in the second part of the manuscript. We were able to definethe mechanisms underlying the function of RalB in invasion by exploitingan optogenetic approach. We found that RalB, activated by Ras via the2Rgl1 and Rgl2 exchange factors, mobilizes the Exocyst complex whichrecruits the Wave Regulatory Complex (WRC) at cell edge, promotingprotrusions, migration and invasion. Even more, we show that the Rac1GTPase, usually considered the master of cell protrusions, is not involvedin this process. Finally, we analyzed Ral proteins expression in a cohort ofbreast cancer samples, pointing out for the first time an accumulation ofRalB in the invasive and metastasis compartments, suggesting a role ofRalB in invasiveness and metastatic spread of human breast cancers. Takentogether our work contribute to light up the role of the underestimated Ralpathway in the context of cancer invasion.

Contexte – Les cancers de la prostate, du sein, et colorectaux sont parmi les cancers les plus fréquents dans les pays développés, et, même si plusieurs facteurs de risque sont aujourd’hui bien établis pour ces cancers, leur étiologie reste encore largement à expliquer. L’inflammation chronique est fortement suspectée de jouer un rôle dans la survenue de ces cancers et la présence, dans les tissus tumoraux, d’infiltrats inflammatoires localisés pouvant être considérés comme des lésions précancéreuses, contribue à renforcer l’hypothèse d’un lien possible entre inflammation chronique et cancers. Dans ce contexte, de nombreuses études épidémiologiques se sont intéressées au rôle des Anti-Inflammatoires Non Stéroïdiens (AINS) dans les cancers. En effet, les médicaments ayant des propriétés anti-inflammatoires comme les AINS, dont l’aspirine, et les anti-inflammatoires inhibiteurs sélectifs de la cyclo-oxygénase 2 (COX-2), pourraient diminuer le risque de survenue de ces cancers.Objectifs – L’objectif général de cette thèse a été d’étudier le rôle de la consommation d’AINS, dont l’aspirine, les AINS usuels et les inhibiteurs sélectifs de la COX-2 dans la survenue des cancers de la prostate, du sein et colorectaux.Population et méthodes – Ce travail s’est appuyé sur les données de l’Echantillon Généraliste des Bénéficiaires (EGB) de l’Assurance Maladie pour les trois cancers d’intérêt et sur les données d’une étude cas-témoins réalisée en population générale dans le département de l’Hérault (EPICAP) pour le cancer de la prostate. Pour les données de l’EGB, une cohorte fixe de 426 410 personnes présentes au 1er janvier 2007 a permis d’identifier les cas incidents entre 2008 et 2012 à partir de différents algorithmes. L’exposition aux AINS a été identifiée à partir du 1er janvier 2005 jusqu’à la date de fin d’observation : date de survenue du cancer, date de décès ou date de censure fixée au 31 décembre 2012. Un temps de latence d’au moins un an a été défini entre l’exposition aux AINS et la survenue du cancer d’intérêt. Pour les données d’EPICAP, 819 cas incidents de cancer de la prostate et 879 témoins de population générale, de même âge en moyenne que les cas, ont été interrogés en face-à-face, à l’aide d’un questionnaire standardisé, notamment sur leur consommation d’AINS.Résultats – A partir de la cohorte issue de l’EGB, des résultats préliminaires montraient une augmentation du risque de cancer de la prostate (RR=1,30 [1,17-1,46]) et du sein (RR=1,29 [1,14-1,46]) chez les patients exposés aux AINS et une absence d’association pour les cancers colorectaux (RR=0,92 [0,82-1,05]). En revanche, une association négative était observée pour les cancers de la prostate (RR=0,85 [0,74-0,96]) et colorectaux (RR=0,77 [0,66-0,90]) lorsque le temps de latence considéré était de six ans. L’étude EPICAP a montré que la consommation d’AINS était associée négativement au cancer de la prostate (OR=0,77 [0,61-0,98]). Cette association était plus prononcée pour une fréquence de consommation quotidienne (OR=0,75 [0,33-0,92]) ou d’une consommation pluriquotidienne (OR=0,38 [0,18-0,79]), et pour une durée entre 5 à 10 ans (OR=0,55 [0,33-0,92]). L’association était renforcée pour une molécule ayant une activité anti-COX-2 préférentielle (OR=0,48 [0,28-0,79]). Enfin, une association négative était également observée pour les cancers de la prostate de haut grade (Gleason score =7 (4+3) ou GS>7) avec un OR de 0,62 [0,41-0,95].Conclusion – L’ensemble de ce travail de thèse a montré que la consommation d’AINS semblait être associée négativement à la survenue du cancer de la prostate et aux cancers colorectaux. Pour le cancer de la prostate cette thèse s’est appuyée sur deux bases de données et deux méthodologies différentes, permettant d’appréhender les limites et les forces de chacune. / Background – Prostate, breast, and colorectal cancers are among the most common cancers in developed countries. Many risk factors have been identified over the years but could explain only a part of the new cases. Chronic inflammation is highly suspected to play a role in the carcinogenesis of those cancers and the presence of inflammatory infiltrate in tumoral tissue, considered as precancerous lesions, reinforced this hypothesis. In this context, several epidemiological studies have investigated the potential role of Non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) in cancer occurrence. Indeed, NSAIDs such as aspirin and non-aspirin NSAIDS including selective inhibitors of cyclo-oxygenase 2 (COX-2) may decrease the incidence of those cancers.Objectives – The main objective of the thesis was to investigate the role of NSAIDs use including aspirin, non-aspirin NSAIDs and selective inhibitors of COX-2 in the occurrence of prostate, breast and colorectal cancers.Population and methods – This work was based on the General Sample of health insurance Beneficiaries (EGB) for the three localizations of cancer and on the data of a population-based case-control study carried out in the département of Herault (EPICAP) for prostate cancer. In the EGB study, a cohort of 426 410 persons present in the database in January 1st, 2007 allowed to identify incident cases between 2008 and 2012 based on different algorithms. Exposure to NSAIDs was determined from January 1st, 2005 until the end of the follow up defined as either cancer incident date, date of death, or censure date fixed as December 31st, 2012. A latency of at least one year between the beginning of exposure to NSAIDs and the cancer occurrence was taken into account. For the EPICAP study, 819 incident prostate cancer cases and 879 population-based controls, frequently matched by age to the cases, were face-to-face interviewed using a standardized questionnaire, specifically on their NSAIDs use.Results – From the EGB cohort, preliminary results showed a positive association between all NSAIDs use and prostate or breast cancer occurrence (RR=1,30 [1,17-1,46], RR=1,29 [1,14-1,46], respectively), while no association was found with colorectal cancer occurrence (RR=0,92 [0,82-1,05]). These associations became negative associations when a latency of six years was taken into account in prostate and colorectal cancer (RR=0,85[0,74-0,96], RR=0,77 [0,66-0,90], respectively). In the EPICAP study, NSAIDs use was negatively associated with prostate cancer (OR=0,77 [0,61-0,98]). This association was more pronounced with daily intake (OR=0,75 [0,33-0,92]) or more than once a day (OR=0,38 [0,18-0,79]), and for a duration of five to ten years (OR=0,55 [0,33-0,92]). The negative association was reinforced for preferential anti-COX-2 NSAIDs (OR=0,48 [0,28-0,79]), and for patient with high grade prostate cancer (Gleason score, GS=7 (4+3) or GS>7 : OR=0,62 [0,41-0,95]).Conclusion – This work showed that NSAIDs use was negatively to prostate and colorectal cancer occurrence. For prostate cancer, this thesis was based on two different databases (a medical and administrative database and a case-control study) and used two different methodologies, allowing comparison about strengths and limits of both.

L’ataxie-télangiectasie (A-T) est une maladie génétique récessive rare de l’enfant, caractérisée par un syndrome neurodégénératif, un déficit immunitaire et des télangiectasies cutanées. La maladie est causée par des mutations bialléliques inactivatrices dans le gène ATM (Ataxia-Telangiectasia Mutated). La maladie implique aussi un risque élevé de développer des cancers, en particulier des leucémies et des lymphomes. Les sujets atteints d’A-T ont également une radiosensibilité accrue. Les femmes de plus de 50 ans apparentées à un enfant atteint d'A-T, porteuses d’une seule copie mutée d’ATM (HetAT), ont un risque plus élevé de cancer du sein que les femmes de la population générale (RR 4,94, 95%CI 1,90 - 12,09). Des études épidémiologiques confirment l’implication d’ATM dans la prédisposition au cancer du sein et montrent que 0,5% à 1% de la population porte une mutation délétère dans ce gène mais le risque de cancer pour les individus HetAT sont encore mal estimés. Dans le premier volet de ma thèse, j’ai recherché des facteurs génétiques constitutionnels pouvant modifier le risque de cancer chez les femmes de la cohorte CoF-AT (cohorte de femmes apparentées à un enfant atteint d’A-T). J’ai ensuite décrit les caractéristiques histologiques et génomiques des tumeurs du sein de sujets HetAT afin d’identifier des biomarqueurs permettant de discriminer les tumeurs ATM des autres tumeurs.Les résultats obtenus dans la première partie de mes travaux menés sur un échantillon de 284 individus HetAT et 174 individus non-HetAT issus de 103 familles A-T montrent que les individus HetAT ont des télomères plus longs que leurs apparentés non-HetAT (p=0.0008). En revanche, la longueur des télomères n’est pas associée au risque de cancer dans cette population. De plus, le SNP rs9257445 (ZNF311) qui est associé à la longueur des télomères chez les individus HetAT n’est pas lui non plus associé au risque de cancer. En revanche les SNPs rs6060627 (BCL2L1) et rs2380205 (ANKRD16) modifient le risque de cancer chez les femmes HetAT et non-HetAT.Les résultats obtenus dans la deuxième partie de la thèse à partir de la description morphologique de 41 tumeurs mammaires montrent que les tumeurs des porteurs d’une mutation dans ATM sont majoritairement de sous-type luminal B. D’un point de vue moléculaire, les 23 tumeurs ATM étudiées ne présentent pas la signature BRCAness associée à de grandes pertes chromosomiques. En revanche, nous avons montré que la majorité des tumeurs ATM sont tétraploïdes et présentent une perte d’hétérozygotie au locus 11q22-23 entrainant une inactivation de l’allèle normal d’ATM dans les tumeurs. De plus, l’analyse du nombre de copies réalisée sur ces tumeurs montre une signature ATM impliquant des pertes des loci 13q14.11-q14.3, 21p11.2-p11.1 et 22q11.23.L’ensemble de ces travaux aura permis de mieux caractériser les caractéristiques génétiques des femmes de la cohorte CoF-AT et de mettre en évidence des bio-marqueurs des tumeurs ATM. / Inherited biallelic mutations in the ATM gene cause Ataxia Telangiectasia (A-T), a multisystemic disorder characterized by neurological, cutaneous and immunological abnormalities. The disease is associated with an elevated risk of malignancies, particularly of lymphoma or leukemia, and a high radiosensitivity. Epidemiological studies have shown that female heterozygote carriers (HetAT) younger than 50 years are at increased risk of breast cancer, as compared to women from the general population (RR 4,94, 95%CI 1,90 - 12,09). Despite the rarity of A-T disease, 0.5 to 1% of the population is estimated to be HetAT. Epidemiological studies have confirmed that some specific truncating or missense variants in ATM are associated with increased breast cancer risk but this risk is not yet well estimated. The first part of my thesis project has consisted in characterizing inherited genetic factors modifying cancer risk in women participating in the prospective cohort CoF-AT (“cohorte de femmes apparentées à un enfant atteint d’A-T). In the second part of my work, I described the morphological and molecular features of ATM breast tumours with the aim to identify biomarkers allowing to distinguished ATM-associated tumours from sporadic tumours.Assessment of the contribution of inherited factors such as SNPs of telomere length on the risk of cancer was performed on 284 HetAT individuals and 174 non-HetAT individuals belonging to 103 A-T families. We showed that HetAT individuals have longer telomeres than their non-HetAT counterparts (p=0.0008). However, we found that telomere length was not associated with cancer risk in our study population. The SNP rs9257445 (ZNF311), which is associated with telomere length in HetAT participants, was not associated with cancer risk. Conversely, SNPs rs6060627 (BCL2L1) and rs2380205 (ANKRD16) modified cancer risk in HetAT and non-HetAT women.Pathology review of 41 ATM-associated breast tumours revealed that these tumours mostly belonged to luminal B molecular subtype. The molecular characterization of 23 ATM-associated tumours did not revealed the BRCAness profile associated with Large-Scale State Transitions. However, we found that ATM tumours were mostly tetraploïd and observed loss of heterozygosity at 11q22-23 in the majority of the tumours and loss of ATM wild type allele. Moreover, copy number losses at loci 13q14.11-q14.3, 21p11.2-p11.1 and 22q11.23 appeared to be specific of ATM tumours.Altogether, this project allowed to better characterize the genetic background of the CoF-AT participants and to highlight biomarkers of ATM breast tumours.

L’avènement du séquençage haut débit a mis en lumière l’hétérogénéité des cancers du sein qui peuvent être groupés en fonction d’altérations moléculaires spécifiques qui sont pour certaines à la base de thérapies ciblées dans le cadre de la médecine personnalisée. Néanmoins de nombreuses complications viennent compromettre le succès thérapeutique de ces approches. En effet, l’une des thérapies ciblées les plus efficaces développées récemment, les inhibiteurs de CDK4/6, sont prescrits chez tous les patients HR+/HER aux stades avancés de la maladie alors même qu’aucun biomarqueur n’a pour l’heure été identifié. Ainsi les données pharmacodynamiques et les marqueurs pronostics font cruellement défaut pour ces patients. Afin d’identifier de tels marqueurs, nous avons conduit une étude clinique « fenêtre d’opportunité » incluant 100 patients à un stade précoce de la maladie. L’analyse en IHC et les études de profilage expression génomique des tumeurs a permis de montrer qu’une courte exposition au palbociclib, un inhibiteur de CDK4/6 induisait un arrêt du cycle cellulaire révélé par une diminution de phospho-Rb et Ki67. Cette corrélation entre diminution du phospho-Rb et la diminution de la prolifération suggère d’ailleurs son utilisation comme biomarqueur de la réponse au palbociclib. Une analyse sur puce à cDNA a permis d’identifier un panel de gènes régulateurs de la prolifération (MKI67, TOP2A, BIRC5) et de la machinerie du cycle cellulaire (PLK1, FOXM1) modulé par le palbociclib. Bien que nous n’ayons pu identifier de marqueurs de résistance au palbociclib en condition basale, nous avons observé des niveaux élevés de CCNE chez les patients traités résistants au palbociclib. Cette donnée a été confirmée chez les patients aux stades avancés de la maladie dans le cadre d’une étude menée en collaboration avec un groupe britannique. D’autres données obtenues en collaboration avec une équipe de l’université Vanderbilt, ont par ailleurs permis de suggérer une contribution des inhibiteurs de CDK4/6 à la réversion de la résistances aux hormonothérapie en inhibant l’expression les gènes cibles du facteur de transcription E2F4. Pour finir, les activités biologiques et cliniques des différents inhibiteurs de CDK4/6 disponibles n’étant pas exactement identiques, un second essai clinique « fenêtre d’opportunité » nous a permis de mettre en évidence un profil de toxicité distinct de l’abemaciclib et de montrer que, contrairement au palbociclib, l’abemaciclib montre une efficacité lorsqu’il est utilisé seul. Une des explications possible de ces différentes activités serait un spectre d’action de l’abemaciclib ciblant plus efficacement la CDK9, même si l’impact clinique associé n’a pas été examiné en détail et qu’une comparaison rigoureuse de l’activité de ces deux inhibiteurs de CDK n’a pas encore été réalisée. / New sequencing methods have revealed that breast cancer is heterogeneous and characterized by different subgroups harboring specific molecular alterations for which targeted therapies have been developed with the hope of implementing personalized medicine. However, this approach has been proven far too simplistic. Indeed, one of the latest and more efficient targeted therapies to be developed in breast cancer are the CDK4/6 inhibitors, approved for all HR+/HER2- advanced breast cancers. So far, and despite the significant number of patients treated with these drugs, no biomarkers of efficacy have been identified and no clear information about pharmacodynamics have been presented. In order to determine biomarkers of efficacy and pharmacodynamics of palbociclib, the first approved CDK4/6 inhibitor, we conducted a window of opportunity clinical trial in 100 early breast cancer patients. IHC and GE analyses identified that a short period of palbociclib treatment was able to induce cell cycle arrest as determined by decreased phospho-Rb expression and this was accompanied by a profound decrease in proliferation as determined by lnKi67<1 after treatment, with a correlation between changes in proliferation and changes in phospho-Rb, suggesting that early decrease in phospho-Rb could be linked to sensitivity to this drug. Microarray analyses identified that palbociclib modulates genes involved in proliferation (such as MKI67, TOP2A, BIRC5) and cell cycle (such as PLK1, FOXM1). Despite we were not able to identify baseline biomarkers of resistance to this treatment, we observed that levels of CCNE remained high in palbociclib-resistant patients. This finding was further validated in collaboration with an-UK research group who had conducted biomarker research in the advanced setting. Moreover, our data helped also to determine in a different collaboration with Vanderbilt University, that CDK/6 inhibitors might contribute to reverse endocrine resistance generated by activation of genes linked to the E2F4 transcription factor. Finally, as preclinical and clinical data suggest some diversity between different CDK4/6 inhibitors, we decided to conduct a second window of opportunity trial with a second CDK4/6 inhibitor, abemaciclib, who has shown different toxicity profile and, unlike palbociclib, significant efficacy as single-agent. One suggested explanation could be due to a higher impact on CDK9, although its clinical impact has not been determined and no comparison between these two drugs has been performed.

Les technologies récentes de séquençage de l’ARN de cellules uniques (scRNA-seq, pour single cell RNA-seq) ont permis de quantifier le niveau d’expression des gènes au niveau de la cellules, alors que les technologies standards de séquençage de l’ARN (RNA-seq, ou bulk RNA-seq) ne permettaient de quantifier que l’expression moyenne des gènes dans un échantillon de cellules. Cette résolution supérieure a permis des avancées majeures dans le domaine de la recherche biomédicale, mais a également posé de nouveaux défis, notamment computationnels. Les données qui découlent des technologies de scRNA-seq sont en effet complexes et plus bruitées que les données de bulk RNA-seq. En outre, les technologies sont nombreuses et leur nombre explose, nécessitant chacune un prétraitement plus ou moins différent. De plus en plus de méthodes sont ainsi développées, mais il n’existe pas encore de norme établie (gold standard) pour le prétraitement et l’analyse de ces données. Le laboratoire du Dr. Mader a récemment fait l’acquisition de la technologie Drop-Seq (une technologie haut débit de scRNA-seq), nécessitant une expertise nouvelle pour le traitement des données qui en découlent. Dans ce mémoire, différentes étapes du prétraitement des données issues de la technologie Drop-Seq sont donc passées en revue et le fonctionnement de certains outils dédiés à cet effet est étudié, permettant d’établir des lignes directrices pour de futures expériences au sein du laboratoire du Dr. Mader. Cette étude est menée sur les premiers jeux de données générés avec la technologie Drop-Seq du laboratoire, issus de lignées cellulaires du cancer du sein. Les méthodes d’analyses, moins spécifiques à la technologie, ne sont pas étudiées dans ce mémoire, mais une analyse exploratoire des jeux de données du laboratoire pose les bases pour une analyse plus poussée. / Recent single cell RNA sequencing technologies (scRNA-seq) have enabled the quantification of gene expression levels at the cellular level, while standard RNA sequencing technologies (RNA-seq, or bulk RNA-seq) have only been able to quantify the average gene expression in a sample of cells. This higher resolution has allowed major advances in biomedical research, but has also raised new challenges, in particular computational ones. The data derived from scRNA-seq technologies are indeed complex and noisier than bulk RNA-seq data. In addition, the number of scRNA-seq technologies is exploding, each of them requiring a rather different pre-processing. More and more methods are thus being developed, but there is still no gold standard for the preprocessing and analysis of these data. Dr. Mader’s laboratory has recently invested in the Drop-Seq technology (a high-throughput scRNAseq technology), requiring new expertise for the processing of the resulting data. In this thesis, different steps for the pre-processing of Drop-Seq data are reviewed and the behavior of some of the dedicated tools are studied, allowing to establish guidelines for future experiments in Dr. Mader’s laboratory. This study is conducted on the first data sets generated with the Drop-Seq technology of the laboratory, derived from breast cancer cell lines. Analytical methods, less specific to the technology, are not investigated in this thesis, but an exploratory analysis of the lab’s datasets lays the foundation for further analysis.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Dans le Programme québécois de dépistage de cancer du sein (PQDCS), les caractéristiques des femmes, des radiologistes et des centres pourraient influencer la performance du programme. La présente étude a pour objectif d’identifier ces caractéristiques qui influencent la sensibilité, la spécificité et le rapport de vraisemblance positif (RV+) du dépistage. Cette étude est constituée de 3 727 724 mammographies faites dans le PQDCS chez des femmes âgées entre 50 et 69 ans entre janvier 2002 et septembre 2015. Les données de l’étude ont été obtenues par le jumelage de trois bases de données (le système d’information du PQDCS, la RAMQ et MedEcho). Les associations multivariées, entre les caractéristiques et la performance, ont été estimées à l’aide de modèles de Poisson robustes. Parmi les mammographies à l’étude, 368 079 ont été jugées anormales parmi lesquelles 17 867 ont mené à un diagnostic de cancer du sein infiltrant (15 412 cancers détectés et 2 455 cancers d’intervalle). Globalement, la sensibilité brute correspond à 86,3 %, la spécificité brute est de 90,5 % et le RV+ brut est de 9,1. Certaines caractéristiques sont associées à une augmentation de la performance, notamment un âge élevé de la femme, être une femme post-ménopausée et un volume annuel de lecture élevé des radiologistes. D’autres sont associées à sa diminution, notamment avoir un antécédent de ponction ou biopsie, avoir eu une mammographie initiale, avoir un indice de masse corporelle élevé, utiliser de l’hormonothérapie de remplacement, avoir une densité mammaire élevée, être une femme radiologiste et utiliser un mammographe numérique dans un centre de dépistage. L’évaluation de la performance du PQDCS étant importante, il est pertinent de connaître les caractéristiques qui y sont associées afin de mieux comprendre les mécanismes par lesquels cette performance pourrait être améliorée. / In the Quebec Breast Cancer Screening Program (Programme québécois de dépistage du cancer du sein, PQDCS), women, radiologists and facilities characteristics may influence the screening performance. This study aim to identify those characteristics associated with sensitivity, specificity and accuracy (positive likelihood ratio) of screening mammography. This study consists of 3,727,724 mammograms performed on women aged between 50 and 69 in the PQDCS between January 2002 and September 2015. Data on the characteristics were obtained through three databases: the PQDCS information system, RAMQ and MedEcho. The associations of women, radiologists and facilities characteristics to sensitivity, specificity and accuracy was assessed by multivariable Poisson regression with robust error variance. Among the mammograms included, 368,079 were considered as abnormal and 17,867 lead to a diagnosis of invasive cancers (15,412 screen-detected cancers and 2,455 interval cancers). Overall, the sensitivity is 86.3 %, the specificity is 90.5 % and the accuracy is 9.1. Some characteristics are associated with an increase of the screening performance including woman’s age, being post-menopausal and having a high annual volume of mammograms for radiologists. Others are associated with a decrease of the performance, including having a history of breast puncture or biopsy, having an initial mammogram, having a high body mass index, taking a hormone replacement therapy, having a high breast density, being a female radiologist, using a digital mammogram in a screening facility. As the evaluation of the performance of the PQDCS is important, it is relevant to know the characteristics associated with it, in order to understand better the mechanisms by which the program could be improved. / Résumé en espagnol