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

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Les cellules souches cancéreuses (CSC) sont impliquées dans les phénomènes de résistance aux traitements et de récidives dans les cancers du sein. Les neurotrophines comprennent le NGF et le BDNF, synthétisés sous forme de pro-neurotrophines. Elles se lient au récepteur commun p75NTR et à TrkA ou TrkB, fixant préférentiellement une (pro)neurotrophine. Récemment, le laboratoire Inserm U908 a démontré que le NGF/proNGF sont capables d’enrichir plusieurs lignées épithéliales cancéreuses de sein en CSC. L’objectif de ma thèse était de comprendre le rôle des neurotrophines dans la régulation des CSC de sein chez l’homme et dans le modèle canin. Nous avons montré que le BDNF/proBDNF peuvent également enrichir des lignées cancéreuses de sein en CSC in vitro. De plus, l’enrichissement en CSC induit par le NGF implique p75NTR et TrkA tandis que les effets du proNGF impliquent également EphA2.Sur 96 tumeurs mammaires canines issues de la biobanque d’OCR (Oncovet Clinical Research, Lille Métropole, France), nous avons montré par immunohistochimie que le phénotype CD44+/CD24- seul n’est pas adapté pour détecter les CSC. CD24 est associé à des paramètres clinicopathologiques défavorables. Le proNGF, TrkA, et le BDNF sont exprimés dans une majorité des tumeurs, mais ne sont pas associés avec des paramètres clinicopathologiques. P75NTR et TrkB sont associés à des paramètres clinicopathologiques favorables et à une meilleure survie globale. De plus, p75NTR semble être un marqueur de cellules myoépithéliales. Ces résultats sont en accord avec les données obtenues dans le cancer du sein, soulignant la pertinence du modèle canin dans le développement de nouvelles thérapies ciblées. / Cancer stem cells (CSC) are implied in resistance to treatment and recurrences in breast cancer. Neurotrophins include NGF and BDNF, synthetized as proneurotrophins. They bind to common receptor p75NTR and to TrkA or TrkB, which bind specifically one (pro)neurotrophin. Recently, INSERM U908 demonstrated that NGF/proNGF are able to enrich several breast cancer cell lines in CSC. The objective of my PhD was to better understand the role of neurotrophins in the regulation of breast cancer stem cells both in human breast cancer and in the canine model.We showed that BDNF/proBDNF could also enrich the pool of CSC in several breast cancer cell lines in vitro. Furthermore, the action of NGF on the enrichment of CSC pool is mediated by p75NTR and TrkA, while the effects of proNGF also depend on EphA2. On 96 paraffin-embedded canine mammary tumors samples coming from the biobank of OCR (Oncovet Clinical Research, Lille Métropole, France), we showed by immunohistochemistry that the phenotype CD44+/CD24- alone is not suitable to detect CSC. CD24 is associated with poor clinicopathological parameters. ProNGF, TrkA and BDNF are expressed in a majority of tumors, but are not associated with clinicopathological parameters. Positive correlation between P75NTR and TrkB expression and favorable clinicopathological parameters as well as better overall survival has been observed. Moreover, p75NTR seems to be a marker of myoepithelial cells. These results are consistent with the results obtained in human breast cancer, which underlines the relevance of the canine model in the development of new targeted therapies.

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Lors de ma thèse, je me suis intéressée à la recherche d’altérations somatiques dans deux sarcomes : le sarcome histiocytaire (SH) et le dermatofibrosarcome protubérant (DP). Pour étudier ces cancers sur les plans moléculaire et thérapeutique le chien apparaît comme un modèle naturel unique. En effet, il développe spontanément des cancers homologues aux cancers humains avec de fortes prédispositions raciales. De plus, le chien partage notre environnement et est l’espèce la mieux suivie médicalement après l’Homme, ce qui en fait un modèle de tumeurs spontanées inégalable. Le SH est rare chez l’Homme, mais fréquent dans une race de chien en particulier : le bouvier bernois. Ce cancer a fait l’objet d’études antérieures dans l’équipe et dans ce contexte j’ai identifié des mutations somatiques récurrentes dans 102 cas de SH canin. Un gène de la voie MAPK a particulièrement retenu notre attention, je l’ai retrouvé muté dans 54 cas de SH canin, soit 53%. En collaboration avec le « groupe de travail des histiocytoses humaines », nous avons aussi montré la présence de mutations de ce gène dans 1 cas sur 16 cas de SH humain. Par la suite, j’ai (1) montré le rôle activateur de ces mutations de la voie MAPK dans le SH (2) ciblé cette voie de signalisation par 4 molécules inhibitrices sur 8 lignées cellulaires de SH canin, dont 7 développées dans l’équipe. J’ai alors montré que le tramétinib possédait le meilleur potentiel thérapeutique pour le SH, et l’équipe projette maintenant de tester cette molécule dans un essai préclinique chez le chien. En ce qui concerne le DP, c’est un fibrosarcome déjà bien décrit chez l’Homme mais dont le diagnostic n’est pas réalisé en médecine vétérinaire. J’ai pu mettre en évidence, dans un cas de DP canin, l’existence d’une fusion de gènes similaire à la fusion pathognomonique des DP humains. En effet, cette fusion implique les mêmes mécanismes : des points de cassures similaires, plaçant le gène PDGFB sous le contrôle du promoteur d’un gène de collagène, et a pour conséquence une surexpression du facteur de croissance PDGFB. Une thérapie ciblée étant utilisée pour les DP humains porteurs de cette fusion, nous supposons qu’elle pourrait l’être aussi pour les DP canins. Ainsi, ces travaux ont permis de mieux caractériser ces sarcomes sur le plan moléculaire et ouvrent des perspectives diagnostiques et thérapeutiques profitant à la recherche translationnelle à fois en médecine vétérinaire et humaine. / During my thesis I searched for somatic alterations in two sarcomas: histiocytic sarcoma (HS) and dermatofibrosarcoma protuberans (DP). To study these cancers on the molecular and therapeutic aspects, the dog appears as a unique natural model. Indeed, dogs spontaneously develop cancers that are homologous to human cancers with strong racial predispositions. In addition, dogs share our environment and it is the species with the best medical care after humans. HS is rare in humans, but frequent in a particular dog breed: Bernese mountain dog. This cancer has been the subject of previous studies in the team and in this context I identified recurrent somatic mutations in 102 cases of canine HS. A gene of the MAPK pathway has caught our attention, I found mutations in 53% of canine HS cases. In collaboration with the “working group on human histiocytosis”, we also showed the presence of mutations of this gene in 1 case out of 16 human cases of HS. Subsequently, I showed the activating role of these mutations in the MAPK pathway and I targeted this pathway by 4 inhibiting molecules on 8 canine HS cell lines, including 7 developed in the team. I then highlighted the trametinib with the best therapeutic potential for HS and the team now plans to test this molecule in preclinical assays in dogs. Regarding the DP, it is a fibrosarcoma already well described in humans but the diagnosis is not routinely made in veterinary medicine. In one case of canine DP, I was able to highlight the existence of a similar gene fusion to the pathognomonic fusion of the human DP. Indeed, this fusion involves the same mechanisms: similar breakpoints placing the PDGFB gene under the control of the promoter of a collagen gene, resulting in the overexpression of the growth factor PDGFB. A targeted therapy is available for human patients carrying this gene fusion; thus, we suppose it could also be used in therapy for canine DP. In conclusion, this work has further characterized these sarcomas at the molecular level and now opens diagnostic and therapeutic opportunities, benefiting to the translational research in both veterinary and human medicine.

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L'espèce canine (Canis lupus familiaris) rassemble plus de 350 races issues d'une sélection artificielle drastique menée par l'Homme au cours des derniers siècles. De ce fait, chaque race peut être considérée comme un isolat génétique développant chacune des affections génétiques de manière spontanée avec parfois de fortes fréquences. Ainsi, l'espèce canine constitue un modèle puissant pour identifier les gènes et allèles responsables de ces affections homologues à certaines maladies génétiques humaines. Mon premier projet a porté sur la recherche des causes génétiques de deux kératodermies plantaires chez le terrier irlandais et le dogue de Bordeaux. En combinant plusieurs analyses d'association (GWAS : « Genome Wide Association Study ») et des techniques de séquençage NGS (Next Generation Sequencing), un nouveau gène muté a été identifié pour le terrier irlandais. Concernant les dogues de Bordeaux, nous avons génotypé plus de 170 000 SNPs sur plus de 200 dogues. Une analyse de liaison génétique a permis d'identifier un locus de 20 Mb sur le chromosome 9 contenant un cluster de kératines. En combinant les données cliniques et génétiques, la kératine 16 s'avérait le meilleur gène candidat. Son séquençage complet a permis d'identifier une mutation complexe générant une protéine tronquée. Des analyses de PCR quantitatives ont révélé que ce gène muté était sous exprimé chez les individus atteints. Ce travail nous permet donc de proposer cette race de chien comme le premier modèle animal spontané de kératodermie focale non-épidermolytique (FNEPPK). En parallèle de ce projet, j'ai mené des recherches sur les bases moléculaires d'un syndrome d'automutilation acrale décrit dans plusieurs races. Cette neuropathie est homologue aux neuropathies héréditaires sensitives et autonomes (HSANs) chez l'Homme et se caractérise par une perte de sensibilité à la douleur au niveau des membres. A partir d'un GWAS, j'ai pu identifier un locus de 1,5 Mb chez le chien, dont l'orthologue humain n'est pas encore décrit chez des patients HSANs. Le séquençage complet de ce locus a mené à l'identification d'un variant situé dans une région cis-enhancer en amont d'un gène candidat. La mise en évidence d'une sous-expression du gène candidat indique que ce variant régulateur semblerait modifier l'activité de l'enhancer nous permettant de le proposer comme la mutation causale chez le chien. Cette découverte offre donc de nouvelles perspectives de recherche pour des patients humains atteints de neuropathies héréditaires sensitives. En combinant des approches génétiques complémentaires sur des modèles spontanés de maladies bien caractérisées chez le chien, j'ai pu participer à l'identification de trois nouveaux gènes, dont deux excellents candidats pour ces maladies homologues humaines. Le troisième représente un vrai modèle spontané de kératodermie K16, ouvrant ainsi des perspectives thérapeutiques qui bénéficieront à l'Homme et au chien. / The dog species (Canis lupus familiaris) contains more than 350 distinct breeds resulting from human drastic selection during the last centuries. Each breed can then be considered as a genetic isolate, developing specific spontaneous genetic diseases with high frequencies. Thus, dogs constitute a powerful model to identify new genes and alleles involved in disorders homologous to human diseases. For my thesis, I worked on two main topics. The first one focused on the search of the genetic causes of two footpad keratodermas in the Irish terrier and the dogue de Bordeaux breeds. Concerning the Irish terrier, the work was conduced by Tosso Leeb’s team in the University of Berne, in collaboration with the Antagene Company. Using a Genome Wide Association Study (GWAS) and Next Generation Sequencing (NGS), the mutation in a new gene has been identified in footpad hyperkeratosis in this breed. For the dogue de Bordeaux project, we genotyped more than 170 000 SNPs on over 200 dogs. We then performed a genetic linkage study with a subset of 68 dogs, including 14 affected dogs. We identified a significant locus of 20 Mb on the canine chromosome 9 containing one keratin cluster. Comparing clinical, histopathological and immunochemistry data, keratin 16 appeared as an excellent candidate. The sequencing of the gene revealed a complex mutation leading to a non-functional truncated K16 protein. Quantitative RT-PCR analyses showed a strong decrease of the level of KRT16 expression in affected footpads. These results led to propose the dogue de Bordeaux footpad hyperkeratosis as the first spontaneous model of focal non-epidermolytic palmoplantar keratoderma (FNEPPK). In parallel, I studied an acral mutilation syndrome described in several hunting dog breeds. This neuropathy corresponds to human hereditary sensory and autonomic neuropathies (HSANs) and is characterized by an insensitivity to pain only in the limb. With a classical GWAS strategy, using 24 affected and 30 unaffected dogs, we identified a 1.5 Mb locus in dogs, the human orthologous locus being still unknown in human patients. Targeted sequencing of this locus revealed one single variant localized in a cis-enhancer region closed to a strong candidate gene. A lower level of expression of the candidate gene in affected dogs seems to show a functional effect of the mutation in the enhancer activity. These results led to propose this variant as the causative mutation for this canine neuropathy, and so this canine model as an opportunity to identify a new human HSAN gene. Combining complementary genetic approaches on spontaneous models of well characterized canine diseases, I did participated to the identification of three new genes, two of which being novel excellent candidates for the homologous human diseases. The third represents a true homologous model of KRT16 human keratoderma, opening the field to the development of new treatments benefiting to both humans and dogs.

La fièvre aphteuse (FMD pour Foot-and-mouth disease en anglais) est une maladie très contagieuse touchant les animaux biongulés. Elle provoque des dégâts économiques considérables sur toute la surface du globe. La fièvre aphteuse est provoquée par un virus, le FMDV. Il s'agit d'un virus à ARN simple brin, de polarité positive appartenant au genre Aphtovirus dans la famille Picornaviridae. Ce virus se réplique et se propage dans l'hôte très rapidement. Dans les zones infectées, les deux principales stratégies de contrôle utilisées sont l'abattage systématique des animaux infectés et la vaccination. A l'inverse, les vaccins ne sont pas utilisés dans les zones sans FMDV, mais l'apparition d'une épidémie nécessite des stratégies pour arrêter ou au moins limiter la diffusion du virus. Actuellement, les vaccins inactivés sont les vaccins les plus utilisés pour prévenir la maladie. Cependant, ils requièrent une production à grande échelle du virus, et malgré les mesures mises en place (laboratoire sécurisé, etc), des épidémies ont été provoquées par le passé du fait de la fuite de virus FMDV. De plus, il est difficile de distinguer les animaux infectés des vaccinés (DIVA). Il est donc nécessaire de développer de nouveaux vaccins. Au cours de l'infection, la polyprotéine du virus est clivée par des protéases virales en précurseurs structural (P1) et non structuraux (P2 et P3). La protéase 3C est responsable de la majorité des clivages ; ainsi, le précurseur P1 est clivé par la 3C en trois protéines structurales, VP1, VP3 et VP0, formant le protomère de FMDV, l'unité de base de la capside virale. La protéine VP1 joue des rôles importants dans l'attachement, la protection et le sérotypage. Du fait de la présence d'un site antigénique linéaire suffisant à la protection par production d'anticorps neutralisants, VP1 est considérée comme la protéine la plus immunogénique du virus. Dans cette étude, nous avons développé un nouveau vaccin contre la FMD, basé sur l'adénovirus canin de type 2 (Cav2). L'évaluation du transfert de gène médié par Cav2 chez le porc et le bétail in vitro montre des résultats prometteurs pour le développement de vaccins pour ces espèces, notamment l'expression des antigènes de FMDV par les candidats vaccins Cav2-FMDV. L'immunogénicité de ces candidats vaccins a été montrée chez les modèles murins et cobayes. De plus, des résultats encourageants ont été observés chez le cobaye, suggérant que la réponse immunitaire élicitée par les vecteurs recombinants pouvait conduire à une protection partielle des animaux après épreuve. Cependant, une optimisation de l'immunisation doit être faite dans le but de confirmer ces résultats. Ce type de vaccin peut de plus être utilisé comme vaccin marqueur, car il ne contient aucune protéine non structurale. / Foot-and-mouth disease (FMD) is a highly contagious and economically devastating disease affecting cloven-hoofed livestock worldwide. Foot-and-mouth disease virus (FMDV) is the causative agent of FMD and one of the most infectious known animal viruses. FMDV is a positive-sense, single-stranded RNA virus belonging to the Aphthovirus genus in the Picornaviridae family. FMDV replicates and spreads in the host extremely rapidly. Slaughter and vaccination are the two major strategies used to control FMD in infected countries. In FMDV-free countries, vaccines are not used, and once the disease breaks out in these areas, strategies are required to stop or at least slow the spread of the virus. Currently, inactivated vaccines are by far the most commonly used vaccines to prevent FMD. Such vaccines, however, require large-scale production of virus, and despite the use of bio-safety facilities, vaccine production has led to inadvertent virus release and FMDV outbreak. Another limitation of inactivated vaccines is the difficulty in distinguishing between infected and vaccinated animals (DIVA). Therefore, improved vaccines need to be developed.During infection, the FMDV polyprotein is cleaved into structural (P1) and non-structural (P2 and P3) precursors by a viral protease. The non-structural 3C protein is the protease that is responsible for most of the maturation events. The P1 precursor is processed by 3C protease into three structural proteins, VP1, VP3 and VP0, forming the FMDV protomer. The VP1 protein plays important roles in attachment, protective immunity and serotype specificity. VP1 is considered to be the major immunogenic protein, as it contains a linear antigenic site that is able to induce neutralizing antibodies that suffice to protect animals against the disease.In this project, we developed a novel vaccine against FMD, based on canine adenovirus type 2 (Cav2). In vitro evaluation of Cav2 mediated gene transfer in pigs and cattle showed that the Cav2 vector holds promise for the development of vaccines for pigs and cattle. Study of these recombinant viruses indicated that Cav2-FMDV supported expression of FMDV capsid proteins in vitro. The immunogenicity of these recombinant viruses was evidenced in mouse and guinea pig models, and encouraging results in guinea pigs suggested that the immune response elicited against FMD by recombinant virus could afford partial protection against FMDV challenge. In the future, immunization with Cav2-derived vector should be optimized to confirm these preliminary results. This type of vaccine, when designed to express capsid but not non-structural proteins of FMDV, can serve as a marker vaccine against FMD.

Le microbiote intestinal joue un rôle important dans la santé des chiens. Les changements dans la composition du microbiote conduisent au déséquilibre de ces micro-organismes qui est appelé dysbiose. Les objectifs de cette étude étaient d’évaluer l’impact de l’administration orale de Saccharomyces cerevisiae sur le microbiote fécal des chiens en bonne santé et d’évaluer le potentiel de Saccharomyces cerevisiae dans la prévention de la dysbiose induite par les antibiotiques. Les chiens ont été divisés en un groupe témoin (n=10) et un groupe probiotique (n=10). Le groupe probiotique a reçu 1 g/kg de S. cerevisiae par jour de D0 à D31. Les deux groupes ont reçu 15 mg/kg de métronidazole par voie orale toutes les 12h, de D11 à D17. Des écouvillons fécaux ont été prélevés sur les échantillons D0, 3, 11, 17, 20, 24 et 31 pour analyse du microbiote. Du sérum sanguin a été prélevé sur D0 et D24 pour des cytokines IL-2, IL-6, IL-8, IL-10, IL-12, IFN-Υ et TNF-α. Le séquençage de l’ADN pour l’analyse du microbiote a été effectué à l’aide de la plateforme Illumina MiSeq et les données ont été analysées à l’aide du logiciel Mothur. La supplémentation en S. cerevisiae a été associée à des changements dans la composition du microbiote après 3 jours (p-value=0,002). Comme on pouvait s’y attendre, le métronidazole a considérablement modifié la composition du microbiote des deux groupes à partir de D11 jusqu’à D17 (valeur p < 0,001). Même si les deux groupes ont changé de façon marquée de D11 à D17, il y avait une différence significative entre les groupes de D17 (p-value=0,012) et de D20 (p-value=0,036), suggérant que le probiotique utilisé a la capacité de moduler le microbiote des chiens confrontés à la dysbiose. Il n’y avait pas de différence significative entre les groupes pour le D24 (p-value=0,388), mais pour le D31, les chiens du groupe probiotique ressemblaient à leur microbiote de référence, tandis que certains animaux du groupe témoin demeuraient dans l’état dysbiotique (p-value=0,002). Le TNF-α avait considérablement diminué dans le groupe des probiotiques à partir de D0 jusqu’à D24 (p-value=0,002). La quantité de TNF-α observée dans le groupe témoin par rapport au groupe probiotique de D24 était également significativement plus élevée (p-value=0,04). Il n’y avait aucune différence significative entre les autres cytokines mesurées dans le sang. On a également observé qu’un sous-ensemble des échantillons de référence (avant la supplémentation en probiotiques) présentait une abondance plus élevée de pathobiogènes (bactéries potentiellement pathogènes comme Escherichia, Helicobacter et Pseudomonadaceae)., tandis que les autres chiens avaient une plus grande abondance d’organismes bénéfiques (tels que Fusobacteriaceae, Bacteroides, Faecalibacillus, Bacterioidaceae, et Ruminococcaceae). Trois jours après la supplémentation en probiotiques, les chiens transportant plus de pathobiogènes se sont rapprochés d’un profil microbiote plus sain. En conclusion, on a observé que l’utilisation de S. cerevisiae était associée à des changements dans la composition du microbiote chez un groupe de chiens malades. Il a également été observé que la supplémentation avec S. cerevisiae a été en mesure de moduler les changements dans le microbiote intestinal pendant la dysbiose induite par les antibiotiques chez les chiens. Mots clés : Saccharomyces cerevisiae, manipulation du microbiote, microbiote intestinal du chien, antibiotiques. / The gut microbiota plays an important role in the health of dogs. The changes in the microbiota composition lead to the imbalance of these microorganisms which is called dysbiosis. The objectives of this study were to evaluate the impact of oral administration of Saccharomyces cerevisiae on the fecal microbiota of healthy dogs and to evaluate the potential of S. cerevisiae in preventing dysbiosis induced by antibiotics. Dogs were divided in a control (n=10) and a probiotic group (n=10). The probiotic group received 1 g/kg of S. cerevisiae per day from D0 to D31. Both groups were given oral metronidazole 15 mg/kg every 12h from D11 to D17. Fecal swabs were collected on D0, 3, 11, 17, 20, 24, and 31 for microbiota analysis. Blood serum was collected on D0 and D24 for measurements of cytokines IL-2, IL-6, IL-8, IL-10, IL-12, IFN-Υ, and TNF-α. DNA sequencing for microbiota analysis was performed using the Illumina MiSeq platform and data was analyzed using the software Mothur. Supplementation with S. cerevisiae was associated with changes in the microbiota composition after 3 days (p-value=0.002). As expected, metronidazole markedly changed the microbiota composition of both groups from D11 to D17 (p-value<0.001). Even though both groups changed markedly from D11 to D17, there was a significant difference between groups on D17 (p-value=0.012) and on D20 (p-value=0.036), suggesting that the probiotic used has the capacity to modulate the microbiota of dogs facing dysbiosis. There was no significant difference between groups on D24 (p-value=0.388) but on D31, dogs from the probiotic group resembled their baseline microbiota while some animals from the control group remained in the dysbiotic state (p-value=0.002). TNF-α was significantly decreased in the probiotic group from D0 to D24 (p-value=0.002). The amount of observed TNF-α in the control group compared to the probiotic group on D24 was also significantly higher (p-value=0.04). There were no significant differences in the other measured cytokines from the blood. It was also observed that a subset of the dogs at baseline (before probiotic supplementation) carried higher abundances of pathobionts (potentially pathogenic bacteria such as Escherichia, Helicobacter, and Pseudomonadaceae), while the other dogs had higher abundances of beneficial organisms (such as Fusobacteriaceae, Bacteroides, Faecalibacillus, Bacterioidaceae, and Ruminococcaceae). Three days after probiotic supplementation, dogs carrying more pathobionts converted into a healthier microbiota profile. In conclusion, the use of S. cerevisiae was associated with beneficial shifts in the microbiota in a group of heathy dogs and the supplementation was able to modulate the dysbiosis caused by the use of antibiotics. Keywords: Probiotics, microbiota manipulation, intestinal dysbiosis, canine microbiome, antibiotics.