Le gène ShcA encode pour 3 isoformes de la protéine adaptatrice Shc, soit p46, p52 et p66Shc. La plupart des études faites sur Shc ont été réalisées dans le contexte de l'isoforme p52Shc. Un des premiers rôles attribués à p52Shc a été sa capacité d'activer la voie de signalisation MAPK en aval des récepteurs tyrosine kinase. Par la suite, plusieurs rôles ont été attribués à p52Shc, dont l'induction de la prolifération cellulaire, la migration, l'angiogenèse et la croissance sans ancrage à la matrice extracellulaire. Tous ces processus biologiques sont impliqués dans l'initiation et la progression du cancer. Pendant longtemps on croyait que les 3 isoformes de Shc avaient les mêmes fonctions. Cependant en 1997, un rôle distinct a été découvert pour p66Shc. Cet isoforme est antagoniste à p52Shc, c'est-à-dire qu'il inhibe la voie MAPK, la prolifération ainsi que la migration cellulaire. De plus, p66Shc aurait un rôle pro-apoptotique suite à des stress cellulaires, dont le stress oxydatif. Ces observations suggèrent que p66Shc agirait comme suppresseur de tumeur. Nous nous sommes donc penchés sur son rôle au niveau de la carcinogenèse colorectale. Nos travaux nous ont d'abord permis de caractériser le statut des isoformes de Shc au niveau des cellules de cancer colorectal humain. On a observé une diminution de l'expression de p66Shc par rapport aux cellules normales ainsi qu'une augmentation de la phosphorylation de p52Shc dans les cellules cancéreuses humaines avec un potentiel plus agressif. Cependant, la réexpression de p66Shc dans les cellules DLD-1 possédant des niveaux non détectables de p66Shc, n'affecte pas la prolifération, la croissance sans ancrage à la matrice extracellulaire et ni l'apoptose suite à un stress oxydatif. Par la suite, les résultats obtenus par des analyses moléculaires nous ont permis de déterminer que la réexpression de p66Shc diminue la phosphorylation de p52Shc sur ses résidus tyrosines ainsi que l'interaction entre Grb2 et p52Shc. Toutefois, la réexpression de p66Shc n'a aucun impact sur l'activation de ERK. De plus, nos analyses in vivo ont démontré une diminution de la capacité des cellules DLD-1 réexprimant p66Shc à former des tumeurs chez les souris nues injectées de façon sous-cutanée, par rapport aux DLD-1 contrôles. Ce qui suggère que p66Shc joue un rôle en tant que suppresseur de tumeur in vivo. En conclusion, nos résultats indiquent que la réexpression de p66Shc dans la lignée cellulaire humaine de cancer colorectal, soit les DLD-1, n'a pas d'impact sur l'activation de ERK et ni sur les différents processus biologiques en aval des voies MAPK. Mais le fait que p66Shc inhibe la phosphorylation de p52Shc ainsi que l'interaction entre Grb2 et p52Shc in vitro , et qu'in vivo p66Shc agirait comme suppresseur de tumeur, indique qu'il existe un rôle pour p66Shc dans le cancer colorectal. Cependant, les mécanismes sur son implication restent encore à être élucidés.

Introduction Avec plus de 7000 cas diagnostiqués par an en Belgique, le cancer bronchique est l’un des cancers les plus fréquents chez l'homme. Son pronostic est très réservé, la survie à 5 ans tous stades confondus étant inférieure à 15 %. Ce faible taux de guérison s’explique en grande partie par le fait que le diagnostic se réalise généralement à un stade avancé de la maladie. Une méthode de détection précoce, l’endoscopie en autofluorescence, exploite des variations de la fluorescence bronchique sous l'effet d'un laser et permet ainsi de dévoiler des lésions précancéreuses invisibles en lumière blanche. Réalisée à l’Institut Jules Bordet depuis 1996, la photodétection nous a permis de constituer une banque de biopsies d’épithélium bronchique à tous les stades de la carcinogenèse bronchique, conservées initialement en blocs paraffinés et, depuis 2003, par congélation. Hypothèse Nous avons émis l’hypothèse que la compréhension de la genèse du carcinome épidermoïde bronchique par la caractérisation de l’évolution des anomalies moléculaires dans les lésions précancéreuses et cancéreuses de l'arbre bronchique nous permettrait d’identifier de nouvelles cibles de détection et éventuellement de chimioprévention pour le cancer bronchique. L'objectif de nos travaux a donc été de caractériser les modifications moléculaires successives et/ou cumulatives sous-jacentes à la transition entre les différents stades histologiques de la carcinogenèse épidermoïde bronchique (épithélium bronchique normal du fumeur, hyperplasie, métaplasie, dysplasies légère, modérée et sévère, CIS et les carcinomes invasifs). Différentes techniques complémentaires ont été successivement utilisées à cet effet : 1) étude de l’expression protéique par immunohistochimie (IHC) et immunofluorescence (IF), 2) étude de l’expression des ARNs messagers par microdamiers, 3) étude de l’expression des microARNs par RT-PCR quantitative. Travaux réalisés Afin de sélectionner les protéines à étudier aux différents stades de la carcinogenèse épidermoïde bronchique, nous avons réalisé une étude méthodologique de la littérature chez les patients atteints de cancer bronchique non à petites cellules (CBNPC). En effet, d’une part, la petite taille des biopsies bronchiques que nous projetions d’étudier et, d’autre part, le faible taux de découvertes de lésions de haut grade lors de la réalisation de bronchoscopies en fluorescence limitent le nombre d’analyses réalisables. Les revues systématiques de la littérature, intégrant une analyse méthodologique des études publiées et une méta-analyse de leur impact pronostique en terme de survie, ont permis de choisir une série de marqueurs sur base de leur intérêt potentiel grâce à la puissance apportée par l’agrégation de grands nombres de cas. La mutation de KRAS identifiée par PCR constitue un facteur péjoratif pour la survie des patients atteints de CBNPC et plus spécifiquement des adénocarcinomes (ADC). Etant donné que notre projet est consacré à la genèse du carcinome épidermoïde bronchique (CEB), nous n’avons pas étudié ce facteur dans nos biopsies. Par contre, les revues systématiques ont montré un impact en terme de survie dans les CBNPC, y compris dans les CEB, pour l’angiogenèse, des récepteurs de facteurs de croissance épithéliale (EGFR et c-erbB-2) et des marqueurs de la prolifération cellulaire (Ki-67). Nous avons donc étudié l’expression de ces protéines par IHC dans les lésions précurseurs de CEB et dans les CEB. L’expression de Ki-67 est augmentée aux stades de dysplasie sévère et de CIS par rapport à ceux de dysplasies légère et modérée. La mesure de l’expression de Ki-67 dans ces biopsies aide donc à les classifier en lésions de bas et de haut grade. L’étude de la corrélation de l’expression de plusieurs protéines (EGFR, c-erbB-2 et Ki-67) dans les mêmes lésions bronchiques a montré que la majorité des biopsies de haut grade (dysplasies sévères et CIS) expriment anormalement EGFR et/ou Ki-67. Par contre, l’homologue d’EGFR, c-erbB-2, n’apparaît que plus tardivement, dans les carcinomes invasifs. Nous avons également caractérisé l’expression de protéines impliquées dans les voies de l'apoptose dans les lésions précurseurs de CEB. L’expression du facteur suppresseur de tumeurs p53 s’est avérée être un marqueur pronostique péjoratif important pour la survie des patients atteints de CNBPC et augmente dès les premières étapes de la tumorigenèse bronchique et même déjà dans l’épithélium morphologiquement normal du fumeur. L'altération de l'expression de p53 est donc un événement très précoce dans la genèse du CEB et la positivité de p53 augmente ensuite avec la sévérité des lésions. Dans le but de caractériser les voies de contrôle de p53 au cours de la carcinogenèse épidermoïde bronchique, nous avons analysé l'expression de 3 autres protéines, MDM2, p14arf et la nucléophosmine (NPM), dans une série de 200 biopsies. L’expression de MDM2, NPM et p14arf est respectivement altérée aux stades de dysplasie légère, modérée et sévère. Au stade de dysplasie sévère, l’expression de p14arf, inhibiteur de MDM2, peut soit disparaître, soit se concentrer dans les nucléoles. Tant la perte de p14arf que sa concentration dans les nucléoles sont associées à une augmentation de l’expression de MDM2. Nous avons également observé que la délocalisation de NPM depuis le nucléoplasme vers le nucléole est hautement corrélée à celle de p14arf. En IF, NPM et p14arf colocalisent dans le nucléoplasme dans les échantillons de bas grade ou dans les nucléoles dans les lésions de haut grade. Par contre, la protéine MDM2 n’est détectée dans les nucléoles quelles que soient les localisations de p14arf ou de NPM et quel que soit le stade. Ces données sont en faveur de l’hypothèse selon laquelle la localisation de p14arf dans les nucléoles empêcherait la formation des complexes p14arf–MDM2 et pourrait ainsi faciliter la carcinogenèse pulmonaire. Nos résultats suggèrent également que la présence de NPM dans le nucléoplasme pourrait jouer un rôle protecteur contre le dommage cellulaire et la transformation maligne tandis que sa délocalisation vers les nucléoles et ce, peut-être par la délocalisation de p14arf, favoriserait la carcinogenèse bronchique. Enfin, suite à la réalisation d’une méta-analyse montrant le rôle de la cyclooxygénase 2 (COX-2) en tant que facteur pronostique dans les CBNPC de stade précoce, l’expression de la protéine COX-2 a été analysée par IHC dans 106 biopsies. Cette étude montre que cette protéine s’accumule exclusivement à partir du stade de dysplasie sévère, permettant ainsi de séparer les lésions bronchiques de bas et de haut grade. Avec une haute valeur prédictive positive (100 %) et une bonne valeur prédictive négative (82,35 %), COX-2 apparaît donc comme un marqueur précoce potentiel à tester pour le dépistage du cancer bronchique. En parallèle à ces travaux, nous avons collecté des biopsies fraîchement congelées aux différents stades de la carcinogenèse épidermoïde pour une analyse du transcriptome. La première étape a consisté à définir le profil d’expression génique par la technique des microdamiers. Après son extraction et sa rétrotranscription, l’ARN a été marqué et hybridé sur des lames commercialisées par Agilent Technologies. Au total, 122 échantillons, dont minimum 12 de chaque catégorie, ont été hybridés avec un contrôle commun (issu d’un mélange de biopsies bronchiques normales de non-fumeurs). Une analyse en composante principale a montré que la hiérarchie de la classification histologique était bien représentée par les profils d’expression génique des biospies aux différents stades. Quelle que soit la liste de gènes de départ sélectionnée pour réaliser le regroupement hiérarchisé, nous avons observé, de manière constante et robuste, une différence majeure de profil d’expression génique entre, d’une part, les tissus bronchiques les plus « normaux » (normal normofluorescent, histologiquement normal mais hypofluorescent et hyperplasie) et, d’autre part, toutes les autres catégories histologiques dites « anormales ou modifiées » à partir de la métaplasie jusqu’au carcinome invasif. Parmi les épithéliums bronchiques « modifiés », deux grands groupes se distinguent : d’un côté, les métaplasies et dysplasies légères, qui sont très souvent bénignes et réversibles pour la plupart, et de l’autre côté, les dysplasies sévères, les CIS et les carcinomes invasifs, lésions à risque beaucoup plus élevé d’évoluer vers un cancer ou déjà malignes. Les échantillons au stade de dysplasie modérée se classent tantôt dans le deuxième groupe avec les dysplasies légères tantôt dans le troisième avec les dysplasies sévères. Il semble donc que le stade histologique de la dysplasie modérée soit un groupe hétérogène n’ayant pas de réalité biologique et qu’il serait plus adéquat de les reclasser dans un des 2 autres groupes sur base des arguments moléculaires. Nous avons obtenu les listes de gènes dont l’expression varie de manière statistiquement significative entre les différentes étapes de la carcinogenèse épidermoïde bronchique. Par ailleurs, nous avons pu mettre en évidence un profil d’expression génique permettant de discriminer les lésions bronchiques de mauvais pronostic (dysplasies sévères ou plus) de celles de meilleur pronostic (tissu normal et anomalies morphologiques de bas grade). Les gènes qui constituent ce profil permettant d’identifier les lésions de mauvais pronostic sont des candidats pour la détection précoce du cancer bronchique. De plus, nos données de génomique confirment la surexpression de certains ARNs messagers correspondant à des protéines dont la surexpression a été rapportée dans les études d’IHC comme COX-2, MDM2, Ki-67, les cytokératines, les métallopeptidases, les cyclines. Par ailleurs, certaines protéines dont le rôle dans les cancers pulmonaires invasifs a déjà été décrit mais pas aux stades pré-invasifs, parmi lesquelles la protéine PTH-like, des protéines liées à TNF ou d’autres liées à IGF, E2F ou à Wnt, semblent impliquées aux stades précoces de la carcinogenèse épidermoïde bronchique. Enfin, de nouveaux acteurs possibles de ce processus ont été mis en évidence. Nous avons également étudié l’évolution de l’expression des microARNs au cours de la carcinogenèse bronchique par des RT-PCR quantitatives (LDA) sur 60 des biopsies dont nous avons étudié le transcriptome (6 par catégorie) et en utilisant la classification en 3 groupes issue des analyses des microdamiers d’expression génique. Cette étude montre que plusieurs miARNs sont différentiellement exprimés durant la carcinogenèse bronchique. De plus, deux étapes successives et distinctes ont été mises en évidence pour l’évolution de l’expression des miARNs au cours de la carcinogenèse bronchique. Aux stades les plus précoces, correspondant à la progression de l’épithélium normal du non-fumeur vers l’épithélium histologiquement normal du fumeur et l’hyperplasie jusqu’au groupe des anomalies morphologiques relativement bénignes (métaplasie, dysplasies légère et modérée), on observe une réduction significative de l’expression de la grande majorité des miARNs. Aux stades plus tardifs de la carcinogenèse (dysplasie sévère, CIS et CEB), même si 74 % des miARNs altérés restent encore régulés négativement par rapport à leur niveau d’expression dans l’épithélium normal du non-fumeur, la proportion de miARNs dont l’expression est augmentée (43 %) s’accroît par rapport à leur niveau d’expression dans les stades qui les précèdent (métaplasie, dysplasies légère et modérée). En outre, lorsque l’on compare ce dernier groupe à celui des lésions plus sévères (dysplasie sévère et CIS), qui progressent fréquemment vers des carcinomes invasifs, 80 % des miARNs augmentent leur niveau d’expression. Par ailleurs, l’expression de certains microARNs évolue de manière linéaire. En particulier, l’expression de miR 34c, cible transcriptionnelle de p53, et celle de miR 15a, inhibiteur de Bcl2, diminuent progressivement entre les différents stades à partir du tissu bronchique normal du non-fumeur jusqu’au CEB. Enfin, les profils d’expression des miARNs permettent de prédire avec précision la classification histologique non seulement entre les lésions de bas grade (métaplasie, dysplasies légère et modérée) et de haut grade (dysplasie sévère et CIS) mais également entre les CIS et les carcinomes invasifs. Les miARNs qui constituent ces signatures sont donc des candidats potentiels pour la détection précoce du cancer bronchique. Conclusions Nos travaux montrent que les anomalies moléculaires apparaissent aux stades les plus précoces de la transformation maligne de l’épithélium bronchique. L’expression protéique des marqueurs étudiés -p53, MDM2, p14arf, NPM, Ki-67, COX-2, c-erbB-2, et EGFR- permet d’affiner la classification des lésions bronchiques précancéreuses et de mieux comprendre les voies de la carcinogenèse précoce. Les profils d'expression des gènes et des microARNs apportent une approche originale des étapes successives du processus de carcinogenèse épidermoïde bronchique et ont mis en évidence des signatures permettant de discriminer les lésions qui sont à très haut risque de progression vers un cancer invasif ou qui sont déjà néoplasiques de celles de meilleur pronostic. Les marqueurs qui constituent ces profils sont des candidats potentiels pour la détection précoce du cancer bronchique.

Dans un premier temps, nous avons réalisé des revues systématiques de la littérature avec méta-analyses des données de survie. Ceci nous a conduits à sélectionner 4 marqueurs de mauvais pronostic pour la survie des CBNPC: le récepteur au facteur de croissance épidermique (EGF-R), un autre récepteur de cette famille (c-erbB-2) ainsi que deux autres facteurs potentiellement témoins de leur activité, Ki-67 (impliqué dans la prolifération) et le nombre des micro-vaisseaux (témoins de la néoangiogenèse). Dans une deuxième phase, nous avons étudié au laboratoire diverses questions sur des tumeurs bronchiques invasives. Premièrement, nous avons investigué le mécanisme de surexpression d’EGF-R et de c-erbB-2 et évalué si des anomalies génétiques pouvaient prédire cette surexpression, en recourant à des techniques d’immunohistochimie et de FISH. Ceci nous a permis d’observer que, si la majorité des CBNPC réséqués présentent des anomalies génétiques d’EGF-R et/ou de c-erbB-2, une amplification de ces gènes n’est présente que dans une minorité d’entre eux et n’est pas strictement corrélée à l’expression protéique. D’autre part, la survie de ces patients exprimant ou ayant une anomalie génique d’EGF-R et/ou c-erbB-2 est plus courte sans atteindre le seuil de signification statistique. Deuxièmement, nous avons recherché sur des tumeurs opérées d’éventuels liens entre les expressions d’EGF-R, de c-erbB-2 et de Ki-67. Aucune corrélation n’a été mise en évidence entre l’expression de ces 3 facteurs. Par contre, chez ces patients, l’expression de Ki-67 dans la tumeur s’est avérée être un facteur de mauvais pronostic pour la survie. Troisièmement, nous avons voulu savoir si un de ces marqueurs (EGF-R) présentait une valeur pronostique dans un groupe plus restreint de tumeurs plus avancées, les CBNPC de stade III. Pour mener cette recherche sur des biopsies, nous avons d’abord démontré que l’évaluation des marqueurs biologiques (EGF-R, c-erbB-2 et Ki-67) sur biopsie ne différait pas de celle réalisée sur des tumeurs réséquées. Comme les résultats étaient équivalents, nous avons pu étudier EGF-R sur les biopsies de CBNPC au stade III et montrer qu’EGF-R n’était pas un facteur pronostique pour la survie dans ce groupe assez homogène de tumeurs avancées. Dans la dernière phase, nous avons étudié des lésions représentatives des différents stades prénéoplasiques et néoplasiques précoces radiooccultes. Ces lésions ont été prélevées lors d’examens endoscopiques de photodétection. EGF-R, c-erbB-2, Ki-67 et le nombre des micro-vaisseaux ont été étudiés par immunohistochimie dans ces différents stades de lésions prénéoplasiques et néoplasiques précoces. Nous avons observé qu’EGF-R et Ki-67 sont statistiquement plus exprimés dans les dysplasies sévères et les carcinomes in que dans les dysplasies légères suggérant que, au moins pour ces 2 marqueurs, les dysplasies sévères se rapprochent plus des carcinomes in situ que des dysplasies légères. Alors que l’expression d’EGF-R est présente dès le stade de dysplasie sévère, une augmentation du nombre des micro-vaisseaux n’est présente qu’au stade de tumeurs micro-invasives. C-erbB-2 n’est quant à lui pas exprimé dans ces lésions bronchiques prénéoplasiques et néoplasiques précoces. En conclusion, les facteurs biologiques, EGF-R, c-erbB-2 et Ki-67 et le nombre des micro-vaisseaux s’avèrent des facteurs de mauvais pronostic dans le CBNPC. La surexpression d’EGF-R et de c-erbB-2 dans les cancers réséqués résulte très rarement d’une amplification génique et nous n’avons pas trouvé dans ces tumeurs de corrélation entre l’expression des marqueurs moléculaires étudiés. Dans les tumeurs plus avancées de stade III, EGF-R n’est pas un facteur discriminant pour le pronostic. Les anomalies de certains de ces marqueurs (EGF-R et Ki-67) apparaissent précocement, dès les stades prénéoplasiques, avec un seuil se situant entre les lésions bronchiques de bas et de haut grades. La néoangiogénèse, évaluée par le nombre des micro-vaisseaux, s’observe à partir des cancers micro-invasifs tandis que c-erbB-2 n’apparaît qu’au stade invasif. Dans la séquence d’apparition des anomalies génétiques conduisant au cancer invasif, l’atteinte d’EGF-R précède la néoangiogénèse.

La colibactine est une toxine largement distribuée chez Escherichia coli. Sa synthèse est assurée par des enzymes codés par un îlot génomique appelé pks. Elle provoque des cassures double brin de l'ADN, des mutations, d'important remaniements chromosomiques et favorise l'émergence de tumeurs intestinales en modèle murin. Par ailleurs, les E. coli producteurs colonisent fréquemment les tumeurs de patients atteints de cancer colorectal. Nos travaux montrent que les bactéries productrices de colibactine induisent la sénescence cellulaire et stimulent de façon indirect la prolifération cellulaire in vitro et la croissance tumorale in vivo. L'action pro-proliférative des cellules rendues sénescentes par les E. coli producteurs de colibactine est liée à la production du facteur de croissance HGF. L'étude de la signalisation cellulaire responsable montre l'implication du facteur de transcription c-Myc, l'activation de la transcription d'un microARN qui en ciblent la peptidase SENP1, et une modification de la SUMOylation des protéines de l'hôte, notamment p53, un effecteur connu de la sénescence cellulaire. Cette voie de signalisation et les transcripts codant HGF ont été analysés dans des tumeurs de patients atteints de cancer colorectal colonisés ou non par des E. coli producteurs de colibactine. Les résultats obtenus soutiennent les résultats obtenus in vitro et dans le modèle murin. L'ensemble suggère que les bactéries productrices de colibactine favorisent l'émergence d'un micro-environnement tumoral sénescent susceptible de favoriser la croissance tumorale via la sécrétion de HGF. En parallèle, nous avons caractérisé sur le plan structural et fonctionnel la protéine ClbP de l'îlot pks. Les résultats obtenus montrent que ClbP est une peptidase à serine active dont le site actif est extracytoplasmique et indispensable à l'activité biologique de l'îlot pks. Des inhibiteurs « drug-like » de ClbP ont été identifiés à l'aide d'approches structurales, biochimiques, cellulaires et microbiologiques. Ces molécules se lient au site actif de ClbP avec une affinité nanomolaire et bloquent les activités génotoxiques et pro-tumorales des E. coli producteurs de colibactine. ClbP constitue donc une cible thérapeutique potentielle permettant de bloquer les effets délétères des E. coli producteurs de colibactine. / The colibactin toxin is widely distributed in Escherichia coli. Its synthesis is performed by enzymes encoded by the genomic island pks. It causes DNA double-strand breaks, mutations, chromosomal rearrangements in host cells and contributes to tumorigenesis in a mouse model. In addition, colibactin-producing E. coli are frequently isolated from tumors of patients with colorectal cancer. Our work shows that colibactin-producing bacteria induce cellular senescence and, consequently, can indirectly stimulate cell proliferation in vitro and tumor growth in vivo. The pro-proliferative effect mediated by these senescent cells is due to the secretion of growth factors, in particular HGF. The cell signaling responsible for cellular senescence shows the involvement of the transcription factor c-Myc, the transcription of a microRNA targeting the peptidase SENP1, and a modification of protein SUMOylation, including p53, a well-known effector of cellular senescence. This signaling pathway and HGF-encoding transcripts were analyzed in tumors of patients with colorectal cancer colonized or not by colibactin-producing E. coli. The results support the findings obtained in vitro and in the mouse model. Taken together, the results suggest that, in tumors, colibactin-producing bacteria promote the emergence of a senescent microenvironment, which can stimulate tumor growth via the secretion of HGF. In parallel, we determined the structure and function of the pks-encoded protein ClbP. The results show that ClbP is an active serine peptidase, whose active site is extracytoplasmic and essential to the biological activity of pks island. "Drug-like" inhibitors of ClbP were identified using structural, biochemical, cellular and microbiological approaches. These molecules bind to the active site of ClbP with nanomolar affinity and block the genotoxic and pro-tumoral activities of colibactin-producing E. coli. ClbP is therefore a potential therapeutic target to block the deleterious effects of bacteria-producing colibactin.

Les papillomavirus humains (HPV), dont on dénombre plus de 300 types différents, infectent spécifiquement les épithéliums. Ces infections sont communes et généralement asymptomatiques. Cependant, lorsqu’elles persistent, elles peuvent donner lieu à des lésions bénignes, telles que les verrues, ou cancéreuses, telles que le cancer du col de l’utérus. Les facteurs de l’hôte impliqués dans la persistance et la pathogénie des infections par les HPV restent largement méconnus. Les premières évidences du rôle de l’axe de signalisation CXCL12/CXCR4 dans la pathogénie virale proviennent d’observations faites dans le contexte d’un déficit immunitaire rare, le syndrome WHIM. En effet, ce syndrome est dû à des dysfonctions de l’axe CXCL12/CXCR4 − causées par des mutations de CXCR4 conduisant à un gain de fonction de l’axe CXCL12/CXCR4 − et est caractérisé par une susceptibilité sélective des patients à des infections sévères, persistantes et parfois malignes par les HPV. Au vu de cette susceptibilité, l’objectif de ma thèse a été d’approfondir cet éventuel lien causal entre les dysfonctions de l’axe CXCL12/CXCR4 et la pathogenèse associée aux infections par les HPV et de caractériser les mécanismes moléculaires en jeu.Afin de répondre à cette problématique, je me suis intéressée dans la première partie de mes travaux de thèse aux conséquences des dysfonctions de l’axe CXCL12/CXCR4 − à travers le gain de fonction de CXCR4 associé au syndrome WHIM − sur le cycle biologique d’HPV18 étudié dans des cultures organotypiques épithéliales tridimensionnelles. Ces travaux nous ont permis de mettre en évidence que les dysfonctions de CXCR4 limitaient la production virale au profit de la mise en place d’un processus de transformation cellulaire. Les mécanismes en jeu impliquent une augmentation de la prolifération cellulaire et un changement du profil d’expression des protéines virales en faveur des oncoprotéines et au détriment de celles impliquées dans la réplication virale.Dans la seconde partie de mes travaux, je me suis attachée à déterminer les effets du blocage de l’axe CXCL12/CXCR4 dans un modèle murin de néoplasie épithéliale induite par HPV16 (souris K14-HPV16). Le traitement de ces souris par l’AMD3100, un antagoniste sélectif de CXCR4, induit une tendance à la normalisation se manifestant par une diminution significative de l’hyperplasie induite par HPV16. Cet effet est associé à une réduction de l’hyperprolifération des kératinocytes et de l’infiltrat de cellules immunitaires dans le derme.En conclusion, ce travail de thèse identifie l’axe CXCL12/CXCR4 comme un facteur de l’hôte impliqué dans la carcinogenèse induite par les HPV, et révèle le bénéfice de stratégies thérapeutiques basées sur le blocage de cet axe. / Human papillomaviruses (HPVs), which encompass almost 300 different types identified so far, specifically infect epitheliums. Most of the time, HPVs are associated with asymptomatic infections suggesting an efficient control by the host immune system. However, when these infections persist, HPVs can cause cutaneous warts but also mucosal lesions that can progress to dysplasia and cancer (e.g. cervical cancers). The host factors involved in HPV persistence and derived-pathogenesis remain quite obscure. The first evidence for a role of the CXCL12/CXCR4 signaling axis in HPV pathogenesis came from observations made in the context of a rare immunodeficiency disorder, the WHIM syndrome. This syndrome is caused by dysfunctions of the axis formed by the chemokine CXCL12 and its receptor CXCR4 – caused by inherited heterozygous mutations in CXCR4 leading to a gain-of-function of the CXCL12/CXCR4 axis – and featured by a high susceptibility to severe, persistent and sometimes malignant HPV infections. In light of this susceptibility, the aim of my thesis was to characterise the molecular mechanisms involved and to find out whether it extend to a more general interplay between the CXCL12/CXCR4 axis and HPV biological cycle and pathogenesis.In the first part of my work, I investigated the consequences of CXCL12/CXCR4 dysfunctions – through the CXCR4 gain-of-function – on the HPV18 life cycle in three-dimensional organotypic epithelial cultures. We found that CXCR4 dysfunctions limited the viral replication at the benefit of cell transformation. The mechanisms included an increased in cell proliferation and a change in viral protein expression profile in favour of oncoproteins and at the expense of proteins involved in viral replication.In the second part of my work, I determined the impact of the CXCL12/CXCR4 blockade on a murin model of HPV16-induced neoplasia (K14-HPV16 mice). Treatment of these mice by AMD3100, a selective antagonist of CXCR4, results in a normalisation of HPV-induced lesions manifested by a significant decrease of skin hyperplasia. This effect is associated with a reduction in keratinocyte hyperproliferation and immune cell infiltration in dermis.To conclude, this thesis work identifies the CXCL12/CXCR4 axis as a new host factor involved in human papillomavirus-induced carcinogenesis, and reveals the benefit of therapeutic strategies based on the blockade of this axis.

La persistance d'une infection par un même papillomavirus humain à haut risque oncogène (HPV-HR) est le principal facteur de risque d'apparition et de progression des lésions précancéreuses et cancéreuses du col de l'utérus. La recherche des lésions précancéreuses et l'introduction des tests basés sur la détection des HPV-HR dans le dépistage ont permis de réduire l'incidence du cancer du col de l'utérus dans les pays développés. Un des enjeux actuels réside dans l'identification de nouveaux marqueurs qui permettraient d'améliorer le dépistage. Dans ce contexte, les objectifs de cette thèse étaient d'explorer l'histoire naturelle de l'infection par HPV-HR au travers de facteurs tels que la charge virale, l'intégration, l'expression des oncogènes viraux ou encore la méthylation du promoteur viral à partir de prélèvements biologiques et d'évaluer l'intérêt de ces facteurs en pratique clinique. Après optimisation et validation d'outils de biologie moléculaire, l'analyse de frottis cervico-utérins représentatifs de la progression des lésions du col de l'utérus a permis de mieux comprendre l'histoire naturelle de l'infection transformante par HPV16. Nos données confirment la valeur diagnostique de la charge virale, indiquent une méthylation tardive du promoteur viral et suggèrent que les niveaux d'expression des gènes viraux ne sont pas suffisamment robustes pour présenter un intérêt clinique. D'autre part, nos travaux ont mis en évidence de potentielles analogies de comportement virologique entre génotypes apparentés. Enfin, la caractérisation de tumeurs du canal anal à l'aide de nos marqueurs viraux a permis d'identifier une signature moléculaire des cancers associés à HPV16. / The main risk factor of precancerous and cancerous cervical lesions is a persistent infection with the same high-risk HPV (HR-HPV). Screening based on precancerous lesions and HR-HPV detection considerably reduced cervical cancer incidence in developed countries. A current challenge remains the identification of new biomarkers in order to improve cervical cancer screening. This work was conducted with the purpose of (i) exploring HR-HPV infection natural history through viral factors such as viral load, integration, viral oncogene expression and viral promoter methylation and (ii) evaluating the clinical value of these potential markers. After optimization and validation of several molecular biology methods, the analysis of cervical smears representative of the full spectrum of cervical diseases allowed a better knowledge of transforming HPVI6-infection natural history. Our data confirm the potential diagnostic value of viral load. show that HPVI6 promoter methylation seems to be a late event in cervical carcinogenesis, and suggest that viral oncogene expression levels are not robust enough to be transferred to clinical practice. Moreover, our data highlight similar molecular behavior between closely related HR-HPV genotypes. Finally, the characterization of anal tumors with markers identified a molecular signature pattern of HPVI6-associated tumors

Le cancer de la prostate est la deuxième cause de décès masculins par cancer dans les pays industrialisés. PTEN est le gène suppresseur de tumeur le plus souvent muté ou délété dans les cancers de la prostate. Notre étude montre que la perte de Pten induit la prolifération des PEC menant à la formation de PIN. L’hyperprolifération des PEC engendre une réponse de dommages à l’ADN suivie de l’entrée en sénescence des PEC. Des études épidémiologiques ont montré que de faibles taux de Vitamine D sont associés à des cancers agressifs. Nos résultats montrent que Vdr et le Gemini-72, un analogue hypocalcémique de la Vitamine D, a des activités anti-inflammatoires et anti-prolifératives pendant la formation des PIN. De plus, le Gemini-72 induit l’apoptose des PEC sénescentes, module la réponse immunitaire et ainsi réduit le nombre de PIN de haut grade et la réaction stromale. Ainsi, notre étude démontre l’importance de l’axe Vitamine D/VDR dans la carcinogenèse prostatique. / Prostate cancer is the 2nd leading cause of cancer-related deaths in males of western societies. Mutations or deletion of the PTEN locus are common in prostate cancer, and are associated with metastasis and resistance to therapeutic castration. Our results show that Pten-loss induces the proliferation of PEC leading to the formation of PIN. The hyperproliferation of PEC induces DDR followed by senescence entry of PEC. Epidemiological studies highlighted that low Vitamin D levels correlate with aggressive prostate cancer. We show that Vdr and Gemini-72, an hypocalcemic Vitamin D analog, have anti-proliferative and anti-inflammatory activities during PIN formation. Moreover, the Gemini-72 induces apoptosis in senescent cells, modulates the immune response and consequently decreases the number of High Grade PIN and reduces the stromal reaction. Thus, our study demonstrate the major role of Vitamin D signaling in prostate carcinogenesis.

Helicobacter pylori est une bactérie qui infecte l'estomac de la moitié de la population mondiale et est impliquée dans la plupart des maladies gastriques, dont les ulcères et le cancer de l'estomac. La bactérie produit deux toxines, CagA et Tipα, qui sont associées avec le développement du cancer. CagA est injectée dans les cellules et interagit avec de nombreuses protéines des voies de signalisation cellulaire. Tipα est secrétée et internalisée dans les cellules gastriques où elle induit la production de cytokines pro-inflammatoires. Dans ce travail de thèse, nous avons tout d'abord étudié les interactions entre un domaine central de CagA et des protéines de H. pylori. Nous avons ensuite identifié de nouveaux fragments solubles de CagA par une méthodologie à ‘'haut-débit''. L'un d'eux, correspondant à l'extrémité C-terminale de la protéine de 33kDa, CagAC33, a été caractérisé par différentes techniques de biochimie et de biophysique. CagAC33 forme des dimères de dimères en solution et des particules en microscopie électronique. De plus, CagAC33 peut être phosphorylé in vitro par les kinases c-Src et c-Abl mais l'efficacité de la phosphorylation dépend de la kinase utilisée. L'étude de l'interaction entre la phosphatase SHP-2 et CagAC33 montre que CagA est dephosphorylée in vitro. Par ailleurs, les structures de deux formes cristallines de Tipα ont été déterminées par cristallographie aux rayons X. La structure du monomère de Tipα adopte un nouveau repliement, et la protéine forme des dimères différents dans les deux formes cristallines. L'étude de la protéine en solution indique qu'un des dimères est sans doute favorisé et suggère que les ponts disulfures identifiés en N-terminal ont un rôle durant la sécrétion de la protéine.

Le dioxyde de titane (TiO2) est un pigment blanc couramment utilisé dans l'alimentation (additif E171 en Europe). Les rares études de toxicité orale du TiO2 sont principalement basées sur des substances modèles, comme le P25 Aeroxide (NM-105). Contrairement au E171 qui est composé de particules nanométriques et sub-micrométriques, le P25 est strictement nano-dimensionné. Il est donc nécessaire d'évaluer le devenir et les effets propres de l'additif E171 dans un contexte d'exposition orale via l'alimentation. Dans ce but, des rats ont été exposés par voie orale au E171 ou au NM-105 à une dose proche de l'exposition alimentaire chez l'homme (10 mg/kg/jour) pendant une courte période d'une semaine pour les deux TiO2, par gavage gastrique quotidien, et jusqu'à une exposition sub-chronique (30 et 60 jours) et chronique (100 jours) pour le E171 via l'eau de boisson. Après un traitement de courte durée, l'élément titane est retrouvé au niveau du foie et de l'intestin, notamment au niveau des plaques de Peyer (tissu lymphoïde sentinelle de l'immunité). Dans cet organe, du titane est retrouvé dans le cytoplasme ainsi que dans le noyau des cellules immunitaires. Cependant, aucune génotoxicité du E171 comme du P25 n'est observée dans l'intestin et dans le sang avec le test des comètes après une semaine d'exposition. De même, après 100 jours d'exposition au E171, aucune génotoxicité évalué par le dosage de lésions oxydatives de l'ADN n'est constatée dans l'intestin. En conditions normales, le système immunitaire intestinal organise les défenses de l'hôte contre les pathogènes, tout en maintenant une tolérance envers le microbiote intestinal et les antigènes alimentaires. Dans notre étude, aucun des deux TiO2 n'induit d'inflammation dans la muqueuse intestinale après une semaine de traitement quotidien, alors que le réseau de cellules impliquées dans les fonctions tolérogènes de l'intestin est perturbé. De plus, le profil de sécrétion des lymphocytes est modifié dans les ganglions mésentériques et la rate, témoin d'une activation du réseau pro-inflammatoire, en particulier une réponse de type Th17 connue pour jouer un rôle dans la pathogénicité des maladies auto-immunes. Cependant, après une exposition sub-chronique de 60 jours, l'induction de la tolérance orale n'est pas affectée par l'exposition orale au E171. Toutefois, un effet potentialisateur de la réponse immunitaire est observé au niveau systémique, susceptible de résulter de propriétés " adjuvant " du produit. Enfin dans le côlon, après une exposition chronique de 100 jours, une micro-inflammation est observée dans les muqueuses exposées, ainsi qu'une initiation et une promotion du développement des lésions prénéoplasiques, (correspondant à des foyers de cryptes aberrantes, un stade précoce du développement du cancer dans le côlon), respectivement en l'absence et en présence d'une carcinogénèse chimio-induite. Nos résultats montrent un passage systémique des particules de TiO2 ainsi que l'accumulation de titane dans les cellules immunitaires de l'intestin. De plus, pour la première fois, nos données suggèrent que le E171 et le P25 sont immunomodulateurs et susceptibles de favoriser un terrain inflammatoire typique des maladies autoimmunes. Ces données peuvent être prises en considération pour l'évaluation du risque, dans la susceptibilité face à des pathologies immunitaires et au cancer colorectal, chez l'homme exposé quotidiennement au TiO2 par la voie alimentaire. / Titanium dioxide (TiO2) is a white pigment commonly used as a food additive (E171 in Europe). Few studies have evaluated the oral toxicity of TiO2, and they are mainly based on nanoparticles models such as P25 Aeroxide (NM-105). Unlike E171 which is composed of nanoscale and submicron particles, P25 is strictly nanosized. Therefore, it is necessary to determine the specific fate and effects of E171 additive in an oral exposure through food. For this purpose, rats were orally exposed with E171 or NM-105, at a dose close to dietary exposure in humans (10mg/kg/day), for a short period of a week for the two TiO2, by daily gavage, and up to a sub-chronic exposure (30 and 60 days) and chronic exposure (100 days) for E171 through drinking water. After a short-term treatment, titanium is found in the liver and gut, and more particularly in Peyer's patches (intestinal lymphoid tissue sentinel of immunity). In this organ, titanium was found in the cytoplasm and in the nucleus of immune cells. However, no genotoxicity of E171 as NM-105 is observed in the gut and in the blood with the comet assay. Also after 100 days of E171 exposure, no genotoxicity estimated by the dosage of oxidative DNA damage appears in the gut. In its steady state, the intestinal immune system organizes the defenses of the host against pathogens, while maintaining tolerance to the intestinal microbiota and the food antigens. In our study, the two TiO2 do not induce an inflammation in the intestinal mucosa after one week of daily treatment, however the network of cells involved in the tolerogenic functions of the intestine is disturbed. Furthermore, the cytokine profile of lymphocytes secretion is modified in mesenteric lymph nodes and in the spleen, reflecting an activation of the pro-inflammatory pathways, in particular the Th17 pathway response known to play a role in the pathogenesis of the autoimmune diseases. However, after a sub-chronic exposure of 60 days, the induction of the oral tolerance is not disrupted by the oral exposure to E171. However, an enhancer effect of the immune response is observed at the systemic level, susceptible to result from "adjuvant" properties of the product. Finally in the colon, after a chronic exposure of 100 days, a microinflammation is observed in the exposed mucosa. Moreover, an initiation and a promotion of the development of preneoplastic lesions are found (corresponding to aberrant crypt foci in the colon), in absence and in presence of a chemically-induced carcinogenesis, respectively. Our results show a systemic passage of the particles of TiO2 as well as the accumulation of titanium in the immune cells of the gut. Furthermore, for the first time, our data suggest that E171 and P25 are immunomodulatory and susceptible to favor a typical inflammatory field for the autoimmune diseases. These data could be considered for the evaluation of the risk, in the susceptibility towards immune pathologies and in colorectal cancer, in human daily exposed to TiO2 from dietary sources.

Introduction : l'analyse histopathologique des pièces d'annexectomie prophylactique(pBSO) pour risque génétique (mutations BRCA) a pu révéler des anomalies cytologiques etarchitecturales interprétées comme potentiellement pré-cancéreuses et dénommées " dysplasieovarienne et tubaire ". Nous proposons d'étudier les aspects morphologiques,immunohistochimiques et moléculaires des dysplasies tubo-ovariennes.Matériels & Méthodes : l'analyse morphologique a été réalisée dans un premier grouped'annexectomies après stimulation de l'ovulation (protocole de Fécondation in vitro).L'évaluation morphologique et immunohistochimique (expression de Ki67, p53, Bcl2, PAX2et ALDH1) a par la suite concerné 111pBSO, 42 annexectomies exposées au Tamoxifène et116 témoins non cancéreux et spontanément fertiles (nBSO). Les analyses ont été réaliséespar deux pathologistes en aveugle. Les cellules épithéliales d'intérêt ovariennes et tubairesprovenant du groupe pBSO ont été microdisséquées par laser ; l'ADN extrait a été étudié parhybridation génomique comparative (CGH array). La longueur des télomères a été évaluéepar PCR quantitative en temps réel.Résultats : les scores moyens de dysplasie ovarienne et tubaire étaient significativement plusélevés dans les groupes stimulation de l'ovulation et génétique par rapport aux témoins. Seulle score de dysplasie tubaire était supérieur aux témoins pour le groupe Tamoxifène. Onretrouvait une surexpression de ALDH1 dans les groupes pBSO et tBSO alors que Ki67, p53,bcl2 et PAX2 étaient faiblement exprimés dans les groupes pBSO et tBSO. D'ailleurs,l'expression d'ALDH1 était faible dans l'épithélium non dysplasique, forte dans la dysplasieet constamment faible dans les carcinomes occultes. De subtiles altérations génomiques et desraccourcissements télomériques ont été mis en évidence au niveau des dysplasies génétiques.Conclusions : les scores élevés de dysplasie, la forte expression d'ALDH1 et les altérationsmoléculaires provenant du groupe à risque génétique pourraient supporter le conceptd'instabilité génétique. La dysplasie tubo-ovarienne pourrait être une étape importante etprécoce de la carcinogenèse ovarienne. Nos résultats suggèrent également qu'un certainnombre de cancers de l'ovaire pourrait avoir pour origine la trompe de Fallope. Le marqueurde cellules souches ALDH1 pourrait constituer une cible dans la prévention et le diagnosticprécoce des cancers de l'ovaire.