Le carcinome hépatocellulaire (CHC) est un cancer très fréquent - au 5ème rang de l’échelon mondial - dont l’incidence ne cesse d’augmenter. Lié aux maladies chroniques du foie (hépatite C, syndrome métabolique et, le plus souvent, cirrhose), il représente désormais un véritable problème de santé publique. C’est la nature du foie sous-jacent qui détermine les modalités de sa prise en charge. Lorsque le foie ne présente pas de maladie chronique (foie sain), on se trouve généralement devant une tumeur déjà évoluée; dans ce cas on a recours essentiellement à la résection hépatique. Lorsque le foie présente une maladie chronique (foie pathologique), qu’il s’agisse de fibrose, cirrhose ou hépatite, c’est le stade tumoral au moment du diagnostic qui oriente le choix du traitement ; à part la transplantation, limitée dans ses indications, les options thérapeutiques comportent la résection hépatique, la destruction par voie sous-cutanée (radio fréquence) et un traitement par voie artérielle (chimioembolisation). Cependant, ces traitements à visée curative, ne peuvent être envisagés actuellement que dans 30% des cas. Notre travail porte uniquement sur la résection hépatique. Partout disponible, cette intervention chirurgicale représente en effet le traitement de référence dans la prise en charge du CHC. Nous nous appuyons sur une vaste enquête nationale qui, développée sur une période de 15 ans – de 1990 à 2005 – à partir de 23 centres de chirurgie, à porté sur plus de 2590 dossiers de patients. Grâce à ces données de base, particulièrement précieuses par leur nombre et leur précisions, nous avons tenté de donner une image panoramique des pratiques (indications, techniques opératoires) et des résultats (survie, récidive, morbidité, mortalité) de la résection hépatique pour CHC en France. Il s’agit de la plus grande étude multicentrique chirurgicale menée sur le CHC en France à ce jour. On a classé 102 paramètres dans 6 groupes de données ont été colligés pour chaque malade inclus dans l’étude: Terrain, Bilan préopératoire, Chirurgie, Anatomopathologie, Morbidité et traitements adjuvants et Evolution. Au total, cette enquête a permis de recueillir une somme considérable de données dont l’analyse multivariée avait pour l’objectif d’aboutir à des critères prédictifs de mortalité opératoire et de survie après résection sur foie sain et pathologique. Cette analyse a confirmé le développent et la qualité de la chirurgie hépatique en France. Aussi, l’analyse a montré que la résection hépatique est un traitement efficace du CHC sur foie sain et pathologique. Ces résultats et leur implication pour l’approche multidisciplinaire en cancérologie contribueront à améliorer les connaissances et la prise en charge du CHC. Finalement, à coté de la transplantation hépatique, limitée par ses indications restreintes et la pénurie de greffons, la résection du CHC occupe une place importante qui doit continuer de croître du fait de ses bons résultats et de l’augmentation constante de l’incidence du CHC / Hepatocellular carcinoma (HCC) is the fifth most common cancer worldwide, and the third most common cause of cancer-related death. It is a major health problem worldwide, which represents the most prevalent primary liver cancer and constitutes the third most frequent cause of cancer-related deaths. The major risk factor for HCC is cirrhosis. All types of cirrhosis predispose to HCC, but the incidence is particularly high in persistent infection with hepatitis B (HBV) and hepatitis C (HCV) and in alcoholic liver disease. The clinical presentation and management of HCC depends on whether the liver is cirrhotic and whether there is underlying viral hepatitis. Therapeutic options fall into four main categories (1) surgical interventions, including tumor resection and liver transplantation, (2) percutaneous interventions, including ethanol injection and radiofrequency thermal ablation, (3) transarterial interventions, including embolisation and chemoembolisation and (4) drugs as well as gene and immune therapies. Potentially curative therapies are tumor resection, liver transplantation, and percutaneous interventions that can result in complete responses and improved survival in a high proportion of patients. Liver resection offers the greatest impact on survival when patients do not meet transplantation criteria and this is considered as the optimal treatment for HCC. The objective of this thesis, based on a retrospective survey, was to give an overview on conditions of realization and the results of the resection of HCC in France, in the period from 1990-2005. All the French centers of excellence in the hepatobiliary surgery were contacted and most of them accepted to participate. All the contacted units were essentially localized in University Clinical Centers, all of them experts in hepatic surgery and most of them were centers for liver transplantation. More than 2590 cases with hepatic resection were collected in this study. The file consisted of 102 questions and contained following headings: demographic data, underlined liver pathology, circumstances of diagnosis, imaging, evaluation of underlined liver pathology: biological, morphological, histological, preparation for resection: neoadjuvant treatment of the tumor, portal embolization, surgical intervention: approach, clamping, vascular control, nature and the extent of the exeresis, anatomic or non-anatomic features, histopathological analysis of the removed tissues, results: mortality, morbidity, recurrence, survival, lost from analysis. In total, this survey enabled us to collect a considerable sum of data in order to give a more precise overview on predictive criteria of per operative mortality and survival, as well as recurrence rates, after the resection of normal and pathological livers. It confirmed the development and the quality of the hepatic surgery in France

Cette thèse de doctorat est une étude de la biologie et de la dynamique des microARN circulants, démontrant leur potentiel comme biomarqueurs pour l’amélioration de la surveillance et de l’évaluation pronostique dans le cancer. Il s’agit des ARN non codants simple-brin, d'environ 19-25 nt de longueur. Ils jouent un rôle clé dans la régulation de l'expression génomique au niveau post-transcriptionnel, en ciblant et réprimant la traduction des ARNm par complémentarité partielle avec leur 3'-UTR. Ils sont également libérés dans le milieu extracellulaire, la circulation et les liquides biologiques. Leur stabilité remarquable et leur diversité dans la circulation, ainsi que leur provenance maligne ou normale, en font des candidats biomarqueurs intéressants, reflétant potentiellement l'état et la dynamique d’une tumeur. Nous nous sommes focalisés sur les carcinomes ovariens (OvCa) et nasopharyngés (NPC), essayant d'élucider la relation entre les miARN plasmatiques et le pronostique des OvCa après une première ligne de traitement, ainsi que d’évaluer leur utilité dans la détection d’une réponse précoce des NPC au traitement. Le carcinome ovarien séreux est la malignité gynécologique la plus agressive. L'absence de symptômes précoces et l'insuffisance des moyens modernes pour détecter la maladie résiduelle et évaluer les résultats du traitement signalent le besoin de nouveaux biomarqueurs diagnostiques et pronostiques. En utilisant des prélèvements plasmatiques séquentiels OvCa avant et après traitement, nous avons étudié un groupe de miARN, en comparaison à des lésions pelviennes bénignes et des femmes en bonne santé. MiR-200b avait une concentration nettement plus élevée dans les échantillons malins avant traitement par rapport aux deux groupes non cancéreux. L'analyse pré- et post-traitement de miR-200b en parallèle avec le biomarqueur standard CA125 a révélé des variations distinctes et une corrélation significative de la variation de miR-200b avec le temps de rémission (PFS). Nous concluons que miR-200b pourrait éventuellement être utilisé comme biomarqueur supplémentaire pour l'estimation de la rémission à la fin du traitement. Le carcinome nasopharyngé (NPC) d'autre part est une tumeur constamment associée à une infection latente des cellules malignes par le virus d’Epstein-Barr (EBV), présentant une distribution géographique particulière. La position de la tumeur rend difficile l'approche chirurgicale, les biomarqueurs évaluant différentes approches thérapeutiques étant de grande importance. Etudiant une nouvelle forme orale de l'agent démethylant 5-azacytidine, démontrée prometteuse pour un tiers des patients NPC qui l’ont reçue, nous avons essayé d'évaluer son impact sur l'expression des miARN et des protéines virales. Malgré l'infection virale latente, les miARN viraux sont abondamment exprimés. En traitant pendant deux semaines quatre modèles de tumeur NPC développés in vivo, nous avons observé une réponse nette dose-dépendante dans les deux. L'analyse protéique a montré une induction de la protéine activatrice du cycle lytique BZLF1, renforçant les preuves antérieures d'induction partielle du cycle lytique viral par la 5-azacytidine. L'analyse des miARN a confirmé l'expression robuste des miARN BART et l'absence des miARN BHRF1 dans les NPC sans traitement. Lors du traitement, nous avons détecté les miR-BHRF1 à la fois dans la tumeur et le plasma des souris traitées. Cette induction a été validée par un traitement ultérieur d'une semaine qui a aussi mis en évidence l'induction de l’expression de l'ARNm de BHRF1, transcrit par le locus situé parmi les miARN BHRF1. Une induction de ces miARN a été observée après traitement par des agents de chimiothérapie, suggérant une utilité clinique potentielle des miR-BHRF1 comme biomarqueurs pour l’évaluation précoce de l’efficacité du traitement. Notre objectif actuel est de valider cette induction par chimiothérapie et étendre nos études au plasma humain. / This doctorate thesis provides an insight into the biology and dynamics of circulating microRNAs, demonstrating their potential to become crucial biomarkers for a better surveillance and prognosis of cancer. MicroRNAs (miRNAs) are small, single-stranded non-coding RNAs, 19-25 nt long, with a key role in the post-transcriptional regulation of gene expression, repressing the translation of target mRNAs through partial base-pair complementarity with their 3’-UTR. They can be released in the extracellular medium, being protected from RNases by association with various transporters and reach body fluids and circulation, participating in intercellular communication. Their remarkable stability and manageable diversity in circulation, as well as the fact that they derive from both malignant and normal cells make them very attractive biomarker candidates, potentially reflecting tumor state and dynamics. We have been focusing on ovarian (OvCa) and nasopharyngeal (NPC) carcinomas, attempting to elucidate the relation between plasma miRNAs and the prognosis of OvCa after first-line treatment, as well as to evaluate their use in the detection of early response of NPC tumors to treatment. Serous epithelial ovarian carcinoma is the most frequent ovarian and the most aggressive gynecologic malignancy. The absence of early symptoms and the insufficiency of modern means to accurately map residual disease and assess treatment outcome highlight the need for new diagnostic and prognostic biomarkers. Using sequential plasma samples from OvCa patients before and after first-line treatment, we studied a pre-selection of miRNAs, comparing them to samples from benign pelvic lesions and healthy women. MiR-200b exhibited a distinct higher concentration in malignant samples before treatment compared to both non-cancerous groups. Pre- and post-treatment assessment of miR-200b in parallel with the standard biomarker CA125 revealed distinct variations and a significant correlation of miR-200b variation with the progression-free survival (PFS) of the patient. We suggest that miR-200b could eventually be used as a supplementary biomarker for estimation of the remission upon treatment completion. Nasopharyngeal carcinoma (NPC) on the other hand is a tumor consistently associated to latent Epstein-Barr virus (EBV) infection of the malignant cells, presenting a unique geographical incidence pattern. The deep position of the tumor makes it tough to access surgically, with biomarkers assessing different therapeutic approaches being greatly needed. Studying a new oral form of the demethylating agent 5-azacytidine, proven to be promising for one third of NPC patients receiving it as a monodrug, we attempted to identify impact of the drug on the expression of viral miRNAs and proteins. Despite the latent viral infection, viral miRNAs are abundantly expressed, attracting interest in EBV-associated malignancies. Treating four in vivo developed NPC tumor models for two weeks, we observed clear response in two of them, in a dose-dependent manner. Protein analysis showed an induction of the immediate-early lytic protein BZLF1, solidifying previous evidence of partial activation of the viral lytic cycle by 5-azacytidine. MiRNA analysis confirmed robust expression of BART and absence of BHRF1 miRNAs at baseline status of NPC. Upon treatment, we observed an induction of BHRF1 miRNAs in both tumor and plasma of treated mice. This induction was successfully validated in a following one-week treatment and completed by a recorder de novo expression of the BHRF1 mRNA, transcribed within the BHRF1 miRNA loci. A weaker induction of BHRF1 miRNAs was also recorded after treatment with standard chemotherapeutic agents, suggesting a potential clinical utility of these miRNAs as circulating biomarkers for detection of early response to treatment. We are further working to confirm this induction by chemotherapy and extend our study to plasma samples derived from treated patients.

Introduction : Le récepteur TLR3 (Toll-like receptor 3) détecte l'ARN double brin viral ou cellulaire; il est exprimé dans les hépatocytes humains dans lesquels son activation engendre une réponse proinflammatoire médiée par la production d’interféron de type I. Dans les cellules cancéreuses, TLR3 peut entraîner l’apoptose par sa capacité à activer la voie extrinsèque des caspases. Notre objectif était de caractériser l’expression et la fonctionnalité de TLR3 dans les carcinomes hépatocellulaires (CHC). Matériels et Méthodes : Ce travail a été mené de manière translationnelle. In vitro : le rôle de TLR3 a été analysé dans un modèle de transformation d’hépatocytes primaires humains (PHH) par les oncogènes SV40LT-ST et H-RasG12 V. In vivo : l’impact de TLR3 a été étudié dans un modèle de souris exprimant l’oncogène SV40 avec un TLR3 sauvage (TLR3+/+) ou invalidé (TLR3-/-). Enfin une cohorte française de 126 patients opérés d’un CHC de toutes étiologies a été analysée afin d’évaluer la valeur pronostique en termes de récidive du niveau d’expression du récepteur en ARNm (q-rt-PCR) en protéine (Western Blot) dans le foie tumoral par rapport au foie non tumoral. Résultats: In vitro, la transformation cancéreuse de PHH in vitro par SV40LT-ST et H RasG12 V s’accompagne d’une baisse drastique du niveau d’expression de TLR3 en ARNm et en protéine. L'expression forcée de TLR3 avant transduction par SV40LT-ST est responsable de l'entrée en apoptose des cellules. In vivo, dans le modèle murin SV40, les foyers de transformation cancéreuse et de CHC sont significativement plus nombreux dans les souris SV40-TLR3-/- que dans les souris SV40-TLR3+/+ à 8, 10 et 12 semaines. De plus, dans les souris SV40-TLR3-/-, l’évaluation de l’apoptose montre une diminution significative au sein du parenchyme hépatique comparée aux souris SV40-TLR3+/+ sans impact sur la prolifération hépatique ni le recrutement des cellules immunitaires. Enfin dans une série de 126 patients résequés d'un CHC, la sous-expression de l’ARNm de TLR3 (déterminée par rapport à un panel de foies sains) était significativement associée à la récidive précoce post-résection en analyse univariée (HR=1.79 [1.04 - 3.06] p=0.03) et multivariée (HR=1.73 [1.01–2.97] p=0.04). L'impact pronostique de la sous-expression de TLR3 a été validé dans une large cohorte de 306 CHC réséqués issus du TCGA. Conclusion: la sous-expression de TLR3 est un mécanisme d’échappement à la mort cellulaire des hépatocytes par apoptose durant l'hépatocarcinogenèse. L’évaluation du niveau d’expression pourrait servir de biomarqueur puisque l’absence de TLR3 est associée au risque de récidive. A contrario, la présence de TLR3 constitue une cible thérapeutique / Introduction: The receptor TLR3 (Toll-like receptor 3) detects viral or cellular double-stranded RNA; it is expressed in human hepatocytes in which its activation generates a pro-inflammatory response mediated by the production of type I interferon. In cancer cells, TLR3 can cause apoptosis by its ability to activate the extrinsic pathway of caspases. Our goal was to characterize the expression and functionality of TLR3 in hepatocellular carcinoma (HCC). Materials and Methods: This work was conducted in a translational way. In vitro: the role of TLR3 was in a model of transformation of primary human hepatocytes (PHH) by the oncogene SV40LT-ST and H-RasG12V. In vivo: the impact of TLR3 was studied in a mouse model expressing the SV40 oncogene with wild-type TLR3 (TLR3 + / +) or invalidated (TLR3 - / - ). Finally, a French cohort of 126 patients operated on with a CHC of all etiologies was analyzed in order to evaluate the prognostic value in terms of recurrence of the receptor expression at mRNA (q-rt-PCR), protein (Western Blot) levels in the tumoral compared to the non-tumoral liver. Results: In vitro, PHH trasformation by SV40LT-ST and H-RasG12V is asociated with a drastic decrease of TLR3 expression at mRNA and protein levels. A forced expression of TLR3 before SV40LT-ST transduction is responsible for the apoptosis of the cells. In vivo, in the SV40 mouse model, CHC foci were significantly higher in SV40-TLR3- / - mice than in SV40-TLR3+ / + mice at 8, 10 and 12 weeks. In addition, in SV40-TLR3- / - mice, comparison of apoptosis showed a significant decrease in hepatic parenchyma compared to SV40-TLR3+ / + mice with no impact on hepatic proliferation or immune cell infiltration. Finally, in a cohort of 126 patients with resected HCC, the downregulation of TLR3 mRNA (compared to a panel of normal livers) was significantly associated with early post-resection recurrence in univariate analysis (HR = 1.79 [1.04 - 3.06] p = 0.03) and multivariate (HR = 1.73 [1.01-2.97] p = 0.04). The prognostic impact of TLR3 downrégulation was validated in a large cohort of 306 resected CHCs from the Cancer genome Atlas (TCGA). Conclusion: TLR3 downregulation is an escape mechanism to apoptosis during hepatocarcinogenesis. TLR3 expression could be used as a prognosis biomarker since the absence of TLR3 is associated with recurrence. On the other hand, the presence of TLR3 constitutes a therapeutic target

Objectif: Environ 30% des patients ayant un cancer du rein métastatique présentent d’emblée des résistances aux agents de thérapie ciblée. Les autres patients développent des résistances thérapeutiques à plus long terme. Une amélioration de la capacité du clinicien à prédire la réponse thérapeutique avant l’initiation du traitement pourrait améliorer le pronostic des patients. Le but de notre projet a été de développer un modèle de xénogreffes dérivées de patients afin d’évaluer la sensibilité des cellules tumorales de chaque patient aux différents agents de thérapie ciblée, avant d’initier un traitement.Méthodes: La membrane chorio-allantoïque de l’embryon de poulet a servi de base à notre modèle. Dans une première phase de notre travail, une xénogreffe de cellules tumorales rénales humaines en suspension a été réalisée afin de vérifier que les caractéristiques histologiques et phénotypiques des tumeurs d’origine étaient conservées dans les xénogreffes réalisées sur notre modèle. Dans une seconde étape, des fragments tissulaires de tumeurs rénales de 5 patients opérés pour néphrectomie cytoréductive dans notre centre hospitalier étaient prélevés et greffés sur notre modèle (>60/patient). Différents agents dethérapie ciblée étaient testés sur les xénogreffes ainsi réalisées.Résultats : Les caractéristiques histo-pathologiques et phénotypiques des tumeurs rénales d’origine étaient conservées après xénogreffes. Il existait une hétérogénéité spatiale intra-tumorale en termes de sensibilité aux différents agents de thérapie ciblée. Il existait également un polymorphisme nucléotidique au sein des différentes régions de chaque tumeur rénale.Conclusion : Ce modèle de xénogreffes rénales dérivées de patients est utile pour l’évaluation de la sensibilité aux agents de thérapie ciblée des cellules tumorales en amont de la prise en charge thérapeutique. Ce modèle permet au clinicien de personnaliser le traitement de chaque patient ayant un cancer du rein métastatique, avant la mise en route d’un traitement systémique. Une évaluation prospective de notre modèle pourrait permettre de mieux appréhender les potentielles retombées cliniques liées à son utilisation. / Objective: Approximately 30% of patients with metastatic renal cancer are resistant to targeted therapy agents. The other patients will eventually develop long-term therapeutic resistances. An improvement in the clinician's ability to predict therapeutic response before treatment initiation could improve patients' prognosis. The aim of our projet was to develop a patient-derived xenograft models to be able to test the sensibility of each patient's renal tumor cells to the different available targeted therapy agent prior to treatment.Methods: The chicken embryo chorioallantoic membrane has been the base of our model. In a first phase of our work, a xenograft of human kidney tumor cells has been carried out in order to verify that the histologic and phenotypic characteristics of the original tumors were preserved in the xenografts performed on our model. As a second step, fragments of the kidney tumor speciments of 5 patients undergoing cytoreductive nephrectomy in our hospital center were grafted on our model (> 60/patient). Different targeted therapy agents were tested on the xenografts we performed.Results: The histopathologic and phenotypic characteristics of the original renal tumors were preserved in our xenografts. There was intra-tumor spatial heterogeneity in terms of sensitivity in different targeted therapy agents. There was also a nucleotide polymorphism within the different regions of each renal tumor.Conclusion: This patient-derived renal xenograft model could be useful prior to treatment for the evaluation of each patients'renal tumor cells to the different available targeted therapy agents. This model could make it possible to personalize the treatment of each metastatic kidney cancer patient, prior to systemic treatment. A prospective evaluation of our model could help assess the potential clinical benefits of its use.

BMAL1, une protéine centrale de l'horloge circadienne.L’inactivation de BMAL1 (BMAL1-KO) entraîne une perte complète de la rythmicité dans les horloges central et périphérique. Le travail de ma thèse se concentre sur le rôle du gène BMAL1 dans la développement et le traitement des cancers du sein et du côlon.1. Pharmacodynamique in vitro de l’Everolimus en fonction du temps d’administration malgré une horloge circadienne défectueuse ((Zhang et al., 2018) (Zhang, Levi and Chang, 2018)L’everolimus (EV) est un inhibiteur de la mTOR chez les mammifères et il est utilisé pour traiter le cancer du sein positif aux oestrogènes (ER+). Nous avons focalisé nos recherches sur la chronopharmacologie de l’Everolimus administré sur des cellules MCF-7 (ER+). Les MCF-7 présentent une oscillation circadienne de l’activité de mTOR sans mise en évidence d’une oscillation des gènes d’horloge. L’oscillation d’activité de mTOR induirait une oscillation de synthèse et/ou de phosphorylation de protéines importantes dans la progression de la phase G1, notamment la Cycline D1 et RB phosphorylée. Ces variations rythmiques des MCF-7 synchronisées expliquent la chrono-efficacité de l’Everolimus selon des temps différents d’administration.Ce travail a révélé que même dans un système de cellules cancéreuses dont l’horloge était perturbée, l'intégration d'autres rythmes cellulaires dans la chronothérapie pouvait augmenter l'efficacité du médicament. Ce principe peut être appliqué à des traitements du cancer pour optimiser la chronothérapie du cancer.2. Le Knockdown BMAL1 a déclenché différents destins de cellules du carcinome du côlon (CRC) en modifiant l'équilibre délicat entre les voies AKT / mTOR et P21 / P53 (Article soumis)Premièrement, nos résultats ont révélé que le knockdown BMAL1 par le shRNA (BMAL1-KD) avait déclenché une activation plus évidente de l’AKT / mTOR dans deux lignées cellulaires primaires (HCT116 et SW480) que une lignée métastatique de CRC, SW620. De plus, bien que les deux lignées cellulaires primaires de CRC aient présenté une augmentation significative de l'activité de l'AKT/mTOR, elles avaient des statuts différents de P53 (WT ou mutant). Dans ce contexte, les cellules SW480 BMAL1-KD avec P53 mutant présentaient une sénescence accrue, mais les cellules HCT116 BMAL1-KD avec P53 WT présentaient d’abord une apoptose transitoire, puis un taux de prolifération plus élevé.Ainsi, nos travaux ont révélé le rôle crucial de BMAL1 pour équilibrer un régulateur central du métabolisme AKT / mTOR et une voie de réponse au stress P53 / P21 dans des lignées cellulaires de CRC, ce qui met en évidence l’importance de BMAL1 dans le développement de CRC et la progression du vieillissement.3. BMAL1 renforce les propriétés épithéliales et diminue la chimiorésistance des cellules du CRC (article en préparation)La transition épithélo-mésenchymateuse (EMT) est un événement critique dans l'invasion et la métastase des carcinomes, y compris le CRC.Dans ce travail, nous avons étudié comment BMAL1 knockdown (Bmal1-KD) altère l’équilibre délicat entre les propriétés épithéliales et mésenchymateuse de trois lignées cellulaires de CRC (HCT116, SW480 et SW620).Après BMAL1-KD, la diminution de l’expression Twist, un facteur de transcription favorisé l’EMT et des marqueurs mésenchymateux (N-Cadhérine, Vimentine) étaient associées à une expression accrue des marqueurs épithéliaux (E-cadhérine, CK20 et EpCAM). De manière constante, l'augmentation de l'expression de l’E-cadhérine après BMAL1-KD était accompagnée d'une co-localisation membranaire accrue de la β-caténine avec l'E-cadhérine, ainsi que d'une diminution de la localisation nucléaire de la β-caténine, suggérant une diminution de l'activation de la voie Wnt. De plus, les cellules BMAL1-KD ont montré une diminution des capacités de migration et de la résistance aux médicaments.Au total, ces données soulignent l’importance de BMAL1 dans l’EMT des cellules de CRC. / BMAL1 is a core circadian clock protein, forming a heterodimer with CLOCK to initiate the transcription of circadian and output genes. Among canonical clock genes, only BMAL1 knockout results in complete loss of rhythmicity in both the SCN and peripheral tissues. My thesis work focuses on exploring the important role of BMAL1 in human breast and colon cancer progression and treatment. My work is divided into three main parts:1. Dosing time dependent in vitro pharmacodynamics of Everolimus despite a defective circadian clock (Zhang et al., 2018)(Zhang, Levi and Chang, 2018) Everolimus (EV) is an inhibitor of mammalian target of Rapamycin (mTOR) and is used to treat estrogen positive (ER+) breast cancer. Here, we investigated whether EV efficacy varied according to administration timing by using the ER+ breast cancer cell line MCF-7 as a model system. Serum shock synchronization induced a circadian oscillation in mTOR activity in MCF-7 cells, which rhythmically regulated the synthesis or phosphorylation of key G1 progression proteins, such as Cyclin D1 and phosphorylated RB, ultimately resulting in different G0/G1 blockage efficiency according to different EV administration timing. Thus, the different delivery schedule of EV presented different efficacy in G0/G1 phase blockage in serum shocked MCF-7 cells.This investigation revealed that, even in a breast cancer cell system with disrupted circadian organization, modulating drug administration according to other protein rhythms could still increase drug efficacy. This principle may be applied to many other cancer systems and treatment types to optimize cancer chronotherapy.2. Knockdown BMAL1 triggered different colon carcinoma cells fates by altering the delicate equilibrium between AKT/mTOR and P21/P53 pathways (Article in preparation)We tried to evaluate in vitro how knockdown BMAL1 (BMAL1-KD) by shRNA influences human colorectal cancer cell (CRC) behavior.The results revealed that BMAL1-KD triggered different CRC cell fates based on distinct p53 status in different cell lines. First, after BMAL1 knockdown, two primary CRC cell lines (HCT116 and SW480) presented a more evident AKT/mTOR activation than the metastatic colon carcinoma cell line, SW620. Furthermore, although both primary CRC cell lines presented a significant increase of AKT/mTOR activity, they had different P53 status (WT or mutant) and activation pattern. Under these context, SW480 BMAL1-KD cells exhibited increased senescence but HCT116 BMAL1-KD cells showed firstly a transient apoptosis and then higher proliferation rate.Thus, our work uncovered the crucial role of BMAL1 to balance a central metabolism regulator AKT/mTOR and a stress response pathway P53/P21 in CRC cell lines, which highlighted the importance of BMAL1 in CRC development and aging progression.3. BMAL1 knockdown leans epithelial–mesenchymal balance toward epithelial properties and decreased the chemoresistance of colon carcinoma cell (Article in preparation)Epithelial-mesenchymal transition (EMT) is a critical early event in the invasion and metastasis of carcinoma, including colorectal cancer (CRC). In this work, we studied how BMAL1-KD alters the delicate equilibrium between epithelial and mesenchymal properties of three colon carcinoma cell lines (HCT116, SW480 and SW620).The results showed the molecular alterations after BMAL1-KD promote mesenchymal-to-epithelial transition-like changes mostly appeared in two primary CRC cell lines (HCT116 and SW480) compared to the metastatic cell line SW620. Subsequently, BMAL1-KD HCT116 and SW480 cells harbored a decreased migration, invasiveness and drug resistance capacities relative to their scramble counterpart cells. All these data suggested the importance of BMAL1 on EMT inducing in colon carcinoma cells.

Les niveaux élevés des facteurs de croissance analogues à l'insuline (Insulin-like Growth Factors; IGF) I et II ont été associés à un risque élevé de cancer du colon/rectum, du poumon et de la prostate. Dans une étude observationnelle prospective de 4855 hommes adultes, nous avons testé cette hypothèse. Après 9 ans de suivi, 26 cas de cancer colorectal, 21 cas de cancer du poumon et 101 cas de cancer de la prostate sont survenus. Les rapports de cotes (RC) et leurs intervalles de confiance (IC) à 95% obtenus par régression logistique en comparant la moitié supérieure à la médiane à l'autre moitié sont, pour l'IGF-I, de 0,68 (IC à 95%=0,28-l,66), de 0,76 (IC à 95%=O,35-l,7O) et de 0,94 (IC à 95%=0,63-l,40) et, pour l'IGF-II, ils sont de 0,93 (IC à 95%=0,39-2,19), de 1,01 (IC à 95%=0,47-2,19) et de 0,97 (IC à 95%=0,66-l,45), respectivement pour le cancer du poumon, du colon/rectum et de la prostate. Ces résultats suggèrent que les niveaux plasmatiques élevés des IGF-I et II ne sont pas associés à un risque élevé de chacun des 3 cancers. / High levels of Insulin-like Growth Factor-I (IGF-I) and IGF-II have been associated with an increased risk of colorectal, lung and prostate cancer. To test this hypothesis, we conducted an observational prospective study of 4855 adult men. After a 9-year follow-up period, 26 colorectal cases, 21 lung cancer cases, and 101 prostate cancer cases were diagnosed. The odds ratios and their confidence intervals obtained by logistic regression comparing the upper half to the lower half of the distribution were 0,68 (95% CI=0,28-l,66), 0,76 (95% CI=0,35-l,70), and 0,94 (95% CI=0,63-l,40) for IGF-I and 0,93 (95% CI=0,39-2,19), 1,01 (95% CI=0,47-2,19), and 0,97 (95% CI=0,66- 1,45) for IGF-II, for lung cancer, colorectal cancer, and prostate cancer, respectively. These results suggest that high levels of IGF-I and IGF-II are not associated with an increased risk of any of these three cancers.

Résumé : La répression fréquente du gène encodant pour le « suppressor of cytokine signaling 1 » (SOCS1) dans le carcinome hépatocellulaire (CHC) et la forte susceptibilité des souris déficientes pour SOCS1 à développer des tumeurs hépatiques expérimentales suggèrent que SOCS joue un rôle de suppresseur de tumeur. Cette notion est supportée par les études impliquant la répression de l’expression de SOCS1 via des évènements épigénétiques ou par les microARN dans plusieurs autres types de cancers. Les mécanismes moléculaires sous-jacents au rôle potentiel de suppresseur de tumeur de SOCS1 dans le foie demeurent à ce jour inconnus. Bien que les récepteurs à activité tyrosine kinase (RTK) sont reconnus pour induire l’expression de l’ARNm de SOCS1, le rôle et les mécanismes par lesquels SOCS1 peut réguler la signalisation des RTK sont incertains. Le RTK MET, qui a pour ligand le facteur de croissance des hépatocytes (HGF), régule plusieurs fonctions cellulaires normales. La dérégulation de la signalisation du récepteur MET joue des rôles importants dans la pathogenèse du CHC. Des études ont démontré que l’activation de MET promeut la prolifération, l’invasion et la migration des cellules cancéreuses du foie ainsi que leur dissémination métastatique. La signalisation aberrante de MET est un trait commun de plusieurs autres cancers et serait à l’origine de l’émergence de la résistance à la chimiothérapie. Dans ce projet, j’ai investigué les mécanismes moléculaires par lesquels SOCS1 régule l’activité du récepteur MET. Mes résultats indiquent que le foie des souris Socs1[indice supérieur -/-]Ifng[indice supérieur -/-] se régénère plus rapidement que celui des souris contrôles. Suivant une stimulation au HGF, les hépatocytes issus des souris Socs1[indice supérieur -/-] Ifng[indice supérieur -/-] présentent une augmentation de la signalisation de MET, de la migration et de la prolifération cellulaires. L’expression exogène de SOCS1 dans différentes lignées cellulaires d’hépatocarcinomes humains et murins inhibe la signalisation induite par HGF. De plus, SOCS1 diminue la prolifération, la croissance indépendante de l’anchrage et la migration dans ces lignées de CHC in cellulo et réduit de façon significative leur croissance dans les essais de xénogreffes chez les souris immunodéficientes. Mes résultats suggèrent que l’activation de la signalisation HGF-MET induit la transcription du gène SOCS1, suivi par une interaction physique entre SOCS1 et MET. L’analyse de divers mutants de SOCS1 révèle que cette interaction implique principalement les domaines SH2 et « kinase inhibitory region » (KIR) de SOCS1. L’activité kinasique de MET est requise pour cette interaction puisque l’interaction entre SOCS1 et un mutant kinase-inactif de MET est fortement réduite. SOCS1 est aussi phosphorylé en aval de MET sur quatre résidus tyrosine (Tyr). Quoique ces résidus Tyr représentent théoriquement des sites d’interaction pour des protéines adaptatrices possédant des domaines de liaison aux phospho-Tyr, elles ne semblent pas impliquées dans l’interaction de SOCS1 avec MET. Je démontre également que SOCS1 induit l’ubiquitination de MET via l’élongation de chaînes de polyubiquitine de type K48, conduisant à sa dégradation par le protéasome. Cette modulation négative de MET par SOCS1 dans les cellules CHC survient indépendamment de la voie de dégradation lysosomale de Cbl qui est partagée par plusieurs autres RTK. // Abstract : Frequent repression of the gene coding for the suppressor of cytokine signaling 1 (SOCS1) in hepatocellular carcinoma (HCC) and increased susceptibility of SOCS1 deficient mice to experimental hepatocarcinogenesis suggest a tumor suppressor role for SOCS1. This notion is supported by epigenetic and micro-RNA-mediated blockade of SOCS1 expression in several other cancers. Molecular mechanisms underlying the putative tumor suppressor function of SOCS1 in the liver have not been elucidated yet. Although receptor tyrosine kinases (RTK) can induce SOCS1 mRNA expression, the role and mechanisms of SOCS1 in regulating RTK signaling are not yet clear. c-Met is the RTK for hepatocyte growth factor (HGF) and mediates several normal cellular functions. HGF signaling and MET activation also play important roles in the pathogenesis of HCC. Experimental studies have shown that the activated MET promotes proliferation, invasion and migration of liver cancer cells and enhances metastasis. Aberrant MET signaling is a hallmark of many other cancers and underlies the emergence of chemoresistant clones. In this project, I investigated the molecular mechanisms by which SOCS1 regulates MET RTK activity. My results illustrate that the Socs1[superscript -/-]Ifng[superscript -/-] liver regenerates at a faster rate than the control one. Following HGF stimulation, hepatocytes from Socs1[superscrip -/-]Ifng[superscript -/-] mice display increased MET signaling, cell migration and proliferation. Forced expression of SOCS1 inhibits HGF-induced signaling pathways in different human or murine hepatoma cell lines. Furthermore, SOCS1 also decreases cell proliferation, anchorage-independent growth, and migration of HCC cell lines in cellulo, and results in significant inhibition of their growth as xenografts in immunodeficient mice. My findings show that activation of HGF-MET signaling results in transcriptional activation of SOCS1 gene, followed a physical interaction between SOCS1 and MET. Analysis of various SOCS1 mutants reveals that this interaction is mediated primarily via the SH2 and the kinase inhibitory region (KIR) domain of SOCS1. MET kinase activity is required for this interaction since SOCS1 binding to a kinase-dead MET mutant is dramatically reduced. MET promotes phosphorylation of SOCS1 on four tyrosine (Tyr) residues. Although these Tyr might represent potential binding sites for adaptors containing phospho-Tyr-binding domains, they do not appear to be involved in the interaction of SOCS1 with MET. I also show that SOCS1 induces polyubiquitination of MET via K48-ubiquitin chain elongation leading to its degradation by proteasomes. The SOCS1-mediated downmodulation of MET expression in HCC cells occurs independently of the Cbl-mediated lysosomal degradation pathway shared by many other RTKs. Taken together, my findings show that SOCS1 attenuates HGF-induced cellular functions by targeting the activated MET receptor for proteasomal degradation.

Au sein des tumeurs, y compris pour le carcinome hépatocellulaire (CHC), des sous-populations de cellules néoplasiques ont révélé une grande capacité à initier de nouvelles tumeurs et à induire des métastases. Les premières études sur ces cellules ont rapidement montré que la présence de ces cellules était déterminante dans le développement tumoral et elles ont donc été renommées « cellules souches cancéreuses » (CSCs). Malheureusement les mécanismes impliqués dans la maintenance de ces CSCs ne sont que partiellement compris. Par ailleurs dans le CHC un lien a été établi entre les signaux du facteur de croissance de transformation (Transforming Growth Factor, TGF-ß) provenant du microenvironnement tumoral et certaines populations de cellules cancéreuses dont la présence est corrélée à un faible pronostic. La façon dont TGF-ß peut ainsi établir et modifier un phénotype cellulaire dans le CHC reste néanmoins obscure. La méthylation de l’ADN étant un acteur majeur dans la mise en place des programmes cellulaires, notre but a été de caractériser le méthylome de CSCs hépatiques et son lien avec la capacité de TGF-ß à induire des CSCs. Nous nous sommes appuyés sur l’expression du marqueur CD133 pour définir la population de CSCs hépatiques. Afin comprendre l’importance des marques de méthylation de l’ADN dans les CSCs hépatiques, nous avons dans un premier temps déterminé quelle était la signature des cellules CD133+ au niveau de la méthylation de l’ADN en utilisant des puces de méthylation à grande échelle. Les sites CpG différentiellement méthylés ont montré un enrichissement pour d’une part des voies de signalisation déjà identifiées dans les CSCs et, d’autre part, pour des voies de signalisation associées au processus inflammatoire dont la voie TGF-ß/SMAD. Par la suite, nous avons montré que TGF-ß pouvait induire de façon permanente les cellules CD133+ contrairement à une autre cytokine influente dans le cancer du foie, l’interleukine 6. Cette augmentation de cellules CD133+ induite par TGF-ß est associée à des changements de méthylation de l’ADN sur l’ensemble du génome et qui sont, de plus, maintenus au cours des divisions cellulaires. La comparaison entre les deux méthylomes (liés aux cellules CD133+ et à l’action de TGF-ß) a exposé une signature commune significative indiquant que TGF-ß pourrait promouvoir le phénotype de CSC via le processus de méthylation de l’ADN. Mais nous avons également déterminé qu’une grande partie des effets sur la méthylation induits par TGF-ß était totalement indépendante de l’induction de cellules CD133+. Enfin, nous avons observé que les sites de méthylation sensibles au signal de TGF-ß étaient regroupés de façon significative au niveau de régions « enhancer » qui régulent la transcription des gènes. Par ailleurs, ces sites incluaient également des gènes précédemment identifiés comme cibles de TGF-ß mais aussi des gènes codant pour des acteurs épigénétiques de premier ordre comme les méthyltransférases de l’ADN. Ces résultats constituent la première description d’une signature de méthylation de l’ADN induite par TGF-ß permettant une reprogrammation stable vers un profil épigénétique de CSC hépatiques. / Distinct subpopulations of neoplastic cells within tumors, including hepatocellular carcinoma (HCC), display a pronounced ability to initiate new tumors and induce metastasis. Investigations on theses cells rapidly described them as essential for tumor growth and based on theses observations they have been named “cancer stem cells” (CSCs). Unfortunately, the mechanisms involved in sustaining their programs are only partially known. In HCC, there is an established link between microenvironmental signals from Transforming Growth Factor beta (TGF-ß) and survival of certain cell subpopulations which is results in a bad prognosis. However, how TGF-ß establishes and modifies cell behavior in HCC is not fully understood. As DNA methylation is involved in establishing cellular programs, our aim was to characterize the methylome of putative liver CSCs, and its link to the ability of TGF-ß to induce liver CSCs. We used CD133 expression as a positive marker for liver CSC. To understand the relevance of DNA methylation programs in liver CSCs, we first defined the methylome signature of CD133+ cells in liver cancer cells using methylation bead arrays. Differentially methylated CpG sites were enriched in known pathways related to CSC survival and to inflammation, including the TGF-ß/SMAD pathway. Next, we showed that TGF-ß persistently induces CD133+ cells in opposition to another cytokine related to HCC, interleukin 6. We observed that this increase is associated with genome-wide changes in the methylome induced by TGF-ß and that are perpetuated through cell division. We observed a significant overlap between the CD133+ methylome and the methylome induced by TGF-β, indicating that TGF-ß may induce CSC phenotype through DNA methylation reprogramming. Additionally, we observed genome-wide effects of TGF-ß that are independent of the induction of CD133. Finally, TGF-ß methyl-sensitive sites were significantly concentrated in enhancer regions of the genome, and include well-known targets of TGF-ß, and epigenetic players, such as de novo DNA methyl-transferases. In conclusion our results are the first indication of the ability of TGF-ß to induce genome-wide changes of DNA methylation, leading to a stable switch to a liver cancer stem cell epigenetic program.

Le carcinome hépatocellulaire (CHC) est la 3ème cause de mortalité par cancer dans le monde. L'identification de nouveaux marqueurs sériques est cruciale pour améliorer le pronostic. Dans ce travail, nous avons évalué l'intérêt de la spectroscopie vibrationnelle, infrarouge et Raman, appliquée au sérum pour le diagnostic du CHC. Dans un premier temps, nous avons réalisé 2 études pilotes pour évaluer le potentiel de ces deux approches. L'intérêt de la spectroscopie Raman appliquée au sérum a été évalué chez 37 patients cirrhotiques avec CHC et 34 patients cirrhotiques sans CHC. L'analyse des données spectrales a permis de classer les patients avec un taux d'exactitude diagnostique de 85 à 91%. Nous avons également démontré l'intérêt diagnostique de la spectroscopie IRTF dans une population de 40 patients avec CHC et 39 patients sans CHC. Dans cette étude, le taux d'exactitude diagnostique était de 82 à 86%. Dans un deuxième temps, nous avons mené une étude sur un plus grand nombre de patients afin de valider les résultats obtenus dans l'étude pilote IRTF. Les caractéristiques spectrales IRTF du sérum de 308 patients cirrhotiques avec CHC ont été comparées à celles du serum de 509 patients cirrhotiques sans CHC. L'analyse des données spectrales par deux méthodes de classification supervisée, SVM et PLS-DA, n'a pas permis de confirmer les résultats obtenus dans cette étude pilote. Avec un taux d'exactitude diagnostique entre 50 et 60 %, l'analyse spectrale IRTF du sérum entier n'apparait pas discriminante pour distinguer les patients cirrhotiques avec et sans CHC. Ce résultat souligne la nécessité de confirmer sur un grand nombre de patients les résultats obtenus dans des études pilotes. L'analyse spectrale ciblée sur des fractions du sérum pourrait permettre d'identifier plus efficacement des marqueurs diagnostiques en évitant la superposition des informations spectrales liées aux multiples molécules présentes dans le sérum entier. / Hepatocellular carcinoma (HCC) is the third cause of cancer death in the world. The identification of novel serum markers is crucial to improve the prognosis. In this work, we evaluated the potentiels of vibrational spectroscopy, infrared and Raman spectroscopy, applied to serum to diagnose HCC. On a first step, two pilot studies were conducted to evaluate these two approaches. Raman spectroscopy applied to the serum was tested in 37 cirrhotic patients with HCC and 34 cirrhotic patients without HCC. Analysis of spectral data showed that it was possible to classify patients with a diagnostic accuracy rate of 85 to 91%. We also demonstrated the diagnostic performance of FTIR spectroscopy in a population of 40 patients with HCC and 39 patients without HCC. In this study, the diagnostic accuracy rate was 82 to 86%. In a second step, an FTIR study on a larger number of patients was performed to validate the results obtained in the pilot studiey. FTIR spectral characteristics of 308 serum from cirrhotic patients with HCC were compared with those of 509 cirrhotic patients without HCC. The supervised classification methods, SVM and PLS -DA were applied but did not confirm the results obtained in the pilot study. The diagnostic accuracy was between 50 and 60%, FTIR spectral analysis of whole serum does not appear discriminant enough to differentiate cirrhotic patients with and without HCC. This result highlights the need to confirm on a large number of patients results in pilot studies. Spectral analysis of serum fractions could be an alternative to more effectively identify diagnostic markers avoiding overlapping spectral information related to the complex composition of whole serum.

Dans les pays d’Afrique Sub-Saharienne et d’Asie du Sud-Est, l’infection chronique par le virus de l’hépatite B (VHB) et l’exposition à l’aflatoxine B1 (AFB1) ont un rôle synergique dans le développement du carcinome hépatocellulaire (CHC). Cependant les mécanismes impliqués ne sont pas élucidés à ce jour. Le VHB est un petit virus à ADN qui induit différentes maladies du foie allant du portage asymptomatique au CHC. L’AFB1 est une mycotoxine qui contamine la nourriture. Après activation en époxyde, elle forme des adduits à l’ADN puis des mutations, dont la mutation au codon 249 du gène suppresseur de tumeur TP53 (AGG → AGT, mutation R249S). Nous avons utilisé les caractéristiques uniques de la lignée cellulaire HepaRG pour étudier les interactions entre le VHB et l’AFB1 : ces cellules se différencient in vitro en hépatocytes qui métabolisent l’AFB1 et peuvent être infectés par le VHB. Nous avons montré que l’AFB1 induit une réponse de p53 dose-dépendante et agit comme un agent antiviral en réprimant la production de particules virales après 48h d’exposition. D’autre part, l’infection par le VHB n’a montré aucun effet sur la formation ou la réparation des adduits. De la réparation et de la prolifération cellulaire ont été observées suite au traitement à l’AFB1, suggérant la faisabilité de l’étude de mutations dans ce système, dont R249S. Ces résultats suggèrent que l’AFB1 atténue l’hépatite chronique tout en maintenant les hépatocytes sous intense pression mutagène, ce qui favoriserait la progression vers le CHC / In sub-Saharan Africa and South-East Asia, chronic infection by hepatitis B virus (HBV) and exposure to aflatoxin B1 (AFB1) play a synergic role in the development of hepatocellular carcinoma (HCC). However mechanisms are still largely unknown. HBV is a small DNA virus which induces different liver diseases from asymptomatic carriage to HCC. AFB1 is a mycotoxin which contaminates food. After activation into an epoxide, it forms DNA adducts and mutations, such as R249S mutation at codon 249 in tumor suppressor TP53 gene (AGG → AGT). We have taken advantage of the unique features of the cell line HepaRG to investigate interactions between both risk factors: cells differentiate in vitro into hepatocytes which metabolize AFB1 and can be infected by HBV. We have shown that AFB1 induces a dose-dependent p53 response and act as an antiviral agent by repressing production of HBV particles after 48 hours of exposure. Nevertheless HBV infection had no effect on adduct formation or repair. Moreover DNA synthesis activity associated to DNA repair and cell proliferation were observed following AFB1 treatment, suggesting the feasibility of mutation research in this model, especially R249S. Overall these results suggest that AFB1 may attenuate HBV chronic hepatitis while maintaining hepatocytes under intense mutagenic pressure, thus enhancing the progression towards HCC