Les oestrogènes peuvent favoriser la croissance, la promotion et la progression des cancers hormono-dépendants tels que le cancer du sein, de la prostate et des ovaires. Certains métabolites secondaires de plantes constituent une source importante de phyto-œstrogènes, capables de réduire le risque du cancer en antagonisant les fonctions des hormones. La férutinine (FRT), est une phyto-œstrogène biologiquement active extraite des racines de Ferula hermonis, espèce endémique du Liban. Plusieurs études ont été menées sur l'activité œstrogénique et anticancéreuse de la FRT, cependant son activité cytotoxique sur les lignées de cancer œstrogéno-dépendantes n'a pas été élucidée. La FRT est connue pour son effet agoniste vis-à-vis des récepteurs aux œstrogènes a (REa) et agoniste/antagoniste vis-à-vis des REß. Dans un premier temps, la production de la FRT a été optimisée par une hémisynthèse à partir de l'hydrolyse basique de l'extrait brut. Son activité anticancéreuse sur des lignées du sein MCF-7 (REa+, REß+) et MDA-MB-231(REa-, REß-), de la prostate PC-3 (REa+,REß+), DU 145 (REa-, REß+) et 22Rv1 (REa-, REß-) et des ovaires OVCAR-3 (REa+, REß+), SKOV-3 (REa muté, REß+) et IGROV-1 (REa-, REß-) a été testée. Un effet biphasique a été observé sur la prolifération des cellules du carcinome mammaire MCF-7, où son activité proliférative a été corrélée avec la stimulation des REs. La FRT est capable à des concentrations élevées d'inhiber la prolifération des lignées cellulaires cancéreuses et d'induire un arrêt du cycle cellulaire au niveau de la phase pré G0/G1 agissant ainsi via un mécanisme pro-apoptotique. L'efficacité de la férutinine réside dans son pouvoir à cibler spécifiquement les cellules souches/progénitrices cancéreuses chez les lignées cellulaires étudiées qui sont à la base de la réémission tumorale. Cependant, son activité antiproliférative est considérée moyenne puisqu'elle ne peut pas déclencher à des faibles concentrations une activité pure antagoniste des œstrogènes. Les travaux de thèse se sont ensuite focalisés sur la synthèse de composés analogues de la FRT en conservant sa structure indispensable à son activité. Nous avons élaboré un filtre in silico de chimiothèques d'antagonistes potentiels des REs. Ce nouvel outil d'arrimage moléculaire a guidé la synthèse des analogues de la FRT en améliorant leur fixation en position antagoniste dans le site de liaison des REs. L'arrimage moléculaire de la férutinine dans le site actif des REs a confirmé structuralement sa double compétence œstrogénique (agoniste/antagoniste) observée in vitro. Une douzaine d'analogues de la FRT a été synthétisée et testée pour son pouvoir antiprolifératif sur les lignées cancéreuses considérées. Des résultats prometteurs ont été obtenus notamment pour trois analogues sur les lignées cancéreuses mammaires (3c' et 2c'), prostatiques (2c') et ovariennes (3b). Ces composés ont montré une sélectivité vis-à-vis des lignés cancéreuses. Ces analogues constitueront alors des candidats pour une éventuelle plateforme de développement d'agents anticancéreux. / Estrogens are key regulators of cell growth in hormone-dependent cancers such as breast, prostate and ovarian. Phyto-estrogens are a diverse group of plant-derived compounds, exhibiting potential benefits for chemoprevention by antagonizing the function of estrogens. Ferutinin (FRT) is the main active phyto-chemical extracted from the endemic plant of Lebanon, Ferula hermonis. Several studies were conducted on the estrogenic and anti-proliferative activities of FRT; nevertheless, its cytotoxic activity against estrogen-dependent cancers is not yet elucidated. FRT has been reported as agonist to estrogen receptor a (ERa) and agonist/antagonist to ERß. FRT production was first optimized by hemi-synthesis from basic hydrolysate of crude root extract. The anticancer properties of FRT was assessed against breast (MCF-7, MDA-MB-231), prostate (PC-3, DU 145, 22Rv1) and ovarian (OVCAR-3, SKOV-3, and IGROV-1) cancer cell lines. A biphasic effect was observed on the proliferation of mammary MCF-7 cell line, where the proliferative activity was correlated to ER stimulation. FRT inhibited the proliferation of all studied cell lines at high concentrations and induced a pre G0/G1 cell cycle arrest via a pro-apoptotic mechanism of action. FRT targeted the enriched population of cancer stem cells/progenitors which is responsible for tumor reemission. However, its antiproliferative activity is considered weak since it cannot trigger at low concentrations pure estrogen antagonistic activity. This project emphasizes next on the synthesis of FRT analogues by preserving its active structure. We have created an in silico filter of chemical compounds that might act as potential antagonists to ERs. This novel molecular docking tool was used to design FRT derivatives by enhancing their antagonist position inside the binding cavity of ERs. Docking results of FRT in the binding site of ERs confirmed structurally the dual potency that exerts this molecule (agonist/antagonist) in vitro. A list of FRT analogues were synthesized and tested for their anti-proliferative activity against the studied cell lines. Promising results were obtained with three ferutinin analogues on the proliferation of breast (3c' and 2c'), prostate (2c') and ovarian (3b) cancer cell lines. These compounds were also shown to be more selective to cancer cell lines. The cytotoxic properties of these analogues suggest that they could be promoted as potential candidates for useful anticancer therapy.

La présence de métastases est un facteur de mauvais pronostic dans les cancers solides et une meilleure compréhension de la dissémination tumorale est nécessaire afin d'améliorer la prise en charge de ces formes avancées. Les cellules tumorales circulantes (CTC) représentent un intérêt majeur dans la pathologie tumorale, d'une part sur le plan clinique en tant que marqueur prédictif et pronostique et d'autre part sur le plan de la compréhension des mécanismes impliqués dans la formation des métastases. Les CTC sont rares et hétérogènes et restent mal caractérisées, et ce, particulièrement dans le cancer colorectal. Une partie de ces cellules aurait un phénotype de cellules initiatrices de tumeur (CIT) leur permettant de former des métastases, de résister aux traitements et par conséquent d'être responsables des rechutes. Une meilleure connaissance des CTC possédant un phénotype de CIT représente donc un enjeu majeur. L'objectif de ce travail a été d'identifier et de caractériser les CTC avec un potentiel de cellules initiatrices de tumeur dans le cancer colorectal en se basant sur les propriétés fonctionnelles des CIT. Nous avons ainsi, pour la première fois, pu établir deux modèles permettant de répondre à cet objectif. D'une part des lignées de CTC avec un fort potentiel de CIT obtenues à partir d'échantillons sanguins de patients atteints de cancer colorectal, et d'autre part, nous avons mis en place un modèle murin de dissémination tumorale par xénogreffe orthotopique permettant d'isoler les CTC. / Liver or lung metastases represent a poor prognosis in colorectal cancer patients and better understanding tumor spreading became essential to improve patient care. Circulating tumor cells (CTC) is considered as a promising tool, both as prognostic marker and as tool to study mechanisms involved in metastasis development. CTCs are rare and heterogeneous and remain poorly characterized especially in colorectal cancer. It is accepted that at least some of the CTC have a tumor initiating cell (TIC) phenotype that could be responsible for metastasis, chemoresistance and consequently lead to relapse. A deep characterization of CTC became thus an urgent unmet need. The aim of this work was to identify and characterize CTC with TIC properties in colorectal cancer, on the basis of their functional properties. To reach this aim, we established for the first time and characterized CTC lines from blood sample of colorectal cancer patient, and we also developed an orthotopic xenograft mouse model in which tumoral cells are circulating in the blood.

Le cancer est l'une des principales causes de décès dans le monde. D'après la société américaine contre le cancer; en 2015, un quart des décès aux Etats-Unis est du au cancer du poumon avant même les maladies cardiaques. Cette situation nous incite et bien d'autres scientifiques dans le monde à développer des moyens plus efficaces de traitement, le diagnostic et le dépistage de la maladie. Parce que près de 90% des décès par cancer sont dus à des métastases, de nombreuses études se sont concentrées sur le mécanisme de métastases et sur son impact clinique. Les cellules tumorales circulantes (CTC) sont les cellules s’échappent de tumeurs primaires ou métastatiques pour rejoindre le flux sanguin périphérique, ces cellules sont un élément de transition dans le processus métastatique et portent ainsi des informations cruciales sur ce mécanisme encore mal compris. Les CTCs ont déjà montré leur potentiel comme biomarqueur de pronostic de la progression de la maladie et de l'indicateur de l'efficacité du traitement en fonction l’augmentation ou de la diminution de leur nombre. Leur caractérisation moléculaire peut également donner des informations vis à vis de cibles thérapeutiques possibles et des mécanismes de progression de la maladie ou de la résistance aux médicaments. Leur comptage au cours du traitement combiné avec leur caractérisation moléculaire devrait améliorer la prise en charge des patients dans le cadre de la médecine personnalisée. Cependant CTCs sont extrêmement rares, 1 à 10 cellules / ml de sang parmi les 106 globules blancs et 109 globules rouges, leur capture à partir du sang reste donc un challenge analytique. Dans les dernières décennies, Une grande variété de techniques d'enrichissement et de capture a été mise au point et l'approche microfluidique est l'une des méthodes efficaces, flexibles et à haut débit. Au sein de notre équipe, un dispositif microfluidique (système Ephesia) puissant pour la capture et l'analyse des cellules tumorales circulantes a déjà été mis au point précédemment. Le principe de capture est basé sur l'auto-assemblage de billes magnétiques greffées par des anticorps, grâce aux quelles les cellules sont enrichies via l’interaction Ab- l'antigène de surface EpCAM que l'on trouve communément dans les cellules cancéreuses d'origine épithéliale. Ce système a déjà été validé avec des lignées cellulaires et des échantillons de patients. Cependant, le système n'a pas permis l'isolement / détection des sous-populations de CTCs ou d'effectuer une caractérisation moléculaire très poussée. Par conséquent, mon projet de thèse vise à améliorer encore les capacités du système sur les deux principaux aspects: le ciblage sous-populations de CTC et à l'étude des interactions des protéines à la surface des CTCs dans le Système Ephesia... / Metastasis is the advanced stage of cancer progression and is the cause of 90% of deaths in cancer disease. During metastatic cascade, it is suggested that the successful metastatic initiation depends on the survival of circulating tumor cells (CTCs). CTCs are the cells that shed from the primary or secondary tumor sites into the blood circulation. it is now widely recognized as potential biomarker for companion diagnostics in which high number of CTCs in blood can indicate association with poor survival or high risk of disease progression. Besides, following the number of CTCs during the course of treatment can help to adapt the selected therapy and predict the treatment efficacy. On the other hand molecular characterization can provide patient stratification and identifying the therapeutic targets. However they are extremely rare in the bloodstream, estimated between 1-10 CTC among 6×106 leukocytes, 2×108 platelets and 4×109 erythrocytes per one mL of blood which makes their isolation very challenging. A very attractive way of isolation of CTCs is to integrate microfluidics. Microfluidics offers great advantages such as low volume of reagent consumption and short analysis times with automation as well as isolation and detection analysis can be integrated resulting in highly efficient biomedical devices for diagnostics. As parallel to state of the art, a powerful microfluidic device for circulating tumor cells capture and analysis had already been developed previously in our laboratory. The principle of capture is based on self-assembly of antibody-coated (EpCAM) magnetic beads in which the cells are enriched by EpCAM surface antigen which is found commonly in epithelial origin cancer cells. This system was already validated with cell lines and patients samples. However, the system did not allow isolation/detection of subpopulations of CTCs or performing high content molecular characterization. Therefore, my PhD project aimed at further improving the capabilities of the system on the main two aspects: targeting subpopulations of CTC and studying of protein interactions of CTCs in Ephesia System...

Les glioblastomes sont des tumeurs au pronostic défavorable. L’échec des thérapies est lié à la présence de cellules souches cancéreuses (CSCs), résistantes aux traitements ; la caractérisation de ces cellules et l’identification de biomarqueurs sont donc primordiales. Le calcium contrôle de nombreux processus cellulaires ; parmi les éléments majeurs de la signalisation calcique, la Calmoduline (CaM) est impliquée dans différentes pathologies, dont des cancers, et est un puissant régulateur de l’état physiologique d’une cellule. CaM interagit avec de nombreuses protéines impliquées dans la régulation de l’homéostasie calcique de la cellule. Nous avons cherché à identifier et caractériser des antagonistes de CaM, inhibant différentiellement ces interactions. L’utilisation de ces antagonistes en tant que perturbateurs de l’homéostasie calcique a permis de mettre en évidence un marqueur caractérisé des CSCs de glioblastomes. D’autre part, l’étude comparée du protéome membranaire de CSCs issues de glioblastomes a permis de mettre en évidence la surexpression de clusters de différenciation et protéines impliquées dans la signalisation calcique. Ces protéines sont de potentiels marqueurs moléculaires des CSCs de glioblastome. / Glioblastomas are malignant tumor of poor prognosis. Therapeutic failure might be supported by cancer stem cells (CSCs); characterization of these cells and biomarkers identification are of most importance. Calcium controls numerous cellular process; beyond major elements of calcium signaling, Calmodulin (CaM) is involved in different pathologies and tumors, and is a powerful regulator of cell physiological state. CaM interacts with a plethora of proteins involved in cell calcium homeostasis regulation. We aimed at identifying and characterizing CaM antagonists, capable of differentially inhibiting these interactions. The use of these antagonists in calcium homeostasis disturbance led to the identification of a characterized marker of glioblastomas CSCs. In another approach, the comparative study of glioblastomas CSCs membrane proteome uncovered the overexpression of differentiation clusters and proteins involved in calcium signaling. These proteins are potential molecular biomarkers for glioblastomes CSCs.

L’infection chronique par Helicobacter pylori touche plus de la moitié de la population mondiale et est la principale cause connue de l’adénocarcinome gastrique. La metformine, un antidiabétique oral, est de plus en plus étudiée pour ses propriétés antitumorales dans de nombreux types de cancers. Cependant, ses effets potentiels ont très peu été étudiés dans le cancer gastrique. Des expériences réalisées sur des lignées cellulaires cancéreuses gastriques et des tumeurs de patients amplifiées par xénogreffe chez la souris (PDX), ont permis de confirmer les propriétés antitumorales de la metformine. La metformine, en traitement préventif et curatif, diminue la capacité de formation des tumorsphères, l’expression des marqueurs de CSC gastriques, et la capacité d’auto-renouvellement propre aux CSC. Dans un second temps, nous avons montré que la metformine est capable d’inhiber la croissance bactérienne de H. pylori invitro et in vivo. Enfin, les effets de l’infection par H. pylori ont été étudiés sur la voie de signalisation mTOR par la réalisation d’une analyse transcriptomique et de western-blots sur des lignées cellulaires gastriques. Ceci a permis de démontrer que H. pylori inhibe le complexe mTORC1.Pour conclure, ce travail de thèse a permis i) de démontrer la capacité de la metformine à cibler les CSC gastriques, ii) de découvrir une nouvelle propriété antibactérienne de la metformine vis-à-vis de H. pylori, iii) de démontrer que H. pylori inhibe la voie de signalisation mTOR. / Chronic infection with Helicobacter pylori affects more than half of the world's population and is the main known cause of gastric adenocarcinoma. Metformin is an oral antidiabetic drug used to treat type 2 diabetes patients, and is being increasingly studied for its antitumoral properties in several cancer types. However, its potential effects in gastric cancer have not been thoroughly studied. Experiments performed on gastric cancer cell lines and patient-derived gastric carcinoma xenografts (PDX), have confirmed the antitumoral properties of metformin. Metformin, in preventive and curative treatment, decreases the tumorsphere formation, the expression of gastric CSC markers and the self-renewal capacity of CSC. In a second time, we have shown that metformin is able to inhibit the bacterial growth of H. pylori in vitro and in vivo. Finally, the effects of the H. pylori infection have been studied on the mTOR signaling pathway using a transcriptomic analysis and western blots, performed on gastric cancer cell lines. These show the ability of H. pylori to inhibit mTORC1.To conclude, this thesis work allowed i) to demonstrate the ability of metformin to target gastric CSCs, ii) to discover a new antimicrobial property of metformin against H. pylori, iii) to demonstrate that H. pylori inhibits the mTOR signaling pathway.

Le glioblastome multiforme (GBM) est la tumeur cérébrale la plus commune et létale chez l’adulte. Malgré les avancés fulgurantes dans la dernière décennie au niveau des thérapies contre le cancer, le pronostique reste inchangé. Le manque de spécificité des traitements est la cause première de la récurrence de cette tumeur. Une meilleure compréhension au niveau des mécanismes moléculaires et biologiques de cette tumeur est impérative. La découverte des cellules souches cancéreuses (CD133+) au niveau du GBM offre une nouvelle opportunité thérapeutique contre cette tumeur. Effectivement, les cellules CD133+ seraient responsables de l’établissement, le maintien et la progression du GBM. De plus, elles sont également la cause de la résistance du GBM faces aux traitements de radiothérapies. Ces cellules représentent une cible de choix dans le but d’éradiquer le GBM. L’oncogène BMI1 a été associé à plusieurs types de tumeurs et est également essentielle au maintien de différentes populations de cellules souches normales et cancéreuses. Une forte expression de BMI1 est observée au niveau du GBM et plus précisément, un enrichissement préférentiel de cette protéine est noté au niveau des cellules CD133+. L’objectif principal de cette thèse est d’évaluer le rôle potentiel de BMI1 dans le maintien et la radiorésistance des cellules souches cancéreuses (CSC), CD133+ du GBM. La fonction principale de BMI1 est la régulation négative du locus INK4A/ARF. Ce locus est impliqué dans l’activation de deux voies majeurs anti-tumorales : P53 et RB. Or, la perte de BMI1 induit in vitro une diminution des capacités prolifératives, une augmentation de la différentiation et de l’apoptose, ainsi qu’une augmentation de la radiosensibilité des CSC du GBM indépendamment de la présence du locus INK4A/ARF. Effectivement, deux tumeurs sur trois possèdent une délétion de ce locus, ce qui suggère que BMI1 possède d’autre(s) cible(s) transcriptionnelle(s). Parmi ces nouvelles cibles ont retrouve la protéine P21, un régulateur négatif du cycle cellulaire. De plus, la perte de BMI1 inhibe l’établissement d’une tumeur cérébrale lors d’études de xénogreffe chez la souris NOD/SCID. Également, une nouvelle fonction de BMI1 indépendante de son activité transcriptionnel a été démontrée. Effectivement, suite à l’induction d’un bris double brin (BDB) de l’ADN, BMI1 est rapidement recruté au niveau de la lésion et influence le recrutement des protéines de reconnaissance du dommage à l’ADN. La perte de BMI1 mène à un défaut au niveau de la reconnaissance et la réparation de l’ADN, alors que sa surexpression induit plutôt une augmentation de ces mécanismes et procure une radiorésistance. Ces résultats décrivent pour la première fois l’importance de BMI1 au niveau du maintien, de l’auto-renouvellement et la radiorésistance des CSC du GBM. Ainsi, ces travaux démontrent que la protéine BMI1 représente une cible thérapeutique de choix dans le but d’éradiquer le GBM, une tumeur cérébrale létale. / Glioblastoma multiform (GBM) is the most common and lethal primary brain tumor found in adults. Despite the advances made in the field of cancer therapy in the last decade, the median survival rate remains less than a year. Therefore, a better understanding of the molecular biology of GBM will reveal the mechanisms responsible for the initiation and progression of the tumor, and allow the development of new therapeutic strategies. GBM contains a minority cell population, characterized by tumor initiating cells expressing the stem cell marker, CD133. The CD133+ GBM cells are responsible for tumor initiation, maintenance, progression and resistance to chemo/radiotherapy. The CD133+ cells represent a valuable and specific therapeutic target against GBM. The Polycomb (PcG) group family of transcriptional repressors have been involved in a vast range of cancers. The PcG protein and oncogene BMI1 is the best-characterized PcG protein. The implication of BMI1 in normal and cancer stem cell survival, self-renewal and maintenance has been thoroughly investigated. BMI1 is highly expressed in GBM and more precisely; it is enriched specifically in CD133+ cell populations. The main goal of this thesis was to elucidate the potential role of BMI1 in GBM CD133 + cancer stem cell (CSC) maintenance and radioresistance. The main function of BMI1 is to repress the expression of the genes encoded by the INK4A/ARF locus, which is implicated in the activation of two major tumor suppressor pathways, P53 and RB. However, BMI1 depletion in vitro induces a reduction in proliferation potential, as well as an increase in differentiation, apoptosis, and radiosensitivity regardless of INK4A/ARF status. Indeed, two-thirds of all tumors posses a deletion of this locus, suggesting that BMI1 regulates other targets. P21, a cell cycle regulator, was identified as a new BMI1 target. Moreover, we have observed that the loss of BMI1 inhibits the establishment of a cerebral tumor in a xenograft mouse model. In addition to transcription related activity, we identified a new transcription independent function of BMI1. After the induction of a DNA double-strand-break, BMI1 is rapidly recruited to the damage site and influences the recruitment of DNA damage response proteins. Furthermore, defects in DNA damage recognition and repair are observed after BMI1 knockdown. Consistent with these results, BMI1 overexpression induces DNA damage response and increases radioresistance potential. These results emphasize for the first time the requirement of BMI1 for the maintenance, self-renewal, and radioresistance in GBM CSC, thus providing a potential target for future therapeutic strategies against GBM.

L'incidence, le coût et l'issue fatale dans un nombre encore trop élevé de cas font du cancer un problème majeur en santé publique. Malgré les progrès réalisés dans le développement de thérapies ciblées, la plupart des cancers rechutent, vraisemblablement à cause de l'échappement des cellules souches cancéreuses (CSC) qui survivent et régénèrent la tumeur. L'enjeu clinique en cancérologie aujourd'hui est d'éliminer les cellules souches cancéreuses en épargnant les cellules souches normales. Pour atteindre cet objectif, il est primordial de comprendre leurs mécanismes spécifiques de transformation. Nous évaluons dans mon équipe de recherche l'implication du microenvironnement dans la transformation et la résistance des CSC épithéliales, à travers les effets de facteurs solubles et de contacts cellulaires : l'enzyme CD10, et la voie des BMPs (Bone Morphogenetic Proteins).Notre équipe étudie le rôle du dialogue permanent entre la CS normale et son microenvironnement qui régule la prolifération, et la survie des CS. Nous utilisons la glande mammaire et la prostate comme systèmes modèles car ces deux types d'épithélium présentent des similitudes, ce qui nous permet d'aborder la question de l'apparition et la résistance des CSC dans deux modèles tumoraux correspondants. Des dérégulations de la voie des BMPs, comme de l'enzyme CD10 sont observées dans ces tumeurs. Enfin, nous cherchons à comprendre comment les dérégulations de la voie des BMPs apparaissent, en s'intéressant principalement aux facteurs pouvant modifier directement le microenvironnement, tels que les polluants présents dans l'environnement (bisphénols, benzoapyrène) / It has been shown for a number of cancers that a cell population characterized by stem cell (SC) properties and therapeutic resistance is likely responsible for relapse several years after treatment. Current therapies kill most of the tumor cells, but fail to eradicate the so-called cancer stem cells (CSC). Therefore a complete cure of the disease will require the eradication of the tumor-sustaining CSC. We propose to study these CSC in the context of breast cancer as the existence of CSC as already been highlighted in this epithelia.CD10 is a membrane enzyme able to cleave several peptide of the microenvironment (such as oxytocin, bombesin, enkephalin.. ) that can also interact with intracellular signalling pathway through its direct interaction with PTEN. Our results, and those of the literature, indicate that CD10 enzyme controls the fate of SC and is deregulated in normal breast and cancerous tissues. We showed that CD10 membrane expression allows the maintenance of immature cells partly through its enzymatic function that inhibits mammary stem cells differentiation. As CD10 has been described in breast cancer initiation, progression and resistance, we then decided to test the role of CD10 in tumor context. Our strategy consists in flow cytometry cell sorting for CD10+/CD10- cells to compare the functional properties of both sub-population. Only CD10+ cells are able to regenerate both CD10+ and CD10- subpopulations, and CD10+ cells exhibit higher expression of immature genes. Interestingly, modulating CD10 using stable expression of CD10 in our models and Sh strategies do not mimick the normal functions of CD10, indicating that CD10 could be more a marker of a certain population with immature properties prone to transformation rather than a driver. To better characterize the role of CD10 in luminal breast transformation, we developed a new human mammary model, initiated from immature cells to obtain transformed luminal epithelial cells and their resistant counterpart. We observed a higher level of CD10 expression during mammary epithelial cell transformation process. We then performed a microarray on CD10+ and CD10- subpopulations. Preliminary analysis seems to confirm that CD10 is a potential marker for a stem cell population prone to transformation rather than a direct driver of the cell transformation

Le glioblastome (GBM) est la tumeur primitive du cerveau la plus fréquente et la plus agressive chez l’adulte. Le mauvais pronostic de cette pathologie peut être expliqué par la présence de cellules résistantes aux traitements à l’origine des rechutes appelées cellules souches de glioblastome (CSG). Caractérisées par une plasticité cellulaire, elles sont capables de s’adapter aux environnements défavorables à leur survie. Ainsi, malgré des traitements multimodaux agressifs, les bénéfices de la prise en charge du GBM restent très modestes ; il est donc nécessaire de mieux caractériser ces cellules afin de développer de nouvelles thérapies ciblant les CSG. Le rôle des mécanismes post-transcriptionnels de régulation de l’expression génique dans le maintien des cellules souches cancéreuses a été démontré dans différentes tumeurs. Cependant, peu de protéines de liaison à l'ARN (RBP), régulateurs clés de ces événements, ont été identifiés dans le contexte des CSG. Mon projet de thèse s’inscrit dans le cadre de l’étude de RBP régulant les propriétés d’auto-renouvèlement et de survie des CSG afin d’approfondir nos connaissances sur les mécanismes moléculaires qui contribuent à la formation ou récurrence des GBM. Dans un premier temps, j’ai cherché à définir un protocole permettant d’enrichir la population de CSG maintenues en conditions de culture non-adhérentes qui favorisent la formation de neurosphères et le maintien d’une hiérarchie cellulaire. Confrontée à une forte hétérogénéité de signatures moléculaires, j’ai choisi de prendre cette caractéristique en compte dans un second temps en menant une étude comparative du transcriptome de 5 modèles de cellules souches de glioblastome provenant de patients différents. Cette analyse inclut également des cellules différenciées in vitro à partir des CSG ainsi que des cellules souches neurales humaines. Grâce à une approche de séquençage de leur transcriptome, mes travaux de thèse ont permis d’identifier une famille de régulateurs post-transcriptionnels enrichis dans les CSG, les protéines nELAVL. Ces résultats ont pu être confirmés par l’analyse de leur expression protéique dans des modèles in vitro et dans des coupes de tumeurs provenant de différents patients atteints de GBM. Une co-expression des protéines nELAVL avec OLIG2 ou SOX2 a été observée confirmant ainsi leur association avec l’état souche. ELAVL4 correspond au membre de la famille nELAVL le plus réprimé lors de la différenciation des CSG. Des outils de modulation de son expression ont été développé en vue d’évaluer son rôle dans les CSG par des approches de perte d’expression ou de gain de fonction / Glioblastoma (GBM) is the most common and aggressive primary adult brain tumor. GBM dismal prognosis can be explained by the presence of treatment resistant cells responsible for tumor relapse known as glioblastoma stem cells (GSC). Characterized by cellular plasticity, they are able to adapt to hostile environments. Thus, despite aggressive multimodal treatments, GBM curative therapies have provided only a modest benefit; it is therefore necessary to better characterize these cells in order to develop new GSC targeted therapies. The role of posttranscriptional mechanisms of gene expression regulation in the maintenance of cancer stem cells has been demonstrated in different tumors. However, few RNA-binding proteins (RBPs), key regulators of these events, have been identified in GSC. My thesis project consists in identifying RBP that are critical for self-renewal and increased survival properties of GSC. The aim of this study is to deepen our knowledge of the underlying molecular mechanisms of GBM development or recurrence. At first, I established a protocol to enrich for GSC using nonadherent culture conditions that promote the formation of neurospheres comprising a cellular hierarchy. I chose to take into account the facing problem of GSC molecular heterogeneity in a second step and carried out a comparative study of the transcriptome of 5 glioblastoma stem cell cultures from different patients. This analysis also includes in vitro differentiated cells originating from GSC as well as human neural stem cells. Using a transcriptome sequencing approach, my thesis work has led to the identification of a family of post-transcriptional regulators enriched in GSC, nELAVL proteins. These results were confirmed by protein expression analysis in in vitro neurospheres and within tumor sections from different GBM patients. Co-expression of nELAVL proteins with OLIG2 or SOX2 was observed thus confirming their association with stemness. ELAVL4 repesents the most differentially expressed member of nELAVL family upon GSC differentiation. Knock-down and gain-offunction tools targeting ELAVL4 have been developed to further assess its roles in GSC maintenance

Le glioblastome multiforme (GBM) est la tumeur cérébrale la plus commune et létale chez l’adulte. Malgré les avancés fulgurantes dans la dernière décennie au niveau des thérapies contre le cancer, le pronostique reste inchangé. Le manque de spécificité des traitements est la cause première de la récurrence de cette tumeur. Une meilleure compréhension au niveau des mécanismes moléculaires et biologiques de cette tumeur est impérative. La découverte des cellules souches cancéreuses (CD133+) au niveau du GBM offre une nouvelle opportunité thérapeutique contre cette tumeur. Effectivement, les cellules CD133+ seraient responsables de l’établissement, le maintien et la progression du GBM. De plus, elles sont également la cause de la résistance du GBM faces aux traitements de radiothérapies. Ces cellules représentent une cible de choix dans le but d’éradiquer le GBM. L’oncogène BMI1 a été associé à plusieurs types de tumeurs et est également essentielle au maintien de différentes populations de cellules souches normales et cancéreuses. Une forte expression de BMI1 est observée au niveau du GBM et plus précisément, un enrichissement préférentiel de cette protéine est noté au niveau des cellules CD133+. L’objectif principal de cette thèse est d’évaluer le rôle potentiel de BMI1 dans le maintien et la radiorésistance des cellules souches cancéreuses (CSC), CD133+ du GBM. La fonction principale de BMI1 est la régulation négative du locus INK4A/ARF. Ce locus est impliqué dans l’activation de deux voies majeurs anti-tumorales : P53 et RB. Or, la perte de BMI1 induit in vitro une diminution des capacités prolifératives, une augmentation de la différentiation et de l’apoptose, ainsi qu’une augmentation de la radiosensibilité des CSC du GBM indépendamment de la présence du locus INK4A/ARF. Effectivement, deux tumeurs sur trois possèdent une délétion de ce locus, ce qui suggère que BMI1 possède d’autre(s) cible(s) transcriptionnelle(s). Parmi ces nouvelles cibles ont retrouve la protéine P21, un régulateur négatif du cycle cellulaire. De plus, la perte de BMI1 inhibe l’établissement d’une tumeur cérébrale lors d’études de xénogreffe chez la souris NOD/SCID. Également, une nouvelle fonction de BMI1 indépendante de son activité transcriptionnel a été démontrée. Effectivement, suite à l’induction d’un bris double brin (BDB) de l’ADN, BMI1 est rapidement recruté au niveau de la lésion et influence le recrutement des protéines de reconnaissance du dommage à l’ADN. La perte de BMI1 mène à un défaut au niveau de la reconnaissance et la réparation de l’ADN, alors que sa surexpression induit plutôt une augmentation de ces mécanismes et procure une radiorésistance. Ces résultats décrivent pour la première fois l’importance de BMI1 au niveau du maintien, de l’auto-renouvellement et la radiorésistance des CSC du GBM. Ainsi, ces travaux démontrent que la protéine BMI1 représente une cible thérapeutique de choix dans le but d’éradiquer le GBM, une tumeur cérébrale létale. / Glioblastoma multiform (GBM) is the most common and lethal primary brain tumor found in adults. Despite the advances made in the field of cancer therapy in the last decade, the median survival rate remains less than a year. Therefore, a better understanding of the molecular biology of GBM will reveal the mechanisms responsible for the initiation and progression of the tumor, and allow the development of new therapeutic strategies. GBM contains a minority cell population, characterized by tumor initiating cells expressing the stem cell marker, CD133. The CD133+ GBM cells are responsible for tumor initiation, maintenance, progression and resistance to chemo/radiotherapy. The CD133+ cells represent a valuable and specific therapeutic target against GBM. The Polycomb (PcG) group family of transcriptional repressors have been involved in a vast range of cancers. The PcG protein and oncogene BMI1 is the best-characterized PcG protein. The implication of BMI1 in normal and cancer stem cell survival, self-renewal and maintenance has been thoroughly investigated. BMI1 is highly expressed in GBM and more precisely; it is enriched specifically in CD133+ cell populations. The main goal of this thesis was to elucidate the potential role of BMI1 in GBM CD133 + cancer stem cell (CSC) maintenance and radioresistance. The main function of BMI1 is to repress the expression of the genes encoded by the INK4A/ARF locus, which is implicated in the activation of two major tumor suppressor pathways, P53 and RB. However, BMI1 depletion in vitro induces a reduction in proliferation potential, as well as an increase in differentiation, apoptosis, and radiosensitivity regardless of INK4A/ARF status. Indeed, two-thirds of all tumors posses a deletion of this locus, suggesting that BMI1 regulates other targets. P21, a cell cycle regulator, was identified as a new BMI1 target. Moreover, we have observed that the loss of BMI1 inhibits the establishment of a cerebral tumor in a xenograft mouse model. In addition to transcription related activity, we identified a new transcription independent function of BMI1. After the induction of a DNA double-strand-break, BMI1 is rapidly recruited to the damage site and influences the recruitment of DNA damage response proteins. Furthermore, defects in DNA damage recognition and repair are observed after BMI1 knockdown. Consistent with these results, BMI1 overexpression induces DNA damage response and increases radioresistance potential. These results emphasize for the first time the requirement of BMI1 for the maintenance, self-renewal, and radioresistance in GBM CSC, thus providing a potential target for future therapeutic strategies against GBM.

Les glioblastomes sont des tumeurs au pronostic défavorable. L'échec des thérapies est lié à la présence de cellules souches cancéreuses (CSCs), résistantes aux traitements ; la caractérisation de ces cellules et l'identification de biomarqueurs sont donc primordiales. Le calcium contrôle de nombreux processus cellulaires ; parmi les éléments majeurs de la signalisation calcique, la Calmoduline (CaM) est impliquée dans différentes pathologies, dont des cancers, et est un puissant régulateur de l'état physiologique d'une cellule. CaM interagit avec de nombreuses protéines impliquées dans la régulation de l'homéostasie calcique de la cellule. Nous avons cherché à identifier et caractériser des antagonistes de CaM, inhibant différentiellement ces interactions. L'utilisation de ces antagonistes en tant que perturbateurs de l'homéostasie calcique a permis de mettre en évidence un marqueur caractérisé des CSCs de glioblastomes. D'autre part, l'étude comparée du protéome membranaire de CSCs issues de glioblastomes a permis de mettre en évidence la surexpression de clusters de différenciation et protéines impliquées dans la signalisation calcique. Ces protéines sont de potentiels marqueurs moléculaires des CSCs de glioblastome.