Le cancer colorectal est le troisième cancer le plus répandu dans le monde avec plus d’un million de patients diagnostiqués chaque année, dont 50% auront une évolution métastatique de leur maladie. Les récentes études pour améliorer les traitements du cancer colorectal métastatique (CCRm) ont permis le développement d’anticorps monoclonaux, le cetuximab et le panitumumab, capables d’inhiber l’activation des récepteurs au facteur de croissance épidermique (EGFR) et les voies de signalisation en aval (RAS/RAF/MAPK et PI3K/AKT/mTOR), responsables de la croissance cellulaire, la prolifération, l’inhibition de l’apoptose, l’invasion et de l’évolution métastatique. Cependant, dans les études incluant des patients dont les tumeurs sont « RAS sauvage », c’est à dire exemptes de mutation des gènes KRAS et NRAS, le taux de réponse aux thérapies à base de cetuximab ou du panitumumab sont de l’ordre de 40 à 60% seulement, ce qui signifie qu’une grande partie des patients traités échappent au traitement par le biais d’autres mécanismes. La présence d’altérations d’autres gènes comme PIK3CA, BRAF est responsable en partie des cas où les patients ne présentent pas de réponse. De plus, la surexpression ou l’altération de protéine comme PTEN, PI3K, AKT impliquées dans les voies de signalisation RAS/RAF/MAPK et PI3K/AKT/mTOR peuvent avoir un impact significatif sur la prolifération cellulaire ou l’apoptose. L’absence ou la surexpression des protéines sous leur forme active phosphorylée pourrait présenter un intérêt pour prédire la réponse aux anti-EGFR chez les patients dont les tumeurs sont « RAS sauvage ». Dans ce travail, nous avons tout d’abord développé des techniques pour le génotypage des gènes RAS et PIK3CA à partir d’échantillons de tumeurs colorectales fixées au formol et incluses en paraffine, puis dans un second temps, nous avons validé ces méthodes selon la norme ISO 15189, puis dans un dernier temps, nous avons étudié l’expression des phosphoprotéines en aval des récepteurs à l’EGF ainsi que les statuts mutationnels des gènes KRAS, NRAS, BRAF, PIK3CA à partir de 100 échantillons de tumeurs congelées issues de patients atteints d’un CCRm et traités par un anti-EGFR. Sur 100 échantillons de tumeurs, 60 ne présentaient pas de mutation des gènes RAS. Parmi les patients dont les tumeurs ne présentaient pas de mutation des gènes RAS, 45,0% présentaient une réponse tumorale partielle ou complète et 55,0% étaient en maladie stable ou évolutive lorsqu’ils étaient traités par un anti-EGFR. Les patients dont les tumeurs présentaient une mutation des gènes RAS avaient une survie sans progression (PFS) significativement plus faible (HR=3.04 [1.91; 4.83];p<0.001) ainsi qu’une survie globale (OS) plus faible (HR=2.49 [1.56; 3.97];p<0.001). La PFS et la survie globale (OS) étaient significativement plus élevées chez les patients dont les tumeurs étaient « RAS sauvage ». L’expression de pAKT, pERK1/2 et pMEK1 étaient significativement plus faibles chez les patients dont les tumeurs étaient sauvages que chez les patients présentant des tumeurs RAS mutées (p=0,0246 ; p=0,004 ; p=0,0110 respectivement) et aucune différence significative d’expression entre les tumeurs RAS sauvage et RAS mutées n’a été démontrée pour pEGFR, pGSK3, pIGFR et pP90SRK. Chez les patients présentant des tumeurs RAS sauvage, le taux de réponse était significativement supérieur pour les tumeurs surexprimant pEGFR et pAKT au dessus des seuils calculés (p=0,0258 et p=0,0277 respectivement). Aucune différence significative n’a été trouvée entre le taux de réponse et l’expression des autres phosphoprotéines. Notre étude montre qu’associer la mesure de l’expression des phosphoprotéines de signalisation en aval d’EGFR, à l’analyse du statut mutationnel des gènes RAS, BRAF, PIK3CA pourrait présenter un intérêt dans la prédiction de la réponse aux thérapies anti-EGFR chez les patients atteints d’un cancer colorectal métastatique / Colorectal cancer is the third most common cancer worldwide with more than one million patients diagnosed each year, among 50% will develop metastatic disease. Recent efforts to improve the treatment of metastatic colorectal cancer (mCRC) has led to the development of monoclonal antibodies such as cetuximab and panitumumab, that inhibit the activation of the Epidermal Growth Factor Receptor (EGFR) and its downstream pathways (namely RAS/RAF/MAPK and PI3K/AKT/mTOR) that promote cell growth, proliferation, inhibition of apoptosis, invasion and metastasis. However, from studies including “RAS wild-type” i.e. KRAS and NRAS wild-type tumors, the response rates to cetuximab or panitumumab therapy ranged from only 40 to 60% which results in a large fraction of patients without any known causes for treatment failure. The presence of alterations in other genes such as PIK3CA or BRAF in the EGFR-dependent signaling pathways is responsible for some of the non-responding cases. Moreover, overexpression or alterations of proteins such as PTEN, PI3K, AKT, involved in the RAS/RAF/MAPK or PI3K/AKT/mTOR signaling pathways can have a significant impact on cell proliferation or apoptosis. Absence or overexpression of proteins under their active phosphorylated forms may be of interest to predict response to anti-EGFR in RAS wild-type patients. In this work, we first developed assays to assess RAS and PIK3CA mutations in formalin fixed paraffin embedded colorectal tumors, then we validated these assays according to ISO 15189 and we finally studied expression of downstream signalling phosphoproteins and KRAS, NRAS, BRAF and PIK3CA status in 100 frozen samples of patients with mCRC and treated with anti-EGFR. Among the 100 tumor samples, 60 were RAS wild-type. Among the RAS wild-type patients, 45.0% achieved a complete or partial response, and 55.0% had a stable disease or progression (p<0.001) when treated with anti-EGFR. Patients with a RAS mutation had significant lower progression-free survival (PFS) (HR=3.04[1.91; 4.83];p<0.001) and overall survival (OS) (HR=2.49[1.56; 3.97];p<0.001). PFS and OS were significantly higher in RAS wild-type patients. Expression of pAKT, pERK1/2 and pMEK1 was significantly lower in RAS wild-type patients than in RAS mutated patients (p=0.0246; p=0.004; p=0.0110 respectively) and no significant difference was observed between RAS wild-type and RAS mutated tumors in the expression of pEGFR, pGSK3, pIGFR, pP70S6K and pP90SRK. In RAS wild-type patients, response rate was significantly higher for tumors that overexpressed pEGFR and pAKT above the calculated threshold (p=0.0258 and p=0.0277 respectively). No significant relation was found between response rate and the level of expression of the other phosphoproteins. Our study shows that combining the analysis of the expression of EGFR downstream signalling phosphoproteins, RAS, BRAF or PIK3CA status could be of interest to predict the response to anti-EGFR therapies in patients with mCRC

Les récepteurs à dépendance présentent la particularité d’induire deux voies de signalisation différentes selon la disponibilité de leur ligand. En présence de leur ligand, ils transduisent une voie de signalisation favorisant notamment la survie cellulaire (signalisation positive), tandis qu’en son absence, ils induisent activement l’apoptose des cellules (signalisation négative). La dualité fonctionnelle de ces récepteurs pourrait leur conférer un rôle central au cours du développement embryonnaire, mais aussi dans le maintien de l’homéostasie cellulaire chez l’adulte. En effet, du fait de leur signalisation pro-apoptotique, les récepteurs à dépendance pourraient limiter le nombre de cellules (en fonction de la disponibilité en ligand), et réguler leur migration (dans des zones dépourvues de ligand), au cours des processus développementaux mais aussi en cas de prolifération tumorale et de dissémination métastatique. Au cours de ma thèse, j’ai donc développé différentes thématiques de recherche visant à préciser le rôle du contrôle apoptotique exercé par les couples nétrine-1/récepteurs à dépendance (DCC et UNC5B) au cours de la tumorigenèse et du développement embryonnaire. Dans ce cadre, nous avons montré que les souris exprimant une forme mutée du récepteur DCC, ayant perdu la capacité d’induire l’apoptose des cellules en absence de son ligand la nétrine-1, étaient prédisposées à la survenue de (1) cancers colorectaux dans un contexte prédisposant, et de (2) lymphomes non hodgkiniens (LNH) dans un modèle de vieillissement. Ces résultats suggèrent que DCC puisse agir comme un suppresseur de tumeur conditionnel, via sa voie de signalisation négative, en absence de son ligand nétrine-1. De plus, nous avons montré qu’il existe un gain de nétrine-1 dans une fraction significative de LNH de type B (LNH-B) chez l’Homme, gain qui leur confère un avantage sélectif en bloquant constitutivement l’apoptose induite par le récepteur DCC. Réciproquement, nous avons montré que l’utilisation d’un anticorps ciblant la nétrine-1 était capable de restaurer l’apoptose induite par le récepteur DCC non lié, dans des lignées tumorales humaines de LNH-B in vitro et ex-vivo dans un modèle de xénogreffe. Ainsi, nos résultats suggèrent que cibler l’interaction nétrine-1/DCC dans les LNH-B pourrait être une stratégie thérapeutique prometteuse. La partie « développement » de mon travail de thèse est encore préliminaire. Elle se focalise sur le rôle du contrôle apoptotique exercé par les couples nétrine-1/récepteurs à dépendance (DCC et UNC5B) au cours de la mise en place des réseaux vasculaire et nerveux chez l’embryon de souris / Dependence receptors share the common property of inducing two types of signaling cascades according to the availability of their ligand. In presence of their ligand, they induce a positive signal allowing cell survival whereas in its absence, they induce cell death by apoptosis. Dependence receptors dual functionality could play a major role both during the embryonic development and in the regulation of tissue homeostasis in adult. Indeed, apoptosis induced by dependence receptors would be a safeguard mechanism which regulates the number of cells and their migration during developmental or tumorigenic process. Thus, during my PhD, I have investigated the involvement of netrin- 1/dependence receptors (DCC and UNC5B) apoptotic control during tumorigenesis and embryonic development. We observed that DCC-mutant mice in which DCC pro-apoptotic signaling is genetically silenced show a higher propensity to develop colorectal cancers in a predisposing context and B-cell type non-Hodgkin lymphoma (B-NHL) with age, suggesting than DCC could act as a conditional tumor suppressor gene through its pro-apoptotic signaling, in absence of netrin-1. Moreover, we show that netrin-1 is overexpressed in a significant fraction of Human B-NHL, which confers tumor cells a selective advantage by blocking DCC-induced apoptosis. Reciprocally, we showed that inhibiting the interaction between netrin-1 and its DCC receptor restore apoptosis in lymphoma cells in vitro and in vivo in xenografts experiments, suggesting that targeting netrin-1 and DCC interaction in lymphoma could represent a promising anti-tumor therapeutic strategy. The "developmental" part of my PhD work is in progress and we obtained only few preliminary data. It focuses on the role of apoptotic control mediated by netrin1-/dependence receptor (DCC/UNC5B) during the development of vascular and neural networks in the mouse embryo

Les récepteurs à dépendance présentent la particularité d'induire deux voies de signalisation différentes selon la disponibilité de leur ligand. En présence de leur ligand, ils transduisent une voie de signalisation favorisant notamment la survie cellulaire (signalisation positive), tandis qu'en son absence, ils induisent activement l'apoptose des cellules (signalisation négative). La dualité fonctionnelle de ces récepteurs pourrait leur conférer un rôle central au cours du développement embryonnaire, mais aussi dans le maintien de l'homéostasie cellulaire chez l'adulte. En effet, du fait de leur signalisation pro-apoptotique, les récepteurs à dépendance pourraient limiter le nombre de cellules (en fonction de la disponibilité en ligand), et réguler leur migration (dans des zones dépourvues de ligand), au cours des processus développementaux mais aussi en cas de prolifération tumorale et de dissémination métastatique. Au cours de ma thèse, j'ai donc développé différentes thématiques de recherche visant à préciser le rôle du contrôle apoptotique exercé par les couples nétrine-1/récepteurs à dépendance (DCC et UNC5B) au cours de la tumorigenèse et du développement embryonnaire. Dans ce cadre, nous avons montré que les souris exprimant une forme mutée du récepteur DCC, ayant perdu la capacité d'induire l'apoptose des cellules en absence de son ligand la nétrine-1, étaient prédisposées à la survenue de (1) cancers colorectaux dans un contexte prédisposant, et de (2) lymphomes non hodgkiniens (LNH) dans un modèle de vieillissement. Ces résultats suggèrent que DCC puisse agir comme un suppresseur de tumeur conditionnel, via sa voie de signalisation négative, en absence de son ligand nétrine-1. De plus, nous avons montré qu'il existe un gain de nétrine-1 dans une fraction significative de LNH de type B (LNH-B) chez l'Homme, gain qui leur confère un avantage sélectif en bloquant constitutivement l'apoptose induite par le récepteur DCC. Réciproquement, nous avons montré que l'utilisation d'un anticorps ciblant la nétrine-1 était capable de restaurer l'apoptose induite par le récepteur DCC non lié, dans des lignées tumorales humaines de LNH-B in vitro et ex-vivo dans un modèle de xénogreffe. Ainsi, nos résultats suggèrent que cibler l'interaction nétrine-1/DCC dans les LNH-B pourrait être une stratégie thérapeutique prometteuse. La partie " développement " de mon travail de thèse est encore préliminaire. Elle se focalise sur le rôle du contrôle apoptotique exercé par les couples nétrine-1/récepteurs à dépendance (DCC et UNC5B) au cours de la mise en place des réseaux vasculaire et nerveux chez l'embryon de souris

KRAS est parmi les gènes les plus fréquemment mutés dans les cancers humains, tel que ~ 45% des cancers colorectaux (CCR). Malgré les efforts déployés pour réduire son potentiel oncogénique, KRAS muté est fréquemment associé à la résistance aux médicaments et est extrêmement difficile à cibler sur le plan thérapeutique. Les protéines à la surface cellulaire sont souvent dérégulées dans les cancers et sont des cibles thérapeutiques attrayantes en raison de leur accessibilité aux anticorps. Nous avons séquençé les ARNm de cellules épithéliales intestinales exprimant KRAS muté et observé que ces dernières présentaient des changements importants dans les gènes codant pour des protéines de surface cellulaire. Par conséquent, notre objectif était d'identifier de nouvelles cibles thérapeutiques exprimées à la surface de cellules transformées par l’oncogène KRAS. En utilisant une approche de pointe en protéomique de surface cellulaire, nous avons identifié plusieurs protéines différentiellement exprimées dans les cellules avec KRAS muté par rapport à leurs homologues de type sauvage. Nous avons ensuite effectué un crible CRISPR/Cas9 basé sur les protéines de surface cellulaire, qui a révélé que la perte de la protéine Atp7a affectait de manière différentielle les cellules épithéliales intestinales, en fonction de leur statut KRAS. De façon intéressante, nous avons constaté que ATP7A était régulé à la hausse dans les cellules avec KRAS muté par rapport à leurs homologues de type sauvage. ATP7A a un double rôle dans les cellules; alors qu'il est essentiel pour la maturation des enzymes dépendantes du cuivre (Cu), ATP7A protège les cellules d'une toxicité excessive induite par le Cu (cuproptose). Chez l'homme, les mutations dans ATP7A entraînent des troubles caractérisés par des déficiences systémiques dans le transport et les niveaux de Cu. Chez les animaux et dans les modèles de culture cellulaire, tel que les cellules épithéliales intestinales, les niveaux intracellulaires de Cu sont directement corrélés avec l'abondance post-transcriptionnelle d'ATP7A. Dans le même ordre d'idées, nous avons observé que les cellules de CCR avec KRAS muté avaient relativement plus de Cu intracellulaire, et la surexpression d'ATP7A protégeait les cellules KRAS muté de la cuproptose, par rapport à leurs homologues de type sauvage. Nous avons également observé que la croissance in vivo des xénogreffes KRAS mutées était réduite lorsque les souris étaient nourries avec un régime pauvre en Cu. Le Cu est utilisé par plusieurs enzymes qui régulent des fonctions cellulaires critiques, notamment la respiration mitochondriale, la motilité cellulaire et la prolifération. Nous montrons que les cellules mutantes KRAS étaient plus sensibles au chélateur de Cu, ammonium tetrathiomolybdate (TTM), par rapport aux cellules de type sauvage. De plus, les cellules avec KRAS muté traitées avec le TTM ont présenté des activités réduites de MEK1/2 dépendant du Cu et de l'enzyme de la chaîne de transport d'électrons mitochondriale, cytochrome c oxidase (CCO). Nous avons été surpris de constater que le transporteur de Cu de haute affinité, CTR1, est régulé à la baisse dans les cellules avec KRAS muté, et avons donc émis l'hypothèse que les cellules KRAS mutées doivent absorber le Cu par d'autres moyens. Ainsi, nous avons constaté que la macropinocytose agit comme une voie non canonique d'approvisionnement en Cu dans les cellules avec KRAS muté. Le traitement de cellules in vivo avec l'inhibiteur de la macropinocytose, EIPA, a inhibé l'expression d'ATP7A et diminué le Cu biodisponible dans les xénogreffes KRAS mutées. En conclusion, nos résultats montrent que les cellules avec KRAS muté augmentent les niveaux de Cu et d'ATP7A pour soutenir la tumorigenèse en augmentant l'activité cuproenzymatique et diminuant la cuproptose. Cette étude est pertinente pour le cancer, car les tissus tumoraux contiennent fréquemment des niveaux de Cu plus élevés que les tissus normaux. Des études récentes ont mis en évidence un potentiel de repositionnement du chélateur de Cu TTM, qui est disponible en clinique et utilisé pour traiter les troubles du Cu. Nos résultats démontrent que la biodisponibilité du Cu pourrait être exploitée pour traiter le CCR avec KRAS muté avec de tels inhibiteurs. Les travaux futurs comprennent l'identification de stratégies combinatoires qui peuvent être améliorer les effets anti-cancéreux de la chélation du Cu. / KRAS is amongst the most frequently mutated genes driving human cancers, including ~ 45% of colorectal cancers (CRC). Despite intense efforts to curb its oncogenic potential, mutant KRAS is frequently associated with drug resistance and is extremely challenging to target therapeutically. Cell-surface proteins are often spatially dysregulated in cancers and are attractive therapeutic targets due to their easy accessibility. We performed RNA sequencing of mutant KRAS-expressing intestinal epithelial cells and observed that cells undergoing transformation exhibited dramatic changes in cell surface-coding genes. Therefore, our goal was to identify novel druggable targets expressed at the cell surface of mutant KRAS-transformed cells. Using a cutting-edge cell surface proteomics approach, we identified several differentially expressed proteins at the surface of KRAS-mutant cells compared to wild-type counterparts. We then performed a cell surface based CRISPR/Cas9 screen, which revealed that loss of the copper exporter Atp7a differentially affected the fitness of intestinal epithelial cells, depending on their KRAS status. Interestingly, we found that ATP7A was upregulated in KRAS-mutant cells compared to wild-type counterparts. ATP7A has a dual role in cells; while it is essential for maturation of copper (Cu)-dependent enzymes, ATP7A protects cells from excess Cu-induced toxicity (cuproptosis). In humans, ATP7A mutations result in disorders characterized by systemic deficiencies in Cu transport and levels. In animals and in tissue culture models, including intestinal epithelial cells, intracellular Cu levels are directly correlated with the post-transcriptional abundance of ATP7A. In line with this, we observed that KRAS-mutant CRC cells and tissues had relatively more intracellular Cu, and ATP7A-overexpression protected KRAS-mutant cells from cuproptosis, compared to wild-type counterparts. We also observed that in vivo growth of KRAS-mutant xenografts was reduced when mice were fed a Cu-deficient diet. Cu is utilized by several enzymes that regulate critical cellular functions including mitochondrial respiration, cell motility and proliferation. We show that KRAS-mutant cells were more sensitive to the Cu chelating drug ammonium tetrathiomolybdate (TTM), compared to wild-type cells. Moreover, TTM-treated KRAS-mutant cells displayed reduced activities of Cu-dependent MEK1/2 and mitochondrial electron transport chain enzyme, cytochrome c oxidase (CCO). We were surprised to find that the high-affinity CTR1 importer is downregulated in KRAS-mutant cells, and so we hypothesized that KRAS cells must uptake Cu through alternate means. In accordance with this, we found that macropinocytosis acts as a non-canonical Cu-supply route in KRAS-mutant cells. In vivo, treating cells with the macropinocytosis inhibitor EIPA, inhibited the expression of ATP7A and decreased bioavailable Cu in KRAS xenografts. In conclusion, our results show that KRAS-mutant cells increase Cu and ATP7A levels, likely to support tumorigenesis by elevating cuproenzymatic activity and parallelly dealing with cuproptosis. This study is relevant to cancer as tumor tissues and patients contain higher Cu levels than normal controls. Recent studies have highlighted a potential for repurposing the clinically available copper chelator TTM, which is used to treat Cu disorders. Our results demonstrate that copper bioavailability could be exploited to treat KRAS-mutated CRC with such inhibitors. Future work includes identification of combinatorial strategies that may be synthetic lethal to copper chelation.

Positionnée en aval des voies PI3K/AKT et RAS/MAPK, la protéine kinase mTOR joue un rôle déterminant dans le développement et la progression tumorale des cancers colorectaux où elle est fortement surexprimée. Par ailleurs, les cancers colorectaux comme toutes les tumeurs solides, ont un microenvironnement hypoxique. L’adaptation des cellules tumorales à l’hypoxie est notamment régulée par la voie PI3K/AKT/mTOR ainsi que par les facteurs de transcription HIFs dont l’expression protéique et l’activité transcriptionnelle est en partie régulée par mTOR. Dans cette étude, nous avons montré que l’inhibition verticale et complète de l’axe PI3K/AKT/mTOR/HIF-1α par l’utilisation combinée d’irinotecan à faible dose et d’inhibiteurs catalytiques de mTOR inhibe significativement la prolifération cellulaire de lignées coliques humaines, la croissance tumorale et le développement de métastases de xénogreffes de tumeurs coliques dérivées de patients.En parallèle, une étude de cohorte de tumeurs coliques humaines de stade III par Tissue Micro Array montre que les facteurs HIFs sont fortement exprimés dans l’épithélium et le stroma de cancers du côlon de stade III, qu’une faible expression nucléaire de HIF-1α dans les cellules épithéliales confère une mauvaise survie aux patients et qu’elle a une valeur prédictive de moins bonne réponse au traitement 5-FU. / Downstream of the PI3K/AKT and RAS/MAPK pathways, mTOR protein kinase plays a decisive role in the development and tumor progression of colorectal cancers. Furthermore, the microenvironment of colorectal cancers is hypoxic. The adaptation of the tumor cells to hypoxia is regulated by the PI3K/AKT /mTOR pathway as well as by the HIFs transcription factors whose protein expression and transcriptional activity is partially regulated by mTOR. In this study, we showed that the vertical and complete inhibition of the PI3K / AKT / mTOR /HIF-1α axis by the combined use of low-dose irinotecan and mTOR catalytic inhibitors significantly inhibits human colon cancer cell proliferation, as well as the growth and metastatic development of xenografted human colon tumors. In parallel, a Tissue Micro Array study on a cohort of stage III human colic tumors shows that the HIFs are strongly expressed in the epithelium and stroma of the tumors and a low nuclear expression of HIF-1α in epithelial cells provides with poor survival to patients and has a predictive value of worse response to 5-FU treatment.

Introduction : La perfusion pulmonaire isolée (PPI) est une technique expérimentale dont l’objectif est d’administrer de fortes doses de chimiothérapie dans le poumon sans effets secondaires systémiques. Cette thèse s’est déroulée en trois étapes : première étape, déterminer in vitro la chimiothérapie la plus efficace en 30 minutes sur les cellules de cancers colo-rectaux (CCR). Deuxième étape, mettre au point la technique de PPI chez le porc. Troisième étape, mener une étude d’escalade de dose de chimiothérapie chez le porc en PPI.Méthodes : Première étape, des tests de cytotoxicité in vitro ont été menés sur un panel de cellules d’adénocarcinome colique humain avec les drogues de chimiothérapie les plus efficaces dans les essais cliniques. Deuxième étape, des porcs étaient traités par perfusion de chimiothérapie dans le poumon gauche isolé de la circulation générale pendant 30 minutes puis maintenus en vie pendant un mois. Troisième étape, les doses de chimiothérapie injectés étaient augmentées par palier jusqu’à obtenir une toxicité aigüe ou le décès des animaux.Résultats : La gemcitabine (GEM) fut la drogue ayant la plus grande efficacité anti-tumorale pour un traitement de 30 min. La PPI de GEM permit d’obtenir des concentrations élevées de GEM dans le parenchyme pulmonaire et la survie des animaux pendant un mois. Il n’existait pas de fuites systémiques de GEM. L’augmentation des doses de GEM permis de déterminer la dose maximale toxique à 320 mg et la toxicité limitant la dose à 640 mg. Conclusions : La technique de PPI avec la GEM est une technique sûre et reproductible permettant d’obtenir de fortes concentrations de GEM dans le parenchyme pulmonaire. / Introduction: The isolated lung perfusion (ILP) is an experimental technique which main objective is to deliver high dose of cytotoxic agent to the lung tissue without systemic exposure. The thesis took place in three stages: first stage, setting in vitro the chemotherapy the most efficient against colorectal cancer (CCR) cells in 30 min. Second stage, develop the ILP technique in a pig model. Third stage, lead a dose escalation study with chemotherapy by ILP.Methods: First stage, efficacy of various cytotoxic molecules against a panel of human CCR cell lines was tested in vitro after a 30-minute exposure. Second stage, pigs were treated with chemotherapy delivered by ILP during 30 minutes and kept alive during a month. Third stage, chemotherapy doses were increase in order to obtain acute toxicity or death of animals.Results: Gemcitabine (GEM) was the most efficient drug against CCR cells in 30 minutes. ILP with GEM permit to maintain high concentration in the lung parenchyma and pigs survival during one month. No systemic leaks were detected. Dose increase of GEM conduct to determine the maximal tolerated dose of GEM by ILP to 320 mg. Conclusions: ILP with GEM is a safety and reproducible technique allowing high GEM concentrations in the lung tissue.

L’immunothérapie représente une avancée majeure dans la prise en charge des patients atteints de cancer. L’utilisation thérapeutique récente des anticorps anti-"checkpoints", qui renforcent la réponse immunitaire cellulaire naturelle anti-tumorale, a relancé l’intérêt d’approches d’immunothérapie cellulaire spécifique dans les cancers. Malgré tout, l’identification d'antigènes capables de stimuler efficacement des lymphocytes T (LT) anti-tumoraux représente un obstacle majeur au développement de telles approches. Pour identifier de tels antigènes, des cellules présentatrices d’antigène (CPA) artificielles (CPAA), capables d’exprimer, après transduction gamma-rétrovirale, des peptides directement codés ou des antigènes entiers, dégradés par ces cellules, comme le feraient des CPA humaines, en peptides présentés au sein de la molécule du CMH de classe I la plus fréquente chez l'homme, HLA-A2.1, ont été développées au laboratoire. Ces CPAA sont capables de stimuler efficacement des LT cytotoxiques (LTC) spécifiques contre des antigènes tumoraux. Deux grandes approches d’identification des antigènes tumoraux d’intérêt thérapeutique, ont été utilisées. La première est une approche directe d’identification des peptides basée sur l’élution des peptides HLA-A2.1-restreints présentés par nos CPAA et leur analyse par spectrométrie de masse. La seconde est une approche d’immunologie inverse basée sur des prédictions in silico d’épitopes HLA-A2.1-restreints reposant sur des données biochimiques des poches du CMH. Dans les deux approches, des tests fonctionnels d’activation de LTC spécifiques ont été effectués avec nos CPAA. Dans la première étude, nous avons utilisé la spectrométrie de masse en tandem couplée à la chromatographie en phase liquide, qui a été jusqu'à présent la technologie permettant l'identification rapide de centaines de ligands du CMH dans différentes approches expérimentales. En partant de CPAA codant les peptides immunogènes connus M1m, M1 ou FSP02, des LTC spécifiques de ces peptides ont été obtenus, et nous avons réussi à les caractériser par spectrométrie de masse. En partant de CPAA codant les protéines entières desquelles ces peptides sont dérivés, des LTC spécifiques des peptides ont également été obtenus mais nous n’avons pas réussi à les caractériser par spectrométrie de masse. Des peptides très immunogènes, capables de stimuler de fortes réponses immunitaires cellulaires anti-tumorales, peuvent donc échapper à une détection par spectrométrie de masse, rendant ainsi discutable l'utilisation de cette technique pour sélectionner des peptides d’intérêt clinique. Dans la deuxième étude, nous sommes partis de peptides prédits. Nous avons pu monter des réponses immunitaires spécifiques contre les néoépitopes FSP25 et FSP26 prédits in silico, dérivés de la protéine mutée CASP5 (-1) retrouvée chez 60% de patients atteints de cancer colorectal (CCR) à instabilité microsatellitaire (IMS). La CASP5 est impliquée dans l’apoptose et nous avons montré que les patients atteints d’un CCR à IMS présentant cette mutation avaient un moins bon pronostic. Nous avons également montré que chez des patients HLA-A2+ atteints d’un CCR à IMS présentant la mutation, des LTC pouvaient être obtenus contre les épitopes FSP25 et FSP26, capables de lyser spécifiquement la lignée cellulaire HLA-A2.1+ HCT116 dérivée d’un CCR à IMS présentant également la mutation, faisant de la protéine mutée CASP5 (-1) une cible thérapeutique de choix chez ces patients. Dans ces deux études, nos CPAA constituaient un outil de choix pour le développement d’approches d’immunothérapie spécifique personnalisée, soit cellulaire adoptive, pour déterminer quels antigènes devraient être ciblés ou pour directement activer et amplifier in vitro des LT injectés in vivo, soit vaccinale, pour déterminer les antigènes les plus immunogènes à inclure dans un vaccin efficace. / Immunotherapy represents a major advance in cancer patient management. Recent use of anti-checkpoint antibodies, that reinforce the natural cellular anti-tumor immune response, has revived interest for specific cellular immunotherapy approaches in cancers. Nevertheless, the difficulty of identifying highly immunogenic tumor antigens capable of specifically stimulating efficient anti-tumor T lymphocytes (TLs) is a considerable barrier to the development of such approaches. In order to identify such antigens, artificial antigen presenting cells (AAPCs) expressing the most common HLA class I molecule, HLA-A2.1, were developed in the laboratory. After gammaretroviral transduction, these AAPCs also express a directly-encoded peptide of interest or a full-length antigen, degraded by these cells into peptides as human antigen presenting cells (APCs) do. These AAPCs are capable of efficiently stimulating specific cytotoxic T lymphocytes (CTLs) against tumor antigens. Two major approaches for the identification of tumor antigens of therapeutic interest have been used. The first one is a direct approach of identification of HLA-A2.1-restricted peptides based on the elution of HLA-A2.1-peptide complexes expressed by our AAPCs and their analysis by mass spectrometry. The second one is a reverse immunology approach based on in silico predictions of HLA-A2.1-restricted epitopes using available MHC pocket biochemical data. In both approaches, functional tests were performed in vitro with our AAPCs to test the immunogenicity of the studied peptides. In the first study, we used tandem mass spectrometry coupled with liquid chromatography, which has been until today the technology of choice for the rapid identification of hundreds of MHC ligands in different experimental approaches. Starting from AAPCs encoding known immunogenic M1m, M1 and FSP02 peptides, specific CTLs could be obtained against these peptides, and we were able to characterize them by mass spectrometry. Starting from AAPCs encoding full length antigens from which these peptides are derived, peptide-specific CTLs were also obtained, but we were unable to characterize them by mass spectrometry. Therefore, highly immunogenic peptides, capable of stimulating strong anti-tumor cellular immune responses, may not be detected by mass spectrometry, rendering questionable the use of this technique for selecting clinically relevant peptides. In the second study, we started from predicted peptides. We were able to mount specific immune responses against FSP25 and FSP26 in silico predicted neoepitopes, derived from the CASP5 (-1) mutated protein found in 60% of microsatellite instability (MSI) colorectal cancer (CCR) patients. CASP5 is involved in programmed cell death and we have shown that MSI CRC patients whose tumors harbored this CASP5 (-1) mutation had less good prognosis. We have also shown that in HLA-A2+ MSI CASP5 (-1)-mutated CRC patients, specific CTLs could be obtained against FSP25 and FSP26 epitopes, capable of specifically lysing HLA-A2+ MSI CRC cell line HCT116 also harboring this mutation. Therefore, the mutated caspase-5 protein might be a therapeutic target of major interest for personalized specific immunotherapy strategies in the context of MSI CASP5 (-1)-mutated CRCs. In both studies, our AAPCs were a tool of choice for the development of personalized specific immunotherapy strategies, either for cellular adoptive approaches, to determine which antigens should be targeted or to directly activate and amplify in vitro antigen of interest-specific TLs which would be transferred in vivo, or for vaccine approaches, to identify the most immunogenic antigens which should be included in an efficacious vaccine

Les cancers colorectaux et les cancers du sein sont deux des affections malignes les plus fréquentes dans les pays industrialisés. Lorsqu’elles sont diagnostiquées à un stade précoce, ces tumeurs sont traitées efficacement par la chirurgie associée ou non à la radiothérapie. Pour des tumeurs localisées ayant certains facteurs de pronostic péjoratifs, pour les tumeurs localement avancées, ou pour les tumeurs métastasiques, une chimiothérapie est instaurée. Cependant, la chimiothérapie à elle seule ne permet pas de guérir les patients aux stades avancés de ces 2 types de cancers. C’est pourquoi d’autres alternatives comme l’immunothérapie ou des traitement plus ciblés sont en cours d’étude ou viennent récemment d’être validés.Notre travail a porté sur deux modèles d’immunothérapie dans deux formes de cancers . 1/Dans un modèle expérimental chez le rat, un traitement par un analogue de lipide A permet de guérir tous les animaux porteurs de carcinomatose péritonéale macroscopique d’origine colique. 2/ Chez la femme porteuse de carcinome mammaire localement avancé et surexprimant l’oncoprotéine HER2, un traitement préopératoire comportant du trastuzumab permet d’obtenir la disparition complète des tumeurs et des métastases axillaires chez la moitié des patientes. A partir de prélèvements tissulaires issus de ces 2 modèles, nous avons pu montrer que des analyses histologiques et surtout immunohistochimiques pouvaient permettre d’appréhender les mécanismes de régression tumorale.Dans les régressions des carcinomatoses chez le rat, le rôle du monoxyde d’azote, de l’apoptose des cellules tumorales et de l’infiltration des tumeurs par les cellules dendritiques puis des macrophages a été proposé. Dans la régression des tumeurs du sein, le rôle des cellules NK, via un mécanisme d’ADCC a été suggéré. Ces travaux ont permis de montrer que, malgré ses limites, et en particuliers l’impossibilité de démonstration mécanistique, l’immunohistochimie peut permettre de proposer des hypothèses intéressantes, qui doivent être secondairement confirmées par des expérimentations complémentaires. / In the developed countries, colorectal and breast cancers are two of the most common malignancies. When the diagnosis is made at the beginning of the disease, surgery, associated or not with radiotherapy may cure the patients. For tumors that present some pejorative prognostic factors,for locally advanced tumors or for metastasic disease, chemotherapy has to be prescribed. However, in these 2 types of cancer, chemotherapy is not able to cure patients suffering from metastasic stage and alternative treatments as immunotherapy or targeted therapies are studied or are still validated.Our work was based on 2 different models of immunotherapy in 2 types of cancer. In an experimental model of carcinomatoses of colorectal cancer in rats, Lipid A injections are able to cure all the rats, even at a macroscopic stage and in half of the women affected by locally advance HER2-overexpressing breast cancer, trastuzumab based preoperative treatment are able to obtain the total disappearance of the tumor. When we look on tumor samples obtained in these two models, we can show that histology and even more immunohistochemistry are able to propose some mechanisms of regression of the tumors. In the rat model, we can show the role of nitric oxide, apotosis, dendritic cells and macrophages and in the breast cancer regression, we show the role of NK cells and ADCC. Theses works show that immunohistochemistry, even if insufficient, may propose some interesting hypotheses that have to be confirm by other experimentations.