Comme décrit dans la partie But du Travail, les tumeurs gliales sont particulièrement agressives d’un point de vue clinique. Le glioblastome, qui correspond au grade de malignité le plus élevé des gliomes, est associé à un pronostic très sombre car aucun patient atteint de ce cancer n’a pu être guéri à ce jour. Ces tumeurs envahissent de manière diffuse (par essaimage de cellules tumorales isolées) le parenchyme cérébral, ce qui empêche une résection chirurgicale complète de la tumeur. De plus, les cellules tumorales gliales d’origine astrocytaire sont souvent résistantes à l’apoptose et donc aux thérapies adjuvantes telles que la chimiothérapie et la radiothérapie. La galectine-1 est une petite protéine intervenant directement dans les processus migratoires des cellules gliales tumorales. Nous avons donc poursuivi la caractérisation des rôles biologiques que pourrait exercer la galectine-1 au sein des gliomes. Nous avons tout d’abord montré que la galectine-1 est impliquée dans la chimiorésistance des gliomes. En effet, nous avons démontré que la diminution du taux d’expression de la galectine-1, au moyen d’un siRNA au sein d’un modèle de gliome expérimental, permet d’augmenter le bénéfice thérapeutique du témozolomide in vivo sans toutefois induire d’apoptose, d’autophagie ou de perméabilisation de la membrane des lysosomes. Nous avons également montré que la diminution du taux d’expression de la galectine-1 au sein de ce modèle de gliome expérimental affecte les processus d’angiogenèse in vivo et de « vasculogenic mimicry » in vitro. Nous avons identifié la protéine ORP150 comme l’une des principales cibles de l’effet pro-angiogénique de la galectine-1, sachant que la protéine ORP150 contrôle la maturation du facteur VEGF. Nous avons ensuite montré que le rôle de la galectine-1 dans la chimiorésistance des gliomes et dans l’angiogenèse est directement lié à l’implication de la galectine-1 dans le processus de réponse au stress du réticulum endoplasmique. Via ce processus, la galectine-1 modulerait l’expression d’un certain nombre de gènes tels que ATF3, DUSP5 et HERP, qui sont impliqués dans la chimiorésistance et des gènes tels que ORP150 et MDG1 qui sont impliqués dans l’angiogenèse. Enfin, nous avons également montré que la galectine-1 régule l’expression du gène BEX2 et que celui-ci joue un rôle important dans la biologie des gliomes, notamment dans les processus d’angiogenèse et de migration cellulaire. En conclusion, notre travail suggère que l’étiquette « biomarqueur » pourrait être attribuée à la galectine-1 pour qualifier l’agressivité biologique des gliomes malins et que la galectine-1 pourrait représenter une nouvelle cible thérapeutique dans le combat contre les gliomes malins en général, et le glioblastome en particulier.

Identification et caractérisation comme cible de la S100B d'une protéine impliquée dans la distribution subcellulaire des mitochondries <br />Les mitochondries appartiennent à un réseau dynamique et doivent être positionnées de manière stratégique dans la cellule. 15 % des mitochondries sont en contact étroit avec le réticulum endoplasmique (RE), et il a été proposé que la calciprotéine S100B régule les interactions entre le RE et les mitochondries. Cependant, une localisation perimitochondriale de la S100B n'a jamais été montrée, ni sa cible mitochondriale identifiée. Après avoir montré dans les cellules progénitrices oligodendrogliales (CPO) que la S100B interagit avec les mitochondries, nous avons identifié par une approche de Far Western une protéine comme cible de la S100B. Aucune étude préalable ne porte sur la fonction de cette protéine, qui par ailleurs appartient à la famille AAA (Atpases Associées à des Activités variées). Nous l'avons nommée MSBP pour « Mitochondria S100B Binding Protein ». MSBP est transmembranaire, localisée aux sites de contacts entre les membranes internes et externes des mitochondries, le domaine N-terminal exposé côté cytosolique, et la boîte ATPase du côté C-terminal protégée à l'intérieur de la mitochondrie. Comparée aux autres membres de la famille S100, la S100B interagit de façon spécifique avec la protéine MSBP, dont elle inhibe de manière dépendante du calcium l'oligomérisation. Dans les CPO, il avait été montré que l'invalidation de la S100B induit un ralentissement de leur différenciation. Nous montrons ici que la diminution de l'expression de sa cible MSBP par une approche siRNA a un effet similaire. <br />La fonction cellulaire de MSBP a été analysée plus en détail dans la lignée cellulaire gliale U373, l'invalidation de l'expression de la protéine MSBP par siRNA et l'inhibition de son activité ATPase par une mutation ponctuelle ont des effets opposés sur la distribution des mitochondries : la protéine MSBP est nécessaire à l'ancrage des mitochondries à un pôle du noyau, tandis que son activité ATPase permet la libération des mitochondries de ce centre organisateur périnucléaire. L'invalidation de l'expression de la protéine MSBP, outre la dispersion des mitochondries vers la périphérie, s'accompagne d'une diminution des interactions entre le RE et les mitochondries et d'une diminution des transferts de phosphatidylserine (PS) qui nécessitent une interaction entre ces organelles.<br /><br />Expression des protéines MSBP dans les gliomes <br />Les gènes codant pour les protéines MSBP1 et MSBP2 sont localisés à l'extrémité distale du chromosome 1 au locus 1p36, qui se caractérise par une perte d'hétérozygotie dans les oligodendrogliomes. Nous montrons que l'expression de la protéine MSBP2 pourrait être utilisée comme un marqueur pour différencier les glioblastomes des oligodendrogliomes : alors que la protéines MSBP2 est détectée dans les glioblastomes, elle ne l'est pas dans les oligodendrogliomes. D'autre part, dans la lignée cellulaire HS683 dérivée d'un oligodendrogliome, l'absence d'expression de la protéine MSBP2 résulte d'une délétion homozygote qui tronque la partie 5' du gène codant pour MSBP2. L'étendue de cette délétion homozygote recouvre une région très restreinte, et ne concerne que deux gènes, dont le gène codant MSBP2. Bien plus, dans la lignée U373, l'inhibition de l'expression des gènes MSBP par siRNA favorise la prolifération, et la croissance indépendante de l'ancrage en Soft agar, tandis que leur surexpression se caractérise par un effet opposé. Ces résultats suggèrent que l'invalidation du gène MSBP2 pourrait participer à la transformation cellulaire et favoriser ainsi le développement des oligodendrogliomes.

En 2006 Dilmanian et al. ont proposé une méthode d'irradiation par rayonnement synchrotron innovante appelée minifaisceaux. L'irradiation de tumeur par minifaisceaux monochromatiques consiste en un motif fractionné spatialement de faisceaux de rayons X submillimétriques produits par un synchrotron. Afin d'obtenir une dose homogène dans le volume cible, deux incidences orthogonales sont entrecroisées. Le tissu sain environnant ne subit que l'irradiation fractionnée, entre les faisceaux la dose n'est dûe qu'au diffusé et l'énergie déposée y est donc 10 à 15 fois inférieure à celle déposée sur les axes des faisceaux. Cela permet un effet protecteur des tissus sains tout en distribuant de fortes doses à la tumeur. Cette thèse porte sur le développement de la méthode expérimentale des minifaisceaux monochromatiques, ce qui comprend le contrôle de la géométrie d'irradiation, la dosimétrie expérimentale et l'étude Monte Carlo correspondante. Afin d'évaluer son efficacité, des études précliniques ont été réalisées sur un modèle de tumeur cérébrale implantée chez le rat (F98). Un suivi de traitement est réalisé par de l'imagerie anatomique et fonctionnelle afin d'évaluer son efficacité. L'imagerie de perfusion cérébrale (menant aux volumes et débits sanguin cérébrales, au temps de transit moyen) est d'après la littérature un moyen efficace de pronostique du résultat du traitement. Les paramètres clés de la vascularisation cérébrale sont principalement étudiés par imagerie IRM, du fait de l'innocuité de ce type d'imagerie. La Synchrotron Radiation Computed Tomography (SRCT) est une modalité d'imagerie dont les performances sont proches des limites théoriques dans l'obtention de mesures absolues des concentrations d'agent de contraste et peut être utilisé en tant que gold-standard. Les modèles pharmacocinétiques utilisés nécessitent comme paramètre d'entrée des concentrations d'agent de contraste en fonction du temps. La relation entre le signal obtenu par IRM et la concentration d'agent de contraste est très complexe et difficilement quantitative. Une comparaison des mesures de perfusion effectuées par IRM et par SRCT a été effectuée afin de calibrer les mesures IRM.

Des mutations dans ATRX, une protéine de remodelage de la chromatine, ont été associées, dans plusieurs études cliniques, avec la voie télomérase-indépendante de maintenance des télomères (voie ALT) dans plusieurs types de cancer. Grâce à des expériences d’immunoprécipitation de chromatine (ChIP), nous avons montré qu’ATRX était localisée au niveau subtélomérique de cellules tumorales humaines en culture. Nous avons également montré, par ChIP, que l’inactivation génétique d’ATRX provoquait une diminution des quantités de cohésine/SMC1 présentes dans les régions subtélomériques. L’inactivation d’ATRX a conduit en outre à une diminution des quantités de TERRA, transcrits non codants de l’ADN télomérique. Nos données suggèrent qu’ATRX pourrait établir des interactions fonctionnelles avec la cohésine au niveau de la chromatine subtelomérique afin de contrôler les niveaux de TERRA et que l’un ou l’autre de ces évènements pourrait avoir un rapport avec la voie ALT. / Mutations in ATRX, a chromatin remodeling protein, have been found, in several clinical studies, associated with the telomerase-independent ALT pathway of telomere maintenance in several types of cancer. Using chromatin immunoprecipitation (ChIP), we have shown that ATRX localized to subtelomeric regions of human tumor cells in culture. Cohesin has recently been shown to be part of telomeric chromatin. Here, using ChIP, we showed that genetic inactivation of ATRX provoked a diminution in the amount of cohesin in subtelomeric regions of telomerase-positive glioma cells. Moreover, inactivation of ATRX also led to a diminution in the amount of TERRAs, non-coding RNAs resulting from transcription of telomeric DNA. Our data suggest that ATRX might establish functional interactions with cohesin on subtelomeric chromatin in order to control TERRA levels and that one or the other or both of these events might be important for ALT mechanisms.

Cette thèse présente des travaux en lien avec l’utilisation de données cliniques dans la construction de modèles appliqués à l’oncologie. Les modèles actuels visant à intégrer plusieurs mécanismes biologiques liés à la croissance tumorale comportent trop de paramètres et ne sont pas calibrables sur des cas cliniques. A l’inverse, les modèles plus simples ne parviennent pas à prédire précisément l’évolution tumorale pour chaque patient. La multitude et la variété des données acquises par les médecins sont de nouvelles sources d’information qui peuvent permettre de rendre les estimations des modèles plus précises. A travers deux projets différents, nous avons intégré des données dans le processus de modélisation afin d’en tirer le maximum d’information. Dans la première partie, des données d’imagerie et de génétique de patients atteints de gliomes sont combinées à l’aide de méthodes d’apprentissage automatique. L’objectif est de différencier les patients qui rechutent rapidement au traitement de ceux qui ont une rechute plus lente. Les résultats montrent que la stratification obtenue est plus efficace que celles utilisées actuellement par les cliniciens. Cela permettrait donc d’adapter le traitement de manière plus spécifique pour chaque patient. Dans la seconde partie, l’utilisation des données est cette fois destinée à corriger un modèle simple de croissance tumorale. Même si ce modèle est efficace pour prédire le volume d’une tumeur, sa simplicité ne permet pas de rendre compte de l’évolution de forme. Or pouvoir anticiper la future forme d’une tumeur peut permettre au clinicien de mieux planifier une éventuelle chirurgie. Les techniques d’assimilation de données permettent d’adapter le modèle et de reconstruire l’environnement de la tumeur qui engendre ces changements de forme. La prédiction sur des cas de métastases cérébrales est alors plus précise. / This thesis deals with the use of clinical data in the construction of models applied to oncology. Existing models which take into account many biological mechanisms of tumor growth have too many parameters and cannot be calibrated on clinical cases. On the contrary, too simple models are not able to precisely predict tumor evolution for each patient. The diversity of data acquired by clinicians is a source of information that can make model estimations more precise. Through two different projets, we integrated data in the modeling process in order to extract more information from it. In the first part, clinical imaging and biopsy data are combined with machine learning methods. Our aim is to distinguish fast recurrent patients from slow ones. Results show that the obtained stratification is more efficient than the stratification used by cliniciens. It could help physicians to adapt treatment in a patient-specific way. In the second part, data is used to correct a simple tumor growth model. Even though this model is efficient to predict the volume of a tumor, its simplicity prevents it from accounting for shape evolution. Yet, an estimation of the tumor shape enables clinician to better plan surgery. Data assimilation methods aim at adapting the model and rebuilding the tumor environment which is responsible for these shape changes. The prediction of the growth of brain metastases is then more accurate.

En 2006 Dilmanian et al. ont proposé une méthode d'irradiation par rayonnement synchrotron innovante appelée minifaisceaux. L'irradiation de tumeur par minifaisceaux monochromatiques consiste en un motif fractionné spatialement de faisceaux de rayons X submillimétriques produits par un synchrotron. Afin d'obtenir une dose homogène dans le volume cible, deux incidences orthogonales sont entrecroisées. Le tissu sain environnant ne subit que l'irradiation fractionnée, entre les faisceaux la dose n'est dûe qu'au diffusé et l'énergie déposée y est donc 10 à 15 fois inférieure à celle déposée sur les axes des faisceaux. Cela permet un effet protecteur des tissus sains tout en distribuant de fortes doses à la tumeur. Cette thèse porte sur le développement de la méthode expérimentale des minifaisceaux monochromatiques, ce qui comprend le contrôle de la géométrie d'irradiation, la dosimétrie expérimentale et l'étude Monte Carlo correspondante. Afin d'évaluer son efficacité, des études précliniques ont été réalisées sur un modèle de tumeur cérébrale implantée chez le rat (F98). Un suivi de traitement est réalisé par de l'imagerie anatomique et fonctionnelle afin d'évaluer son efficacité. L'imagerie de perfusion cérébrale (menant aux volumes et débits sanguin cérébrales, au temps de transit moyen) est d'après la littérature un moyen efficace de pronostique du résultat du traitement. Les paramètres clés de la vascularisation cérébrale sont principalement étudiés par imagerie IRM, du fait de l'innocuité de ce type d'imagerie. La Synchrotron Radiation Computed Tomography (SRCT) est une modalité d'imagerie dont les performances sont proches des limites théoriques dans l'obtention de mesures absolues des concentrations d'agent de contraste et peut être utilisé en tant que gold-standard. Les modèles pharmacocinétiques utilisés nécessitent comme paramètre d'entrée des concentrations d'agent de contraste en fonction du temps. La relation entre le signal obtenu par IRM et la concentration d'agent de contraste est très complexe et difficilement quantitative. Une comparaison des mesures de perfusion effectuées par IRM et par SRCT a été effectuée afin de calibrer les mesures IRM. / An innovative method of synchrotron radiation therapy, called minibeams, was proposed by A. Dilmanian et al. in 2006. Minibeams consists in tumor irradiation with monochromatic submillimetric x-ray beams spatially fractionated produced by a synchrotron source. To obtain a homogeneous dose in the target volume, an interleaving is realized using two orthogonal incidences. Adjacent healthy tissue is only partially irradiated by minibeams, the areas between the beams only receive scattered radiation and therefore the energy deposited is 10 to 15 times lower than on one minibeam axis, leading to a sparing effect of healthy tissue even when a high dose is deposited in the target volume. The thesis project is the development of this experimental method of monochromatic minibeams, which involves the control of the irradiation geometry, the control of dosimetry and its modeling by Monte Carlo simulations. To evaluate the method, preclinical experiments on models of brain tumors implanted in rats (F98) are performed. Follow-up by anatomical and functional imaging is carried out to evaluate the effectiveness of the treatment. Functional imaging of cerebral perfusion (volume and cerebral blood flow, mean transit time of heavy elements) appears to be associated in the literature as a relevant method for monitoring prognostic. The key parameters of the cerebral vasculature are mainly studied in magnetic resonance imaging (MRI), because of the harmlessness of this imaging modality. The relation between MRI signal and contrast agent concentration is very complex and no quantitative relationship is well known. Synchrotron Radiation Computed Tomography (SRCT) is an imaging modality with performances to measure absolute contrast agent concentration very close to the theoretical limits and can be used as gold-standard. The used pharmacokinetic models need as input parameters a contrast agent concentration versus time. A comparison of perfusion measurements between MRI and SRCT has been done in order to calibrate MRI measurements.

Les gliomes des bas-grade sont des tumeurs cérébrales lentement évolutives, affectant principalement les jeunes adultes, qui peuvent rester des années sans symptôme. Les patients peuvent être opérés, ou traités par radiothérapie ou chimiothérapie, avec deux thérapies possibles : le PCV et le témozolomide (TMZ).Nous souhaitons montrer dans ces travaux de thèse que la modélisation mathématique, à travers l'approche de population, peut permettre l'amélioration des traitements en termes de durée et d'amplitude de décroissance pour les gliomes de bas-grade traités par chimiothérapie (PCV et TMZ).Dans un premier temps, nous nous concentrons sur la possibilité de modifier le protocole d'administration du PCV, au niveau de la population, afin de prolonger la durée de décroissance tumorale. Nous concluons qu'espacer les cycles de traitement permet de repousser de manière significative le moment de recroissance de la tumeur.Dans un second temps, nous étudions l'évolution des gliomes de bas-grade traités par TMZ. Sur la base des données de tailles tumorales de 77 patients, ainsi que d'informations génétiques, nous développons un modèle K-PD à effets mixtes permettant de décrire la dynamique tumorale avant, et suite au traitement. Nous évaluons ensuite les capacités du modèle à prédire la durée et l'amplitude de la réponse tumorale, à partir de mesures précoces de tailles de la tumeur ainsi que des informations génétiques. Ces prédictions pourraient être utilisées pour aider les cliniciens à déterminer si le traitement doit être prolongé ou non, pour un patient donné.Enfin, nous nous intéressons plus particulièrement au phénomène de résistance au traitement par TMZ. A partir des mêmes données de tailles tumorales que précédemment, nous construisons un modèle PK-PD à effets mixtes décrivant l'apparition des cellules résistantes au sein de la tumeur. Ce modèle reproduit plus précisément l'évolution du TMZ dans l'organisme et son impact sur la tumeur. Il est utilisé pour optimiser le protocole thérapeutique au niveau individuel. A l'aide d'un algorithme d'optimisation, nous déterminons l'intervalle entre chaque cycle et la dose à administrer afin de prolonger la durée de décroissance tumorale tout en limitant l'émergence de résistance. Les protocoles ainsi optimisés sont évalués à l'aide d'une approche stochastique, permettant de tester la robustesse du modèle et de l'optimisation.A travers les différents travaux de cette thèse, nous montrons l'utilité de la modélisation mathématique pour aider à l'amélioration des traitements chimiothérapiques pour les patients souffrant de gliomes de bas-grade. Nous croyons que ces résultats peuvent être transposés à d'autres types de cancers. / Low-grade gliomas are slow-growing brain tumors, mainly affecting young adults who may remain without any symptoms for years. Patients can undergo surgery, or receive radiotherapy or chemotherapy with two different treatments: PCV of temozolomide (TMZ).In our different projects, we aim to show that mathematical modeling, and population approach, can allow to improve treatments, in terms of response duration and amplitude, for low-grade gliomas treated with chemotherapy (PCV and TMZ).In a first part, we focus on the possibility to modify PCV administration protocol, on a population level, to prolong tumor decrease duration. We claim that prolonging time interval between cycles enables us to significantly postpone the time to tumor regrowth.In a second part, we study the evolution of low-grade gliomas treated with TMZ. We analyze tumor size observations of 77 low-grade glioma patients, as well as genetic information, to develop a K-PD mixed-effects model describing tumor evolution before and after treatment onset. We then evaluate model capacity to predict tumor response duration and amplitude, on the base of early tumor sizes and genetic information. These predictions could be used to help clinicians to determine if they should prolong the treatment or not, for a given patient.In a last part, we more particularly focus on the phenomenon of resistance to TMZ. We build a PK-PD mixed-effects model describing the emergence of resistant tumor cells, using the same tumor size observations as previously. This model more accurately reproduces the evolution of TMZ in the body and its effect on the tumor. It is then used to optimize TMZ therapeutic protocol, on an individual level. Using an optimization algorithm, we determine the time interval between TMZ cycles, and the dose to administer, to prolong tumor decrease duration while limiting the emergence of resistance. The optimized protocols are evaluated with a stochastic approach, allowing to test the robustness of the model and the optimization.Through these different projects, we show the utility of mathematical modeling to help to improve chemotherapy treatments of low-grade glioma patients. We believe that these results could be transposed to other types of cancers.

Les gliomes sont les tumeurs primitives les plus fréquentes du cerveau et restent de mauvais pronostic en raison de l’inefficacité des traitements actuels. Des cellules souches cancéreuses ont été isolées à partir de gliomes de haut grade de l’adulte. Ces cellules souches de gliomes (GSC) peuvent fournir tous les sous-types cellulaires qui composent la tumeur. De nombreuses données indiquent que la résistance aux traitements est due en grande partie aux GSC. Cibler les GSC et leurs propriétés souches constitue donc un enjeu thérapeutique important. [...] Une solution pertinente de ciblage thérapeutique est de forcer les GSC à quitter leur état souche. Dans ce cadre, mes principaux travaux ont eu pour but de caractériser les changements épigénétiques des marques d’histones qui accompagnent la répression des propriétés des GSC par un groupe de micro-ARN, miR-302-367. [...] L’étude de cette plasticité par notre équipe a abouti à l’identification de miR-302-367. Son expression forcée, à l’aide de lentivirus, bloque de façon irréversible les propriétés souches et initiatrices de tumeur des GSC. L’effet suppresseur de tumeur exercé par miR offre la possibilité d’identifier les mécanismes qui régulent le maintien ou la perte des propriétés des GSC. A l’aide d’un modèle formé par une lignée de GSC et de sa contrepartie dépourvue des propriétés souches et tumorigènes GSC-miR-302-367, je me suis attachée à caractériser les méthylations de l’histone H3, qui font parties du code d’histone associé à une transcription génique respectivement active ou réprimée. Je me suis axée sur la triméthylation de la lysine 4 (H3K4me3) et de la lysine 27 (H3K27me3), respectivement permissive et répressive de la transcription. Une analyse par ChIP-seq (Immunoprécipitation de la chromatine-séquençage) des gènes associés à ces marques a été associée à la caractérisation des transcriptomes des cellules par exon-array. Nos résultats montrent que l’expression du groupe de miR-302-367 ne modifie pas de façon globale les taux des marques H3K4me3 et H3K27me3. Par contre, des changements dans des groupes de gènes circonscrits ont pu être identifiés. La corrélation positive observée entre les marques d’histones et les taux d’expression des gènes montre une conservation du code d’histone dans les cellules cancéreuses, au moins pour les marques étudiées. L’analyse des termes GO (Gene Ontology) indique que la perte des propriétés induites par miR-302-367 s’accompagne d’un engagement de GSC dans une voie de différenciation. Les gènes portant la marque répressive dans les GSC-miR-302-367 participent notamment à des catégories fonctionnelles associées à l’expression de propriétés souches et tumorigènes. L’analyse du groupe de gènes portant une marque permissive dans les GSC et répressive dans les GSC-miR-302-367, a révélé un réseau de facteurs de transcription susceptible de participer au contrôle des propriétés souches des GSC. La répression à l’aide de siRNA d’un des membres de ce réseau, le facteur de transcription ARNT2, nous a permis de révéler son rôle dans le maintien des capacités prolifératives des GSC issues de gliomes distincts et dans l’expression du facteur de transcription Nanog, connu pour son rôle central dans le contrôle des propriétés souches des GSC. Nos résultats montrent que l’analyse des changements de marques d’histone offre donc non seulement une vue d’ensemble des différents réseaux moléculaires associés au maintien ou au contraire à la répression des propriétés des GSC, mais permet d’identifier de nouveaux acteurs. L’effet stimulateur d’ARNT2 sur la croissance cellulaire et l’expression de Nanog, dans des GSC dérivées de gliomes différents aux altérations génomiques distinctes, indique que ce facteur de transcription tient une place centrale, insoupçonnée jusqu’à présent, dans la hiérarchie des gènes qui gouvernent les propriétés des GSC. / Gliomas, the most frequent primary brain tumors, are resistant to current therapies and the survival rate of patients is very low. Within high-grade gliomas, a cell sub-population bearing stem-like properties has been isolated. These cells, called glioma stem cell (GSC), are capable of generating all glioma cellular sub-types. Recent data indicates that resistance of these aggressive tumors to therapies is mostly due to GSCs. Thus, targeting the GSCs and their stem-like properties is imperative in order to improve current therapies. [...] Another effective solution to treat GSCs is to force them to lose their stem-like properties. In this context, the aims of my major project were to characterize the epigenetic modifications of histone marks accompanying the loss of GSC stem-like properties under the influence of a cluster of micro-RNA, miR-302-367. GSCs are endowed with an exceptional plasticity, allowing them to gain or lose their stem-like state in response to modifications in their micro-environment. Our results identified the implication of miR-302-367 in the regulation of GSC plasticity. Its stable expression using lentivirus inhibits in an irreversible manner the stem-like and tumorigenic properties of GSC. The tumor-suppressor effect of this miR offers the possibility to decipher the mechanisms responsible for the maintenance or the loss of GSC stem-like properties. Using the model of GSC and their counterparts, GSC-miR-302-367, who lost their stem-like and tumorigenic properties, my aim was to identify the methylation status of histone H3 of the histone code which is known to be associated either to an active or to a repressive gene transcription. I focused on the trimethylation of lysine 4 (H3K4me3) and lysine 27 (H3K27me3), which are associated with an activation or repression of gene transcription, respectively. We performed a ChIP-seq (Chromatin-immunoprecipitation-sequencing) analysis of the respective associated genes followed by a transcriptomic (exon-array) analysis of both cell lines. Our results show that miR-302-367 expression does not alter in a global manner the expression levels of H3K4me3 and H3K27me3. On the contrary, we were able to detect modifications in a discrete group of genes. At least for the studied marks, the positive correlation between the identified histone marks and the gene expression levels indicates that the histone code is well preserved in cancer. GO (Gene Ontology) analysis indicates that miR-302-367-induced loss of stem-like properties is accompanied with activation of the differentiation process in GSC. Genes implicated in the regulation of stem-like and tumorigenic properties were found to bear the repressive histone mark in GSC-miR-302-367. From our analysis of the group of genes bearing the active histone mark in GSC and the repressive one in GSC-miR-302-367, emerged a network of transcription factors that could possibly participate in the regulation of GSC stem-like properties. Down-regulation using siRNA of a member of this network, namely ARNT2, highlighted its role in the maintenance of the proliferative dynamic, as well as the expression of the transcription factor Nanog (a major regulator of GSC stem-like properties), in GSC derived from distinct gliomas. Our histone mark modification analysis, not only elucidated the molecular pathways implicated in the maintenance or, on the contrary, in the loss of GSC stem-like properties, but also, highlighted the implication of new actors in these processes. The activator effect of ARNT2 on GSC proliferation, as well as on the expression of Nanog, observed in GSC bearing distinct genetic alterations and derived from different glioma, indicates that this transcription factor plays a major role, not documented thus far, in the regulation of GSC stem-like properties.

Le gliome est le type le plus agressif et mortel de tumeur cérébrale. Ces tumeurs se caractérisent par la présence conjointe de phénotypes solides (de bas grade, moins invasif, hautement vascularisé) et diffus (haut grade, très envahissant et diffus) des glioblastomes multiformes. Les collagènes sont des composants majeurs de la MEC des cellules tumorales des gliomes, et sont également présents dans la membrane basale des vaisseaux sanguins, mais avec une composition différente entre vasculatures saine et tumorale. L'abondance et la typologie des collagènes dans la MEC des cellules tumorales et la vasculature représentent donc un marqueur potentiel de diagnostic pour la gradation des tumeurs gliales. Nous avons développé la spectro-imagerie infrarouge à transformée de Fourier pour déterminer les modifications morphologiques et moléculaires apparaissant dans les formes solides et diffuses de gliomes, ainsi que dans les vasculatures saine et tumorale. Nous avons d'abord mis en évidence les vasculatures saine et tumorale en utilisant des nanoparticules injectées dans le système sanguin. Ensuite, nous avons appliqué des méthodes de reconstruction spectrale pour distinguer les tissus sains vs. ceux des formes solide et diffuse de tumeurs sur la base de leurs contenus en collagène de la MEC. Enfin, nous avons déterminé les changements de types du collagène au cours de la progression tumorale, validant ainsi la notion que l’analyse de ces contenus est potentiellement un marqueur diagnostic pour la gradation des gliomes. / The glioma is the most aggressive and lethal type of brain tumor. Such tumor is characterized both by solid (low grade, less invasive, highly vascularized) and diffuse (high grade, very invasive and diffuse) phenotypes in high-grades. Collagens are major components of ECM in glioma tumor cells, and are also present in basement membrane of blood vessels in vasculature, but with different composition between healthy and tumor capillaries. The abundance and typology of collagens in tumor cell ECM and vasculature is thus a potential diagnostic marker for grading glioma tumors. We developed Fourier transform infrared (FTIR) spectro-imaging as a functional technique to determine the morphological and molecular changes occurring in solid and diffuse form of tumor tissues as well as in healthy and tumor vasculatures. We first highlighted healthy and tumor vasculatures using nanoparticles injected in blood system. Then, we applied curve-fitting methods to distinguish between healthy tissue vs. solid and diffuse tumor tissues on the basis of the collagen contents found in ECM. Finally, we determined collagen typology changes during tumor progression, thus validating that collagen contents analysis is potentially a diagnostic marker for glioma grading.

Les gliomes, tumeurs cérébrales primaires du système nerveux central, sont souvent de pronostic défavorable, d'autant plus que l'absence de critères indiscutables pour les identifier rend leur diagnostic et leur prise en charge particulièrement difficiles. L’analyse conjointe, d’une cohorte française de 64 patients porteurs de gliomes et d’une cohorte internationale de 671 patients issus du TCGA, a permis de mettre en évidence deux groupes pronostiques constitués par un panel d’expression différentielle de 26 gènes (p = 0,007). Cette stratification en deux groupes pronostiques a été confirmée quels que soient le grade et le groupe moléculaire de la tumeur (p < 0,0001). Nous avons établi une nouvelle stratégie diagnostique à partir de la classification moléculaire des gliomes en intégrant deux biomarqueurs pronostiques CHI3L1 et NTRK2. L’analyse multivariée confirme que ces biomarqueurs sont indépendants du statut IDH et du grade tumoral. Si nous avons mis en évidence par l’analyse protéique de CHI3L1 une concordance avec les transcrits, les résultats divergent pour TrkB. Ainsi, une expression élevée de TrkB et son corécepteur p75NTR serait liée à l’agressivité tumorale indépendamment du statut IDH. Enfin, TrkB et p75NTR sont présents aussi bien dans les exosomes issus du plasma de témoins sains et de patients atteints de gliomes mais leur expression augmente en fonction de l’agressivité de la tumeur / Gliomas, primary brain tumours of the central nervous system, are often of poor prognosis.The absence of clear criteria to identify them makes their diagnosis and management particularly difficult. The combined analysis of a cohort of 64 glioma patients and an international cohort of 671 patients from the TCGA revealed two prognostic groups of a differential expression panel of 26 genes (p = 0.007). This stratification into two prognostic groups was confirmed independently of the grade and molecular group of the tumor (p <0.0001). We have established a new diagnostic strategy based on the molecular classification of gliomas by integrating two prognostic biomarkers CHI3L1 and NTRK2. Multivariate analysis confirms that these biomarkers are independent of IDH status and tumor grade.While we have demonstrated by the protein analysis of CHI3L1 concordance with the transcripts, the results are different for TrkB. Therefore, a high expression of TrkB and its p75NTR co-receptor would be associated with tumor aggressiveness regardless of IDH status. Lastly, TrkB and p75NTR are present in exosomes from plasma of healthy controls and glioma patients, but their expression increases with the aggressiveness of tumor.