Il existe une littérature abondante sur les mécanismes cellulaires de résistance à la chimiothérapie, décrivant notamment les pompes d’efflux, les modifications des cibles (comme les topoisomérases) ou les altérations de l’apoptose. Peu de publications s’intéressent aux mécanismes de chimiorésistance liée au microenvironnement tumoral. Les agents anticancéreux doivent traverser l’interstitium tumoral pour atteindre toutes les cellules (dont les cellules hypoxiques éloignées des vaisseaux sanguins) à des concentrations suffisantes pour être létales. Les modèles de culture cellulaire en couches multiples ont permis de montrer la faible pénétration des molécules de chimiothérapie. Les techniques d’immunohistochimie permettent une mesure quantitative de la distribution de ces molécules à partir des vaisseaux sanguins. Nous avons évalué la pénétration de plusieurs inhibiteurs de topoisomérases : topotécan, doxorubicine, mitoxantrone et banoxantrone. Nous avons comparé la distribution de ces molécules à travers des tissus sains et des tissus tumoraux, démontrant la pénétration limitée des molécules de chimiothérapie dans les tumeurs. Par contre, nous avons montré que la banoxantrone pénètre rapidement et de façon uniforme. Cette pro-drogue est convertit en AQ4 (un inhibiteur de topoisomérase II ressemblant à la mitoxantrone) en condition d’hypoxie. La mitoxantrone cible les cellules bien oxygénées et AQ4 cible les cellules hypoxiques. Cette combinaison de traitement aboutit à une distribution intratumorale complémentaire et à une amélioration de l’activité antitumorale. Ainsi, optimiser la pénétration des chimiothérapies et/ou cibler spécifiquement les cellules hypoxiques peut contourner la chimiorésistance liée au microenvironnement tumoral. / There is a vast literature about mechanisms that lead to drug resistance of individual cancer cells, including drug export pumps, changes in expression of targets (such as topoisomerases) or alterations in apoptosis. A smaller number of publications has drawn attention to causes of drug resistance that depend on the solid tumour microenvironment. Drugs must penetrate the extra-vascular space to reach all of the cancer cells (including cells far from blood vessels in hypoxic condition) in sufficient concentration to cause lethal toxicity. Model systems such as multilayered cell cultures provide direct evidence of poor drug penetration through tumour tissue. In vivo techniques using quantitative immunohistochemistry allow studying drug distribution as a function of distance from the nearest blood vessel. We have evaluated the penetration of several topoisomerase inhibitors: topotecan, doxorubicine, mitoxantrone and banoxantrone (AQ4N). We have compared the distribution of these drugs through normal and tumour tissue, demonstrating the limited perivascular distribution of conventional chemotherapies in tumour. We have also showed the rapid and uniform penetration of banoxantrone. This pro-drug is reduced to AQ4 (a topoisomérase II inhibitor of similar structure to mitoxantrone) under hypoxic condition. The targeting of mitoxantrone to oxygenated regions and AQ4 to hypoxic tumour regions resulted in effective drug exposure over the entire tumour and increased tumour growth delay compared with either drug alone. Improving drug penetration and/or targeting hypoxic tumour cells may overcome chemoresistance due to the tumour microenvironment.

Les carcinomes épidermoïdes des voies aéro-digestives supérieures (VADS) se situent au sixième rang des cancers les plus fréquents dans le monde. Ces tumeurs sont liés à deux facteurs de risque : l’intoxication éthylo-tabagique (80% des cas) et l’infection de l’épithélium des VADS par les papillomavirus humain (HPV) à haut risque oncogène (20% des cas). Ces derniers définissent une sous-population de patients de meilleur pronostic. Une des hypothèses actuellement étudiées, afin d’expliquer la survie améliorée des patients HPV positifs, serait une hypoxie moindre dans ces tumeurs. En effet, les tumeurs des VADS sont fréquemment hypoxiques, et l’hypoxie intratumorale est un facteur de mauvais pronostic. Dans une première partie de cette thèse, nous avons entrepris une caractérisation moléculaire de l’hypoxie intratumorale dans les tumeurs humaines oropharyngées en fonction du statut HPV. Il apparaît que les tumeurs HPV positives présentent un statut hypoxique moindre comparées aux tumeurs HPV négatives. Ces tumeurs se caractérisent également par une abondante vascularisation intratumorale, qui pourrait être à l’origine de ce statut hypoxique moindre. Dans une deuxième partie, nous avons étudié l’adaptation à l’hypoxie de la lignée cellulaire HPV négative SQ20B et la lignée cellulaire HPV positive SCC90. De plus, des modèles de xénogreffes ont été établis à partir de ces mêmes lignées cellulaires et ont été analysés du point de vue de l’hypoxie intratumorale. De façon comparable aux tumeurs HPV positives, les xénogreffes obtenus à partir de la lignée SCC90 montre un statut hypoxique réduit comparés aux xénogreffes SQ20B. Les deux lignées cellulaires s’adaptent également différemment en hypoxie in vitro. La réponse à l’hypoxie dans la lignée SCC90 semble plus dynamique. En effet, la lignée SCC90 tente de s’adapter et de répondre à cet environnement hypoxique en induisant de fort niveau d’expression de gènes comparée à la lignée SQ20B. / Head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC) represents the sixth most common malignancy worldwide. The major risk factors for HNSCC identified are tobacco use and alcohol consumption (80% of all HNSCC), which seem to have a synergistic effect. A subgroup of HNSCCs (20% of cases), particularly those of the oropharynx, is caused by infection with high-risk types of human papillomavirus (HPV). Human papillomavirus HPV-related oropharyngeal squamous cell carcinoma defines a distinct clinical subgroup of head and neck cancer patients with improved prognosis. Currently, one of the several hypothesis studied to account for their improved survival outcomes could be a distinct hypoxia status compared to their HPV-negative counterpart. Indeed, tumour hypoxia is common in solid tumours including head and neck tumours, and hypoxia is a well-known poor prognosis factor. In first part of this thesis, we have performed a molecular characterisation of tumor hypoxia on cohort of oropharyngeal tumours according to HPV status of the patients. The results support the hypothesis that HPV-related tumours display a lesser hypoxia status compared to HPV-negative oropharyngeal tumours. These HPV-related tumours also characterize by an abundant tumour vascularisation, which could be responsible for a lesser hypoxia status. In a second part, we have studied the ability of the adaptation to hypoxia of the HPV-positive SCC90 cell line and HPV-negative SQ20B cell line. Furthermore, HPV-positive and HPV-negative HNSCC xenograft models have been established and have been analysed about tumor hypoxia. Similar to HPV-related HNSCC, tumours-derived HPV positive cell lines display a reduced hypoxic status compared to tumours-derived HPV negative cell lines. The two cell lines adapt also differently to in vitro hypoxia. In the HPV-positive cell line, the hypoxia response pathways could be more dynamics. Indeed, SCC90 cell lines attempt to adapt and to reply to hypoxic environment inducing highly expression of all of the hypoxia related genes compared to SQ20B cell lines.