Les leucémies aiguës lymphoblastiques et les lymphomes de type T sont des cancers très agressifs, génétiquement hétérogènes. Les pronostics sont globalement défavorables et la survie après rechute n’est que de 10%. Les plus fréquentes mutations ont pour conséquence l’activation constitutive de l’axe PI3K/AKT/mTOR favorisant la progression tumorale. La compréhension des mécanismes de la transformation cancéreuse, à l’aide d’un modèle murin (invalidation spécifique de PTEN dans les lymphocytes T), va permettre de proposer de nouvelles cibles potentielles et de futurs traitements ciblés qui peuvent agir seuls ou en combinaison avec les médicaments chimiothérapeutiques et améliorer le pronostic et la survie des patients. Dans un premier temps, je me suis intéressée au fait de cibler à la fois le métabolisme leucémique élevé et l’activation oncogénique de la voie mTOR en utilisant des activateurs du senseur de stress AMPK : metformin, phenformin et AICAR. Puis, comme il est connu que la concentration en acides aminés intracellulaire influe sur la voie mTOR je me suis intéressée à interférer avec l’action du transporteur d’acides aminés LAT-1, dont le gène slc7a5 est fortement surexprimé dans un grand nombre de cancers dont notre modèle de lymphome T tPTEN-/-. Enfin, je me suis intéressée aussi au rôle de la surrexpression du récepteur de la transferrine (CD71) par les cellules tPTEN-/-, qui suggère que ces cellules cancéreuses pourraient avoir développé une addiction au fer, co-facteur essentiel de nombreux processus métaboliques. Globalement, les résultats présentés dans ce mémoire de thèse démontrent l’intérêt de cibler le métabolisme reprogrammé des cellules cancéreuses. / Lymphoids proliferative malignancies of T-cell origin, lymphomas (T-NHL) and acute lymphoblastic leukemias (T-ALL), are genetically heterogeneous and very aggressive diseases. Their prognosis is still unfavourable and relapse-free survival is only 10%. A common feature of T-LL/T-ALL is the frequent (85% of cases) and abnormal activation of the PI3K/AKT/mTOR pathway that promotes tumor progression. A better molecular understanding of tumoral transformation, using a murine model (T-cell-specific depletion of PTEN), will help identify new potential therapeutic targets for future innovative treatments, that could be efficient alone or in combination with current chemotherapeutic drugs to improve prognosis and patients survival. First of all, I was interested in studying the effects of interfering with the high metabolism and the oncogenic activation of the mTOR pathway, by using metformin, phenformin and AICAR that activates the stress and energy sensor AMPK. Next, as it was well known that intracellular amino acids concentration influences the mTOR pathway, I explored the possibility to target the amino acids transporter LAT-1 that is encoded by the slc7a5 gene, upregulated in a large numbers of cancers including our T-lymphoma murine model. Lastly, I also observed an upregulation of the transferrin receptor (CD71) in tPTEN-/- cells, suggesting that cancer cells require high levels of iron uptake, an essential element for numerous metabolic processes, to sustain high proliferation and survival. More generally, the results presented in this manuscript thesis show an interest to target the reprogrammed metabolism of tumor cells.

Le lymphome cutané primitif (LCP) CD30+ est une lymphoprolifération maligne de phénotype T. Son oncogenèse reste à ce jour inconnue. Le but de ma thèse est d'identifier des gènes exprimés spécifiquement dans les LCP CD30+ afin de comprendre les mécanismes d'oncogenèse et également d'identifier des marqueurs diagnostics ou thérapeutiques. Des banques d'ADNc soustraites sont réalisées par SSH « Suppressive Subtractive Hybridisation » entre des LCP CD30+ et des lymphocytes sanguins. Ces banques sont ensuite criblées par des techniques de Dot Blot avec des sondes radiomarquées spécifiques des échantillons étudiés. Les clones sélectionnés sont enfin validés par PCR en temps réel. Nous avons ainsi mis en évidence cinq gènes surexprimés dans les LCP CD30+ : THW, p120caténine, SPARC, PTTG1, CD30 et cinq gènes sousexprimés : humanine, CIN85, Bcl11B, CD30 L et CD30s. Il reste à vérifier si ces gènes sont responsables de l'oncogenèse ou s'ils sont uniquement des phénotypes des LCP CD30+.

The multiplication of new markers used for diagnosis addresses new challenges in routine medical practice. One outstanding question is; how can we profile tumor markers expression using a meaningful and practical method for clinical purposes? Over the last 6 years, the microarray technology made a significant contribution to our understanding of many medical conditions. Benefiting from EAT’s expertise, we decided to design two cutting edge low density microarrays tools to study on one hand, ATP-binding cassette genes-mediated chemotherapy resistance and on the other hand, to characterize subtypes of Small B-Cell non-Hodgkin Lymphomas. The microarray (DualChip human ABC) specificity and the reproducibility of our results were tested first by comparison of ABC gene expression in three drug-resistant sublines and their respective drugsensitive counterparts. The results that we obtained were in accordance with ABC-transporters expression previously described for these cell lines using different methods. Interestingly, we were able to report a larger diversity of ABC-transporter expression than previously established with classical molecular biology screens. To further validate the relevance of this approach for diagnostic purposes, we profiled the expression of ABC genes in clinical samples of Acute Myeloid Leukemia, T-Acute Lymphoblastic Leukemia from pediatric patients, and drug treated/untreated samples of mamma carcinoma biopsies. By doing so, we characterized the expression of new ABC transporters in pediatric leukemia and observed enrichment for ABC-transporters in breast cancers even prior drug treatment. In the second part of this work our microarray-based strategy was applied to diagnostic procedures in order discriminate between four different forms of small B cell non Hodgkin lymphomas. We applied gene expression profiling to RNA samples obtained from 71 patients. Through a supervised comparison of the various expression patterns, we isolated a group of genes that can be used to discriminate 75% of the patients investigated. As a conclusion, using a variety of cell lines and tumor samples we demonstrated that low-density microarrays can be used for molecular diagnosis in many meaningful ways including tumor classification and drug resistance profiling. <br /><br /> La diversité des marqueurs utilisés pour le diagnostic est un nouveau défi dans la pratique médicale quotidienne. Une question se pose donc; comment pouvons-nous déterminer le profil d’expression génique d’une tumeur en utilisant une approche efficace et pratique à des buts cliniques ? Au cours de ces 6 dernières années, les damiers à ADN ont contribué de façon significative à l’amélioration des connaissances dans de nombreux domaines de la recherche biomédicale. Bénéficiant de l’expertise de la société EAT, nous avons développé deux damiers à ADN de faible densité permettant d’une part, l’étude de la résistance à la chimiothérapie induite par les ABC transporteurs, et d’autre part, d’évaluer l’intérêt de ce genre d’outil pour le diagnostique clinique des lymphomes non Hodgkiniens à petites cellules B. Dans un premier temps, nous avons évalué la spécificité et la reproductibilité du damier DualChip human ABC. Pour cela, nous avons comparé le profil d'expression génique de trois lignées cellulaires résistantes à une drogue donnée avec le profil d’expression génique de leur lignée parentale sensible à cette drogue. Les résultats que nous avons obtenus étaient en accord avec ceux préalablement décrits. En outre, nous avons détecté un profil expression d’un plus grand nombre de gènes ABC transporteurs que celui établi précédemment à partir de techniques conventionnelles. Afin d’étudier davantage l’intérêt de cet outil dans le domaine diagnostique, nous avons étudié le profil d’expression des gènes ABC dans des échantillons cliniques de leucémie myéloïde aiguë, leucémie lymphoblastique aiguë de type T chez l’enfant et de carcinomes mammaires provenant de patients adultes traités et non traités. Nous avons ainsi pu mettre en évidence l’expression de nouveaux gènes ABC transporteurs dans les leucémies de l’enfant. Nous avons également observé un niveau d’expression élevé de nombreux gènes ABC transporteurs tant dans les tumeurs mammaires traitées que non traitées. Dans la seconde partie de ce travail, nous avons évalué le potentiel des damiers à ADN de faible densité dans le diagnostic de 4 sous-types de lymphomes non Hodgkiniens à petites cellules B. Nous avons étudié le profil d’expression génique d’échantillons provenant de 71 patients. Une analyse supervisée à partir du profil d’expression de tous les gènes étudiés a ensuite été entreprise. Cette étude a permis de mettre en évidence un groupe de gènes permettant de différencier 75% des patients investigués. L’ensemble de nos résultats a démontré que le damier à ADN de faible densité est un outil prometteur pour le diagnostic moléculaire dans des domaines variés incluant la classification des tumeurs et la détection de la résistance aux drogues.

Notre équipe étudie les mécanismes de l'apoptose induite par la nutline-3, une molécule capable de se fixer sur MDM2 et d'activer la p53, dans différents types de lymphomes associés au virus d'Epstein-Barr (EBV) comme le lymphome de Burkitt (LB) ou syndromes lymphoprolifératifs post-transplantation (PTLD). Nos résultats montrent que la nutline-3 induit l'apoptose des cellules de LB EBV (-) alors que les cellules EBV (+) en latence de type III sont résistantes. Mon travail de thèse a consisté à étudier les mécanismes impliqués dans ce phénomène de résistance afin de mettre en place des stratégies pour les contourner. Une première étude initiée par les résultats d'une analyse transcriptomique, effectuée après traitement avec la nutline-3 de deux lignées qui ne diffèrent que par leur statut EBV, nous a permis de montrer que : 1) l'autophagie est induite en réponse au traitement dans les cellules EBV (+) en latence de type III ; 2) ces cellules expriment fortement Bécline-1 et présentent une activation constitutive de l'autophagie ; 3) l'autophagie contribue à la résistance de ces cellules à l'apoptose. Par ailleurs, nos résultats indiquent que la protéine anti-apoptotique Bcl-2 est également impliquée dans la résistance de ces cellules et que l'utilisation d'ABT-737, un inhibiteur de Bcl-2, restaure leur sensibilité à la nutline-3. L'efficacité de ce composé a donc été évaluée in vivo, seul ou en combinaison avec des traitements conventionnels (Cyclophosphamide pour le LB et Rituximab pour les PTLD). Les résultats obtenus lors de ces études pré-cliniques montrent que : 1) ABT-737 réduit considérablement la croissance tumorale et augmente la survie de souris xénogreffées avec des cellules d'une lignée lymphoblastoïde (LCL, utilisées comme modèle pour les PTLD) alors qu'il n'a pas d'effets chez les souris xénogreffées avec une lignée de LB ; 2) la combinaison BT-737/Cyclophosphamide permet de limiter la croissance tumorale durant le traitement mais n'améliore pas la survie des souris xénogreffées avec une lignée de LB ; 3) l'association ABT-737/Rituximab est très efficace et induit une rémission complète chez 70% des souris xénogreffées avec la lignée de LCL

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TRAIL (TNF-related apoptosis inducing ligand) est une protéine du système immunitaire appartenant à la famille du TNF (Tumor necrosis factor). L'intérêt de TRAIL en thérapie anti-cancéreuse réside dans sa capacité à induire la mort par apoptose des cellules tumorales, sans exercer de toxicité envers les cellules saines. Le principal frein à l'utilisation de TRAIL est la survenue de mécanismes de résistance à TRAIL dans certaines tumeurs. Mon travail de thèse a consisté à étudier ces mécanismes de résistance à TRAIL et à élaborer des stratégies visant à les contourner. Dans un premier temps, mon intérêt s'est porté sur le récepteur antagoniste TRAIL-R4, qui est capable de fixer TRAIL sans engager de signal de mort. Nous avons montré pour la première fois que TRAIL-R4 est à l'origine de l'induction de voies de signalisation intracellulaires de survie et de prolifération dans le modèle HeLa de carcinome du col de l'utérus. Ces cellules résistantes peuvent néanmoins être sensibilisées à l'action de TRAIL par un pré-traitement chimiothérapeutique conventionnel (cisplatine, étoposide ou 5-FU). Cette sensibilisation ne fait pas intervenir la voie mitochondriale de l'apoptose, mais passe par une augmentation du recrutement et de l'activation de la caspase-8 au sein du complexe initiateur de mort (DISC). Dans un deuxième temps, mon travail s'est focalisé sur des lymphomes B non-Hodgkiniens particulièrement agressifs, les lignées VAL et RL. La résistance à TRAIL de ces lymphomes est due à un blocage de la voie mitochondriale de l'apoptose, notamment en raison de l'expression des protéines anti-apoptotiques Bcl-2, Mcl-1 et survivine. Mon objectif a été d'élaborer une stratégie thérapeutique visant à contourner cette résistance. Dans ce contexte, nous avons évalué l'efficacité d'un composé polyphénolique issu des plantes, la quercétine. Nos résultats montrent que la combinaison de la quercétine et de TRAIL permet de tuer de façon synergique les lymphomes VAL et RL. Le mécanisme moléculaire de cette synergie comprend l'activation de la voie mitochondriale de l'apoptose, ainsi que l'inhibition de Mcl-1 et de la survivine. L'ensemble de ce travail est rassurant quant à l'utilisation de la cytokine TRAIL en thérapie anti-tumorale, dans le cadre d'une thérapie combinée.

Le risque de LH est augmenté en cas de déficit immunitaire acquis ou inné. Les déficits immunitaires innés associés à un risque accru de LH, sont les DICV (Déficit Immunitaire Commun Variable), XLP (Syndrome lymphoprolifératif lié au chromosome X) et ALPS (Syndrome lymphoprolifératif Autoimmun). L'objectif de notre travail était d'évaluer la prévalence de ces déficits immunitaires chez des enfants atteints de LH. Nous avons reçu, 395 prélèvements de patients atteints de LH au diagnostic. L'âge médian de la population étudiée est de 13 ans, allant de 3 à 18 ans. Le sex-ratio M/F est de 1.1. Il augmente à 3 au dessous de l'âge de 10 ans. Parmi les biopsies (n=84) qui ont été relues, 87% sont de type scléro-nodulaires (SN), 7% à cellularité mixte (CM) et 6% non spécifié. L'EBV est détecté in situ dans 23% des cas de LH. Les patients atteints de LH-EBV+ sont significativement plus jeunes que ceux atteints de LH-EBV- (p=3.10-4). Ce sont plus fréquemment des garçons que des filles (63% ; M/F : 1,7) et fréquemment de sous-type CM (40%). Enfin, ils ont une charge virale EBV significativement plus élevée (p=3.10-3) que les enfants qui ont un LH-EBV-.Parmi les 83 premiers enfants analysés, un immunophénotypage approfondi a montré une diminution de la population lymphocytaire par rapport aux témoins et une lymphopénie B fréquente (31 patients sur 83 soit 37% des patients). La lymphopénie B était corrélée aux facteurs pronostiques connus du LH. Dans un cas parmi les 31, une baisse des immunoglobulines a été mise en évidence ce qui est évocateur de DICV. Nous avons montré que dans les autres cas, les lymphopénies se corrigeaient à distance de la maladie. La recherche de profil cytokinique associé à ces lymphopénies (TGF, BAFF, IL-7) n'a pas permis de mettre en évidence de mécanisme physiopathologique simple pour expliquer ces lymphopénies. Nous émettons l'hypothèse qu'elles sont liées à l'exposition au contact des cellules tumorales à des signaux favorisant l'apopotose.En ce qui concerne la recherche d'autres déficits immunitaires innés, aucun cas évocateur de XLP n'a été mis en évidence sur la base de la quantification des lymphocytes NKT. Cinq cas parmi les 83 (6%) avaient une expansion de lymphocytes T DN (Lymphocytes TCRαβ CD4-CD8-) dans le sang périphérique. Des dosages de Fas ligand et d'IL-10 plasmatiques ont permis d'exclure un ALPS. Au total, nous n'avons pas pu affirmer de défaut qualitatif des sous-populations lymphocytaires évoquant les déficits immunitaires de type XLP et ALPS. Seule une lymphopénie B avec baisse des IgG est évocatrice de DICV. Nous avons étendu l'analyse à l'ensemble des patients (395patients) avec un contrôle à distance du diagnostic pour ceux qui étaient anormaux. Nous avons identifié 4 patients potentiellement atteints de DICV, 1,5%. Parallèlement, nous avons recherché un déficit de la réponse T anti-EBV par cytomètrie de flux et l'Elispot. L'étude de la réponse T anti-EBV par la cytométrie de flux, a montré une tendance vers une baisse de la production d'IL-2 par les CD4 et les CD8 de patients avec une charge virale EBV élevée en réponse à une stimulation par des peptides EBV en présence de lignées autologues. L'étude de la réponse T anti EBV par la technique d'ELISPOT sur 9 patients n'a pas montré globalement de déficit du contrôle de l'EBV sauf pour une jeune patiente de 10 ans ayant une charge virale EBV très élevée sans réponse T anti-EBV efficace. Les résultats que nous avons obtenus restent à approfondir, ce qui permettra d'enrichir les connaissances actuelles sur cette pathologie.

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Alors que le rôle des cellules du système immunitaires innées sur la progression tumorale est l'objet d'une investigation croissante, le rôle des neutrophiles sur la sensibilité à la thérapie n'a pas été précédemment décrit. Jusqu’au présent, nous avons effectué des cocultures de neutrophiles et des différentes lignées cellulaires de lymphome non hodgkinien (LNH) en présence de divers agents cytotoxiques ou des thérapies ciblées. Afin d’évaluer l'effet du traitement sur la prolifération cellulaire et la mort des cellules, des marquages CFSE et DAPI ont été effectués respectivement, en utilisant la cytométrie en flux. Les neutrophiles ainsi que les cellules HL60 différenciées avec des propriétés de neutrophiles, ont atténué la sensibilité de cellules de lymphome à des agents anticancéreux in vitro, à la fois dans les modèles 2D et 3D. L'effet protecteur des neutrophiles a été testée in vivo en injectant des cellules de LNH et des neutrophiles chez des souris SCID/CB17 traités avec vincristine. La coinjection de neutrophiles réduit la sensibilité des cellules LNH à la chimiothérapie. Cet effet protecteur a été validé en utilisant des cellules primaires, purifiée à partir de patients atteints de leucémie lymphoïde chronique, exposés à des agents cytotoxiques ou des agents ciblés en présence de neutrophiles autologues. La protection par les neutrophiles est contact dépendante. Elle est médiée par l'interaction de CD11b et ICAM1, exprimé par les neutrophiles et les lymphocytes B, respectivement, et par la molécule d'adhésion CD44. Elle est également dépendante de Mcl1 et est partiellement abrogée par un composé anti-Mcl1 / While the role of innate immune cells on tumor progression is the object of increasing scrutiny, the role of neutrophils on sensitivity to therapy has not been previously described. To this end, we performed cocultures of freshly purified human neutrophils and different non- Hodgkin lymphoma (NHL) cell lines in the presence of various cytotoxic and targeted agents. CFSE and DAPI assays were performed to assess the therapeutic effect on cell proliferation and cell death, respectively, using flow cytometry. Neutrophils and differentiated HL60 cells with neutrophil-like properties attenuated the sensitivity of lymphoma cells to anti-cancer agents both in 2D and 3D models in vitro. The protective effect of neutrophils was tested in vivo using SCID/CB17 mice inoculated with NHL cells together with neutrophils, and treated with vincristine. The co-inoculation of neutrophils reduced the sensitivity of NHL cells to chemotherapy. Similar findings were made on primary cells, purified from patients diagnosed with chronic lymphocytic leukemia, exposed to cytotoxic agents or recently approved targeted agents (ibrutinib and idelalisib) in the presence of autologous neutrophils. Neutrophil-induced protection was dependent on cell-cell contact mediated by the interaction of CD11b and ICAM-1, expressed by neutrophils and B cells respectively, and by the adhesion molecule CD44. This protective effect was Mcl-1-dependent and was partially abrogated by an anti- Mcl-1 compound

TRAIL (TNF-related apoptosis inducing ligand) est une protéine du système immunitaire appartenant à la famille du TNF (Tumor necrosis factor). L'intérêt de TRAIL en thérapie anti-cancéreuse réside dans sa capacité à induire la mort par apoptose des cellules tumorales, sans exercer de toxicité envers les cellules saines. Le principal frein à l’utilisation de TRAIL est la survenue de mécanismes de résistance à TRAIL dans certaines tumeurs. Mon travail de thèse a consisté à étudier ces mécanismes de résistance à TRAIL et à élaborer des stratégies visant à les contourner. Dans un premier temps, mon intérêt s'est porté sur le récepteur antagoniste TRAIL-R4, qui est capable de fixer TRAIL sans engager de signal de mort. Nous avons montré pour la première fois que TRAIL-R4 est à l'origine de l'induction de voies de signalisation intracellulaires de survie et de prolifération dans le modèle HeLa de carcinome du col de l'utérus. Ces cellules résistantes peuvent néanmoins être sensibilisées à l'action de TRAIL par un pré-traitement chimiothérapeutique conventionnel (cisplatine, étoposide ou 5-FU). Cette sensibilisation ne fait pas intervenir la voie mitochondriale de l'apoptose, mais passe par une augmentation du recrutement et de l'activation de la caspase-8 au sein du complexe initiateur de mort (DISC). Dans un deuxième temps, mon travail s'est focalisé sur des lymphomes B non-Hodgkiniens particulièrement agressifs, les lignées VAL et RL. La résistance à TRAIL de ces lymphomes est due à un blocage de la voie mitochondriale de l'apoptose, notamment en raison de l'expression des protéines anti-apoptotiques Bcl-2, Mcl-1 et survivine. Mon objectif a été d’élaborer une stratégie thérapeutique visant à contourner cette résistance. Dans ce contexte, nous avons évalué l’efficacité d'un composé polyphénolique issu des plantes, la quercétine. Nos résultats montrent que la combinaison de la quercétine et de TRAIL permet de tuer de façon synergique les lymphomes VAL et RL. Le mécanisme moléculaire de cette synergie comprend l'activation de la voie mitochondriale de l’apoptose, ainsi que l'inhibition de Mcl-1 et de la survivine. L'ensemble de ce travail est rassurant quant à l'utilisation de la cytokine TRAIL en thérapie anti-tumorale, dans le cadre d'une thérapie combinée. / The TNF-family member TRAIL (TNF-related apoptosis inducing ligand) is a cytokine involved in immune anti-tumour surveillance. TRAIL is one of the most promising agents currently under investigation, as it exhibits efficient anti-cancer cytotoxicity with limited side effects on healthy cells. The problem in current cancer therapy is that some cancer cells are already resistant, or can become resistant to TRAIL-induced cell death. The aim of my thesis was to study the mechanisms of resistance to TRAIL, and to find a way to bypass it. First, we were interested in the TRAIL-R4 antagonistic receptor, which is known to bind TRAIL without inducing a death signal. We have demonstrated for the first time that TRAIL-R4 is able to induce intracellular signalling that mediates cell survival and proliferation in the cervical carcinoma HeLa cell line. However, these resistant cells could be sensitized to TRAIL by a pretreatment with standard chemotherapy (cisplatinum, etoposide or 5-FU). This chemo-sensitization does not require the mitochondrial loop of apoptosis, but is accompanied by an enhancement of caspase-8 recruitment and activation within the death-inducing signalling complex (DISC). Next, our interest focused on aggressive non Hodgkin B-lymphomas. These lymphomas are highly resistant to TRAIL because of a defect in the mitochondrial pathway of apoptosis, and through the expression of Bcl-2, Mcl-1 and survivin antiapoptotic proteins. My objective was to elucidate a strategy to restore TRAIL-sensitivity in these lymphomas. In this context, we assessed the use of quercetin, a polyphenolic compound derived from plants. Our results showed that the combination of TRAIL with quercetin efficiently killed these lymphomas in a synergistic fashion. The molecular mechanisms of the synergy include the activation of the mitochondrial pathway, and the inhibition of Mcl-1 and survivin. Taken together, these results are promising for the future use of TRAIL as a combined therapy against cancer.