L'élastine est la protéine de la matrice extracellulaire responsable de l'élasticité des tissus. Elle est synthétisée en abondance dans les tissus soumis à de fortes contraintes mécaniques tels que la peau, les poumons, et les artères. Ce biopolymère présente une demi-vie longue de 70 ans et est par conséquent sujet aux altérations liées à l'âge. De plus, l'élastine est dégradée lors de la progression tumorale, notamment celle du mélanome. Sa dégradation entraîne la libération de peptides dérivés de l'élastine (EDP) dotés d'activités biologiques propres et pouvant être impliqués dans l'invasion tumorale (prolifération, angiogenèse, sécrétion de protéases, invasion, survie). Nous avons été les premiers à démontrer que les EDP sont capables de fortement promouvoir le développement de mélanome in vivo dans un modèle murin au travers de l'augmentation de la prolifération et de l'invasion des cellules tumorales impliquant la collagènase-1 ou MMP-1. Ces données suggèrent ainsi que le récepteur de ces peptides, le complexe récepteur de l'élastine (CRE), pourrait constituer une cible thérapeutique innovante afin de lutter contre ce cancer pour lequel un manque flagrant de thérapies efficientes prévaut à l'heure actuelle. Dans le cadre de cette étude, nous avons développé différentes stratégies thérapeutiques basées sur le ciblage du récepteur CRE. Nous démontrons pour la première fois que le ciblage thérapeutique du CRE permet de limiter de manière efficace la progression du mélanome in vitro et in vivo dans un modèle murin. De plus, le vieillissement étant un des facteurs de risque majeur du mélanome, nous avons évalué l'impact de l'âge du stroma sur les effets des EDP et le développement tumoral associé. / Elastin is the extracellular matrix protein responsible for tissue elasticity. It is abundant in tissues experiencing important mechanical constraints such as skin, lungs and arteries. This biopolymer possesses a half-life of 70 years and, consequently, it is subjected to age-related alterations. Moreover, elastin is degraded during tumor progression, notably that of melanoma. Its degradation results in the release of elastin-derived peptides (EDP) which possess their own biological activities that can be linked to tumor invasion (proliferation, angiogenesis, proteases secretion, invasion, survival). We have been the first to show that EDP can promote melanoma development in an in vivo mouse model by raising the proliferation and invasion of tumor cells through collagenase-1 (MMP-1) up-regulation. These data thus suggest that the receptor for these peptides, the elastin receptor complex, could constitute a novel therapeutic target to fight against this type of cancer for which no therapies are efficient now. In this study, we have developed therapeutic strategies targeting the ERC complex. We show for the first time that the therapeutic targeting of the ERC could efficiently limit melanoma progression in an in vitro and in vivo murine model. Additionally, as aging is one of melanoma major risk factors, we have evaluated the impact of stromal age on EDP effects and the associated tumor development.

Le mélanome cutané est le cancer de la peau le plus agressif de par sa grande plasticité phénotypique, son fort caractère métastatique et sa résistance aux traitements. L’émergence d’inhibiteurs ciblant la forme mutée de la kinase BRAF (BRAF V600E) a produit des réponses thérapeutiques spectaculaires, malheureusement suivies par l’apparition rapide de résistances secondaires très agressives. La compréhension des mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués dans ces résistances constitue donc un prérequis indispensable à l’amélioration de ces thérapies ciblées. A côté des altérations intrinsèques au mélanome, les interactions entre les cellules malignes et leur microenvironnement favorisent la survie tumorale et contribuent à la résistance aux thérapies. En particulier, la matrice extracellulaire (MEC), qui constitue un réseau dynamique de macromolécules de composition et de propriétés physico-chimiques variables, influence l’architecture des tissus tumoraux, l’invasion et la réponse aux traitements. De façon importante, l’acquisition par les cellules de mélanome d’un phénotype mésenchymateux invasif a été décrite comme un mécanisme d’échappement aux thérapies ciblant la mutation oncogénique de BRAF. Dans ce contexte, l’objectif de mon travail de thèse a été de préciser le rôle de cette signature phénotypique sur les propriétés bio-mécaniques des cellules de mélanome et la réponse aux thérapies ciblées. Dans la première partie de ma thèse, j’ai observé que les cellules résistantes présentant un phénotype invasif mésenchymateux produisent, assemblent et remodèlent une matrice ayant des propriétés mécaniques et biochimiques proches de myofibroblastes. Ce phénotype est associé à une activation de la voie YAP/TAZ et une mécano-sensibilité amplifiée. La caractérisation par spectrométrie de masse du matrisome des cellules résistantes a révélé la présence abondante de protéines matricielles comme la Fibronectine, le Collagène 1(I) et la THBS1 mais également de protéines de réticulation du collagène comme LOXL2 et TGM2. Nos données montrent aussi que ces modifications sont conférées de novo par un traitement aux inhibiteurs de BRAF ou de MEK dans des cellules de mélanome mutées BRAF in vitro, et que chez la souris le traitement au Vémurafénib de cellules de mélanome xénogreffées induit l’assemblage de fibres de collagène associé à une rigidification tumorale. Finalement, j’ai pu montrer que la matrice produite par les cellules mésenchymales résistantes protège les cellules de mélanome naïves des effets anti-prolifératifs liées à l’inhibition de BRAF ou MEK. Dans une deuxième partie de ma thèse, je me suis intéressée à la protéine de réticulation du collagène de la famille des lysyl oxidases (LOX), LOXL2 exprimée par les cellules mésenchymales résistantes. Nos analyses bioinformatiques et biochimiques montrent que l'expression de cette enzyme est fortement associée à la signature invasive MITFlow AXLhigh des mélanomes. En utilisant des approches d'interférence à ARN, j'ai aussi montré que la suppression de LOXL2 dans les cellules de mélanome invasif diminue la migration cellulaire et augmente la prolifération cellulaire in vitro et in vivo, suggérant un rôle de LOXL2 dans la transition phénotypique du mélanome. Dans l’ensemble, mes travaux de thèse révèlent un rôle paradoxal de l’inhibition de la voie MAPK qui induit des changements du phénotype tumoral associés à la production autonome par la cellule maligne d’une MEC pathologique capable d'altérer le comportement cellulaire et la réponse au traitement. Cet environnement matriciel 'sanctuaire', associée à une intense hétérogénéité tumorale, pourrait jouer un rôle majeur dans le développement et l'émergence des résistances thérapeutiques du mélanome. Ces résultats permettent une meilleure compréhension du rôle de la MEC du mélanome et devraient proposer de nouvelles pistes pour améliorer les traitements. / Cutaneous melanoma remains one of the most challenging and difficult cancers to treat because of its high plasticity, metastatic potential and resistance to treatment. New therapies targeting oncogenic BRAFV600E mutation have shown remarkable clinical efficacy. However, drug resistance invariably develops. Thus, the need for improving existing therapies remains critical. Recent studies have indicated that tumor resistance arises from the tumor microenvironment in which the extracellular matrix (ECM) is a determinant factor. Here, we found that BRAF inhibitor (BRAFi)-resistant melanoma cells, but not BRAFi-sensitive cells display an increased mechanosensitivity associated with a capacity to produce and remodel a 3D ECM displaying increased levels of matrix proteins such as fibronectin (FN) and collagen fibers. Interestingly, our results show that this 3D ECM is able to protect therapy-sensitive cells from the anti-proliferative effects of MAPKi. In addition, short exposures of naive melanoma cells to MAPKi augment matrix proteins production and assembly in vitro and in vivo. This 3D ECM also promotes drug tolerance within BRAFi sensitive cells. In conclusion, our results suggest that a subset of resistance to MAPK targeted therapies is associated with the production by melanoma cells of a pathological fibrotic matrisome that may affect cell behavior and therapeutic response.

200 000 nouveaux cas de mélanome et 65 000 décès sont dus à ce cancer de la peau chaque année. Le mélanome représente donc un véritable problème de santé publique. Actuellement, plus de 50 % des patients sont toujours en échec thérapeutique malgré le développement des thérapies ciblées et des immunothérapies, et il est donc nécessaire de créer de nouvelles thérapies contre ce cancer.Dans notre laboratoire, nous avons montré que la Metformine, un antidiabétique, induit la mort des cellules de mélanomes par autophagie et apoptose. De plus, ce composé inhibe les capacités invasives de ces cellules. Un essai clinique a été effectué au CHU de Nice sur l’effet de la Metformine sur des mélanomes métastatiques mais les résultats ont été plutôt décevants. De ce fait, et en collaboration avec l’institut de chimie de Nice, notre équipe a développé des composés dérivés de la Metformine et a identifié le CRO15. Durant ma thèse, j’ai d’abord déterminé que CRO15 possédait diminuait la viabilité des cellules de mélanomes par différents mécanismes moléculaires. Tout d’abord, l’activation de la voie AMPK, comme ce qui est observée avec la Metformine, mais également l’inhibition de la kinase MELK, un oncogène très souvent surexprimé dans le cadre du mélanome. L’inhibition de MELK par CRO15 est responsable de l’activation de la voie p53. Ces deux voies, AMPK et p53, augmentent l’expression de REDD1 qui active alors les processus d’autophagie et d’apoptose pour induire la mort des cellules de mélanomes. Finalement, j’ai pu montrer que le CRO15 est également capable d’induire une diminution de la croissance tumorale de mélanomes dans différents modèles de souris. / Every year, 200 000 new cases of melanoma and 65 000 deaths occur as a result of skin cancer, making melanoma a real public health problem. Currently, more than 50 % of patients fail treatment despite new targeted therapies and immunotherapies being developed. As a result, there is an urgent need to develop new anti-melanoma compounds to treat this aggressive disease. In our laboratory, we shown Metformin, an antidiabetic, to induce melanoma cell death by autophagy and apoptosis. Furthermore, this compounds inhibits invasive capability of these cells. A clinical trial has been performed in collaboration with the Nice hospital looking at Metformin’s effects on metastatic melanoma treatment, however these results have been disappointing. In this context, and in collaboration with the chemical institute of Nice, our team developed new Metformin-derived compounds and identified CRO15 as a promising new lead. During my PhD, I determined that CRO15 decreases melanoma cells viability by different molecular mechanisms. First, just like Metformin, CRO15 activates AMPK pathway, however it also inhibits MELK kinase activity, a protein described as an oncogene in melanoma. This inhibition is responsible for p53 activation. The two pathways, AMPK and p53, lead to increased REDD1 expression which involves autophagy and apoptosis to induce melanoma cell death. Finally, I shown that CRO15 decreases melanoma tumoral volume in different mice models. These promising results highlight a novel compound that can now be investigated for its potential use in clinic.

Le mélanome est l’un des cancers à la croissance la plus rapide, avec une incidence mondiale de plus de 360% rapporté depuis la fin des années 1970. Malgré les progrès incroyables réalisés dans le développement de thérapies anti-mélanome au cours des 10 dernières années, de nombreux patients atteints de mélanome sont encore en échec thérapeutique en raison du développement rapide de résistances acquises. Dans ce contexte, ma thèse décrit la synthèse et l'optimisation de nouveaux composés de type biguanide actifs contre le mélanome afin de surmonter la pharmacorésistance. Nous avons concentré notre attention sur l'optimisation Hit-to-Lead de deux composés anti-mélanomes identifiés au laboratoire : HIT 1 et HIT 2. Un nouveau protocole a été développé pour la synthèse des précurseurs de HIT 1, à savoir la préparation de 2-benzoxazolylguanidines et de 2-aminobenzoxazoles à l'aide de cyanoguanidine et catalysée par un acide de Lewis. Au cours de l'optimisation Hit-to-Lead de HIT 1, une ouverture de cycle non attendue nous a permis de préparer des amidinourées hautement actives. Cela a conduit au développement de nouvelles méthodes rapides et efficaces pour leur synthèse. Une étude complète des relations structure-activité de 79 nouveaux analogues d'amidinourées et l'identification d'un nouveau composé Lead sont présentées. L’optimisation Hit-to-Lead de HIT 2 nous a conduit à la révision de sa structure et à la découverte concomitante d’un nouveau réarrangement. Des études mécanistiques de l'action du HIT 2, appuyées par la synthèse de sondes fluorescentes et de type biotine, ont également été réalisées. Une étude approfondie du nouveau réarrangement, la synthèse de 71 structures analogues de biguanides, ainsi que de 35 produits réarrangés correspondants est ensuite présentée. L'évaluation biologique de ces composés a abouti à l'identification de 2 nouveaux Lead hautement actifs contre le mélanome. La dernière partie du manuscrit porte sur l’étude d’un nouveau protocole efficace pour la synthèse de 1,2,4-triazole-5-amines via la formation oxydative de liaisons N-N induites par I2/TBAI, dans le cadre de l’exploration de la réactivité des nouveaux dérivés biguanides synthétisés. / Melanoma is one of the fastest growing cancer with more than 360% increasing worldwide incidence since the late 1970s. Despite incredible progress in the development of anti-melanoma therapies in the last 10 years, there are still a lot of melanoma patients in therapeutic failure due to rapid development of acquired resistance. In this context, my thesis describes the synthesis and optimization of new biguanidelike compounds active against melanoma in order to overcome drug-resistance. In this manuscript, we focused our attention on Hit-to-Lead optimization of two anti-melanoma compounds identified in the laboratory: HIT 1 and HIT 2. A novel Lewis acid-catalyzed new transformation for the synthesis of HIT 1 precursors has been developed: the preparation of 2benzoxazolylguanidines and 2-aminobenzoxazoles from cyanoguanidine as safe and inexpensive reagent. During the course of HIT 1 Hit-to-Lead optimization, an unexpected cycle-opening led us to prepare highly active amidinoureas via an efficient and unprecedented methodology. A comprehensive structureactivity relationships study of 79 new amidinoureas analogues and the identification of a new Lead compound have been established. Hit-to-Lead optimization of HIT 2 led us to its structure revision and the concomitant discovery of a new rearrangement. Biological studies of the mechanism of action of HIT 2 have been investigated. The mode of action has been attested by the synthesis of biotin and fluorescent probes. A comprehensive investigation of the new rearrangement, the synthesis of 71 biguanide-like structures, as well as the synthesis of 35 corresponding rearranged products is then presented. The biological evaluation of these compounds resulted in the identification of 2 new highly active Lead compounds. The last part of the manuscript focused on the study of a new and effective protocol for the synthesis of 1,2,4-triazole-5-amines via I2/TBAI-mediated oxidative N−N bond formation, as part of the exploration of the reactivity of the new synthesized biguanide derivatives.

Dans le glioblastome (GBM), nous avons recherché et comparé les facteurs de radiorésistance parmi 8 lignées cellulaires et 11 xénogreffes (5 issues de patients, et 6 issues de lignées cellulaires traitées par radiothérapie hypofractionnée 6x5Gy) en utilisant la technologie RPPA (Reverse Phase Protein Analysis). Nous avons exploré 89 marqueurs protéiques appartenant à 10 voies différents: réparation de l’ADN, cycle cellulaire, apoptose, adhésion/cytosquelette, stress et voies PI3K, tyrosine kinase, MAPK/ERK, SAPK/JNK et NFκB. Aucun marqueur de radiorésistance n’était commun entre les expériences in vitro (FAK, HSP90, HSF1, HSPA2, vimentine et integrin β4) et in vivo (EGFR, CHK1 et VCP). Nous avons ensuite, dans ces mêmes modèles de GBM étudié la potentielle radiosensibilisation par une classe innovante d’inhibiteurs de la réparation de l’ADN, Dbait. Les molécules Dbait sont de courts fragments d'ADN double brin mimant une cassure de l'ADN. Ces molécules agissent comme des leurres vis-à-vis des enzymes de signalisation des dommages à l'ADN notamment PARP et DNA-PK qui sont hyperactivés, ce qui empêche la détection des dommages réels induits par les traitements et inhibe la réparation. Les molécules Dbait se sont montrées capables de radiosensibilier 6/11 modèles de xénogreffes de GBM. Les marqueurs prédictifs de la résistance à Dbait étaient Phospho-H2AX/H2AX, Phospho-NBS1/NBS1 et cleaved-PARP/PARP. Nous avons également mené une étude préclinique étudiant le potentiel radiosensibilisant de Dbait/DT01 (DT01 = forme clinique de Dbait) dans un modèle de mélanome. Les souris xénogreffées sur flanc étaient traitées par un protocole de RT « palliatif » (10x3Gy) ou « curatif » (20x3Gy) en combinaison à des injections de Dbait/DT01. Les souris traitées par la combinaison Dbait/DT01 et RT avaient une inhibition significative de la croissance tumorale et une survie prolongée. Du fait de l’ensemble des résultats précliniques positifs sans toxicité ajoutée, les molécules Dbait/DT01 ont été testées lors d’un essai clinique de phase I en association à la RT dans le cadre des métastases cutanées de mélanome avec des résultats très encourageants. / We aimed to identify predictive biomarkers of GBM radioresistance in 8 GBM cell lines, 6 corresponding cell lines derived xenografts (CDX) and 5 patient derived xenografts (PDX) treated with hypofractionated radiotherapy (6x5Gy), using an RPPA (Reverse Phase Protein Array) approach. We explored 89 potential protein markersinvolved in DNA repair, PI3K pathway, apoptosis, tyrosine kinase signaling, stress signaling, cell cycle, MAPK/ERK signaling, SAPK/JNK signaling, NFκB signaling and adhesion/cytoskeleton. In vitro identified biomarkers (FAK, HSP90, HSF1, HSPA2, vimentin and integrin β4) were not found in vivo. The markers specific of in vivo resistance were Phospho-EGFR/EGFR, Phospho-Chk1/Chk1 and VCP. Then, in these GBM models, we assessed the potential radiosensitization of an innovative DNA repair inhibitor, Dbait. Dbait consists of 32 bp deoxyribonucleotides that mimics DNA lesions. They act as a bait for DNA damage signaling enzymes, the polyadenyl-ribose polymerase (PARP), and the DNA-dependent kinase (DNA-PK), inducing a “false” DNA damage signal and ultimately inhibiting DNA repair. 6/11 GBM models had been radiosensitized by Dbait.Phospho-H2AX/H2AX, Phospho-NBS1/NBS1 and cleaved-PARP/PARP were predictive markers of Dbait resistance. We assessed the efficacy and safety of combining radiotherapy with Dbait/DT01 (DT01 = clinical form of Dbait) in a preclinical model of human melanoma. Nude mice subcutaneously engrafted with human melanomas (SK28) were or were not treated with Dbait/DT01, “palliative” (10x3Gy) or “radical” (20x3Gy) RT, or a combination of Dbait/DT01 and RT. Mice treated with Dbait/DT01 and RT combination had significantly better tumor growth control and longer survival compared to RT alone with the “palliative” protocol or the “radical” protocol. The results of this preclinical study led to the conduction of a phase 1 study in the palliative management of melanoma in-transit metastases (DRIIM trial) with very encouraging results.

La protéine kinase D1, PKD1, est une sérine/thréonine kinase activée par de nombreux facteurs mitogènes. Les études, menées jusqu’à présent sur les fonctions de PKD1, ont montré qu’elle semble jouer un rôle dans la régulation de plusieurs processus biologiques fondamentaux impliqués dans le développement des tumeurs. Cependant, le rôle précis et les cibles de PKD1 restent largement méconnus. Au cours de ce travail, nous avons tout d’abord démontré que l’inhibition de PKD1 dans les cellules de mélanome inhibe la croissance et la motilité cellulaire, induit l’expression de la E-cadhérine et une diminution de la N-cadhérine. D’autre part, nous nous sommes intéressés au rôle des perturbateurs endocriniens dans les cellules tumorales mammaires et avons démontré que PKD1 est une cible des perturbateurs endocriniens (PE). Les PE, tels que le bisphénol A (BPA) et les phtalates, sont des produits chimiques ubiquitaires de notre environnement. Leur rôle dans la croissance tumorale mammaire est bien documenté. Néanmoins, les mécanismes moléculaires précis par lesquels ces molécules agissent demeurent encore inconnus. Au cours de notre travail, nous avons démontré que ces PE induisent de façon dose-dépendante la prolifération des cellules MCF-7 (cellules d’adénocarcinome mammaire) et que ce processus biologique est dépendant de l’expression de PKD1. Ainsi, l’ensemble de ce travail fait apparaître, d’une part, que PKD1 pourrait être une nouvelle cible thérapeutique anti-tumorale potentielle dans le mélanome et que, d'autre part, PKD1est une cible moléculaire de certains PE dans le cancer du sein. / Protein kinase D1, PKD1, is a serine/threonine kinase which can be activated by mitogens and that regulates various functions involved in the development of tumors. However, its precise role and targets are still unclear. Our study demonstrates that PKD1 inhibition in melanoma cells decreased cell growth and motility, and reversed the E- to N-cadherin switch. On the other hand, we examined the role of endocrine disruptors (EDs) in breast cancer cells and identified PKD1 as a target of these compounds. EDs, such as bisphenol A (BPA) and phthalates, have been found molecular mechanisms are still ubiquitously throughout our environment. Their role in breast tumor growth has been well documented. However, their precisemolecular mechanisms are still unknown. Our study demonstrates that EDs induce dose-dependently MCF-7 cell growth and that this biological process is dependent upon PKD1expression. Thus, this work may define PKD1 as a novel potential anti-tumor therapeutic target in melanoma and identifies PKD1 as a new molecular target of some EDs in breast cancer cells.

PKD1 est une sérine-thréonine kinase codée par le gène PRKD1. Elle appartient à la famille des protéines kinase D (PKD). La famille des PKD comprend également deux autres membres, PKD2 et PKD3 qui partagent une grande similarité structurale avec PKD1. Certaines études suggèrent que la PKD1 est impliquée dans de nombreuses voies oncogéniques telles que MAPK, NF-κB, HDAC ... Les données préliminaires de notre équipe avait montré que PKD1 est fortement exprimée dans les lignées cellulaires de mélanome ayant un phénotype mésenchymateux. Nous avons également montré que PKD1 participe à l’indépendance vis-à-vis des oestrogènes dans le cancer du sein et que la forte expression des transcrits PRKD1 était associée à une moins bonne survie dans les tumeurs traitées au Tamoxifène. L'objectif de ma thèse est d'analyser le rôle de la PKD1 dans le maintien du phénotype mésenchymateux dans le mélanome et de déterminer si PKD1 pourrait être un facteur pronostique et une cible thérapeutique pertinente pour certaines sous-populations de cancer du sein. Nous avons analysé les marqueurs moléculaires impliqués dans le phénotype mésenchymateux et épithélial (cadhérine, β-caténine ...) ainsi que les caractéristiques fonctionnelles des cellules de mélanome ayant un phénotype mésenchymateux après inhibition pharmacologique de PKD1. Les résultats ont montré que l'inhibition de PKD1 induit une réversion du phénotype mésenchymateux vers un phénotype pseudo-épithélial moins agressif. L'expression de PRKD1, PRKD2 et PRKD3 a été analysée par RT-qPCR dans 527 tumeurs de sein. Nous avons montré que les niveaux plus élevés d'ARNm de PRKD1 étaient associés à un mauvais pronostic dans la population globale de cancer du sein et plus particulièrement dans les tumeurs ERα- et les tumeurs triples négatives. Nous avons criblé des inhibiteurs pharmacologiques de PKD1 en collaboration avec la société pharmaceutique AB Science, et nous avons évalué l'activité anti-tumorale de plusieurs d’entre eux in vitro dans la lignée cellulaire de cancer du sein triple négative MDA-MB-436 et in vivo dans un modèle de PDX (xénogreffe dérivée du patient) de cancer du sein triple négatif. L’inhibition pharmacologique de PKD1 ou à l’aide de siRNA a réduit la capacité des cellules MDA-MB-436 à former des colonies. L'inhibition pharmacologique de PKD1 a également réduit la croissance tumorale in vivo dans le modèle de PDX. Finalement, nous avons analysé l'expression de PRKD1 dans différentes cohortes multi-cancers. Nos résultats ont montré qu'une forte expression de PRKD1 est retrouvée dans le mélanome et le glioblastome. En conclusion, les résultats ont montré que PKD1 pourrait être une cible thérapeutique pertinente pour le mélanome, le cancer du sein et le glioblastome. / PKD1 is a serine-threonine kinase encoded by the PRKD1 gene. It belongs to the protein kinase D (PKD) family. The PKD family also includes PKD2 and PKD3 which share a high structural similarity with PKD1. Some studies suggest that PKD1 is involved in many oncogenic pathways such as MAPK, NF-κB, HDAC... Recent data from our group showed that PKD1 is more expressed in melanoma cell lines with mesenchymal phenotype compared to melanoma cell lines with epithelial phenotype. We also showed that PKD1 participates in the development and/or maintenance of the estrogen-independent phenotype in breast cancer, and that high PKD1 mRNA levels were associated with a worse outcome in tamoxifen-treated tumors. The objective of my thesis is to analyze the role of PKD1 in the maintenance of mesenchymal phenotype in melanoma and to determine whether PKD1 could be a prognostic factor and/or a therapeutical target for the treatment of breast cancer subpopulations. We analyzed molecular markers involved in mesenchymal and epithelial phenotype (cadherin, β-catenin …) and the functional characteristics of mesenchymal melanoma cells after PKD1 pharmacological inhibition. Results suggest that PKD1 inhibition induced a mesenchymal to epithelial like transition in these melanoma mesenchymal cell lines. In addition, the expression of PRKD1, PRKD2 and PRKD3 was analyzed by RT-qPCR in 527 breast cancers. We showed that higher PRKD1 mRNA levels were associated with a lower metastasis-free survival in the overall breast cancer population. PRKD1 prognostic value was even stronger in ERα- and in triple negative tumors. Then, we tested PKD1 inhibitors in collaboration with the AB Science pharmaceutical company. We assessed the anti-tumoral activity of PKD1 inhibitors in vitro in TNBC (triple negative breast cancer) cell lines and in vivo in a TNBC PDX (patient derivated xenograft) model. PKD1 pharmacological inhibition or depletion by siRNA reduced colony forming units in MDA-MB-436 TNBC cells. PKD1 pharmacological inhibition also reduced tumor growth in vivo in TNBC PDX model. Following those results, we analyzed PRKD1 expression in different multi-cancer cohorts. Our results showed that higher PRKD1 expression is found in melanoma and glioblastoma. In conclusion, results showed that PKD1 could participate in the maintenance of mesenchymal phenotype in melanoma. And that PKD1 could be an interesting therapeutic target in melanoma, breast cancer and glioblastoma.

Les microARN (miARN) sont de petits ARN non-codants dont la principale fonction est de réprimer l’expression génique en s’hybridant par complémentarité de séquence à leurs cibles ARN. L’activité des miARN est également régulée par leurs cibles qui entrent en compétition pour leur liaison. Certains de ces ARN compétiteurs endogènes (ARNce) résistent à la répression induite par le miARN et vont alors les séquestrer. Ils sont appelés éponges à miARN. La dérégulation des réseaux d’ARNce et des éponges à miARN est impliquée dans des processus pathologiques tels que le cancer. Au cours de ma thèse, nous nous sommes intéressés à la séquestration des miARN dans le mélanome cutané. Le mélanome provient de la transformation maligne du mélanocyte, une cellule spécialisée dans la production de pigment. S’il n’est pas pris en charge à temps, des métastases apparaissent et se disséminent rapidement dans l’organisme (ganglions, foie, poumons, cerveau, etc.). Des solutions thérapeutiques existent mais une faible proportion de patients y répondent de manière efficace nécessitant de nouvelles stratégies de traitement. Nous avons mis en évidence que l’ARN messager (ARNm) de TYRP1, gène spécifiquement exprimé dans le mélanocyte et donc le mélanome, porte le rôle d’éponge à miARN dans le mélanome métastatique. Ce rôle est indépendant de la fonction protéique de TYRP1. Nous avons déterminé que l’ARNm de TYRP1 séquestre le suppresseur de tumeurs miR-16 via des sites de liaison (MRE-16) non-canoniques. Les MRE-16 non-canoniques permettent à l’ARNm de TYRP1 de ne pas être dégradé par le miR-16 et le rendent donc plus stable dans la cellule de mélanome. La majorité du pool de miR-16 est ainsi séquestrée et ne peut donc plus réprimer ses cibles intervenant dans la prolifération cellulaire et la croissance tumorale in vivo. Afin de remettre en activité le miR-16 au sein de la cellule de mélanome, nous avons utilisé la technologie du « target site blocker » (TSB), un oligonucléotide antisens modifié ayant une forte stabilité et affinité pour sa cible. Le TSB, spécifique du MRE-16 de l’ARNm de TYRP1, entre en compétition pour la liaison à l’ARNm de TYRP1 avec le miR-16 pour permettre sa libération et son action sur ses cibles effectrices. Nous avons montré in vitro et in vivo via un modèle murin de xénogreffe de tumeur dérivée de patient que la stratégie du TSB est efficace contre le mélanome métastatique. Ces travaux ont permis l’identification d’un nouveau mécanisme oncogénique basé sur la séquestration de miARN et proposent une nouvelle stratégie de thérapie ciblée contre le mélanome métastatique. / MicroRNAs (miRNAs) are small non-coding RNAs. They fine tune gene-expression through specific complementary interaction with their RNA targets. The miRNA repressive function towards a given RNA is highly regulated and in part dependent on the abundance of its other targets competing for miRNA’s binding. Some of these competing endogenous RNAs (ceRNAs) can resist to miRNA-mediated RNA decay thereby sequestering miRNAs. They are named miRNA sponges. Deregulation of ceRNAs and miRNA sponges networks are implicated in many pathologic processes including cancer. My PhD work focused on miRNA sequestration in cutaneous melanoma. Melanomas arise from the malignant transformation of melanocytes; the skin-cell specialized in pigment production. Most melanoma undergoes metastatic evolution, with metastatic cells spreading rapidly in the entire organism (lymph node, liver, lungs, brain, etc.). Early and complete resection of primary in situ melanoma is thus determinant for patient outcome. Since 2010, potent therapeutic options have been developed. Unfortunately, patients ultimately develop resistance while some are non-responders. There is thus an urgent need to develop new therapeutic strategies to treat metastatic melanoma. We have identified that the Tyrosinase Related Protein 1 (TYRP1) mRNA function as a miRNA sponge. TYRP1 is specifically expressed in the melanocytic lineage. TYRP1 mRNA governs melanoma growth endorsing thereby a non-coding function. We demonstrated that TYRP1 mRNA sequesters the tumor suppressor miR-16 via non-canonical miRNA binding sites (MREs-16). Non-canonical miR-16 binding lacks mRNA decay function favoring TYRP1 mRNA stability and miRNA sequestration. Sequestered miR-16 can no more repress its canonical targets involved in cell proliferation and tumor growth. To reset miR-16’s activity and block melanoma growth, we used “Target Site Blocker” (TSB). TSBs are modified antisense oligonucleotides with enhanced stability and affinity to its target. We designed a TSB, named TSB-T3, overlapping specially TYRP1 non-canonical MRE-16. We first showed that TSB-T3 binds to TYRP1 mRNA and competes with miR-16. Freed miR-16 binds to its canonical targets inducing their decay. TSB-T3 blocks melanoma cell growth in vitro and in vivo, using patient-derived tumor xenograft. We thus showed for the first time that TSB’s strategy redirecting a tumor suppressor miRNA is a potent tool to monitor metastatic melanoma growth. Together my PhD work brings out a new oncogenic mechanism based on miRNA sequestration and proposes an original strategy of targeted therapy against metastatic melanoma.

La voie de signalisation Ras/MAPK (Ras/mitogen-activated protein kinase) régule une variété de protéines intracellulaires qui jouent un rôle important dans la croissance et la prolifération cellulaire. La régulation inappropriée de cette voie de signalisation conduit au développement de nombreux cancers comme le mélanome, qui est caractérisé par des mutations activatrices au niveau des gènes NRAS et BRAF. La protéine kinase RSK (p90 ribosomal S6 kinase) est un composant central de la voie Ras/MAPK, mais son rôle dans la croissance et la prolifération cellulaire n’est pas bien compris. RSK a été montrée pour participer à la résistance des mélanomes aux chimiothérapies, mais le mécanisme moléculaire reste encore à élucider. Nous montrons à l’aide d’un anticorps phospho-spécifique que MDM2 est phosphorylée en réponse à des agonistes et des mutations oncogéniques activant spécifiquement la voie Ras/MAPK. En utilisant des méthodes in vitro et in vivo, nous avons constaté que RSK phosphoryle directement MDM2 sur les Sérines 166 et 186, ce qui suggère que MDM2 est un substrat de RSK. La mutagénèse dirigée envers ces sites nous indique que ces résidus régulent l’ubiquitination de MDM2, suggérant que RSK régule la stabilité de MDM2 et de p53. De plus, nous avons observé que l’inhibition de RSK conduit à une augmentation du niveau protéique de p53 après un dommage à l’ADN dans les cellules de mélanomes. En conclusion, nos travaux suggèrent un rôle important de la protéine kinase RSK dans la régulation de MDM2 et de sa cible, p53. L’étude de ces mécanismes moléculaires aidera à mieux définir le rôle de RSK dans la croissance tumorale, mais également dans la résistance aux agents chimiothérapeutiques. / The Ras/mitogen-activated protein kinase (Ras/MAPK) signaling cascade regulates various intracellular targets involved in growth and proliferation. Inappropriate regulation of this pathway leads to many types of cancer, including melanomas, which are characterized by activating mutations in NRAS and BRAF. The protein kinase RSK (p90 ribosomal S6 kinase) is a central component of the Ras/MAPK pathway, but its role in cell growth and proliferation is not well understood. RSK has also been shown to participate in the resistance of melanoma cells to chemotherapy, but the mechanisms involved remain elusive. We show that MDM2 becomes phosphorylated in response to agonists and oncogenes of the Ras/MAPK pathway. Using in vitro and in vivo approaches, we found that RSK directly phosphorylates MDM2 at Ser166 and Ser186, suggesting that MDM2 is a bona fide RSK substrate. Site-directed mutagenesis indicated that these residues regulate MDM2 ubiquitination, suggesting that RSK regulates p53 function in an MDM2-dependent manner. Overexpression of active and inactive mutants of RSK revealed that this kinase regulates p53 stability, suggesting a role for RSK in the DNA damage response. Taken together, our results suggest an important role for RSK in the regulation of MDM2 and its target p53. In view of the role of p53 in the response to DNA-damaging agents, our results provide a potential mechanism involved in melanoma chemoresistance.

L’objectif principal de cette thèse a été le développement, la caractérisation et l’évaluation in vitro et in vivo de différents nanovecteurs plus spécifiquement les nanoparticules spécifiques pour le traitement de la mélanome et β-lapachone-lipossomale incorporée dans des hydrogels de biopolymère pour la cicatrisation de blessures topiques. La première étape de cette thèse a consisté en la révision de la littérature liées aux résentes avancées sur les nanoparticules pour le ciblage d’agents thérapeutiques pour des cellules circulantes et des mésenchymateuses de mélanomes. De plus, cette révision a approfondi la connaissance sur les principaux biomarcateurs qui étaient déjà identifiés dans ces cellules et quelles caractéristiques des nanovecteurs peuvent influencer leur performance in vivo. Dans la phase expérimentale, les nanoparticules ont été développées en utilisant la méthode de nanoprécipitation de polymères dérivés du poli(γ-benzyl-L-glutamate). Ensuite, des immuno-nanoparticules combinées avec l’anticorps MART-1 spécifique pour les cellules de mélanome, ont été obtenues par le lien streptavidine-biotine. La combinaison de l’anticorps sur la superficie des nanoparticules a été évaluée par western blot. Les nanoparticules ont été caractérisées et évaluées in vitro dans des cellules de mélanome B 16-GFP et des cellules endothéliales de la veine ombilicale humaine (HUVECs), l’activation de complément a été recherchée par la technique d’immunoélectrophorèse bidimensionnelle. Les nanoparticules ont présenté des tailles comprises entre 20 et 100 nm et une charge négative (-3 à -30 mV). La combinaison de l’anticorps sur la superficie des nanoparticules a été observée par la technique western blot et confirmée par les altérations de la taille et de la charge de superficie des particules. Les nanoparticules développées n’ont pas été capables d’activer le systhème complémentaire étant considérées de longue circulation sanguine. Pour l’analyse in vitro, les nanoparticules n’ont pas présenté de cytotoxixité lorsqu’elles ont été testées dans des cellules de mélanome ou dans des cellules normales endothéliales. Lors des tests de capture cellulaire, les immuno-nanoparicules, qui contenaient l’anticorps spécifique pour la reconnaissance de l’antigène surexprimé dans des cellules de mélanome, ont présenté une augmentation de 40 à 50% lors de la capture pour ces cellules, cela indiquant une plus grande spécificité de ce nanovecteurs. La deuxième partie de cette thèse a été le développement, la caractérisation et l’évaluation de l’activité cicatrisante in vivo de β-lapacho encapsulé dans des liposomes multilamellaires incorporés dans de l’hydrogel de biopolymère produit par la bactérie Zoogloea sp. (β-lap-Lipo/ZBP/HEC). β-lap-Lipo/ZBP/HEC a présenté un pH et un comportement rhéologique approprié pour l’application topique, ainsi qu’un profil de libération plus lent de la β-lapachone à partir de l’hydrogel. Les analyses hystopotologiques de l’activité cicatrisante in vivo ont montré que le véhicule hydrogel de biopolymère a été capable de stimuler les réparations du tissu, augmenter la cellularité locale, les fibroblastes, les cellules inflamatoires, les vaisseaux sanguins et les fibrilles de collagène pendant la phase proliférative de la cicatrisation. De plus, β-lap-Lipo/ZBP/HEC a favorisé une augmentation de l’angiogenèse locale et une dimminution de l’inflamation de la blessure. Ces résultats ont montré le potentiel de l’application topique de β-lap-Lipo/ZBP/HEC pour la thérapie des lésions. Pour conclure, cette thèse a contribué au développement de nanovecteurs promisseurs ayant différentes applications biologiques et formes d’administration, comme le traitement systémétique de la mélanome et l’action topique lors de la cicatrisation des blessures / This thesis had as general objective the development, characterization and evaluation in vitro or in vivo of different nanocarriers, specifically site-specific nanoparticles for the treatment of melanoma and liposomal-hydrogel containing β-lapachone for topical wound healing. The first part of this thesis consisted in a literature review about the recent advances in nanoparticles for the targeting of therapeutic agents to circulating and mesenchymal melanoma cells. In addition, this review deepened the knowledge about the main biomarkers identified in these cells and which characteristics of nanocarriers may influence on their in vivo performance. In the experimental phase, nanoparticles were developed through the nanoprecipitation method of polymers derived from poly (γ-benzyl-L-glutamate). Next, immunonanoparticles conjugated with MART-1 antibody specific for melanoma cells were obtained through the streptavidin-biotin binding. The conjugation of this antibody on the nanoparticles surface was evaluated by western blot. The nanoparticles were characterized and evaluated in vitro in B16-GFP melanoma cells and human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) and the complement activation was investigated by bidimensional immunoelectrophoresis. The nanoparticles presented sizes between 20 and 100 nm and negative surface charge (-3 to -30 mV). The conjugation of antibody on the nanoparticle surfaces was detected by the western blot technique and confirmed by the changes in particle size and surface charge. The developed nanoparticles were not able to activate the complement system being considered long blood circulation. Regarding the in vitro analysis, the particles did not show cytotoxicity when tested in melanoma cells or normal endothelial cells. In the cell capture assays, the immunonanoparticles, containing a specific antibody for the recognition of the overexpressed antigen in melanoma cells, showed an increase of 40 to 50% in the uptake for these cells, indicating a specificity of this nanocarrier. The second part of this thesis consisted of the development, characterization and evaluation of the in vivo wound healing activity of β-lapachone encapsulated in multilamellar liposomes and incorporated in a biopolymer hydrogel produced by Zoogloea sp (β-lap-Lipo/ZBP/HEC). β-lap-Lipo/ZBP/HEC presented pH and rheological behavior suitable for topical application, as well as a slower release profile of β-lapachone through the hydrogel. Histopathological analyzes of the healing activity in vivo, showed that the biopolymer hydrogel vehicle was able to stimulate tissue repair, with the increase of local cellularity, fibroblasts, inflammatory cells, blood vessels and collagen fibers, during the proliferative phase of wound healing. In addition, β-lap-Lipo/ZBP/HEC promoted an increase in local angiogenesis and a decrease of inflammation at the wound site. These results demonstrate a promising topical application of β-lap-Lipo/ZBP/HEC for wound therapy. In conclusion, this thesis contributed for the development of promising nanocarriers with different biological applications and administration routes, such as systemic treatment of melanoma and topical action in wound healing.